Summary
Den kombinerede brug af transkranial jævnstrøm stimulation og robot terapi som en tilføjelse til konventionelle rehabilitering terapi kan resultere i forbedrede terapeutiske resultater på grund af modulation af hjernens plasticitet. I denne artikel vil beskrive vi vores Institut kombinerede metoder til forbedring af motorisk præstation efter slagtilfælde.
Abstract
Neurologiske sygdomme som slagtilfælde og cerebral parese er førende årsager til langsigtede handicap og kan føre til alvorlige uarbejdsdygtighed og begrænsning af daglige aktiviteter på grund af nedre og øvre lemmer funktionshæmninger. Intensiv fysioterapi og ergoterapi er stadig betragtes som vigtigste behandlinger, men nye adjungerede behandlingsformer til standard rehabilitering, der kan optimere funktionelle resultater er ved at blive undersøgt.
Transkranial jævnstrøm stimulation (TDC'er) er en noninvasiv hjernen stimulation teknik, der polariserer underliggende områder af hjernen gennem anvendelse af svage direkte strømme gennem elektroder på hovedbunden, modulerende kortikal ophidselse. Øget interesse for denne teknik kan tilskrives dens lav pris, brugervenlighed, og effekter på human neural plasticitet. Nyere forskning har udført for at bestemme den kliniske potentiale af TDC'er i forskelligartede betingelser såsom depression, Parkinsons sygdom og motor rehabilitering efter apopleksi. TDC'er hjælper med at forbedre hjernens plasticitet og synes at være en lovende teknik i rehabiliteringsprogrammer.
En række robot enheder er blevet udviklet for at bistå i rehabilitering af overekstremiteterne funktion efter slagtilfælde. Rehabilitering af motor underskud er ofte en lang proces, der kræver multidisciplinære tilgange for en patient at opnå maksimal uafhængighed. Disse enheder ikke har til hensigt at erstatte manuel rehabilitering terapi; i stedet, de var udformet som et supplerende værktøj til rehabiliteringsprogrammer, giver mulighed for umiddelbar opfattelse af resultater og sporing af forbedringer, således at hjælpe patienter til at holde sig motiveret.
Både tDSC og robot-assisteret terapi er lovende Tilføjelser til slagtilfælde rehabilitering og målrette graduering af hjernens plasticitet, med flere rapporter, der beskriver deres brug være forbundet med konventionel behandling og forbedring af terapeutiske resultater. Dog mere for nylig, har nogle små kliniske forsøg udviklet at beskriver den tilknyttede brug af TDC'er og robot-assisteret terapi i slagtilfælde rehabilitering. I denne artikel vil beskrive vi vores Institut kombinerede metoder til forbedring af motorisk præstation efter slagtilfælde.
Introduction
Neurologiske sygdomme som apopleksi, cerebral parese og traumatisk hjerneskade er førende årsager til langsigtede handicap som følge af læsioner og efterfølgende neurologiske symptomer, der kan føre til alvorlige uarbejdsdygtighed og begrænsning af daglige aktiviteter1. Bevægelsesforstyrrelser reducere patientens livskvalitet. Motor nyttiggørelse er grundlæggende drevet af neuroplasticitet, den grundlæggende mekanisme bag genanskaffelse af motoriske færdigheder tabt på grund af hjernen læsioner2,3. Således er rehabilitering behandlinger stærkt baseret på høj-dosis intensiv træning og intens gentagelse af bevægelser til at genvinde styrke og vifte af bevægelse. Disse gentagne aktiviteter er baseret på daglige liv bevægelser, og patienter kan blive mindre motiverede på grund af langsom motor genopretning og gentagende øvelser, som kan forringe succes af Neurorehabilitering4. Intensiv fysioterapi og ergoterapi er stadig betragtes som vigtigste behandlinger, men nyere adjungeret behandlingsformer til standard rehabilitering er ved at blive undersøgt for at optimere funktionelle resultater1.
Fremkomsten af robot-assisteret terapi har vist sig at have stor værdi i slagtilfælde rehabilitering, påvirke processer af neuronal synaptisk plasticitet og reorganisering. De er blevet undersøgt for træning af patienter med beskadiget neurologiske funktioner og hjælpe mennesker med handicap5. En af de vigtigste fordele ved tilføjelse af robotteknologi til rehabilitive interventioner er dens evne til at levere høj intensitet og høj-dosis træning, som ellers ville være en meget arbejdskrævende proces6. Brug af robot terapier, sammen med virtual reality computerprogrammer, giver mulighed for en umiddelbar opfattelse og vurdering af motor opsving og kan ændre gentagne handlinger i meningsfulde, interaktive funktionelle opgaver såsom rengøring en stovetop7 . Dette kan løfte patienternes motivation og overholdelse af den lange rehabiliteringsproces og giver mulighed for, gennem mulighed for at måle og kvantificere bevægelser, sporing af deres fremskridt5. Integration af robot terapi i nuværende praksis kan øge effekten og effektiviteten af rehabilitering og muliggør udvikling af nye former for øvelse8.
