Evaluation of robotic exoskeleton gait training in stroke : EMG strategies investigation

Stroke is a leading cause of acquired disability in adults worldwide. Hemiparesis, with loss of coordination in upper and lower limb joints, is one of the most disabling consequences. Since 30-40% of stroke survivors have limited or no walking ability even after rehabilitation, there is an ongoing search to advance the efficacy of gait training. Wearable robotic exoskeletons can provide high doses, immersive gait rehabilitation, also allowing an early mobilization of lower limbs in patients who are unable to maintain the upright position or trunk control. For these reasons, exoskeleton assisted gait training is nowadays proposed in addition to physiotherapy to improve stroke patients re-learning. The present work aims to evaluate the impact of gait training with the commercial wearable exoskeleton Ekso GT™ (Ekso Bionics, USA) on muscle activity in sub-acute hemiparetic stroke patients. Timing, amplitude, and neural control of muscular activations were investigated through indexes extracted from EMG signals, and eventual improvements consequent to the robotic-assisted training were evaluated. Outcomes were compared to a clinical assessment performed with a comprehensive index called Capacity Score. Results suggested that exoskeleton-assisted therapy has been more effective than the standard physiotherapy in promoting the recovery of the non-paretic side muscular activations and the partial reorganization of neural pathways at the cortical level.

L'ictus cerebrale è una delle principali cause di disabilità acquisita negli adulti al mondo. L'emiparesi, con perdita di coordinazione delle articolazioni degli arti superiori e inferiori, è una delle conseguenze più invalidanti. Poiché il 30-40% dei sopravvissuti all'ictus ha una capacità di camminare limitata o assente anche dopo la riabilitazione, sono in corso ricerche per migliorare l'efficacia della riabilitazione del cammino. Gli esoscheletri robotici indossabili possono fornire una riabilitazione del cammino intensa e immersiva, consentendo anche una mobilizzazione precoce degli arti inferiori in pazienti che non sono in grado di mantenere la posizione eretta o il controllo del tronco. Per questi motivi, al giorno d'oggi la riabilitazione del cammino assistita da esoscheletro viene proposta in aggiunta alla fisioterapia per migliorare il riapprendimento dei pazienti con ictus. Il presente lavoro ha lo scopo di valutare l'impatto della riabilitazione del cammino con l'esoscheletro indossabile commerciale Ekso GT™ (Ekso Bionics, USA) sull'attività muscolare di pazienti post-ictus sub-acuti emiparetici. Il tempismo, l'ampiezza e il controllo neurale delle attivazioni muscolari sono stati studiati attraverso indici estratti dai segnali EMG e sono stati valutati eventuali miglioramenti conseguenti la riabilitazione robot-assistita. Gli esiti sono stati confrontati con una valutazione clinica eseguita con un indice globale chiamato Capacity Score. I risultati hanno suggerito che la terapia con esoscheletro è stata più efficace della fisioterapia tradizionale nel promuovere il recupero dell'attivazione muscolare nell'arto non paretico e la parziale riorganizzazione delle vie neurali a livello corticale.