Toutes les 40 secondes, quelqu’un aux États-Unis fait un AVC. Selon les Centers for Disease Control and Prevention des États-Unis, cela représente environ 795 000 accidents vasculaires cérébraux chaque année. Plus de 80 % des survivants d’un AVC éprouvent des problèmes de marche, souvent liés à une perte de contrôle des mouvements de la cheville. Au fur et à mesure que les survivants progressent vers le stade chronique de l’AVC, la plupart continuent de marcher plus lentement et moins efficacement.
Un exosquelette de cheville agile, non attaché et facile à utiliser pourrait changer cela. Conçu pour une utilisation indépendante en milieu communautaire, le nouvel exosuit pourrait aider les survivants d’un AVC à améliorer leur démarche en dehors du laboratoire et pendant leurs routines quotidiennes. Une étude de preuve de concept suggère que l’exocombinaison de cheville à usage communautaire pourrait aider les survivants d’un AVC à améliorer leur propulsion à la marche et à renforcer leur confiance et leur capacité à marcher tout en se déplaçant dans leur propre maison, leur lieu de travail et leur quartier. Le travail, dirigé par l’équipe de Conor Walsh à la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), est publié en ligne dans Annales de l’Académie des sciences de New York.
Des études récentes ont prouvé que les participants à l’étude post-AVC peuvent améliorer leur vitesse de marche, leur distance, leur propulsion et leur symétrie de marche à l’aide d’une exocombinaison robotique d’assistance, mais ces études ont toutes eu lieu en laboratoire ou en milieu clinique.
Nous avons vu une opportunité de tirer parti de la technologie portable pour repenser notre approche de la physiothérapie et de la réadaptation. Si nous pouvons déplacer certains de ces services cliniques de la clinique vers le domicile et la communauté, nous pouvons améliorer l’accès, réduire les coûts et offrir de meilleurs soins. C’est excitant de voir les domaines de l’ingénierie et de la physiothérapie s’unir pour que cela se produise. »
Conor Walsh, auteur principal de l’article et professeur Paul A. Maeder d’ingénierie et de sciences appliquées à SEAS
Depuis plus d’une décennie, le laboratoire de bioconception de Walsh à Harvard développe des technologies d’exocombinaison d’assistance et de réadaptation pour diverses applications. Une partie de cette technologie a déjà été licenciée et commercialisée par ReWalk Robotics et a reçu le statut de percée par la Food and Drug Administration des États-Unis. Pour concevoir une exocombinaison de cheville destinée à être utilisée dans la communauté, l’équipe de Walsh doit simplifier les composants mécaniques de l’exocombinaison et la rendre facile à contrôler pour les porteurs.
« Dans le passé, nos exocombinaisons de cheville avaient deux actionneurs actifs – l’un qui aidait à la dorsiflexion pour maintenir les orteils du porteur en l’air, et un autre pour aider à la flexion plantaire, propulsant le pied et le corps loin du sol », explique Richard Nuckols, ancien postdoctorant. boursier du laboratoire de Walsh à SEAS et co-premier auteur de l’article.
Au lieu d’un actionneur de dorsiflexion actif, la nouvelle exocombinaison contient un matériau passif qui fléchit et fonctionne comme un ressort, aidant les orteils à rester levés pendant la phase d’oscillation du pied et empêchant le porteur de se coincer les orteils au sol. « En remplaçant un actionneur actif par un actionneur passif, l’exocombinaison est intrinsèquement plus sûre ; en cas de perte de puissance inattendue ou de panne du contrôleur, l’état par défaut gardera les utilisateurs attentifs et réduira le risque de trébuchement et de chute », déclare Nuckols. .
« Nous avons également développé une application mobile pour permettre aux porteurs d’interagir facilement avec l’appareil et de s’enregistrer à distance avec notre équipe », explique Chih-Kang Chang, titulaire d’un doctorat. candidat dans le laboratoire de Walsh et co-premier auteur de l’article. « L’application permet aux porteurs d’allumer l’appareil sur eux-mêmes et d’indiquer à l’exocombinaison quand ils veulent commencer à marcher. »
De plus, l’équipe a incorporé des capteurs pour permettre une surveillance à distance des progrès du porteur au fil du temps. « Nous collectons des données pendant que les gens marchent dans l’exosuit et mesurons comment ils améliorent leur démarche au fil du temps », explique Chang. « À l’avenir, ces informations pourraient être un aspect très puissant de l’utilisation de cet exosuit pour la rééducation à long terme en partenariat avec un physiothérapeute. »
« Ces capteurs – situés sur le pied, la tige et le bassin – sont convertis à l’aide d’un algorithme d’apprentissage automatique en estimations de la propulsion, ce qui nous aide à comprendre dans quelle mesure les gens génèrent une bonne mécanique de la cheville et avec quelle efficacité ils marchent », déclare Nuckols.
