Anwendung eines dualen aufgabenorientierten Robotersystems der oberen Extremität zur funktionellen Wiederherstellung der oberen Extremität bei Schlaganfallpatienten

Summary

Dieses Versuchsprotokoll beschreibt den Einsatz eines dualen, aufgabenorientierten Robotersystems für die oberen Gliedmaßen für Schlaganfallpatienten mit Funktionsstörungen der oberen Extremitäten. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass dieses System die Funktion der oberen Gliedmaßen und die Aktivitäten im täglichen Leben von Schlaganfallpatienten erheblich verbessern kann.

Abstract

Es hat sich gezeigt, dass stark repetitives und aufgabenorientiertes Training die Wiederherstellung der Gliedmaßenfunktion bei Schlaganfallpatienten fördert. Darüber hinaus kann bilaterales Armtraining Schlaganfallüberlebenden helfen, ihre Funktion der oberen Gliedmaßen wiederzuerlangen und ihre täglichen Aktivitäten zu verbessern. Das aufgabenorientierte Robotersystem mit zwei Aufgaben der oberen Gliedmaßen wurde entwickelt, um die gesunde Seite des Schlaganfallpatienten dabei zu unterstützen, die betroffene Seite durch den Einsatz eines Robotergeräts zu einem bilateralen Armtraining zu bewegen. Es kann den Patienten auch bei der Ausführung von dualen koordinierten Bewegungen der oberen Gliedmaßen anleiten und ihn in ein aufgabenorientiertes virtuelles Spiel mit Hilfe von Force-Feedback und Mensch-Computer-Interaktionstechnologie einbeziehen. Ziel dieser Studie war es, die Wirksamkeit des Systems bei der Verbesserung der Funktion der oberen Gliedmaßen und der Aktivitäten des täglichen Lebens bei Schlaganfallpatienten zu bewerten. Zu den verwendeten Bewertungsmethoden gehörten das motorisch evozierte Potenzial (MEP), der Funktionstest für die hemiplegische obere Extremität-Hongkong (FTHUE-HK), die Fugl-Meyer Assessment Upper Extremity Scale (FMA-UE) und der modifizierte Barthel-Index (MBI). Die Ergebnisse der Studie deuten darauf hin, dass das duale aufgabenorientierte Robotersystem der oberen Gliedmaßen die kortikospinale Bahn, die Funktion der oberen Gliedmaßen und die Aktivitäten des täglichen Lebens bei Schlaganfallpatienten nach 6-wöchiger Behandlung signifikant verbessern kann. Dieses System kann bei Schlaganfallüberlebenden als wirksame Ergänzung zur funktionellen Rehabilitation der oberen Gliedmaßen dienen und die Abhängigkeit von Rehabilitationstherapeuten verringern. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das aufgabenorientierte Robotersystem für die dualen oberen Gliedmaßen eine neue Strategie für die funktionelle Rehabilitation der Gliedmaßen nach einem Schlaganfall darstellt und ein großes Anwendungspotenzial birgt, da es bestimmte soziale und finanzielle Vorteile bietet.

Introduction

Schlaganfall ist eine der Hauptursachen für Behinderungen und die zweithäufigste Todesursache weltweit ^1,2. Schlaganfallpatienten stehen oft vor verschiedenen Herausforderungen, wie z. B. motorischen, sensorischen und kognitiven Defiziten³. Die Dysfunktion der oberen Extremitäten ist ein häufiges Problem nach einem Schlaganfall, das durch Muskelschwäche, Spastik und verminderte motorische Fähigkeiten der oberen Extremität auf der halbseitig gelähmten Seite gekennzeichnet^{ist 4}. Es wird berichtet, dass es bei mehr als 70 % der Schlaganfallpatienten auftritt, und nur etwa 5 % erholen sich wieder normal, während 20 % einige Fähigkeiten der oberen Gliedmaßen wiedererlangen⁵. Mehr als die Hälfte des menschlichen Lebens erfordert die Beteiligung der oberen Gliedmaßen⁶, und die Funktionsstörung der oberen Gliedmaßen nach einem Schlaganfall beeinträchtigt die Aktivitäten des täglichen Lebens^{der Patienten stark 7}, wodurch ihre Lebensqualität^{erheblich verringert wird 8} und ihre finanzielle Belastung^{erhöht wird 9}. Daher ist es besonders wichtig, effektive Methoden der funktionellen Rehabilitation der oberen Gliedmaßen zu erforschen.

