Evaluación del diseño para la adaptabilidad del exoesqueleto robótico de extremidades inferiores ABLE® en lesionados medulares crónicos: Estudio Piloto y Análisis Comparativo

Mariona Tolrà Campanyà ¹; Flor Pérez Cañabate¹, Erika Porras Martínez², Helena López Matas², Eloïna Vidal Fortuny¹, Alfons Carnicero Carmona², Jordi Calvo Sanz^1,3

¹Hospital – Centro de Prevención y Rehabilitación Asepeyo St.Cugat del Vallés.Barcelona, ²Able Humen Motion, ³Departament de Salut.Centre Universitari Tecnocampus (TCM)-Universitat Pompeu Fabra (UPF). Grup de Recerca en Tecnologia Aplicada a l'Alt Rendiment i la Salut (TAARS)

Autor para correspondencia

Mariona Tolrà Campanyà, mtolracampanya@asepeyo.es

Introducción

El uso de exoesqueletos robóticos de extremidades inferiores (EREI) en neurorrehabilitación para reproducir la marcha y la bipedestación en los lesionados medulares (LM), favorece los sistemas musculoesqueléticos, cardio respiratorio, endocrino y metabólico, además de estimular la plasticidad cortical complementando así el abordaje terapéutico global. Estos dispositivos tienen el potencial de reducir el esfuerzo físico, aumentando la seguridad y la eficacia de la rehabilitación de la marcha. Sin embargo, hay múltiples factores que deben contemplarse en el diseño para garantizar su usabilidad e implementación clínica. Aspectos técnicos como la localización y tipos de actuadores y sensores, modo de iniciación de la marcha, duración de las baterías, tamaño y peso, entre otros, deben complementarse con los requisitos de los usuarios como la comodidad, tiempo de colocación y ajustes, seguridad, facilidad de uso, capacidad de producir el efecto deseado y cambios físico-orgánicos.

Objetivos

Evaluar el impacto de los cambios de diseño sobre la seguridad, usabilidad y eficacia de un EREI en un programa de entrenamiento de la marcha en LM.

Material y métodos

Se diseñó un estudio piloto con un programa de entrenamiento de 10 sesiones usando un ER motorizado a nivel de cadera y rodilla (ERMCR). El estudio se llevó a cabo en 5 participantes con LM crónica, torácica motora-completa. Parámetros de seguridad (eventos adversos) y usabilidad (niveles de asistencia, tiempo de ponerlo/quitarlo, métricas de uso) se registraron en cada sesión. En la última sesión se realizaron pruebas clínicas estándar:6MWT (6-Minute Walk Test), 10MWT (10-Meter Walk Test) y TUG (Timed Up And Go Test). Se realizó un análisis comparativo entre el ERMCR y su versión anterior, un ER motorizado a nivel de rodilla (ERMR).

Resultados

Los participantes del estudio piloto demostraron un mayor tiempo de marcha (28,7 ± 6,2 min), número de pasos (599,1 ± 249,1 pasos) y distancia recorrida (281,2 ± 134,1 m) por sesión, así como una reducción en nivel de asistencia requerida para completar las actividades de terapia y menos eventos adversos relacionados con el dispositivo en comparación con el ERMR. El tiempo para ponerse y quitarse el ERMCR duró una media de 3 minutos más que el ERMR, con niveles comparables de asistencia. La distancia recorrida en la prueba de 6MWT fue significativamente mayor (69,9 ± 8,3 m). En cuanto a la satisfacción del usuario, el ERMCR presentó de media, puntuaciones más altas que el ERMR.

Conclusiones

El uso del EREI mejora la calidad de vida de los LM, generando cambios a nivel fisiológico, psicológico y social. Cuánto más seguro y cómodo sea el EREI mayor usabilidad tendrá influyendo positivamente en la adherencia y eficacia en el tratamiento.

Design evaluation for adaptability of the ABLE® robotic lower limb exoskeleton in chronically spinal cord injured persons: Pilot Study and Comparative Analysis

Mariona Tolrà Campanyà ¹; Flor Pérez Cañabate¹, Erika Porras Martínez², Helena López Matas², Eloïna Vidal Fortuny¹, Alfons Carnicero Carmona², Jordi Calvo Sanz^1,3

¹Hospital - Centro de Prevención y Rehabilitación Asepeyo St.Cugat del Vallés. Barcelona, ²Able Humen Motion, ³Departament de Salut. Centre Universitari Tecnocampus (TCM)-Universitat Pompeu Fabra (UPF). Grup de Recerca en Tecnologia Aplicada a l'Alt Rendiment i la Salut (TAARS).

Correspondence author

Mariona Tolrà Campanyà, mtolracampanya@asepeyo.es

Introduction

The use of lower-limb robotic exoskeletons (LLRE) in neurorehabilitation to reproduce gait and standing in spinal cord injury (SCI) patients benefits the musculoskeletal, cardiorespiratory, endocrine, and metabolic systems, while also stimulating cortical plasticity, thus complementing a comprehensive therapeutic approach. These devices have the potential to reduce physical effort, increasing safety and efficacy in gait rehabilitation. However, multiple factors must be considered in their design to ensure usability and clinical implementation. Technical aspects, such as the location and types of actuators and sensors, gait initiation mode, battery duration, size, and weight, must be balanced with user requirements like comfort, donning and doffing time, safety, ease of use, ability to produce the desired effect, and physical-organic changes.

Objectives

To evaluate the impact of design modifications on the safety, usability, and efficacy of an LLRE in a gait training program for SCI patients.

Materials and methods

A pilot study was designed with a 10-session training program using a motorized exoskeleton at the hip and knee level (LLRE-HK). The study included five participants with chronic, motor-complete thoracic SCI. Safety parameters (adverse events) and usability metrics (levels of assistance, donning/doffing time, usage metrics) were recorded in each session. Standard clinical tests were performed in the final session: 6MWT (6-Minute Walk Test), 10MWT (10-Meter Walk Test), and TUG (Timed Up And Go Test). A comparative analysis was conducted between the LLRE-HK and its previous version, a knee-level motorized exoskeleton (LLRE-K).

Results

Pilot study participants demonstrated longer walking time (28.7 ± 6.2 min), higher step count (599.1 ± 249.1 steps), and greater distance covered (281.2 ± 134.1 m) per session, along with a reduction in the level of assistance required to complete therapeutic activities and fewer device-related adverse events compared to the LLRE-K. Donning and doffing time for the LLRE-HK averaged 3 minutes longer than for the LLRE-K, with comparable assistance levels. The distance covered in the 6MWT was significantly greater (69.9 ± 8.3 m). Regarding user satisfaction, the LLRE-HK scored, on average, higher than the LLRE-K.

Conclusions

The use of LLRE improves SCI patients' quality of life, generating physiological, psychological, and social benefits. The safer and more comfortable an LLRE is, the greater its usability, positively impacting adherence and treatment efficacy.