Terapeutiske rehabilitering robotter give opgave-specifik uddannelse og kan opdeles i slutningen-effektor-type enheder og exoskeleton-type enheder9. Forskellen mellem disse klassificeringer er relateret til hvordan bevægelse overføres fra enheden til patienten. Ende-effektor enheder har enklere strukturer, at kontakte patientens lemmer kun på sit mest distale del, hvilket gør det mere vanskeligt at isolere bevægelse af én fælles. Exoskeleton-baserede enheder har mere komplekse designs med en mekanisk struktur, der afspejler den skeletale struktur af lemmer, så en bevægelse af enhedens fælles vil producere den samme bevægelse på patientens lemmer7,9.
T-WREX er en exoskeleton-baserede robot, der hjælper hele armbevægelser (skulder, albue, underarm, håndled og fingerbevægelser). Den justerbare mekaniske arm giver mulighed for varierende niveauer af tyngdekraften støtte, gør det muligt for patienter, der har nogle resterende overekstremiteterne funktion til at opnå en større aktiv vifte af bevægelse i en tridimensional fysisk terapi7,9. MIT-MANUS er en ende-effektor-type robot, der arbejder i en enkelt plan (x- og y-aksen) og giver mulighed for en to-dimensionel tyngdekraft kompenseret terapi, medhjælpende skulder og albue bevægelser ved at flytte patientens hånd i vandret eller lodret plan9 , 10. begge robotter har indbygget holdning sensorer, der kan kvantificere øvre ekstremiteter motorisk kontrol og inddrivelse og en grænseflade for computer integration, der giver mulighed for 1) uddannelse af meningsfulde funktionelle opgaver simuleret i et virtuelt læringsmiljø og 2) terapeutisk øvelse spil, som hjælpe praksis af motor planlægning, øje-hånd koordination, opmærksomhed og visuelle felt defekter eller forsømmer7,9. De også giver mulighed for erstatning for tyngdekraften effekter på de øvre lemmer og er i stand til at tilbyde støtte og bistand til repetitive og stereotype bevægelser i alvorligt svækket patienter. Dette reducerer gradvis bistand som emnet forbedrer og anvender minimal bistand eller modstand bevægelighed for mildt for synshæmmede patienter9,11.
En anden ny teknik for Neurorehabilitering er transkranial jævnstrøm stimulation (TDC'er). TDC'er er en non-invasiv brain stimulation teknik, der inducerer kortikal ophidselse ændringer ved hjælp af lav amplitude direkte strømninger anvendes via hovedbunden elektroder12,13. Afhængigt af polariteten af den nuværende flow, kan hjernen ophidselse steg med anodal stimulation eller faldt med cathodal stimulation2.
For nylig har der været øget interesse i TDC'er, som det har vist sig at have gavnlige effekter på en bred vifte af sygdomme som slagtilfælde, epilepsi, Parkinsons sygdom, Alzheimers sygdom, fibromyalgi, psykiatriske lidelser som depression, affektive lidelser, og skizofreni2. TDC'er har nogle fordele, som dens relativt lav pris, brugervenlighed, sikkerhed, og sjældne bivirkninger14. TDC'er er også en smertefri metode og kan være pålideligt blændet i kliniske forsøg, da det har en fingeret tilstand13. TDC'er er sandsynligvis ikke optimal for funktionel genopretning på sine egne; men det viser øget løfte som en tilknyttet terapi i rehabilitering, som det øger hjernens plasticitet15.
I denne protokol viser vi kombinerede robot-assisteret terapi (med to state-of-the-art robotter) og non-invasiv Neuromodulationsbehandling med TDC'er som en metode til at forbedre rehabilitering resultater, ud over konventionelle fysioterapi. De fleste undersøgelser der involverer robot terapier eller TDC'er har brugt dem som isolerede teknikker, og få har kombineret begge, som kan forbedre de gavnlige virkninger ud over hvert interventionsorgan alene. Disse mindre forsøg påvist en mulig synergieffekt mellem de to procedurer, med forbedret motor opsving og funktionsevne8,15,16,17,18, 19. Nye multimodale behandlinger kan derfor øge bevægelse genopretning ud over de nuværende muligheder.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Denne protokol følger retningslinjerne i vores institution menneskelige videnskabsetisk Komité.
1. TDC'er
- Kontraindikationer og særlige overvejelser
Bemærk: TDC'er er en sikker teknik, der sender konstant og lav jævnstrøm gennem elektroder, inducerende ændringer i neuronal ophidselse af området bliver stimuleret.- Før Enhedsinstallation, bekræfte, at patienten ikke har nogen kontraindikationer til TDC'er, såsom bivirkninger ved tidligere TDC'er behandling, indopererede hjernen medicinsk udstyr eller tilstedeværelsen af metal implantater i hovedet.
- Brug de følgende inklusionskriterierne: subakutte og kroniske apopleksi patienter med let til moderat øvre ekstremiteter hemiparese. Andre kontraindikationer omfatter kraniet fejl, som kunne ændre intensiteten og placeringen af nuværende flow, og emner skal være fri for ustabile medicinske tilstande, såsom ukontrollerede epilepsi.
- Undersøg patientens hovedbund grundigt for kutane læsioner, som akut eller kroniske hudsygdomme, nedskæringer eller andre inflammatoriske tegn. Undgå at placere elektroder og stimulere områder med sådanne læsioner som en sikkerhedsforanstaltning.