Verschiedene klinische Rehabilitationsbehandlungen der oberen Extremitäten, wie z. B. Spiegeltherapie, zwangsinduzierte Bewegungstherapie, funktionelle Elektrostimulation und anderes aktives oder passives Training, werden häufig bei Schlaganfallpatienten eingesetzt ^3,10. In den letzten Jahren hat das bilaterale Armtraining zunehmend Aufmerksamkeit erregt ^6,11,12. Es wurde gezeigt, dass es die neuronale Konnektivität zwischen den sensomotorischen Bereichen sowohl der ipsilateralen als auch der kontralateralen Hemisphäre verbessert¹². Diese Art des Trainings hilft, Anomalien in der interhemisphärischen Hemmung zu korrigieren, erleichtert die Reorganisation der funktionellen Netzwerke des Gehirns und führt letztendlich zu einer Verbesserung der Funktion der oberen Gliedmaßen^12,13. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass robotergestütztes Training den Patienten dabei hilft, konsistent genaue Bewegungen der Gliedmaßen auszuführen und aufgabenspezifisches Training durchzuführen¹⁴. Dieser Prozess bietet dem Gehirn eine erhebliche Feedback-Stimulation, die letztendlich die Neuroplastizität steigert und bei der Wiederherstellung der Funktion der oberen Gliedmaßen bei Personen mit Hemiplegie hilft^14,15. Derzeit gibt es nur begrenzte Forschungsarbeiten zu Strategien, die robotergestütztes duales Training der oberen Gliedmaßen für Schlaganfallpatienten nutzen. In dieser Studie wurde ein duales, aufgabenorientiertes Robotersystem für die oberen Gliedmaßen verwendet, um robotergestütztes Training mit bilateralem Training der oberen Gliedmaßen zu kombinieren. Das Robotergerät wurde eingesetzt, um Schlaganfallpatienten bei der Durchführung eines dualen aufgabenorientierten Trainings der oberen Gliedmaßen mit hohen Wiederholungen in einem korrekten Bewegungsmuster zu unterstützen. Ziel der Forschung war es, die Auswirkungen dieser Methode auf die kortikospinale Bahn, die Funktion der oberen Gliedmaßen und die Aktivitäten des täglichen Lebens bei Schlaganfallüberlebenden zu bewerten, mit dem Ziel, innovative Strategien für die funktionelle Rehabilitation der oberen Gliedmaßen zu entdecken.

Protocol

Diese Studie (Zulassungs-Nr. JXEY-2020SW038) wurde von der medizinischen Ethikkommission des Zweiten Krankenhauses von Jiaxing genehmigt, wobei alle Teilnehmer eine Einverständniserklärung abgegeben haben. Ziel war es, die Machbarkeit und Wirksamkeit eines Protokolls durch eine randomisierte, einfachblinde, kontrollierte Studie zu bewerten. Zwischen Januar und Dezember 2021 wurden 60 Schlaganfallpatienten aufgenommen, die in das Zweite Krankenhaus von Jiaxing eingeliefert wurden.

HINWEIS: Die Einschlusskriterien umfassten: 1) bestätigte Diagnose eines Hirninfarkts oder einer Blutung mittels Computertomographie (CT) oder Magnetresonanztomographie (MRT), 2) erstmalig auftretende und einseitige Läsion mit einer Krankheitsdauer von 2 Wochen bis 3 Monaten und einem stabilen Zustand, 3) Alter 25-75 Jahre, 4) Abwesenheit von Hemianopsie oder einseitigem räumlichem Neglect sowie keine visuellen oder auditiven Defizite, 5) bei Bewusstsein, konform und in der Lage, an einer Rehabilitationsbehandlung teilzunehmen, 6) Beseitigung einer einseitigen Dysfunktion der oberen Gliedmaßen mit einer modifizierten Ashworth-Skala (MAS) Grad ≤ 2¹⁶. Zu den Ausschlusskriterien gehörten: 1) frühere Schädel-Hirn-Schädigung oder andere intrakranielle Erkrankungen, 2) schwerer Myokardinfarkt, Angina pectoris, Leber-, Nieren-, Lungen- oder andere wichtige Organerkrankungen, bösartige Tumoren usw., 3) psychiatrische Störungen und Epilepsie in der Vorgeschichte, 4) starke Schmerzen, Taubheitsgefühl oder andere sensorische Defizite auf der halbseitigen Seite der Gliedmaßen, 5) signifikante Einschränkung der Bewegung in den beidseitigen oberen Gliedmaßen.

