Method Article

Poprawa funkcji kończyny górnej i zdolności motorycznych po udarze mózgu za pomocą robota do rehabilitacji kończyn górnych

DOI:

10.3791/66938

⸱

September 6th, 2024

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Rehabilitation Medicine, The First Affiliated Hospital, School of Medicine, Zhejiang University, 2The Second Affiliated Hospital and Yuying Children's Hospital, Wenzhou Medical University, 3Department of Rehabilitation Medicine, Taizhou Hospital Affiliated to Wenzhou Medical University, 4Affiliate Hospital of Shandong University of Traditional Chinese Medicine

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ten protokół opisuje robota do rehabilitacji kończyn górnych, który dostarcza inteligentne informacje zwrotne w czterech trybach. Tryby te poprawiają funkcję i elastyczność kończyny górnej, poprawiając w ten sposób jakość życia pacjentów.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wypadki naczyniowo-mózgowe, powszechnie znane jako udary, stanowią powszechne zdarzenie neurologiczne prowadzące do znacznego upośledzenia kończyn górnych, tym samym głęboko wpływając na codzienne czynności jednostek i obniżając ich jakość życia. Tradycyjne metody rehabilitacji kończyn górnych w celu odzyskania kończyny górnej po udarze są często utrudnione przez ograniczenia, w tym zmęczenie terapeuty i pacjenta, poleganie na pojedynczych metodologiach treningowych i brak trwałej motywacji. Wychodząc naprzeciw tym wyzwaniom, w badaniu tym przedstawiono robota do rehabilitacji kończyn górnych, który wykorzystuje inteligentne sterowanie ruchem ze sprzężeniem zwrotnym w celu poprawy wyników terapeutycznych. System wyróżnia się zdolnością do dynamicznej regulacji kierunku i wielkości sprzężenia zwrotnego siły, w oparciu o wykrywanie ruchów spatycznych podczas ćwiczeń, oferując w ten sposób dostosowane do potrzeb doświadczenie terapeutyczne. System ten jest wyposażony w cztery różne tryby treningowe, inteligentną ocenę zakresu ruchu stawów oraz możliwość personalizacji programów treningowych. Co więcej, zapewnia wciągające interaktywne wrażenia z gry w połączeniu z kompleksowymi środkami bezpieczeństwa. To wieloaspektowe podejście nie tylko zwiększa zaangażowanie i zainteresowanie uczestników poza tradycyjne protokoły rehabilitacji, ale także wykazuje znaczną poprawę funkcjonalności kończyn górnych i czynności życia codziennego wśród pacjentów z porażeniem połowiczym. System jest przykładem zaawansowanego narzędzia w rehabilitacji kończyn górnych, oferując synergiczne połączenie precyzji, personalizacji i interaktywnego zaangażowania, poszerzając w ten sposób opcje terapeutyczne dostępne dla osób, które przeżyły udar.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Udar, zidentyfikowany jako ostre zdarzenie neurologiczne spowodowane zablokowaniem lub pęknięciem naczyń mózgowych, przerywa krążenie mózgu1, plasując się jako druga najczęstsza przyczyna śmierci i główny czynnik przyczyniający się do długotrwałej niepełnosprawności na całym świecie. W pierwszym dniu po udarze do 80% osób, które przeżyły, doświadcza dysfunkcji kończyn górnych, a 30%-66% nadal boryka się z wyzwaniami sześć miesięcy później2. Po roku osoby z upośledzeniem kończyn górnych zgłaszają zwiększony niepokój, obniżoną jakość życia i zmniejszone szczęście3. Co więcej, w ciągu 16 miesięcy po udarze tylko około 60% osób z porażeniem połowiczym wymagających rehabilitacji szpitalnej osiąga funkcjonalną niezależność w podstawowych codziennych czynnościach, przy czym osoby cierpiące na zaburzenia sensoryczne, motoryczne i wzrokowe są znacznie bardziej zależne od wsparcia opiekuna4. Dodatkowo, dysfunkcja kończyn górnych utrudnia użyteczność dłoni, szczególnie zauważalna przez zwiększone napięcie mięśni wśród osłabionych zginaczy i prostowników podczas zadań fizycznych5.