« La collecte de la quantité de données nécessaires pour former un modèle d’apprentissage automatique typique auprès de porteurs individuels est extrêmement difficile, étant donné la capacité limitée à marcher pendant de longues périodes après un AVC », déclare Daekyum Kim, stagiaire postdoctoral au laboratoire de Walsh, et co – premier auteur de l’article. « Le principal avantage de notre approche est qu’elle exploite les données de marche recueillies auprès de plusieurs personnes pour mieux ajuster un modèle d’apprentissage automatique à chaque utilisateur. »
Pour tester l’exosquelette de cheville communautaire, l’équipe de Walsh s’est associée aux laboratoires de Lou Awad et Terry Ellis du Sargent College of Health & Rehabilitation Sciences de l’Université de Boston. Ils ont recruté quatre participants pour utiliser l’appareil dans leur propre communauté pendant quatre semaines, marchant indépendamment trois à cinq fois par semaine. Tous les participants ont terminé l’étude en toute sécurité et n’ont signalé aucun problème de sécurité. En raison de la variabilité individuelle de la réponse (les participants ayant une propulsion de marche de base inférieure ont bénéficié davantage du port de l’exocombinaison), aucun bénéfice thérapeutique n’a été observé dans l’ensemble du groupe. Mais deux des participants ont amélioré leur propulsion de 27 % en moyenne. Ils ont également parcouru en moyenne 4 000 pas de plus dans la semaine suivant l’étude qu’ils n’avaient parcouru la semaine précédant le début de l’étude.
« J’avais 33 ans quand j’ai eu mon AVC. À la suite de l’AVC, j’ai une sensibilité diminuée sur tout mon côté gauche », explique Bryant Butler, 51 ans, l’un des participants à l’étude. « La marche est un défi. Je ne sens pas très bien mes orteils quand je marche et j’ai de la difficulté à plier la jambe. J’érafle souvent le bout de ma chaussure et parfois je trébuche. »
Au cours de l’étude, Butler a utilisé l’exosuit sur le Commonwealth Avenue Mall de Boston, marchant 20 à 30 minutes à la fois plusieurs jours par semaine.
« L’expérience de marcher avec l’exocombinaison a été libératrice, car je n’avais plus à dépenser autant d’énergie mentale pour aller d’un endroit à un autre », dit-il. « L’exocombinaison a progressivement corrigé ma démarche à chaque pas. J’ai appris comment les muscles de mes jambes, mes genoux et mes orteils devraient se sentir lorsque je marche sans elle. [Even] quand je n’utilisais pas [the exosuit]ma marche s’est améliorée, car l’appareil m’a appris à mieux compenser les lacunes de ma jambe gauche après un AVC. »
Butler ajoute : « L’appareil est devenu un vêtement supplémentaire – [except for the] fils et une batterie – que je portais dans un but précis. La plupart du temps, j’oubliais qu’il était là. L’exosuit m’a poussé à devenir un meilleur marcheur. Cela m’a inspiré à marcher davantage et à en profiter. »
Parmi les autres auteurs de l’article figurent Asa Eckert-Erdheim, Dorothy Orzel, Lauren Baker, Teresa Baker, Nicholas C. Wendel, Brendan Quinlivan, Patrick Murphy, Jesse Grupper et Jacqueline Villalobos.
L’Office of Technology Development de l’Université de Harvard explore les opportunités commerciales découlant de cette propriété intellectuelle.
Ce travail a été soutenu par les National Institutes of Health (BRG-R01HD088619), la National Science Foundation (CMMI-1925085), une MassTech Collaborative Research and Development Matching Grant et le soutien d’un Blavatnik National Award for Young Scientists.