1. Studiendesign

1. Patienten (n = 60), die die angegebenen Kriterien erfüllten, werden nach dem Zufallsprinzip in zwei Gruppen eingeteilt: eine Versuchsgruppe (n = 30) und eine Kontrollgruppe (n = 30).
2. Lassen Sie einen erfahrenen Ergotherapeuten die folgenden Funktionsbewertungen durchführen, der die Gruppenaufgaben vor und nach einem 6-wöchigen Behandlungszeitraum nicht kannte.
   1. Motorisch evoziertes Potential (MEP):
      1. Ermitteln Sie MEPs bei Patienten, die ein Magnetstimulationstherapiesystem gemäß den von Groppa et al. festgelegten Richtlinien ^verwenden17.
      2. Positionieren Sie den Patienten während des Tests stabil und bequem vor dem Gerät und platzieren Sie die Aufzeichnungselektroden auf dem Abductor pollicis brevis und dem knöchernen Fortsatz des Handgelenks.
      3. Zentrieren Sie dann die Magnetstimulationsspule über dem motorischen Kortex auf der verletzten Seite des Gehirns, wobei der Spulengriff in einem Winkel von 45° zur Sagittalebene positioniert ist.
      4. Führen Sie die Stimulation des Bereichs des motorischen Kortex 10 Mal mit 100% Intensität durch und erfassen Sie das Vorhandensein oder Fehlen von motorisch evozierten Potentialen sowie deren Latenz und Amplitude.
         HINWEIS: Aufgrund der Unfähigkeit, motorisch evozierte Potentiale bei allen Patienten zu detektieren, war ein gründlicher Vergleich und eine Analyse der Latenz und Amplitude der evozierten Potentiale zwischen den beiden Patientengruppen nicht möglich. Daher zielte die Studie darauf ab, das Vorhandensein oder Fehlen von MEPs zu bestimmen und den Prozentsatz der nachweisbaren MEPs zwischen zwei Patientengruppen zu vergleichen. Ein höherer Prozentsatz an nachweisbaren MEPs deutet auf ein größeres Potenzial zur Verbesserung der kortikospinalen Bahnen bei Schlaganfallpatienten hin.
   2. Führen Sie einen Funktionstest für die halbseitig gelähmte obere Extremität-Hongkong (FTHUE-HK) durch.
      1. Verwenden Sie die Waage, um die Funktionalität der oberen Gliedmaßen des Patienten zu beurteilen, die 12 Aufgaben umfasst, z. B. das Auflegen der Hand auf das Knie und das Auswringen eines Lappens.
         HINWEIS: Jede Aufgabe muss innerhalb von 3 Minuten abgeschlossen werden und kann nur bis zu 3 Mal versucht werden. Die Skala umfasst 7 Stufen, wobei höhere Stufen eine bessere Funktionalität der oberen Gliedmaßen anzeigen¹⁸.
   3. Verwenden Sie die Fugl-Meyer Assessment Upper Extremity Scale (FMA-UE).
      1. Verwenden Sie diese Skala, um die motorische Funktion von Schulter, Ellbogen, Unterarm, Handgelenk und Hand zu bewerten.
         HINWEIS: Eine Punktzahl von 0 zeigt an, dass die angegebene Bewegung nicht ausgeführt werden kann, eine Punktzahl von 1 zeigt eine teilweise Fertigstellung an und eine Punktzahl von 2 zeigt eine vollständige Fertigstellung an. Die Skala hat eine maximale Punktzahl von 66 Punkten, wobei höhere Werte auf eine bessere Motorik der oberen Gliedmaßen hinweisen¹⁹.
   4. Berechnen Sie den modifizierten Barthel-Index (MBI).
      1. Verwenden Sie diese Skala, um die Leistung des Patienten bei Aktivitäten des täglichen Lebens zu beurteilen.
         HINWEIS: Die Skala besteht aus 10 Items, darunter Essen, Anziehen, Baden usw., mit einer maximalen Punktzahl von 100 Punkten. Eine höhere Punktzahl deutet auf eine größere Unabhängigkeit im täglichen Leben des Patienten^{hin 20}.
3. Stellen Sie sicher, dass allen Patienten konventionelle Medikamente verschrieben werden, einschließlich Antihypertensiva, Antidiabetika, Lipidregulatoren usw., die auf ihre individuellen Bedingungen zugeschnitten sind.
   HINWEIS: Die Auswahl der Medikation für Schlaganfallpatienten basiert auf ihren individuellen Umständen und kann von Patient zu Patient unterschiedlich sein.
4. Bestätigen Sie, dass alle Patienten 6 Wochen lang routinemäßige Physiotherapie, Ergotherapie für den Unterarm und die Hand sowie Aktivitäten des täglichen Lebens erhielten.
5. Stellen Sie sicher, dass die Patienten in der Kontrollgruppe 6 Wochen lang 1 Stunde pro Tag eine routinemäßige Ergotherapie erhielten, die auf die Funktion der oberen Gliedmaßen abzielte.
   HINWEIS: Die routinemäßige Ergotherapie, die auf die Funktion der oberen Gliedmaßen abzielt, umfasst das motorische Kontrolltraining für die Schulter- und Ellbogengelenke, das Rollentraining, das Reifentraining und das Training des Greifens nach Gegenständen.
6. Bestätigen Sie, dass die Patienten in der Versuchsgruppe eine routinemäßige Ergotherapie erhielten, die auf die Funktion der oberen Gliedmaßen für 30 Minuten pro Tag abzielte, zusätzlich zu einem dualen Training des aufgabenorientierten Robotersystems der oberen Gliedmaßen für 30 Minuten pro Tag für 6 Wochen.

2. Schulung des dualen aufgabenorientierten Robotersystems der oberen Gliedmaßen

HINWEIS: Nur die Schlaganfallpatienten in der Versuchsgruppe erhielten diese Trainingseinheiten.