Pomimo różnych wysiłków rehabilitacyjnych, skuteczne leczenie urazów kończyn górnych u osób, które przeżyły udar, stanowi ogromne wyzwanie6. Intensywny, powtarzalny trening zadań przyniósł optymalne wyniki, ale wymaga znacznego zaangażowania terapeuty, co prowadzi do wysokich kosztów i obciążeń logistycznych7. W związku z tym potrzebne są tanie interwencje, które nie zwiększają obciążenia pracą terapeutów, a jednocześnie zwiększają zainteresowanie pacjentów szkoleniami. Robot do rehabilitacji kończyn górnych może służyć jako alternatywna metoda leczenia w celu promowania ćwiczeń o wysokiej intensywności i zmniejszenia zależności od terapeutów1. Jest to nowo opracowany robot do rehabilitacji kończyn górnych z inteligentnym sprzężeniem zwrotnym (patrz tabela materiałów). Urządzenie może generować obiektywne wskaźniki (takie jak prędkość, moment obrotowy, zakres ruchu, pozycja itp.) w celu oceny i monitorowania poprawy stanu zdrowia pacjentów oraz dostosowywania leczenia do różnych stopni upośledzenia motorycznego. Ma wysoką konsystencję i powtarzalność do powszechnego stosowania. Ponadto mocne dowody potwierdzają wysoką intensywność, wysoką powtarzalność i trening zorientowany na zadania w ułatwianiu regeneracji motorycznej po udarze8.

Z drugiej strony, roboty rehabilitacyjne są stosunkowo nowym podejściem do leczenia wspomagającego, z zaletami takimi jak wysokie bezpieczeństwo i trwałość9. Amerykańskie Towarzystwo Udarowe (American Stroke Association) opublikowało niedawno wytyczne informujące, że trening motoryczny wspomagany przez robota może pomóc pacjentom poprawić funkcje motoryczne i mobilność po udarze jako dodatek do konwencjonalnej terapii10. Artykuł z 2018 r. w Journal of Rehabilitation Medicine poinformował, że połączenie treningu wspomaganego przez robota z konwencjonalną rehabilitacją może znacznie poprawić funkcje motoryczne kończyn górnych u pacjentów po udarze, co gwarantuje promocję kliniczną11. System obejmuje cztery tryby treningowe: trening ze stałą prędkością, trening wspomagany, trening aktywny i trening oporowy, a także może przeprowadzać ocenę zakresu ruchu stawów. Przegląd rehabilitacji wspomaganej przez robota u pacjentów z podostrym udarem mózgu wykazał, że interwencje robotyczne znacznie poprawiły funkcje kończyn górnych, szczególnie w zakresie sprawności barku, łokcia i przedramienia, co oceniano za pomocą miary niezależności funkcjonalnej i skali oceny Fugla-Meyera. Interwencje te poprawiły również codzienne czynności, poprawiając jakość życia10.

To badanie ma na celu ocenę skuteczności inteligentnego robota rehabilitacyjnego w rehabilitacji funkcji motorycznych kończyn górnych u pacjentów z wczesnym porażeniem połowiczym po udarze, dostarczając naukowych podstaw dla strategii rehabilitacji dla pacjentów po udarze z porażeniem połowiczym.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

To badanie zostało zatwierdzone przez komisję etyki Pierwszego Szpitala Stowarzyszonego Uniwersytetu Zhejiang w Chinach, a wszystkie protokoły badawcze zostały sformułowane zgodnie z zasadami Deklaracji Helsińskiej. Wszyscy pacjenci wyrazili pisemną świadomą zgodę na udział w tym badaniu. W badaniu wzięło udział 24 pacjentów z porażeniem połowiczym kończyn górnych, którzy zostali przyjęci na oddział rehabilitacyjny Pierwszego Szpitala Stowarzyszonego Uniwersytetu Zhejiang od stycznia 2023 r. do czerwca 2023 r. Kryteriami włączenia były: pierwszy udar niedokrwienny lub krwotoczny potwierdzony neuroobrazowaniem (CT lub MRI), w wieku od 45 do 75 lat, w ciągu 6 miesięcy od wystąpienia, upośledzenie funkcji motorycznych kończyn górnych i jednostronna hemiplegia (ocena Fugla-Meyera dla kończyny górnej, FMA-UE ≤40)12,13, zmodyfikowana skala Ashwortha ≤214, Mini-Mental State Examination (MMSE) >20 (wskazujące na odpowiednie funkcje poznawcze)15, oraz klinicznie stabilny stan z dobrze kontrolowanymi chorobami podstawowymi, i podpisana świadoma zgoda. Kryteriami wykluczenia były: niestabilny stan wewnątrzczaszkowy, upośledzenie funkcji poznawczych i języka, podwichnięcie barku, upośledzenie ruchomości barku/łokcia/nadgarstka, ciężka spastyczność (Ashworth 3-4) oraz upośledzenie widzenia. Szczegóły dotyczące robota i oprogramowania użytego w tym badaniu znajdują się w Tabeli Materiałów.

