User-centred design of a personal-use exoskeleton for individuals with spinal cord injury to perform skills for home and community environments

Mark Andrew Wright^1,2,3, Franziska Nadorf⁴, Helena López-Matas⁵, Erika Porras⁵

¹Institut Guttmann, University Institute attached to the Universitat Autònoma de Barcelona, Badalona, Barcelona, Spain. ²Universitat Autònoma de Barcelona, Bellaterra, Cerdanyola del Vallès, Spain. ³Fundació Institut d´Investigació en Ciències de la Salut Germans Trias i Pujol, Badalona, Barcelona, Spain. ⁴Spinal Cord Injury Center, Heidelberg University Hospital, Heidelberg, Germany. ⁵ABLE Human Motion S.L., Barcelona, Spain

Corresponding author

Mark Andrew Wright, mawright@guttmann.com

Keywords: Spinal cord injury, Exoskeleton, Feasibility, Personal use, User-centred design.

Summary

This poster presents a clinical study carried out at Institut Guttmann (Barcelona, Spain) and Heidelberg University Hospital (Heidelberg, Germany) for the use of the ABLE exoskeleton for individuals with spinal cord injury to perform skills for home and community environments. The study was used as part of a user-centred design process to understand the key elements that were required to be improved to develop a home-based exoskeleton.

Introduction

The ABLE exoskeleton had been tested robustly in clinical settings in persons with Spinal Cord Injury (SCI), but had not yet been tested for use in home and community environments. We conducted a multi-centre trial at Institut Guttmann, Barcelona (Spain) and Heidelberg University Hospital, Heidelberg (Germany) to assess the feasibility and usability for individuals with SCI to perform skills for home and community environments.

Objective

To assess the feasibility of persons with SCI to perform basic and advanced skills with the device required for the home and community environments and gain crucial feedback for the refinement of the personal-use ABLE Exoskeleton.

Material and Methods

In this prospective pretest-posttest quasi-experimental study across two SCI centres (Germany, Spain), in- and outpatients with SCI were included into a 22-session training and assessment protocol, utilising the ABLE Exoskeleton. Feasibility and usability measures (level of assistance (LoA) for basic and advanced skills, a Home-Skills-Test, donning/doffing-time and LoA) were recorded together with safety outcomes, and participant and therapist satisfaction with the device.

Results

All 10 participants (44.4 ± 24 years), with SCI from C5 to T11, (American Spinal Injury Association Impairment Scale A-D) completed the study. In 219 sessions, 6 device-related AEs (pain and skin lesions) were reported. Average total time for don and doff was 10:23 ± 3:30 min. Eight participants were able to complete don and doff with minimal assistance or less. Five participants were able to complete 5/6 basic skills and 5/9 advanced skills independently or with supervision only. One participant required maximal assistance for Sit-to-stand. A positive psychosocial impact of the exoskeleton was reported and the satisfaction with the device was good, with best ratings in safety (participants), dimensions (therapists), comfort and ease of use (both).

Discussion

Key development points for the personal-use exoskeleton were identified that included: improving the Sit-to-stand transition and cooling system for hip motors; increasing the speed of transition between states and overall available walking speed; and, providing a richer display on the remote control for the user.

Conclusions

This study shows that the ABLE Exoskeleton is safe, feasible and usable for people with SCI in respect to independent donning, doffing and performance of basic and advanced exoskeleton skills. Key development points for the personal-use exoskeleton were identified, and once the design process has worked on these areas, the revised version should be tested in a real-world setting with persons with SCI.

Diseño centrado en el usuario de un exoesqueleto de uso personal para personas con lesión medular para realizar habilidades en entornos domésticos y comunitarios

Mark Andrew Wright^1,2,3, Franziska Nadorf⁴, Helena López-Matas⁵, Erika Porras⁵

¹Institut Guttmann, University Institute attached to the Universitat Autònoma de Barcelona, Badalona, Barcelona, Spain. ²Universitat Autònoma de Barcelona, Bellaterra, Cerdanyola del Vallès, Spain. ³Fundació Institut d´Investigació en Ciències de la Salut Germans Trias i Pujol, Badalona, Barcelona, Spain. ⁴Spinal Cord Injury Center, Heidelberg University Hospital, Heidelberg, Germany. ⁵ABLE Human Motion S.L., Barcelona, Spain

Autor para correspondencia

Mark Andrew Wright, mawright@guttmann.com

Palabras clave: Lesión medular, Exoesqueleto, Viabilidad, Uso personal, Diseño centrado en el usuario.