1. Starten Sie die Robotersystemausrüstung, schalten Sie den Computerbildschirm des Systems ein, öffnen Sie die ULCOT Rehab-Anwendung und rufen Sie die Hauptschnittstelle des Systems auf.
2. Klicken Sie während der ersten Schulungssitzung auf Registrieren , um für jeden Patienten eine persönliche Akte zu erstellen, die hauptsächlich Name, Geschlecht, Alter, Fallnummer, Diagnose, betroffene Seite und andere relevante medizinische Inhalte enthält.
3. Klicken Sie auf der Hauptoberfläche des Systems auf Anmelden , wählen Sie den Patienten, der geschult werden muss, aus der Liste aus und geben Sie die Benutzeroberfläche des Trainingssystems für diesen Patienten ein.
4. Unterstützen Sie den Patienten dabei, sich vor dem Robotergerät zu positionieren und so einen sicheren und bequemen Abstand zu gewährleisten.
5. Klicken Sie auf der Benutzeroberfläche des Patiententrainingssystems auf Anpassung , um die Schnittstelle zur Einstellung der Geräteparameter aufzurufen und die entsprechenden Parameter für den Patienten einzustellen.
   HINWEIS: Es ist nicht notwendig, für jede Trainingssitzung Parameter festzulegen. Nach dem Einloggen in die Benutzeroberfläche des Trainingssystems des Patienten passt sich das System automatisch an die Parameter an, die während der vorherigen Trainingssitzung des Patienten festgelegt wurden. Der Therapeut kann dann die entsprechenden Parameter entsprechend den Therapiezielen modifizieren. Wenn keine Änderungen an den Parametern erforderlich sind, kann der Benutzer in der Benutzeroberfläche des Trainingssystems auf Training klicken, um auf die Einstellungsoberfläche des Trainingsprogramms zuzugreifen.
   1. Klicken Sie auf + oder - , um die Höhe der Plattform im Modul Plattformhöhenverstellung zu erhöhen oder zu verringern. Passen Sie die Höhe der Geräteplattform an die Körpergröße des Patienten an.
   2. Klicken Sie auf + oder - , um den Neigungswinkel des Roboterarms des Systems im Modul Armneigungswinkelverstellung zu erhöhen oder zu verringern. Passen Sie den Neigungswinkel des Roboterarms entsprechend den Trainingszielen für die Schulterbeuge und -streckung des Patienten an (je höher das Ziel, desto größer der Winkel).
   3. Klicken Sie auf + oder - , um den Winkel zwischen den beiden Roboterarmen im Modul Armwinkelverstellung zu vergrößern oder zu verkleinern. Passen Sie den Winkel zwischen den Roboterarmen entsprechend den Trainingszielen für die Adduktion der oberen Gliedmaßen und die Abduktion des Patienten an (je höher das Ziel, desto größer der Winkel).
6. Klicken Sie in der Benutzeroberfläche des Patientenschulungssystems auf Training , um die Benutzeroberfläche für die Einstellungen des Trainingsprogramms aufzurufen.
   1. Wählen Sie ein geeignetes Trainingsprogramm basierend auf dem Funktionsstatus der oberen Gliedmaßen des Patienten. Wenn die obere Extremität auf der halbseitig gelähmten Seite nicht in der Lage ist, den mechanischen Griff aktiv über den gesamten Bewegungsumfang zu manipulieren, entscheiden Sie sich für das assistierte Trainingsprogramm.
   2. Umgekehrt, wenn die obere Extremität auf der halbseitig gelähmten Seite in der Lage ist, den mechanischen Griff aktiv zu manipulieren, um den vollen Bewegungsumfang zu vervollständigen, wählen Sie das Widerstandstrainingsprogramm.
7. Erklären und demonstrieren Sie die Trainingsmethoden der ausgewählten Elemente und informieren Sie über relevante Vorsichtsmaßnahmen, um sicherzustellen, dass die Patienten wissen, wie sie die Trainingseinheit sicher und genau durchführen können.
8. Helfen Sie dem Patienten, seine Hände an den Griffen am Ende der beiden Roboterarme zu fixieren (Abbildung 1).
9. Führen Sie ein duales, aufgabenorientiertes Robotersystemtraining für die oberen Gliedmaßen durch.
   1. Für Patienten, die nicht in der Lage sind, den mechanischen Griff aktiv zu manipulieren, um einen vollen Bewegungsumfang auf der halbseitig gelähmten Seite der oberen Extremität zu erreichen, klicken Sie in der Einstellungsoberfläche des Trainingsprogramms auf Unterstützung, um die Benutzeroberfläche für den unterstützten Trainingsmodus aufzurufen.
      HINWEIS: Der Therapeut kann für den Patienten im unterstützten Trainingsmodus das Luftflugspiel oder das Tischtennisspiel auswählen. Es ist zu beachten, dass Patienten nur ein Spiel pro Trainingseinheit auswählen dürfen.
      1. Legen Sie die Zeit im Modul Trainingszeit auf 30 Minuten fest und wählen Sie im Modul Assistierte Stufe die für den Patienten festgelegte Stufe aus.
         HINWEIS: Dieser Modus bietet 6 Unterstützungsstufen, wobei bei Stufe 6 die betroffene obere Gliedmaße während des bilateralen Trainings der oberen Gliedmaßen sowohl vom Roboter als auch von der gesunden oberen Gliedmaße gefahren wird. Auf der anderen Seite bedeutet Stufe 1, dass die betroffene obere Extremität direkt und ohne äußere Kraft am bilateralen Training der oberen Extremität teilnimmt. Die Trainingseinheit beginnt auf Stufe 6, und der Patient kann in die nächste Stufe aufsteigen, nachdem er in jeder Stufe die volle Punktzahl erreicht hat. Sobald der Patient eine volle Trainingspunktzahl auf Unterstützungsstufe 1 erreicht hat, gilt er als bereit für das Training im Widerstandsmodus.
      2. Klicken Sie auf Luftflug oder Tischtennis und dann auf Start , um die Spieloberfläche aufzurufen.
      3. Air Flying Game: Weisen Sie den Patienten an, ein virtuelles Flugzeug zu steuern, das auf dem Computerbildschirm angezeigt wird, indem Sie die betroffene obere Extremität mit Hilfe eines Robotergeräts durch die gesunde Seite manövrieren, sodass der Patient seine Bemühungen optimieren kann, das virtuelle Flugzeug entlang der festgelegten Flugbahn zu lenken und gleichzeitig virtuelle Goldmünzen zu erfassen (Abbildung 2).
      4. Ping-Pong-Spiel : Weisen Sie den Patienten mit Hilfe des Roboters an, mit der nicht betroffenen Seite die obere Extremität der betroffenen Seite zu steuern, um den virtuellen Tischtennisschläger zu steuern, und den Schläger zu bewegen, um den fliegenden Tischtennisschläger zu fangen (Abbildung 3).
   2. Für Patienten, die in der Lage sind, den mechanischen Griff aktiv zu manipulieren, um einen vollen Bewegungsumfang auf der halbseitig gelähmten Seite der oberen Extremität zu erreichen, klicken Sie bitte Widerstand in der Benutzeroberfläche für die Einstellungen des Trainingsprogramms, um auf die Benutzeroberfläche für den Widerstandstrainingsmodus zuzugreifen.
      HINWEIS: Im Widerstandstrainingsmodus können die Teilnehmer aus fünf verfügbaren Spielen wählen: Flugfliegen, Tischtennis, Brücke & Straße, Gewichtheben, und Pop-Matching. Pro Training kann nur ein Spiel ausgewählt werden.
      1. Stellen Sie die Zeit im Modul Trainingszeit auf 30 Minuten ein und wählen Sie die Widerstandsstufen der gesunden bzw. betroffenen Seite in den Modulen Gesundes Niveau und Betroffenes Niveau aus.
         HINWEIS: Im Widerstandstrainingsmodus können die Widerstandsstufen individuell für die gesunde und die betroffene Seite des Patienten eingestellt werden, basierend auf der Muskelkraft der oberen Gliedmaßen. Die Stufen reichen von 1 (niedrigster Widerstand) bis 10 (höchster Widerstand). Die anfängliche Behandlung umfasste die Auswahl des Widerstands der Stufe 1, wobei die Patienten nach Erreichen einer perfekten Punktzahl auf jeder Trainingsstufe zur nächsten Stufe aufsteigen durften.
      2. Wählen Sie in den Modulen "Gesunde Seitenwiderstandsrichtung" und " Betroffene Seitenwiderstandsrichtung " die vom System angezeigte Widerstandsrichtung für die gesunde Seite des Patienten bzw. die betroffene Seite der oberen Extremität während des Widerstandstrainings aus.
         HINWEIS: Die Richtung des Widerstands wird für den Patienten entsprechend dem Zweck der Übung gewählt, einschließlich Drücken und Ziehen.
      3. Wählen Sie im Modul "Haltezeit" aus, wie lange das Ziel gehalten werden soll.
         HINWEIS: Die Zeit wird basierend auf der Funktion der oberen Gliedmaßen des Patienten bestimmt und reicht von 1 bis 10 s. Je länger die Zeit, desto herausfordernder wird es. Wenn die eingestellte Haltezeit 10 s beträgt und die Trainingspunktzahl perfekt ist, wird das Widerstandsniveau für die nächste Sitzung erhöht. In den Spielen Air Flying und Ping-Pong ist dieser Schritt nicht enthalten.
      4. Klicken Sie hier, um eines der folgenden Spiele auszuwählen: Luftflug, Tischtennis, Bridge & Straße, Gewichtheben und Pop-Matching. Klicken Sie auf Start , um die Spieloberfläche aufzurufen.
      5. Air Flying Game: Weisen Sie den Patienten an, das virtuelle Flugzeug zu steuern, indem Sie dem Widerstand des Roboterarms sowohl auf die gesunden als auch auf die betroffenen oberen Gliedmaßen widerstehen, sodass der Patient seine Bemühungen optimieren kann, das virtuelle Flugzeug entlang der festgelegten Flugbahn zu lenken und gleichzeitig virtuelle Goldmünzen zu erobern.
      6. Tischtennisspiel : Weisen Sie den Patienten an, den virtuellen Tischtennisschläger zu steuern, indem Sie dem Widerstand des Roboterarms sowohl auf den gesunden als auch auf den betroffenen oberen Gliedmaßen widerstehen und den Schläger bewegen, um den fliegenden Tischtennisschläger zu fangen.
      7. Bridge & Road-Spiel : Lassen Sie den Patienten beide Enden einer Holzbrücke auf dem Bildschirm steuern, indem er dem Widerstand des Roboterarms sowohl an den gesunden als auch an den betroffenen oberen Gliedmaßen widersteht, bewegen Sie zwei unterschiedlich hohe Leiterplattformen und halten Sie sie für eine bestimmte Zeit fest, damit die virtuelle Figur passieren kann (Abbildung 4).
      8. Gewichtheber-Spiel : Lassen Sie den Patienten die Enden einer Gewichtheber-Langhantel steuern, die auf einem Bildschirm angezeigt wird, indem Sie dem Widerstand widerstehen, den der Roboterarm sowohl auf die gesunden
         und betraf die oberen Gliedmaßen, indem sie ihre Position anpasste, um einen Zielort zu erreichen, indem sie den Abstand variierte und diese Position für eine bestimmte Dauer beibehielt (Abbildung 5).
      9. Pop-Matching-Spiel : Lassen Sie den Patienten zwei virtuelle
         Finger, die sich am linken und rechten Ende des Bildschirms befinden, indem sie dem Widerstand des Roboterarms sowohl auf die gesunden als auch auf die betroffenen oberen Gliedmaßen widerstehen, wählen identische Elemente aus der linken und rechten Bildspalte durch die virtuellen Finger aus und behalten diese Position für eine Weile bei.
         festgelegten Dauer (Abbildung 6).
         HINWEIS: Das System überprüft, ob die ausgewählten Bilder auf beiden Seiten identisch sind. Ist dies der Fall, werden die ausgewählten Bilder entfernt. Wenn sie nicht übereinstimmen, wird der Patient aufgefordert, erneut auszuwählen.