1. Projekt badania

  1. Wygeneruj losową liczbę za pomocą oprogramowania SAS, aby podzielić wszystkich pacjentów na dwie grupy: eksperymentalną i kontrolną, z których każda zawiera 12 pacjentów.
  2. Przeprowadź wstępne oceny funkcji motorycznych kończyn górnych i zdolności do samoopieki przy użyciu FMA-UE12, Brunnstrom score (BRS)16 i zmodyfikowanego wskaźnika Barthel (MBI)17 przez zaślepionego terapeutę rehabilitacyjnego.
  3. Podawanie podstawowej terapii lekowej wszystkim pacjentom przez cały czas trwania badania, koncentrując się na kontroli ciśnienia krwi, kontroli stężenia glukozy we krwi, regulacji stężenia lipidów we krwi, zapobieganiu napadom itp.
  4. Zapewnij grupie kontrolnej 30 minut rutynowego treningu rehabilitacji kończyn górnych dziennie, w tym czynnego i pasywnego treningu stawów, wzmacniania mięśni i ćwiczeń ruchów palców18.
    1. Dodatkowo uwzględnij 30 minut codziennego szkolenia z deski szlifierskiej19. Oferuj specjalistyczną terapię dysfunkcji kończyn dolnych, afazji, dysfagii i innych zaburzeń funkcjonalnych zgodnie z potrzebami profesjonalnych terapeutów, podawaną pięć razy w tygodniu przez osiem tygodni.
  5. Zaoferuj grupie eksperymentalnej tę samą 30-minutową rutynową terapię rehabilitacyjną kończyny górnej, co grupa kontrolna codziennie, uzupełnioną 30-minutowym codziennym treningiem robota rehabilitacyjnego kończyny górnej. Zapewnić równoważną terapię dla innych zaburzeń funkcjonalnych, jak zapewniona grupie kontrolnej.

