Integration design of t-flex ankle exoskeleton with functional electrical stimulation in post stroke patients with ankle dysfunction

El accidente cerebrovascular sigue siendo un problema importante de salud pública en muchos países, afectando a casi 15 millones de personas en todo el mundo cada año según la Organización Mundial de la Salud [1]. De esta cifra, 5 millones mueren y otros 5 millones presentan algún tipo de discapacidad consecuente del ACV [2]. Aunque la atención médica destinada a la rehabilitación de los sobrevivientes de accidentes cerebrovasculares es considerable y ha aumentado con el paso del tiempo, muchos pacientes continúan viviendo con deficiencias locomotoras significativas. Principalmente, la recuperación exitosa de la marcha después del accidente cerebrovascular sigue siendo un desafío para los pacientes y para los especialistas en rehabilitación. Los procesos de rehabilitación de miembro inferior se desarrollan con el uso de diferentes técnicas, entre ellas, el uso de órtesis robóticas y de estimulación eléctrica funcional (FES).Sin embargo, la rehabilitación con órtesis es físicamente agotadora para el paciente, así comola interacción física y cognitiva del mismo. Por otro lado, FES conduce a la fatiga temprana de los músculos y tiene un control deficiente de las trayectorias articulares y dificultades en su portabilidad. Por esto, en este documento se encuentra registrado el desarrollo de una investigación de las diferentes órtesis robóticas activas de tobillo, los sistemas de estimulación eléctrica funcional y los exoesqueletos híbridos que se encuentran actualmente desarrollados. Basados en la literatura se hace una comparación respecto a sus limitaciones y ventajas como dispositivos utilizados de forma independiente e integrados como exoesqueleto híbrido. Esta estudio per-mite tener fundamentos y bases concretas para presentar el diseño de una integración de FES con el exoesqueleto robótico (T-FLEX), que logre superar las limitaciones de ambos dispositivos y potencializar sus beneficios para ayudar en la restauración de la marcha. Adicional a esto, se realiza un análisis enfocado en dos estudios que se realizaron previamente, en los que se encontraron principalmente las oportunidades de diseño y las deficiencias que tienen el uso de los sistemas desarrollados. La órtesis T-FLEXno demostró mejoras en la marcha que sean estadísticamente significativas, en cambio, si demostró una disminución en la velocidad y la cadencia. Para el uso de FES, no se encontraron valores estadísticamente significativos en ninguno de los parámetros, sin embargo, si se pudo observar que con la asistencia del dispositivo se logró una mejora en los parámetros del largo de zancada, cadencia y velocidad, en comparación con la marcha en estado basal. Por otro lado, se realiza unacomparación de muestras independientes entre el porcentaje de diferencia de la marcha en estado basal y asistida con cada dispositivo. En donde solo se encontró diferencia significativa en la cadencia, siendo este un valor que disminuyó con el uso de T-FLEX y que aumentó con el uso de un dispositivo de estimulación eléctrica funcional (H-GAIT).Por último se presenta el diseño de un protocolo experimental de la evaluación del exoesqueleto de tobillo (T-FLEX) integrado con un sistema de Estimulación Eléctrica Funcional. Con este protocolo se espera observar una mejora en la propulsión de la marcha y validar el efecto que tienen los sistemas integrados sobre el paciente, en términos de cinemática con respecto al uso de cada sistema de manera independiente.Stroke remains a major public health problem in many countries, affecting nearly 15 million people worldwide each year according to the World Health Organization [1]. Of this number, 5 million die and another 5 million have some type of disability resulting from stroke [2]. Although the medical care for the rehabilitation of stroke survivors is considerable and has increased over time, many patients continue to live with significant locomotor impairments. Mainly, the successful recovery of gait after stroke remains a challenge for patients and rehabilitation specialists. The lower limb rehabilitation processes are developed with the use of different techniques, including the use of robotic orthoses and functional electrical stimulation (FES) .However, rehabilitation with orthoses is physically exhausting for the patient, as well as the interaction physical and cognitive of it. On the other hand, FES leads to early fatigue of the muscles and has poor control of joint trajectories and difficulties in portability. For this reason, in this document the development of an investigation of the different active robotic ankle orthoses, functional electrical stimulation systems and hybrid exoskeletons that are currently developed is registered. Based on the literature, a comparison is made regarding their limitations and advantages as devices used independently and integrated as a hybrid exoskeleton. This study allows to have foundations and concrete bases to present the design of an integration of FES with the robotic exoskeleton (T-FLEX), which manages to overcome the limitations of both devices and potentiate their benefits to help in the restoration of gait. In addition to this, an analysis is carried out focused on two studies that were carried out previously, in which the design opportunities and deficiencies of the use of the developed systems were mainly found. The T-FLEX orthosis did not demonstrate statistically significant gait improvements, instead, it did demonstrate a decrease in speed and cadence. For the use of FES, no statistically significant values ​​were found in any of the parameters, however, if it could be observed that with the assistance of the device an improvement was achieved in the parameters of stride length, cadence and speed, compared to gait in the basal state. On the other hand, a comparison of independent samples is made between the percentage of difference in gait in basal and assisted state with each device. Where only a significant difference was found in cadence, this being a value that decreased with the use of T-FLEX and that increased with the use of a functional electrical stimulation device (H-GAIT). Finally, the design of the an experimental protocol for the evaluation of the ankle exoskeleton (T-FLEX) integrated with a Functional Electrical Stimulation system. With this protocol, it is expected to observe an improvement in gait propulsion and to validate the effect that the integrated systems have on the patient, in terms of kinematics with respect to the use of each system independently