- Materialer til TDC'er
- Tjek om alle følgende opført materialer er tilgængelige (figur 1) før du begynder proceduren: TDC'er stimulator enhed, 9 V batteri, 2 ledende elektroder, 2 svamp elektroder, kabler, 2 gummi hoved bands (eller Velcro stropper, ikke-ledende stropper) , natriumklorid (NaCl) løsning, målebånd
- Målinger
- Elektrode websteder er normalt defineret som 10/20 EEG positioner, som beskrevet i en tidligere publikation20. Sørg for emnet sidder komfortabelt.
- Først, lokalisere vertex (Cz).
- Måle afstanden fra nasion (bro af næsen) eller skæringspunktet mellem frontal knoglen og to nasale knogler til inion (eksterne occipital forhøjning eller mest fremtrædende projektionen af forhøjning), og markere 50% af denne længde. Mark denne foreløbige Cz placering som en linje, ved hjælp af enten en olie blyant eller ugiftige vandbaseret markør.
- Måle den venstre og højre pre auricular points afstand (dvs. området foran tragus). Divider denne afstand i halve og markere det beregnede punkt med en linje.
- Forbinde begge linjer for at oprette et kors. Skæringspunktet mellem begge linjer svarer til vertex (Cz) (figur 2).
- Identificere mål-webstedet på hovedet.
Bemærk: Anodal stimulation øger kortikal ophidselse i stimuleret hjernevæv, mens cathodal stimulation falder det. Tidligere undersøgelser har brugt anodal stimulation i den lesioned halvkugle eller cathodal stimulation i contralesional halvkugle for at mindske kortikal ophidselse i upåvirket motor cortex og øge det i den berørte motoriske cortex. I denne protokol, vil vi beskrive både bihemispheric stimulation (med både anodal og cathodal stimulation i den samme session) og anodal stimulation over den primære motor cortex.- For at finde den primære motor cortex (M1), bruge 20% af afstanden fra Cz til venstre eller højre pre auricular punkt (figur 3). Dette område bør svare til placeringen, C3/C4 EEG.
- Placer anoden over center af M1 motor cortex ipsilesional halvkugle og katoden over de kontralaterale supraorbital region (Fp) (figur 3).
- Alternativt kan du placere anoden over center af M1 motor cortex ipsilesional halvkugle og katoden over contralesional M1. M1 positioner for TDC'er elektroder er placeret på kanaler C3 og C4 (figur 3).
- Klargøring af huden
- Inspicerer huden og undgå stimulerende over læsioner eller beskadiget hud.
- Flytte håret væk fra stedet for stimulation til at forbedre ledningsevne. Ren overfladen af huden, fjerner tegn på lotion og gel. For fag med tykkere hår, kan ved hjælp af ledende gel være nødvendigt.
- Elektrode placering og indretning setup20
- Efter forbereder huden og lokalisering webstedet stimulation, placere en hoved strop under inion, omkring den hovedomkreds. Give hoved stropper fremstillet af ikke-ledende og ikke-absorberende materiale såsom elastisk, Velcro eller gummi remme.
- Sættetid svampe med saltvandsopløsning. For en 35 cm2 svamp, ca 6 mL af opløsning pr. side kan være tilstrækkeligt. Undgå oversoaking svamp. Undgå at producere væske lækager over emnet. Hvis det er nødvendigt, skal du bruge en sprøjte til at tilføje flere løsning.
- Forbind kablerne til TDC'er enhed. Sørg for, at polariteten af kablerne er korrekt, da virkningerne af TDC'er er polaritet-specifikke (som standardiserede: rød svarer til anoden elektrode, og sort eller blå svarer til katoden elektrode).
- Indsæt stikket ledningen pin sikkert i ledende gummi indsatser.
- Indsæt den ledende gummi indsatser i svampen. Sikre, at hele ledende gummi indsatser er dækket af svamp og at stik ledningen pin ikke er synlige.
- Placer den første svamp elektrode under den hoved strop og sikre, at overdreven væske ikke frigives fra svampen.
- Tilslut begge hoved elastikker, ifølge elektrode montage planlagt.
- Placer den anden svamp elektrode på hovedet over området bliver stimuleret under det andet elastisk hoved strop.
- Hvis den samlede elektriske modstand af elektroder og kroppen er høj, kan det tyde utilstrækkelig elektrode set-up. Nogle enheder giver modstand måling, som skal være under 5 kΩ, ideelt.
- Nogle enheder giver en kontinuerlig angivelse af modstand under stimulation, som er en nyttig måde at opdage potentielt farlige situationer (såsom en tør elektrode). I sådanne tilfælde, kan enheden afslutte eller reducere stimulation hvis modstand stiger ud over en bestemt tærskel.
- Stimulation
- Sørg for at patienten er vågen, afslappet, og sidder komfortabelt under proceduren21.
- Justere indstillingerne TDC'er stimulator (intensitet, tid og sham tilstand, hvis det er relevant). I overensstemmelse med tidligere undersøgelser, anvende jævnstrøm i 20 minutter ved en intensitet på 1 mA.