2. Konkretne kroki operacyjne dla robota do rehabilitacji kończyn górnych

  1. Ocena zakresu ruchu stawów i zdolności kontroli motorycznej
    1. Poproś pacjenta, aby usiadł przed robotem, trzymając klatkę piersiową w odległości jednego uderzenia od platformy (Rysunek 1).
    2. Umieść dotkniętą rękę na procesorze końcowym robota i użyj rękawiczek i spinaczy, aby zabezpieczyć nadgarstek i dłoń, aby zapobiec zsunięciu się podczas ćwiczeń.
    3. Poproś pacjenta, aby maksymalnie przesunął górną część ramienia i wyprostował je tak daleko, jak to możliwe.
      UWAGA: Przyrząd automatycznie zarejestruje trajektorię ruchu ręki pacjenta, aby określić aktywny zakres ruchu stawu pacjenta.
    4. Połóż zdrową rękę na chorej dłoni i maksymalnie poruszaj chorym ramieniem z pomocą zdrowej strony.
      UWAGA: Przyrząd rejestrował trajektorię ruchu ręki pacjenta i uzyskiwał bierny zakres ruchu stawu. Pasywne pomiary zakresu ruchu mogą być wspomagane przez terapeutę, jeśli pacjent ma obustronne upośledzenie ruchomości.
    5. Ustaw parametry oceny kontroli motorycznej, w tym docelowe czasy powtórzeń, czas pojedynczego ćwiczenia i pojedynczy czas relaksu.
      UWAGA: Parametry oceny kontroli motorycznej zostały ustawione przez terapeutę zgodnie z wynikiem FMA-UE pacjenta12oraz cotygodniowymi ocenami za pomocą wbudowanego systemu oceny robota, takimi jak zwiększenie trudności dla uczestników o lepszej sile kończyny górnej, zwiększenie liczby powtórzeń i skrócenie czasu odpoczynku, w celu dokładniejszej oceny kontroli motorycznej pacjenta.
    6. Kontroluj punkt docelowy, aby poruszał się w różnych kierunkach zgodnie ze ścieżką ruchu i kierunkiem wyświetlanym na ekranie.
      UWAGA: Przyrząd oceni zdolność kontroli motorycznej pacjenta w zależności od sprawności motorycznej pacjenta.
  2. Wybór trybu treningowego
    1. Wybierz izokinetyczny tryb treningu pasywnego, jeśli mięśnie kończyn górnych pacjenta nie mogą się w ogóle skurczyć lub mają tylko niewielki skurcz (BRS 1-2).
      UWAGA: Robot zapewnia pełną pomoc w kierowaniu chorą kończyną górną w celu wykonania zadania treningu ruchu pasywnego.
    2. Wybierz tryb treningu ruchu pomocniczego, jeśli kończyna górna pacjenta może wykonywać częściowe ruchy stawu, ale ruch jest bardzo niewielki, a zdolność do dobrowolnego ruchu jest słaba (BRS 3).
      UWAGA: System może zapewnić odpowiednią siłę pomocniczą w czasie rzeczywistym, zgodnie z rzeczywistym stopniem siły pacjenta i w jak największym stopniu wywołać aktywny udział kończyny górnej pacjenta podczas całego procesu treningowego, aby stworzyć prawidłowy tryb ruchu.
    3. Wybierz aktywny tryb treningu, jeśli siła mięśni kończyn górnych pacjenta może wytwarzać dużą siłę lub częściowy opór (BRS 4).
      UWAGA: Robot może dodatkowo wzmocnić główną zdolność ruchową kończyny górnej pacjenta.
    4. Wybierz tryb treningu oporowego, aby jeszcze bardziej poprawić dokładność i kontrolę celowania kończyny górnej pacjenta, jeśli siła kończyny górnej pacjenta jest już duża i może wytrzymać większy opór (BRS 5-6).
  3. Dobór procedur szkoleniowych
    1. Wybierz procedurę szkoleniową, zwracając uwagę, że system zapewnia ponad 10 interesujących programów do gier, dzięki czemu pacjenci mogą doświadczać różnych scen VR i interaktywnych doświadczeń, co znacznie zwiększa entuzjazm szkoleniowy pacjentów (Rysunek 2).
  4. Ustawianie parametrów gry
    1. Ustaw czas treningu w zależności od kondycji fizycznej pacjenta, który ogólnie może wynosić około 10-20 minut.
      UWAGA: Jeśli siła kończyny górnej pacjenta jest dobra, wydłuż czas pojedynczego treningu, aby poprawić tolerancję wysiłku pacjenta. Jeśli siła kończyny górnej pacjenta jest słaba, wybierz krótszy pojedynczy czas treningu i pozwól pacjentowi ukończyć program treningowy w wielu sesjach.
    2. Ustaw zakres ruchu zgodnie z ocenianym zakresem ruchu stawu, wybierając pełny zakres, średni lub mały zakres ruchu.
    3. Ustaw trajektorię aktywności zgodnie z charakterystyką siły mięśni ramienia pacjenta, wybierając odpowiednią ścieżkę aktywności, aby celować i wzmacniać słabe mięśnie.
    4. Ustaw wartość wspomagania lub oporu zgodnie z siłą mięśni pacjenta.
      UWAGA: Podczas procesu szkolenia przyrząd może również automatycznie dostosować wspomaganie i siłę tarcia zgodnie z rzeczywistym sprzężeniem zwrotnym siły pacjenta.
    5. Ustaw próg ochrony za pomocą technologii mechanicznego sprzężenia zwrotnego, aby wykryć, kiedy siła pacjenta osiąga próg, wskazując na skurcze (objawiające się dyskomfortem, nagłym wzrostem napięcia mięśniowego lub nieprawidłową sztywnością i zablokowaniem stawów). Urządzenie uruchomi alarm i natychmiast się zatrzyma, aby zapewnić bezpieczeństwo treningu pacjenta.
  5. Specjalistyczny proces szkoleniowy
    UWAGA: Pacjenci są szkoleni z 2-3 przedmiotami do gry dziennie, a różne przedmioty do gry można regularnie wymieniać.
    1. Zaangażuj się w farmę warzywną: Na wirtualnej farmie poproś pacjenta, aby kontrolował małe rączki, aby chwytać owoce i warzywa oraz zbierać jak najwięcej gwiazdek.
      UWAGA: Ta aktywność dotyczy przede wszystkim zakresu ruchu w zgięciu i wyprostu łokcia i nadgarstka.
    2. Weź udział w obronie bazy: W scenie wirtualnej bazy wojskowej poproś pacjenta o dokładne kontrolowanie tarczy, aby zastrzelić wszystkie wyeliminowane potwory.
      UWAGA: To ćwiczenie ma na celu poprawę kontroli mięśni w łokciu i nadgarstku, poprawiając dokładność strzałów.
    3. Zagraj w kolorową piłkę zbijakową: Na różnych drogach i przeszkodach poproś pacjenta o kontrolowanie piłki, aby uniknąć przeszkód w różnych kolorach, aby zdobyć złote monety.
      UWAGA: To ćwiczenie obejmuje ruchy ramion, łokci i nadgarstków w celu poprawy siły mięśni i ruchomości stawów.
    4. Poruszaj się po Gwiezdnych Wojnach: W wirtualnym środowisku kosmicznym poproś pacjenta o kontrolowanie pozycji samolotu, aby strzelać w celu zniszczenia wirusa, unikając ruchu i ataków wroga, trenując wytrzymałość mięśni i siłę reakcji.
      UWAGA: Ten trening zwiększa wytrzymałość kończyn górnych, szybkość reakcji i dokładność oraz poprawia koordynację i siłę łokci i ramion.
    5. Weź udział w wysokiej jakości piłce: Poproś pacjenta, aby kontrolował piłkę, aby sięgnąć i pozostać w tarczy; im bliżej piłki znajduje się tarcza, tym wyższy jest wynik.
      UWAGA: Ta aktywność ćwiczy zginanie łokcia, prost, przywodzenie ramion, odwodzenie oraz aktywuje biceps i triceps w celu precyzyjnej kontroli.
    6. Zagraj w super ping-ponga: W środowisku wirtualnej piłki poproś pacjenta, aby kontrolował planszę pingpongową, aby uderzyć piłkę i zagrać w tenisa stołowego z przeciwnikiem. Poziom trudności jest zaawansowany i ulepszony, a także trenowane są zdolności reakcji i koordynacji ręka-oko.
    7. Zaangażuj się w świat bloków: Poproś pacjenta, aby kontrolował strzelanie w dziesiątkę, aby zniszczyć bloki, uważaj na ataki wroga i zbierz jak najwięcej monet, trenuj strategię myślenia i koordynację ręka-oko.
    8. Graj w piłkę: Poproś pacjenta, aby kontrolował piłkę, aby dotknąć celu; piłka jest punktowana, uważaj na ataki wroga i zbierz jak najwięcej monet.
    9. Weź udział w legendarnym strzelcu: Poproś pacjenta, aby trzymał się za uchwyt i stale wywierał siłę w kierunku strzały. Grupy mięśniowe kończyn górnych są skurczem izometrycznym, a siła jest magazynowana do strzału w celu zniszczenia celu.