Resumen

Este póster presenta un estudio clínico realizado en el Institut Guttmann (Barcelona, España) y en el Heidelberg University Hospital (Heidelberg, Alemania) sobre el uso del exoesqueleto ABLE para personas con lesión medular, destinado a realizar habilidades en entornos domésticos y comunitarios. El estudio se utilizó como parte de un proceso de diseño centrado en el usuario para comprender los elementos clave que debían mejorarse para desarrollar un exoesqueleto de uso doméstico.

Introducción

El exoesqueleto ABLE ha sido probado de forma robusta en entornos clínicos en personas con lesión medular (LM), pero aún no se había probado para su uso en entornos domésticos y comunitarios. Realizamos un ensayo multicéntrico en el Institut Guttmann, Barcelona (España) y en el Heidelberg University Hospital, Heidelberg (Alemania), para evaluar la viabilidad y usabilidad en personas con LM para realizar habilidades en entornos domésticos y comunitarios.

Objetivo

Evaluar la viabilidad de personas con LM para realizar habilidades básicas y avanzadas con el dispositivo necesarias en entornos domésticos y comunitarios, y obtener retroalimentación crucial para la mejora del exoesqueleto ABLE de uso personal.

Material y Métodos

En este estudio prospectivo cuasi-experimental de pretest-postest en dos centros de LM (Alemania, España), se incluyeron pacientes con LM, tanto hospitalizados como ambulatorios, en un protocolo de 22 sesiones de entrenamiento y evaluación utilizando el exoesqueleto ABLE. Se registraron medidas de viabilidad y usabilidad (nivel de asistencia (NDA) para habilidades básicas y avanzadas, una Prueba de Habilidades Domésticas, tiempos de colocación/retirada y NDA) junto con resultados de seguridad, y satisfacción de los participantes y terapeutas con el dispositivo.

Resultados

Los 10 participantes (44,4 ± 24 años), con LM de C5 a T11, (Escala de Lesiones Medulares de la American Spinal Injury Association, grados A-D) completaron el estudio. En 219 sesiones, se reportaron 6 eventos adversos relacionados con el dispositivo (dolor y lesiones cutáneas). El tiempo promedio total para colocación y retirada fue de 10:23 ± 3:30 minutos. Ocho participantes pudieron completar la colocación y retirada con asistencia mínima o menos. Cinco participantes pudieron completar 5/6 habilidades básicas y 5/9 habilidades avanzadas de forma independiente o solo con supervisión. Un participante requirió asistencia máxima para la transición de sentado a pie. Se informó un impacto psicosocial positivo del exoesqueleto y la satisfacción con el dispositivo fue buena, con las mejores valoraciones en seguridad (participantes), dimensiones (terapeutas), comodidad y facilidad de uso (ambos).

Discusión

Se identificaron puntos clave de desarrollo para el exoesqueleto de uso personal que incluyeron: mejorar la transición de sentado a pie y el sistema de enfriamiento de los motores de cadera; aumentar la velocidad de transición entre estados y la velocidad general de marcha disponible; y proporcionar una pantalla más completa en el control remoto para el usuario.

Conclusiones

Este estudio demuestra que el exoesqueleto ABLE es seguro, viable y usable para personas con lesión medular en cuanto a la colocación y retirada independiente, y la realización de habilidades básicas y avanzadas del exoesqueleto. Se identificaron puntos clave de desarrollo para el exoesqueleto de uso personal, y una vez que el proceso de diseño haya trabajado en estas áreas, la versión revisada deberá probarse en un entorno real con personas con lesión medular.