3. Follow-up-Verfahren

1. Verwenden Sie Statistiksoftware, um die gesammelten Bewertungsdaten zu analysieren und geeignete Analysemethoden basierend auf dem Datentyp zu bestimmen.
2. Erläutern Sie die Bedeutung der Datenergebnisse und bewerten Sie die Auswirkungen des dualen trainingsorientierten Robotersystems der oberen Gliedmaßen auf die Funktion der oberen Gliedmaßen bei Schlaganfallpatienten.

Results

Insgesamt wurden für diese Studie 60 Schlaganfallpatienten in eine Kontrollgruppe (n = 30) und eine Versuchsgruppe (n = 30) eingeteilt. Beim Vergleich von Alter, Geschlecht, Schlaganfalltyp, Krankheitsdauer, Seite der Hemiplegie und anderen allgemeinen Informationen zwischen den beiden Gruppen wurden keine statistisch signifikanten Unterschiede gefunden (P > 0,05), was auf ihre Vergleichbarkeit hinweist (Tabelle 1). Patienten in der Versuchsgruppe, die mit einem dualen, aufgabenorientierten Robotersystem für die oberen Gliedmaßen trainiert wurden, zeigten im Vergleich zu denen, die eine konventionelle Behandlung erhielten, größere Verbesserungen bei MEPs, FMA-UE, FTHUE-HK und MBI.