3. Procedura uzupełniająca

  1. Oceń wszystkich pacjentów ponownie pod kątem FMA, BRS i MBI po 8 tygodniach szkolenia przez tego samego terapeutę rehabilitacyjnego.
  2. Wprowadź wszystkie dane do oprogramowania w celu analizy statystycznej. Użyj testu t dla sparowanej próby do porównania wewnątrzgrupowego i dwóch testów t dla próby niezależnej do porównania międzygrupowego. Uznajmy, że P < 0,05 jest statystycznie istotne.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Łącznie 24 pacjentów zostało zapisanych i losowo przydzielonych do grupy kontrolnej lub eksperymentalnej (Tabela 1). Nie stwierdzono istotnej statystycznie różnicy między obiema grupami pod względem płci, wieku, czasu trwania choroby lub typu udaru (P > 0,05). Po 8 tygodniach treningu kończyn górnych, do oceny funkcji motorycznej kończyny górnej wykorzystano ocenę Fugl-Meyer dla kończyny górnej (FMA-UE)12, natomiast do oceny etapu rekonwalescencji kończyny górnej zastosowano Brunnstrom Recovery Stage for Arm (BRS-Arm)16 i Brunnstrom Recovery Stage for Hand (BRS-Hand). Zmodyfikowany wskaźnik Barthel Index (MBI)17 został wykorzystany do oceny zdolności pacjentów do codziennego życia.

Po treningu rehabilitacyjnym obie grupy wykazały znaczną poprawę w FMA-UE i BRS-Hand (Rysunek 3, Tabela 2). Co więcej, grupa trenująca roboty rehabilitacyjne kończyn górnych wykazała lepsze wyniki FMA-UE i MBI w porównaniu z grupą kontrolną, co wskazuje, że połączenie treningu robota rehabilitacyjnego kończyny górnej z konwencjonalnym treningiem może poprawić funkcje motoryczne kończyn górnych i promować powrót do zdrowia w codziennym życiu u pacjentów po udarze mózgu w okresie rekonwalescencji.

Jeśli chodzi o skuteczność, wyniki rehabilitacji robota do rehabilitacji kończyn górnych w połączeniu z konwencjonalnym treningiem rehabilitacji kończyn górnych były lepsze niż te przy użyciu wyłącznie konwencjonalnego treningu, co sugeruje, że robot do rehabilitacji kończyn górnych może być uważany za metodę leczenia wspomagającego w praktyce klinicznej.