Bemærk: For sham intervention, nuværende er normalt anvendes kun for de første 30 s til at give emnet fornemmelsen af stimulation. Denne varighed er etableret i flere undersøgelser at være effektiv i blændende dem til de tildelte indgreb, uden stimulerende kortikal ophidselse22. - Indlede TDC'er stimulation. Start den aktuelle flow af ramping op strøm til at undgå de mest skadelige virkninger. Ramping op sker automatisk på nogle enheder, men hvis det ikke er, øge nuværende langsomt under de første 30 s til at nå maksimalt programmeret nuværende (i vores protokol, op til 1 mA).
- Efter start af elektrisk stimulation, kan nogle patienter fornemmer midlertidig let kløe fornemmelser, svimmelhed eller svimmelhed. Dette kan undgås ved ramping løbende op og ned i starten og slutningen af hver session.
- I slutningen af proceduren, gradvist rampe off aktuelt for 30 s.
- Efter indgrebet
- For at registrere og evaluere sikkerheden af stimulation, bede patienten om at udfylde et spørgeskema om almindelige bivirkninger og deres intensitet efter proceduren er færdig. Disse kan omfatter hudirritation, kvalme, hovedpine, brændende fornemmelser, svimmelhed, prikken eller andre gener.
- Forklar patienten, eventuelle mulige bivirkninger er normalt milde eller moderate intensitet og som regel midlertidige.
- Efter TDC'er, henvise patienter til at gennemgå robot terapi.
Bemærk: I de næste afsnit i denne protokol, vil vi beskrive brugen af den kommercielle version af MIT-Manus og T-WREX.
2. robot terapi med MIT-Manus
-
Positionering
Bemærk: Denne robot er en interaktiv robot for rehabilitering af overekstremiteterne. Version udnyttet i vores undersøgelse giver uddannelse af håndleddet bevægelse i det vandrette plan (planar).- Sørg for emnet sidder i en komfortabel og ergonomisk stol, sikret af en fire-punkts sikkerhedssele og vender videoskærmen.
- Sørg for, at en uddannet terapeut tilsynet med den robot uddannelse.
- Placer den hånd, der vil være underlagt uddannelse i grebet af robot håndtaget. Justere begge stropper omkring fagets arm. Justere støtte på bagsiden af armen, så det forbliver stabilt under træning.
- Placer paretic øvre ekstremiteter som anført: skulder i et 30° fleksion, 90° albue fleksion, underarm i midten af udsat position, håndleddet i neutral position.
- Under maskine operation, Sørg for bevægelse af skulderen leddene og albue rækkevidde er begrænset til omkring 45°. Sørg for, at armen er immobiliseret, og håndleddet har fri bevægelighed. Bevægelse er muligt i det vandrette plan (i alle mulige retninger).
-
Uddannelse
- Antallet af bevægelser i en robot træningspas er variabel; men det er almindeligt at udføre omkring 320 gentagelser i alle mulige retninger af et fly inden for en samme fly.
- Video-skærmen viser stikord opgaver at emnet skal udføre og giver konstant feedback af placeringen af armen.
- Robottens software har flere terapeutisk øvelse spil motor uddannelse. Visuel feedback består normalt af en gul bold, at patienten skal flytte mellem mål. Andre uddannelse scenarier er tilgængelige.
- Robotten vil kun hjælpe patienten om nødvendigt; for eksempel, hvis emnet ikke kan realisere det tilsigtede bevægelse inden for 2 s, maskinen vil hjælpe fuldføre sin bevægelse. Hvis emnet ikke har nok motoriske koordination til at udføre den tilsigtede bevægelse, vil robotten guide fagets arm for at udføre den relevante bevægelse.
3. træning med MIT-Manus Arm
Bemærk: Denne robot arm giver uddannelse af albue fleksion og udvidelse, skulder opbremsning og retraktion og skulder intern og ekstern rotation på et vandret plan.
-
Positionering
- For MIT-MANUS Arm, Sørg for emnet sidder komfortabelt. Justere sædet bælter i overensstemmelse hermed. Position patientens højre eller venstre arm på robotten og justere begge stropper.
- Justere robottens højden efter behov. Justere Tabelhøjden efter behov.
- Hvis der er nogen ubehag eller smerter, skal du trykke på NØDSTOP-knappen for at slukke robotten straks.
-
Uddannelse
- Kalibrere maskinen ved at spørge genstand til at flytte sin arm langs linjerne.
- Robotten vil kun hjælpe patienten, hvis det er nødvendigt. For eksempel, hvis emnet ikke kan realisere det tilsigtede bevægelse inden for 2 s, maskinen vil hjælpe fuldføre sin bevægelse. Hvis emnet ikke har nok motoriske koordination til at udføre den tilsigtede bevægelse, vil robotten guide fagets arm for at udføre den relevante bevægelse.
Bemærk: Robottens software har flere terapeutisk øvelse spil motor uddannelse. Visuel feedback består normalt af en gul bold, at patienten skal flytte mellem mål. Andre uddannelse scenarier er tilgængelige.