Nach 6 Wochen Training übertraf die Erkennungsrate der motorisch evozierten Potentiale (MEPs) in der Versuchsgruppe die der Kontrollgruppe (P < 0,05) (Tabelle 2). Nach der Trainingsphase zeigten beide Patientengruppen eine Verbesserung des FTHUE-HK im Vergleich zu den Werten vor der Behandlung (P < 0,05), wobei die Versuchsgruppe eine ausgeprägtere Verbesserung zeigte als die Kontrollgruppe (P < 0,05) (Tabelle 3). Darüber hinaus wurden in beiden Patientengruppen Verbesserungen der FMA-UE- und MBI-Scores im Vergleich zu den Werten vor der Behandlung beobachtet (P < 0,05), wobei die Versuchsgruppe signifikantere Verbesserungen aufwies als die Kontrollgruppe (P < 0,05) (Tabelle 4). Diese Ergebnisse unterstreichen die Wirksamkeit des aufgabenorientierten Robotersystems für die doppelten oberen Gliedmaßen bei der Förderung der Wiederherstellung der Funktion der oberen Gliedmaßen bei Schlaganfallpatienten.

Die statistische Analyse wurde mit geeigneter Software durchgeführt, wobei für einen zweiseitigen Test ein Signifikanzniveau von P < 0,05 festgelegt wurde. Die Messdaten wurden auf Einhaltung einer Normalverteilung und homogene Varianzen überprüft. Gepaarte t-Tests wurden für Vergleiche innerhalb der Gruppen vor und nach der Behandlung für normalverteilte stetige Variablen verwendet, während zwei unabhängige Stichproben-t-Tests für Vergleiche zwischen den Gruppen verwendet wurden. Die Zähldaten wurden mit dem χ2-Test bewertet, die Rangvariablen innerhalb der Gruppen mit dem Wilcoxon-Vorzeichen-Rang-Test und die Analyse zwischen den Gruppen mit dem Mann-Whitney-Test.

Abbildung 1: Duales aufgabenorientiertes Robotersystem der oberen Gliedmaßen. Dieses System unterstützt Schlaganfallpatienten mit beidseitigem Training der oberen Extremitäten, um die Wiederherstellung der Funktion der oberen Gliedmaßen zu fördern. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 2: Air Flying Spiel. Mit Hilfe des Roboters wird der Patient angeleitet, das virtuelle Flugzeug auf dem Computerbildschirm zu steuern, um das virtuelle Flugzeug entlang der festgelegten Flugbahn fliegen zu lassen. Gleichzeitig erfasst das virtuelle Flugzeug die virtuellen Goldmünzen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 3: Ping-Pong-Spiel. Mit Hilfe des Roboters wird der Patient angewiesen, den virtuellen Tischtennisschläger zu steuern und den Schläger zu bewegen, um das fliegende Tischtennis zu fangen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 4: Bridge & Road-Spiel. Der Patient wird angeleitet, die beiden Enden der Holzbrücke auf dem Bildschirm zu steuern und in unterschiedlichen Abständen zu bewegen. Die beiden unterschiedlich hohen Leitern sollten miteinander verbunden und für eine gewisse Zeit gewartet werden, damit der virtuelle Bösewicht reibungslos passieren kann. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 5: Gewichtheben-Spiel. Der Patient sollte die beiden Enden der Hantel zum Gewichtheben auf dem Bildschirm steuern, sie in verschiedene Entfernungen bewegen, die Langhantel in die Zielposition drücken und für die angegebene Zeit halten. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 6: Pop Matching-Spiel. Der Patient sollte die beiden virtuellen Finger am linken und rechten Ende des Bildschirms durch die gesunde und die betroffene Seite steuern. Die oberen Gliedmaßen müssen mit virtuellen Fingern dieselben Elemente in der linken und rechten Spalte von Bildern auswählen und diese Position für die angegebene Zeit beibehalten. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Gruppe	n	Geschlecht (n)		Alter (x ± s, y )	Krankheitsverlauf (x ± s, d)	Art des Hubs (n)		Hemiplegische Seite (n)
		Männlich	Weiblich			Ischämisch	Hämorrhagische	Links	Rechts
Kontrollgruppe (n=30)	30	16	14	56,70±7,60 kg	38.77±15.71 kg	14	16	14	16
Experimentelle Gruppe (n=30)	30	17	13	57.17±6.93 kg	39.47±16.23 Uhr	17	13	17	13
P		0,05 >		0,05 >	0,05 >	0,05 >		0,05 >

Tabelle 1. Ausgangsmerkmale zwischen den beiden Gruppen. Es werden die Ausgangsmerkmale der Kontroll- und Versuchsgruppe umfassend verglichen. Dazu gehören demografische und klinische Daten, um die Vergleichbarkeit zwischen den Gruppen zu gewährleisten.

Gruppe	n	Vorbehandlung		Nachbehandlung
		Antwort	keine Antwort	Antwort	keine Antwort
Kontrollgruppe (n = 30)	30	8	22	10	20
Experimentelle Gruppe (n = 30)	30	7	23	18	12
P		0,05 >		0,05 <

Tabelle 2. Vergleich der Antworten der Abgeordneten zwischen den beiden Fraktionen. Es demonstriert die Wirkung eines dualen, aufgabenorientierten Robotersystems der oberen Extremitäten auf die kortikospinalen Bahnen bei Schlaganfallpatienten.