figure-results-1
Rysunek 1: Konfiguracja do rehabilitacji kończyn górnych. Badany siedzi przy robocie do rehabilitacji kończyn górnych w asyście fizjoterapeuty. Konfiguracja demonstruje ustawienie i interakcję między obiektem a sprzętem rehabilitacyjnym. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

figure-results-2
Rysunek 2: Interfejs gry w robocie do rehabilitacji kończyn górnych. Rysunek przedstawia zawartość gry zintegrowaną ze schematem ruchu robota do rehabilitacji kończyn górnych. Ten interfejs został zaprojektowany tak, aby zaangażować temat i ułatwić ćwiczenia terapeutyczne poprzez interaktywną rozgrywkę. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

figure-results-3
Rysunek 3: Analiza statystyczna wyników rehabilitacji. Rysunek przedstawia analizę statystyczną (A) oceny Fugla-Meyera dla kończyny górnej (FMA-UE), (B) etapów rekonwalescencji Brunnstroma dla ramienia (BRS-Arm) i (C) ręki (BRS-Hand) oraz (D) zmodyfikowanego wskaźnika Barthel (MBI) dla grup kontrolnych i eksperymentalnych przed i po leczeniu. Istotne różnice są oznaczone symbolami *P < 0,05, **P < 0,01 i ***P < 0,001. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

GrupanPłeć (n)Wiek ('x±s, y )Przebieg choroby ('x±s , d)Rodzaj skoku (n)Strona połowicza (n)
mężczyznakobietaNiedokrwiennyKrwotocznaLewyPrawy
Grupa kontrolna (n = 12)127552,25 ± 6,81od 33,33 ± 9,51 8466
Grupa eksperymentalna (n = 12)128453,50 ± 7,98 32,41 ± 9,39 6657
P>0.05>0,05>0,05>0.05>0.05

Tabela 1: Podstawowe charakterystyki grup kontrolnych i eksperymentalnych.

grupaFMA-UERamię BRSRęka BRSMBI (Język MBI)
Grupa kontrolna (n = 12)Na zabieggodz. 18.50 ± 3.092,75 ± 0,97 1,92 ± 0,79 53.58 ± 11.22
Zabieg końcowy21.08 ± 2.94 *3,17 ± 1,03 2,75 ± 0,97 *56.75 ± 12.18
Grupa eksperymentalna (n = 12)Na zabieg18,67 ± 3,73 2,92 ± 0,792,00 ± 0,60 54,5 ± 12,04
Zabieg końcowy24.08 ± 2.78 ***#3,83 ± 0,94 *3,5 ± 1,09 ***67.83 ± 12.63 *#
*P < 0,05, w porównaniu do obróbki wstępnej; #P < 0,05, w porównaniu do grupy kontrolnej

Tabela 2: Porównanie wyników FMA-UE i MBI przed i po treningu. W poniższej tabeli porównano wyniki oceny Fugla-Meyera dla kończyny górnej (FMA-UE) i zmodyfikowanego wskaźnika Barthel (MBI) między grupą kontrolną i eksperymentalną przed i po okresie treningowym. Wartości są przedstawione jako średnia ± odchylenie standardowe (x ± s).

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Opierając się na wcześniejszych badaniach20, w niniejszym badaniu przyjęto zintegrowane podejście, łącząc trening robotyczny w zakresie rehabilitacji kończyn górnych z konwencjonalnymi metodami terapeutycznymi w celu powrotu do zdrowia po udarze. Obecne odkrycia sugerują, że ta integracja znacznie poprawia funkcje motoryczne kończyn górnych i poprawia zdolność do wykonywania czynności życia codziennego (ADL), przewyższając wyniki osiągane przy użyciu samych tradycyjnych technik rehabilitacji.

W ramach tego badania zbadano skuteczność interwencji robotycznych w środowiskach wirtualnych. Hondori i in. opracowali system wykorzystujący śledzenie kolorowych znaczników oparte na kamerze internetowej do rehabilitacji dłoni, ale napotkał ograniczenia, takie jak zależność od zewnętrznych markerów i precyzja śledzenia dłoni21. Podobnie Cipresso i in. oraz Avola i in. używali Kinecta i kamer głębi na podczerwień do rehabilitacji opartej na VR, które były ograniczone przez różnorodność gier i dyskomfort związany z wyświetlaczami montowanymi na głowie22,23. W przeciwieństwie do tego, nasz system wykorzystuje zaawansowane wizualne informacje zwrotne i dane ilościowe w czasie rzeczywistym, znacznie zwiększając zaangażowanie pacjentów i efektywność szkolenia.