4. træning med T-WREX
-
Positionering
Bemærk: T-WREX består af en exoskeleton, der passer til fagets arm og giver mulighed for fri bevægelighed af skulder, albue og håndled leddene i en tridimensional omgivelser.- Sikre, at emnet er siddende i en komfortabel og ergonomisk stol står over for den video skærm, som giver visuel og auditiv feedback i en virtuel virkelighed, at hjælpe patienten nå hans eller hendes mål.
- Placer patienten siddende foran robottens vigtigste modul. Brug den medfølgende fjernbetjening til at justere den exoskeleton højde i overensstemmelse hermed. Justere robottens exoskeleton arm til den tilsvarende side af patientens lemmer, der vil blive uddannet (enten venstre eller højre).
- Forlade omkring 4 fingre af højde over skulderen.
- Justere patientens lemmer i exoskeleton, justere stropperne på armen og underarm.
- Juster længden af exoskeleton's arm og underarm i overensstemmelse hermed, samt vægt (tyngdekraften) kompensation til arm (A-I) og underarm (A-E). Det består af en lineære skala af tyngdekraften støtte, hvor A har ingen tyngdekraft støtte.
- Input disse målinger til computeren.
- Før du starter træningen, justere og kalibrere vifte af bevægelse grænser af robotten, ifølge patientens kapaciteter.
- For at teste den kalibrerede vifte af bevægelse, bede patienten om at flytte kuben i alle retninger af skærmen.
-
Uddannelse
- I hver session, har enkelt udfører omkring 72 gentagelser af bevægelsen mod forskellige funktionelle mål (T-WREX træningen normalt varer omkring 60 min).
- Mellem hver bevægelse, tillade en 10-sekunders interval til at undgå træthed. De 72 gentagelser er opdelt i 3 blokke af 24 bevægelser. Tillade et interval på 5 min mellem hver blok af 24 bevægelser.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Non-invasiv hjernestimulation med TDC'er har for nylig skabt interesse på grund af dens potentielle neuroplastiske effekter, relativt billigt udstyr, brugervenlighed og få bivirkninger22. Undersøgelser har vist, at Neuromodulationsbehandling af TDC'er har potentiale til at modulere kortikal ophidselse og plasticitet, således at fremme forbedringer i motorisk præstation gennem synaptisk plasticitet ved at stimulere den primære motor cortex4. Anodal stimulation øger kortikal ophidselse ved at lette depolarisering af neuroner i den primære motor cortex område, hvorimod cathodal stimulation hyperpolarizes hvilende membran potentiale og reducerer neuronal fyring, hvilket reducerer interhemispheric hæmning af contralesional primære motor cortex. Dobbelt TDC'er kombinerer disse to montager af lette aktivitet i området ipsilesional og hæmme contralesional halvkugle12,23.
Tidligere undersøgelser har rapporteret elektrofysiologiske virkninger af TDC'er varig op til 90 min og adfærdsmæssige virkninger varer op til 30 min, efter en enkelt 20 min TDC'er session (figur 4)24,32. Beviserne er stadig kontroversiel, da disse fund ikke stemmer overens. Lindenberg et al. 25 fundet funktionelle motor forbedring efter bihemispheric stimulation, at overlevet interventionsperioden (figur 5), og en meta-analyse udgivet i 2012 foreslået, at brugen af ikke-invasive brain stimulation såsom TMS og gentagne TMS var forbundet med forbedringer i motor opsving, både individuelt og Hvornår sammenlignet med placebo stimulation2. En eksperimentel prøveversion af Fusco et al. 26 fandt ingen funktionel forbedring for cathodal TDC'er i tidlige faser af slagtilfælde; dog Fregni et al. 13 fandt, at begge isoleret cathodal eller anodal (men ikke forlorne) stimulation væsentligt forbedret motorik. Disse kontroversielle resultater er sandsynligvis på grund af heterogenitet af patienters karakteristika (dvs. akut vs kronisk apopleksi patienter, mild vs alvorlige motoriske funktionsnedsættelser) og stimulation egenskaber (dvs. antallet af TDC'er sessioner, session varighed, anodal vs cathodal vs dual stimulation).
Beviserne for robotic terapi i rehabilitering er mere fremtrædende, demonstrerer klart incremental reduktioner af motor værdiforringelse27. Men på grund af det store antal producenter og flere typer af robot enheder, hver maskine har unikke egenskaber, egenskaber og begrænsninger. American Heart Association tyder på, at robot-assisteret terapi for øvre ekstremiteter har opnået klasse i-niveau af beviser for apopleksi patienter i ambulant indstillinger og klasse IIa i døgnbehandling indstillinger1. En gennemgang af 19 forsøg og 666 patienter fandt, at emner, der modtog robot-assisteret arm uddannelse efter slagtilfælde var mere tilbøjelige til at vise forbedringer i daglige levende aktiviteter og paretic arm funktion6. En enkelt-blindet forsøg konstateret, at børn med cerebral lammelse væsentligt forbedret i foranstaltninger af håndelag sammenlignet med kontrol gruppen28, mens Timmermans et al. 29 fandt, at kronisk apopleksi patienter viste signifikante forbedringer i opgave-orienteret arm uddannelse, som blev opretholdt i 6 måneder efter intervention. Derudover et multicenter randomiseret kontrolleret forsøg fandt, at kronisk apopleksi patienter med moderat til svær øvre lemmer funktionshæmninger viste signifikant men beskedne forbedringer i arm funktion, bevægelse og livskvalitet foranstaltninger efter robot uddannelse over perioden 36-ugers undersøgelse i forhold til standarden for pleje patienter men ikke intensiv Fysioterapi patienter (figur 6)5.