Gruppe		FTHUE-HK (M(P 25, P75))
Kontrollgruppe (n = 30)	Vorbehandlung	3(2,3)
	Nachbehandlung	3(3,4)*
Experimentelle Gruppe (n = 30)	Vorbehandlung	3(2,3)
	Nachbehandlung	4(3,5)*#
*P < 0,05 im Vergleich zur Vorbehandlung; #P < 0,05 im Vergleich zur Kontrollgruppe

Tabelle 3. Vergleich von FTHUE-HK zwischen den beiden Gruppen. Es beschreibt den Einfluss des dualen aufgabenorientierten Robotersystems der oberen Gliedmaßen auf die Funktion der oberen Gliedmaßen bei Schlaganfallpatienten.

Gruppe		FMA-UE (x ± s)	MBI (x ± s)
Kontrollgruppe (n=30)	Vorbehandlung	25.33±11.72 Uhr	44.27±13.21 Uhr
	Nachbehandlung	34.63±13.06*	51.03±12.55 Uhr*
Experimentelle Gruppe (n=30)	Vorbehandlung	25.93±11.87 Uhr	44.93±14.10 kg
	Nachbehandlung	42.37±15.20*#	59,73±14,63*#
*P < 0,05 im Vergleich zur Vorbehandlung; #P < 0,05 im Vergleich zur Kontrollgruppe

Tabelle 4. Vergleich von FMA-UE und MBI zwischen den beiden Gruppen. Es veranschaulicht die Auswirkungen des dualen aufgabenorientierten Robotersystems der oberen Gliedmaßen auf die Funktion der oberen Gliedmaßen und die Aktivitäten des täglichen Lebens bei Schlaganfallpatienten.

Discussion

Es hat sich gezeigt, dass bilaterales Training die interkortikale Hemmung bei Schlaganfallpatienten normalisiert, die Reorganisation des funktionellen Netzwerks des Gehirns erleichtert und letztendlich die Funktion der oberen Gliedmaßen verbessert²¹. In dieser Studie wird ein Programm für das funktionelle Training der oberen Gliedmaßen bei Schlaganfallpatienten unter Verwendung eines dualen aufgabenorientierten Robotersystems für die oberen Gliedmaßen vorgestellt. Das Programm integriert bilaterale Bewegungen der oberen Gliedmaßen, aufgabenorientierte Aktivitäten und robotergestütztes Training, um die Rehabilitation der Funktion der oberen Extremitäten bei Schlaganfallpatienten zu verbessern.

Mehrere wichtige Schritte verdienen Aufmerksamkeit bei der Implementierung des dualen trainings für aufgabenorientierte Robotersysteme der oberen Gliedmaßen. Zunächst sollte der Therapeut den Neigungswinkel des Roboterarms und den Winkel zwischen den beiden Armen auf der Grundlage des Funktionsstatus der oberen Extremität des Patienten und der therapeutischen Ziele umgehend anpassen. Zweitens muss das Maß an Unterstützung oder Widerstand, das das System bietet, genau entsprechend der Muskelkraft der oberen Gliedmaßen des Patienten ausgewählt werden. Wenn der Trainingsscore des Patienten das Maximum erreicht, sollte er unverzüglich auf die nächste Stufe angepasst werden. Drittens sollte der Therapeut im Widerstandstrainingsmodus die Widerstandsniveaus sowohl für die gesunde als auch für die betroffene Seite sowie die Richtung des Widerstands (einschließlich Drücken und Ziehen) in Abhängigkeit von der Muskelkraft der oberen Gliedmaßen des Patienten auf jeder Seite festlegen.

Das duale Training des aufgabenorientierten Robotersystems der oberen Gliedmaßen umfasst Bewegungen der oberen Gliedmaßen über verschiedene Ebenen und Richtungen. Ein zufälliges Umschalten zwischen diesen Ebenen und Richtungen während des Trainings ist jedoch nicht möglich, da jeder Wechsel das Anhalten der aktuellen Trainingseinheit erfordert, um das System wieder zu überholen. Einige Forscher haben zwei identische Roboter eingesetzt, um Patienten beim bilateralen Training der oberen Extremitäten in drei Dimensionen zu unterstützen⁴. Dieser Ansatz ermöglicht es den Patienten, sich während des Trainings in mehrere Bewegungsrichtungen zu bewegen, stellt jedoch eine Herausforderung bei der effektiven Kraftübertragung zwischen den gesunden und den betroffenen Gliedmaßen dar. Da das duale, aufgabenorientierte Robotersystem für die oberen Gliedmaßen in den nachfolgenden Schritten verfeinert wird, ist es wichtig, die Bewegungsfreiheitsgrade des Roboterarms zu verbessern, um das multidirektionale Bewegungstraining der oberen Extremität zu ermöglichen. Darüber hinaus ist es von entscheidender Bedeutung, das Problem der kompensatorischen Rumpfbewegungen anzugehen, das einige Patienten während des Trainings mit dem dualen aufgabenorientierten Robotersystem der oberen Gliedmaßen aufweisen. Solche Ausgleichsbewegungen können den Bewegungsumfang der oberen Extremitäten verringern und zur Entwicklung von Fehlbewegungsmustern führen. Um die Auswirkungen dieses Problems zu mildern, sollten Therapeuten die Patienten umgehend daran erinnern, die richtige Sitzhaltung beizubehalten und sich während des Trainings an die richtigen Bewegungsmuster zu halten.