Poczyniono dalsze postępy w udoskonalaniu rękawic egzoszkieletowych i zwiększaniu możliwości zdalnej rehabilitacji. Cordella i in. oraz Farulla i wsp. skupili się na dokładnej replikacji ruchu i siłowym sprzężeniu zwrotnym przy użyciu zaawansowanych systemów kamer i mechanizmów sterowania master-slave24,25. Ostatnie postępy w kontroli gestów i interfejsach mózg/neuron-komputer do rehabilitacji rąk wspomaganej egzoszkieletem zostały wprowadzone przez Liu Wei i Soskadar i wsp., którzy wykorzystują opaski MYO i włączają technologie EEG i EOG w celu poprawy rozpoznawania gestów i zdolności adaptacyjnych systemu w czasie 26,27,28. Nasz system opiera się na tych osiągnięciach, oferując automatyczne dostosowanie wspomagania lub oporu w oparciu o siłę mięśni pacjenta, zapewniając spersonalizowaną i dynamiczną optymalizację treningu, co jest zgodne z wcześniejszymi badaniami wykazującymi korzyści płynące ze spersonalizowanego treningu29.

W pracy przeprowadzono wnikliwą analizę unikalnych cech robota do rehabilitacji kończyn górnych i jego zdolności do przewyższania tradycyjnych metod rehabilitacji w praktyce klinicznej. Początkowo robot do rehabilitacji kończyn górnych wykorzystuje zaawansowany system wizualnej informacji zwrotnej, zapewniając ilościową wizualną informację zwrotną w czasie rzeczywistym za pośrednictwem dużych ekranów i interakcji ze scenariuszem30. System wykorzystuje progresywny format gry, który nie tylko zwiększa interaktywność i atrakcyjność szkolenia, ale także znacznie zwiększa zaangażowanie i proaktywność pacjentów, podobnie jak w przypadku wyników poprzednich badań. Badania wykazały, że metoda ta skutecznie poprawia funkcjonalną regenerację chorej kończyny górnej poprzez optymalizację procesu rekrutacji włókien mięśniowych31.

W porównaniu z tradycyjnym treningiem na desce szlifierskiej, wizualna informacja zwrotna robota do rehabilitacji kończyn górnych i trening zorientowany na zadania oferują wyraźne zalety, powtarzając wcześniejsze wyniki badań30. Jedno z badań wykazało, że mechanizm wizualnego sprzężenia zwrotnego systemu nie tylko ułatwia prawidłowe powiązanie między zbieraniem danych sensorycznych a kontrolą motoryczną, ale także sprzyja precyzyjnym wzorcom ruchowym poprzez ciągłą stymulację mózgu, poprawiając koordynację i precyzję ruchów kończyn górnych. Dodatkowo robot do rehabilitacji kończyn górnych może automatycznie dostosowywać zastosowane wspomaganie lub opór w oparciu o zmiany siły mięśniowej pacjenta, uzyskując w ten sposób spersonalizowaną i dynamiczną optymalizację treningu. Ta cecha znacznie zwiększa inicjatywę pacjenta i wyniki szkolenia, co jest zgodne z wcześniejszymi badaniami32.

Konstrukcja systemu nie tylko poprawia wyniki rehabilitacji, ale także optymalizuje alokację zasobów terapeutycznych, znacznie poprawiając skuteczność leczenia32. Umożliwiając terapeucie jednoczesny nadzór nad wieloma pacjentami za pomocą robota do rehabilitacji kończyn górnych, system efektywnie wykorzystuje energię terapeutów oddziału rehabilitacji, zgodnie z wcześniejszymi badaniami. W związku z tym robot do rehabilitacji kończyn górnych nie tylko wykazuje przełom w innowacjach technologicznych, ale także wykazuje ogromny potencjał w świadczeniu ciągłych i skutecznych usług rehabilitacyjnych, co czyni go kluczowym narzędziem poprawy szkolenia rehabilitacyjnego pacjentów z poudarowymi dysfunkcjami kończyn górnych. Cechy te sprawiają, że robot do rehabilitacji kończyn górnych jest instrumentem o istotnym znaczeniu klinicznym w dziedzinie rehabilitacji kończyn górnych.