Mens forsøg af Neurorehabilitering med enten TDC'er eller robot terapi er blevet udført, har få foretaget, kombinere disse behandlinger. Hessen et al. 16 udført en indledende pilotundersøgelse og fandt at anodal TDC'er til den berørte halvkugle kombineret med robot-assisteret arm uddannelse forårsagede ikke signifikante forbedringer i motorik i sub-akut apopleksi patienter. En anden undersøgelse af Ochi et al. 19 viste, at både anodal TDC'er til den berørte halvkugle og cathodal stimulation til den upåvirkede halvkugle kunne opnå en begrænset men lignende størrelsesorden motor forbedring. Endelig Edwards et al. 18 fandt, at forbedringer i kortikal ophidselse og reduceret kortikale hæmning i aktive grupper af TDC'er plus robot terapi resulterede i større gevinster på motorik.
Nyere forskning tyder på, at stimulation rækkefølgen er vigtig for forbedring af funktion. Giacobbe et al. 15 evalueret dimensionen af timing i kombineret robot terapi med TDC'er for håndled rehabilitering hos kroniske apopleksi patienter og fandt, at håndleddet bevægelse hastighed og jævnhed (> 15%) er blevet forbedret når TDC'er blev leveret før en 20 min session af robot uddannelse men ikke når leveret under eller efter træning (figur 7). Disse resultater kontrast med andre undersøgelser, der fandt, at samtidige ergoterapi og TDC'er føre til væsentlige forbedringer af motor31. Endelig Nair et al. 31 fandt, at brugen af samtidige cathodal TDC'er og ergoterapi resulterede i betydeligt højere ændringer af motor opsving i forhold til behandling med fingeret stimulation (figur 8).
Figur 1 : Materialer til TDC'er. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2 : Vertex holdning. Kortikale områder er markeret efter 10/20-systemet. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3 : Motor cortex holdning. Kortikale områder er markeret efter 10/20-systemet. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 4 : Elektrofysiologiske virkninger af en enkelt TDC'er session. Efter en enkelt TDC'er session af 20 min, kan elektrofysiologiske virkninger sidste op til 90 min., og adfærdsmæssige effekter op til 30 min efter stimulation. Genoptrykt fra Nitsche mfl. 32, med tilladelse fra Springer karakter. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 5 : Ændringer i primære og sekundære resultater i forhold til grundlinjen i perioden 36-ugers undersøgelse. Lo et al. 5 fundet signifikant men beskedne forbedringer i arm funktion, bevægelse og livskvalitet efter robot uddannelse. Dette tal er genoptrykt med tilladelse fra Massachusetts Medical Society5. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 6 : Ændringer i motor værdiforringelse scores og fMRI lateralitet indeks. Lindenberg et al. 25 fundet funktionelle ændringer i motor værdiforringelse scores og forbedret funktion af de angrebne lemmer efter bihemispheric TDC'er. Genoptrykt fra Lindenberg mfl. med tilladelse fra Lippincott Williams & Wilkins25. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 7 : Effekt af intervention type på motorisk præstation kinematik. Giacobbe et al. 15 fundet at TDC'er leveret før robot terapi forbedret håndled bevægelser og glathed. Genoptrykt fra Giacobbe mfl. 15 med tilladelse fra IOS Press. Publikationen er tilgængelig på IOS Press gennem 10.3233/NRE-130927 venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 8 : Effekt af cathodal TDC'er plus ergoterapi31 . Samtidige TDC'er og ergoterapi resulterede i betydeligt (*) højere ændringer af motor forbedring. Genoptrykt fraNair et al. 31 med tilladelse fra IOS Press. Publikationen er tilgængelig på IOS Press gennem 10.3233/RNN-2011-0612 venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
I denne protokol beskriver vi en standard behandling protokol for kombinerede TDC'er stimulation forbundet og robot terapi, anvendes som supplement til konventionel rehabiliteringsprogrammer i patienter med arm funktionshæmninger. Protokollens mål er at forbedre motorik og mobilitet. Det er vigtigt at observere ramping-on og ramping-off af TDC'er maskine til at undgå enhver risiko for bivirkninger. TDC'er er en sikker teknik med få bivirkninger beskrevet i litteraturen2.
Protokollen kan ændres i mindre måder. Tidligere rapporter i litteraturen beskriver TDC'er anvendes før, under eller efter motor uddannelse (enten med robotter eller menneskelige bistand). I vores protokol beskrev vi en 20 min session af TDC'er umiddelbart efterfulgt af robot terapi. Nogle undersøgelser har fundet bedre resultater for samtidige TDC'er og robot uddannelse.
