Use of electromyography to optimize Lokomat® settings for subject-specific gait rehabilitation in post-stroke hemiparetic patients: A proof-of-concept study

SummaryObjectivesWhile generic protocols exist for gait rehabilitation using robotic orthotics such as the Lokomat®, several settings - guidance, body-weight support (BWS) and velocity - may be adjusted to individualize patient training. However, no systematic approach has yet emerged. Our objective was to assess the feasibility and effects of a systematic approach based on electromyography to determine subject-specific settings with application to the strengthening of the gluteus maximus muscle in post-stroke hemiparetic patients.MethodsTwo male patients (61 and 65 years) with post-stroke hemiparesis performed up to 9 Lokomat® trials by changing guidance and BWS while electromyography of the gluteus maximus was measured. For each subject, the settings that maximized gluteus maximus activity were used in 20 sessions of Lokomat® training. Modified Functional Ambulation Classification (mFAC), 6-minutes walking test (6-MWT), and extensor strength were measured before and after training.ResultsThe greatest gluteus maximus activity was observed at (Guidance: 70% -BWS: 20%) for Patient 1 and (Guidance: 80% - BWS: 30%) for Patient 2. In both patients, mFAC score increased from 4 to 7. The additional distance in 6-MWT increased beyond minimal clinically important difference (MCID = 34.4 m) reported for post-stroke patients. The isometric strength of hip extensors increased by 43 and 114%.ConclusionDefining subject-specific settings for a Lokomat® training was feasible and simple to implement. These two case reports suggest a benefit of this approach for muscle strengthening. It remains to demonstrate the superiority of such an approach for a wider population, compared to the use of a generic protocol.

RésuméObjectifsBien que des protocoles génériques existent pour la rééducation à la marche à l'aide d'orthèses robotisées comme le Lokomat®, plusieurs paramètres (guidage, délestage du poids corporel [DPC], vitesse) doivent être ajustés pour personnaliser la rééducation. Cependant, aucune approche systématique n'existe à ce jour. Notre objectif était d'évaluer la faisabilité et les effets d'une approche systématique basée sur l'électromyographie pour personnaliser ces paramètres. Notre application est le renforcement du grand fessier chez deux patients hémiparétiques post-AVC.MéthodesDeux patients masculins hémiparétiques (61 et 65 ans) ont effectué 9 essais de Lokomat® en variant la force de guidage et le DPC, associés à la mesure électromyographique du grand fessier Pour chaque sujet, les paramètres maximisant l'activité du muscle ont été choisis pour un entraînement au Lokomat® de 20 sessions. La Modified Functional Ambulation Classification (mFAC), le test de marche de 6-minutes (TM6) et la force des extenseurs ont été mesurés avant et après l'entraînement.RésultatsLa plus grande activation du grand fessier a été observée avec les paramètres (Guidage : 70 % - DPC : 20 %) pour le patient 1 et (Guidage : 80 % - DPC : 30 %) pour le patient 2. Suite à l'entraînement, la mFAC a progressé de 4 à 7, la distance parcourue lors du TM6 a augmenté au-delà de la différence minimale cliniquement pertinente (MCID = 34,4 mètres), et la force isométrique des extenseurs de la hanche a augmenté de 43 et 114 %.ConclusionDéfinir des paramètres personnalisés pour un entraînement au Lokomat® semble faisable et simple à déployer. Les cas rapportés suggèrent un bénéfice pour le renforcement musculaire. Il reste juste à démontrer sur une population plus large la supériorité d'une telle approche à celle d'un protocole générique.