Bei den meisten traditionellen bilateralen Trainingsmethoden für die oberen Gliedmaßen hält die gesunde Hand die betroffene Hand oder verbindet die beiden Hände mit einem Gerät (z. B. einem Holzstock). Im Gegensatz dazu bietet das in dieser Studie verwendete duale Training des aufgabenorientierten Robotersystems der oberen Gliedmaßen signifikante Vorteile. Untersuchungen deuten darauf hin, dass die Wiederherstellung der Gliedmaßenfunktion bei Schlaganfallpatienten durch präzises und sich stark wiederholendes Rehabilitationstraining verbessert wird²². Nach einem Schlaganfall zeigen die Patienten jedoch häufig eine verminderte Muskelkraft in der betroffenen Extremität und eine verminderte motorische Funktion in der gesunden Extremität^23,24. Folglich wird es während des traditionellen bilateralen Trainings der oberen Gliedmaßen für die Patienten schwierig, normale Bewegungsmuster kontinuierlich und wiederholt über längere Zeiträume aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus kann die gesunde obere Extremität erhebliche Kraft ausüben, um eine bestimmte Bewegung auszuführen, während die betroffene obere Extremität nur minimale Kraft aufbringt, wodurch das volle Engagement der betroffenen Extremität beeinträchtigt wird. Das duale aufgabenorientierte Robotersystemtraining der oberen Gliedmaßen kann die von der gesunden oberen Extremität auf die betroffene Extremität übertragene Kraft basierend auf der Muskelkraft der betroffenen oberen Extremität des Patienten modulieren und so eine allmähliche und strukturierte Beteiligung der betroffenen Extremität erleichtern. Bei diesem Training wird auch robotische Assistenz eingesetzt, um den Patienten zu ermöglichen, hochgradig repetitive und präzise Bewegungen auszuführen, was nachweislich ein konstantes Feedback an das Gehirn liefert, was die funktionelle Reorganisation fördert und letztendlich die Funktion der Gliedmaßen verbessert^14,22. Darüber hinaus sind die virtuellen Spiele, die in das Training des dualen aufgabenorientierten Robotersystems der oberen Gliedmaßen integriert sind, aufgabenorientiert, und Studien haben gezeigt, dass ein solches Training die Funktion der oberen Gliedmaßen und die Fähigkeit, Aktivitäten des täglichen Lebens bei Schlaganfallpatienten auszuführen, verbessern kann^25,26.

In dieser Studie basierten die MEPs bei Patienten ausschließlich auf dem Vorhandensein oder Fehlen von nachweisbaren MEP. Diese Entscheidung wurde getroffen, da eine umfassende vergleichende Analyse der MEP-Latenz und -Amplitude nicht möglich war, da MEP bei einigen Patienten nicht nachgewiesen werden konnte. Die Studie umfasste Patienten mit unterschiedlichen Krankheitsdauern zwischen 2 Wochen und 3 Monaten, was sich möglicherweise auf die Ergebnisse aufgrund von Unterschieden in der spontanen Genesung auswirkt. Die Auswahlkriterien der Patienten konzentrierten sich ausschließlich auf den Schlaganfalltyp und den hemiplegischen lateralen Zustand, ohne die spezifischen Hirnläsionsbereiche zu berücksichtigen, was die vergleichende Analyse der Wirksamkeit beeinflusste. Darüber hinaus gibt es weitere Einschränkungen, die in dieser Studie identifiziert wurden. Zunächst wurden Patienten mit hohem Muskeltonus (MAS > 2) aus dem Experiment ausgeschlossen, da ihr Zustand möglicherweise die Trainingsergebnisse beeinflussen könnte. Zweitens wurde die Evaluierung der Wirksamkeit des Experiments nur bis zu 6 Wochen nach der Intervention durchgeführt, da es keine Langzeit-Follow-up-Daten gab. Drittens befanden sich alle Teilnehmer innerhalb von 3 Monaten nach Krankheitsbeginn, so dass Unsicherheit über die Wirksamkeit dieses Trainingsansatzes für Patienten über die 3-Monats-Marke hinaus besteht. Darüber hinaus war die Stichprobengröße der Studie klein, was die Notwendigkeit künftiger Forschung mit einer größeren und vielfältigeren Stichprobe unterstreicht. Als Reaktion auf die oben genannten Probleme werden wir in den folgenden Phasen der Studie weitere Erweiterungen und Optimierungen vornehmen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich das aufgabenorientierte Robotersystem mit dualen oberen Gliedmaßen als vielversprechend erwiesen hat, um die Funktion der oberen Gliedmaßen und die Aktivitäten des täglichen Lebens von Schlaganfallpatienten zu verbessern. Dieser Ansatz rechtfertigt eine breitere Anwendung im klinischen Umfeld für die funktionelle Rehabilitation der oberen Gliedmaßen nach einem Schlaganfall.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Duales aufgabenorientiertes Robotersystem für die oberen Gliedmaßen	Auckland Tongji Rehabilitation Medical Equipment Research Center, Tongji Zhejiang College	N/A	Das aufgabenorientierte Robotersystem mit zwei oberen Gliedmaßen kann Schlaganfallpatienten beim bilateralen virtuellen Spieltraining der oberen Gliedmaßen unterstützen, indem es die Kraftübertragung zwischen den gesunden und den betroffenen oberen Gliedmaßen reguliert.
Magnetstimulationstherapiesystem	Sichuan Junjian Wanfeng Medical Equipment Co., Ltd.	http://www.jjwf-med.com	Dieses System kann zur Messung des motorevozierten Potentials (MEP)
SPSS 25.0	IBM	Version 25.0	verwendet werden https://www.ibm.com/support/pages/downloading-ibm-spss-statistics-25