Efter et slagtilfælde, baseret på modellens interhemispheric konkurrence er motor underskud foreslået for at være delvis skyldes reduceret output fra den primære motor cortex (M1) af den beskadigede halvkugle og øget hæmmende indflydelse fra contralesional M1 halvkugle. I denne protokol, vi har valgt anodal stimulation af lesional M1 og beskrevet muligheden for bihemispheric stimulation. Anodal TDC'er stimulation øger kortikal ophidselse af den beskadigede M1, mens cathodal stimulation falder kortikal ophidselse i intakt M1; men dobbelt anvendelse af TDC'er vil målrette disse begge områder samtidigt. Andre protokoller vælger også en bihemispheric stimulation, som nogle undersøgelser har rapporteret større motorik gevinster18,25.
Tidligere studier har evalueret enkelt-dosis eller få sessioner af TDC'er for Neurorehabilitering, med kortfristede eftervirkninger varig op til 90 min. efter en 20-30 min stimulation session. Gentagne sessioner kan have en større varighed og omfanget af effekter ved at inducere en mere betydelig manipulation i synaptic effektivitet og større størrelsesorden af effekter, som fysisk rehabilitering for bevægelsesforstyrrelser er normalt en lang proces. Der er enighed, men at for varig motor forbedringer, bør TDC'er fortrinsvis udføres i forbindelse med træning30.
Robot terapi forbundet med non-invasiv brain stimulation er stadig ikke endnu bredt tilgængelige, på grund af de høje omkostninger ved robot terapi. De fleste robotter, men er stadig cost-uoverkommelige til mange revalidering, hvilket resulterer i begrænset anvendelse. Udgifterne til robotteknologi kan falde i fremtiden i modsætning til udgifterne til menneskelige arbejdskraft og omkostningseffektivitet som en fordel af robot terapi er muligt7. Denne protokol er interessant, fordi fysisk rehabilitering med robot behandlingsformer har vist meget lovende i at være et supplement til konventionel behandling, giver mulighed for både indlagte og ambulante patienter til at udføre flere gentagne opgaver med højere intensitet og for længere perioder, hvilket resulterer i en optimal rehabiliteringsprogram. Andre fordele omfatter øjeblikkelig feedback og objektive målinger af kinematikken og dynamik af bevægelse ydeevne, der er muligt efter hver træning, bidrager til at opretholde patientens motivation for aktiv deltagelse.
Kombinationen af TDC'er og fysisk rehabilitering bistået af robotter kan forstærke effekten af enten intervention anvendes alene, hvilket resulterer i yderligere motor gevinster for patienter. Kombinationen af robot-uddannelse perifere sensorimotor aktiviteter, der giver øget sensorisk feedback til cortex sammen med gradueringen af kortikal ophidselse som følge af TDC'er kan resultere i et mere positivt resultat, på grund af synaptisk plasticitet. Beviser for denne kombinatorisk tilgang er lovende, men stadig begrænset og usikkert, i forhold til behandlinger, når de anvendes individuelt. Yderligere undersøgelser er nødvendige for yderligere at undersøge den synergi og eventuelle yderligere virkninger af den kombinerede behandling, såsom det optimale antal sessioner og timing for hver behandling og om TDC'er bør anvendes før, under eller efter rehabilitering aktiviteter til effekt funktionelle resultater.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne erklærer, at de har ingen konkurrerende finansielle interesser.
Acknowledgments
Forfatterne vil gerne takke Spaulding laboratorium af Neuromodulationsbehandling og Instituto de Reabilitação Lucy Montoro for deres generøse støtte på dette projekt.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| tDCS device | Soterix Medical | Soterix Medical 1x1 | |
| 9V Battery (2x) | |||
| Two rubber head bands | |||
| Two conductive rubber electrodes | |||
| Two sponge electrodes | |||
| Cables | |||
| NaCl solution | |||
| Measurement tape | |||
| Armeo Spring Robot | Hocoma | ||
| inMotion ARM | Interactive Motion Technologies |
References
- Miller, E. L., et al. Comprehensive overview of nursing and interdisciplinary rehabilitation care of the stroke patient: A scientific statement from the American Heart Association. Stroke. 41 (10), 2402-2448 (2010).
- Adeyemo, B. O., Simis, M., Macea, D. D., Fregni, F. Systematic review of parameters of stimulation, clinical trial design characteristics, and motor outcomes in noninvasive brain stimulation in stroke. Front Psychiatry. 3 (8), 1-27 (2012).
- Johansson, B. B. Current trends in stroke rehabilitation. A review with focus on brain plasticity. Acta Neurologica Scandinavica. 123 (3), 147-159 (2011).
- Hummel, F., Cohen, L. G. Improvement of motor function with noninvasive cortical stimulation in a patient with chronic stroke. Neurorehabilitation Neural Repair. 19 (1), 14-19 (2005).
- Lo, A. C., et al. Robot-assisted therapy for long-term upper-limb impairment after stroke. New England Journal of Medicine. 362 (19), 1772-1783 (2010).
- Mehrholz, J., Haedrich, A., Platz, T., Kugler, J., Pohl, M. Electromechanical and robot-assisted arm training for improving generic activities of daily living, arm function, and arm muscle strength after stroke. Cochrane Database of Systematic Reviews. , (2012).
- Maciejasz, P., Eschweiler, J., Gerlach-Hahn, K., Jansen-Troy, A., Leonhardt, S. A survey on robotic devices for upper limb rehabilitation. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. 11 (3), 10-1186 (2014).
- Ang, K. K., et al. Facilitating effects of transcranial direct current stimulation on motor imagery brain-computer interface with robotic feedback for stroke rehabilitation. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 96 (3), S79-S87 (2015).
- Chang, W. H., Kim, Y. H.
- Volpe, B. T., et al. A novel approach to stroke rehabilitation: robot-aided sensorimotor stimulation. Neurology. 54 (10), 1938-1944 (2000).
- Volpe, B. T., et al. Robotic devices as therapeutic and diagnostic tools for stroke recovery. Archives of Neurology. 66 (9), 1086-1090 (2009).
- Nitsche, M. A., Paulus, W. Excitability changes induced in the human motor cortex by weak transcranial direct current stimulation. TheJournal of Physiology. 527 (3), 633-639 (2000).
- Fregni, F., et al. Transcranial direct current stimulation of the unaffected hemisphere in stroke patients. Neuroreport. 16 (14), 1551-1555 (2005).
- Kim, D. Y., et al. Effect of transcranial direct current stimulation on motor recovery in patients with subacute stroke. American Journal of Physical Medicine and Rehabilitation. 89 (11), 879-886 (2010).
- Giacobbe, V., et al. Transcranial direct current stimulation (tDCS) and robot practice in chronic stroke: the dimension of timing. NeuroRehabilitation. 33 (1), 49-56 (2013).
- Hesse, S., et al. Combined transcranial direct current stimulation and robot-assisted arm training in subacute stroke patients: a pilot study. Restorative Neurology and Neuroscience. 25 (1), 9-16 (2007).
- Hesse, S., et al. Combined transcranial direct current stimulation and robot-assisted arm training in subacute stroke patients: an exploratory, randomized multicenter trial. Neurorehabilitation and Neural Repair. 25 (9), 838-846 (2001).
- Edwards, D. J., et al. Raised corticomotor excitability of M1 forearm area following anodal tDCS is sustained during robotic wrist therapy in chronic stroke. Restorative Neurology and Neuroscience. 27 (3), 199-207 (2008).
- Ochi, M., Saeki, S., Oda, T., Matsushima, Y., Hachisuka, K. Effects of anodal and cathodal transcranial direct current stimulation combined with robotic therapy on severely affected arms in chronic stroke patients. Journal of Rehabilitation Medicine. 45 (2), 137-140 (2013).
- DaSilva, A. F., Volz, M. S., Bikson, M., Fregni, F. Electrode positioning and montage in transcranial direct current stimulation. Journal of Visualized Experiments. (51), (2011).
- Antal, A., Terney, D., Poreisz, C., Paulus, W. Towards unravelling task-related modulations of neuroplastic changes induced in the human motor cortex. European Journal of Neuroscience. 26 (9), 2687-2691 (2007).
- Williams, J. A., Pascual-Leone, A., Fregni, F. Interhemispheric modulation induced by cortical stimulation and motor training. Physical Therapy. 90 (3), 398-410 (2010).
- Zimerman, M., et al. Modulation of training by single-session transcranial direct current stimulation to the intact motor cortex enhances motor skill acquisition of the paretic hand. Stroke. 43 (8), 2185-2191 (2012).
- Nitsche, M. A., et al. Pharmacological modulation of cortical excitability shifts induced by transcranial direct current stimulation in humans. The Journal of Physiology. 553 (1), 293-301 (2003).
- Lindenberg, R., Renga, V., Zhu, L. L., Nair, D., Schlaug, G. M. D. P. Bihemispheric brain stimulation facilitates motor recovery in chronic stroke patients. Neurology. 75 (24), 2176-2184 (2010).
- Fusco, A., et al. The ineffective role of cathodal tDCS in enhancing the functional motor outcomes in early phase of stroke rehabilitation: an experimental trial. BioMed Research International. , (2014).
- Kwakkel, G., Kollen, B. J., Krebs, H. I. Effects of robot-assisted therapy on upper limb recovery after stroke: a systematic review. Neurorehabilitation and Neural Repair. 22 (2), 111-121 (2008).
- Gilliaux, M., et al. Upper limb robot-assisted therapy in cerebral palsy: a single-blind randomized controlled trial. Neurorehabilitation and Neural Repair. 29 (2), 183-192 (2015).
- Timmermans, A. A., et al. Effects of task-oriented robot training on arm function, activity, and quality of life in chronic stroke patients: a randomized controlled trial. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. 11 (1), 45 (2014).
- Hummel, F. C., et al. Controversy: noninvasive and invasive cortical stimulation show efficacy in treating stroke patients. Brain Stimulation. 1 (4), 370-382 (2008).
- Nair, D. G., et al. Optimizing recovery potential through simultaneous occupational therapy and non-invasive brain-stimulation using tDCS. Restorative Neurology and Neuroscience. 29 (6), 411-420 (2011).
- Nitsche, M. A., et al. Modulation of cortical excitability by transcranial direct current stimulation. Nervenarzt. 73 (4), 332-335 (2002).