Dzięki intensywnemu treningowi powtarzalnemu, wspomaganemu przez robota do rehabilitacji kończyn górnych, można poprawić wiele funkcji u pacjentów11. Intensywny, powtarzalny trening zapewniany przez system robotyczny odgrywa zasadniczą rolę w promowaniu neuroplastyczności i odbudowie funkcjonalnej, zwalczaniu deficytów proprioceptywnych i wzmacnianiu integracji sensomotorycznej. Zorientowane na zadania środowisko gry systemu i progresywne protokoły treningowe nie tylko zwiększają motywację pacjenta, ale także przyczyniają się do znaczącej poprawy kontroli motorycznej33,34. Jednak ograniczenia badania, w tym mała liczebność próby, mogą nie w pełni reprezentować szerszą populację. Co więcej, ograniczony czas trwania badania i brak długoterminowej obserwacji podkreślają konieczność dalszych badań w celu potwierdzenia trwałych korzyści płynących ze szkolenia wspomaganego przez roboty w kontekście rehabilitacji po udarze. Badanie to opowiada się za integracją terapii robotycznych i tradycyjnych, wskazując na znaczną poprawę wyników rekonwalescencji i wspierając powszechne kliniczne przyjęcie spersonalizowanych, angażujących strategii rehabilitacji.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy deklarują brak konfliktów interesów lub ujawnień finansowych związanych z tym badaniem.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Jesteśmy również wdzięczni pracownikom służby zdrowia i pracownikom Pierwszego Szpitala Stowarzyszonego Uniwersytetu Zhejiang za ich wsparcie i współpracę podczas całego procesu badawczego.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Robot do rehabilitacji kończyn górnych [Fourier M2]Shanghai Fourier Intelligence, ChinyArmMotus M2Inteligentny system treningowy sterowania ruchem z siłowym sprzężeniem zwrotnym kończyny górnej [M2] to nowa generacja inteligentnego systemu szkolenia robotów rehabilitacyjnych z inteligentnym sprzężeniem zwrotnym siły kończyny górnej, opracowanym niezależnie przez Shanghai Fourier Intelligence. Opierając się na podstawowych technologiach, takich jak siłowe sprzężenie zwrotne, ten system treningowy może wyczuć siłę pacjenta i czy występuje spastyczność, gdy pacjent wykona z góry określone działanie, a następnie zmienić wspomaganie lub opór samego urządzenia, aby poprawić dysfunkcję motoryczną kończyny górnej. Poprzez trening zorientowany na cel, M2 wyposaża gry w trening, zwiększa entuzjazm pacjentów, a także skuteczniej ćwiczy funkcje motoryczne i poznawcze kończyn górnych pacjentów.
Oprogramowanie SASSAS Institutehttps://www.sas.com/en_in/home.html
oprogramowanie SPSSIBMw wersji 26https://www.ibm.com/products/spss-statistics

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Chinembiri, B., Ming, Z., Kai, S., Xiu Fang, Z., Wei, C. The fourier m2 robotic machine combined with occupational therapy on post-stroke upper limb function and independence-related quality of life: A randomized clinical trial. Top Stroke Rehabil. 28 (1), 1-18 (2021).
  2. Raghavan, P. Upper limb motor impairment after stroke. Phys Med Rehabil Clin N Am. 26 (4), 599-610 (2015).
  3. Chien, W. T., Chong, Y. Y., Tse, M. K., Chien, C. W., Cheng, H. Y. Robot-assisted therapy for upper-limb rehabilitation in subacute stroke patients: A systematic review and meta-analysis. Brain Behav. 10 (8), e01742(2020).
  4. Stinear, C. M., Lang, C. E., Zeiler, S., Byblow, W. D. Advances and challenges in stroke rehabilitation. Lancet Neurol. 19 (4), 348-360 (2020).
  5. Basu, A. P., Pearse, J., Kelly, S., Wisher, V., Kisler, J. Early intervention to improve hand function in hemiplegic cerebral palsy. Front Neurol. 5, 281(2014).
  6. Wade, D. T., Langton-Hewer, R., Wood, V. A., Skilbeck, C. E., Ismail, H. M. The hemiplegic arm after stroke: Measurement and recovery. J Neurol Neurosurg Psychiatry. 46 (6), 521-524 (1983).
  7. French, B., et al. Repetitive task training for improving functional ability after stroke. Cochrane Database Syst Rev. , (2007).
  8. Zhang, L., Jia, G., Ma, J., Wang, S., Cheng, L. Short and long-term effects of robot-assisted therapy on upper limb motor function and activity of daily living in patients post-stroke: A meta-analysis of randomized controlled trials. J Neuroeng Rehabil. 19 (1), 76(2022).
  9. Stein, J. Robotics in rehabilitation: Technology as destiny. Am J Phys Med Rehabil. 91 (11 Suppl 3), S199-S203 (2012).
  10. Zengin-Metli, D., Özbudak-Demir, S., Eraktaş, İ, Binay-Safer, V., Ekiz, T. Effects of robot assistive upper extremity rehabilitation on motor and cognitive recovery, the quality of life, and activities of daily living in stroke patients. J Back Musculoskelet Rehabil. 31 (6), 1059-1064 (2018).
  11. Xu, D., Dongyan, Y. Clinical study of upper limb intelligent feedback rehabilitation robot combined with conventional rehabilitation therapy to improve upper limb motor function in stroke patients. Chinese J Rehab Med. 28, 11-17 (2018).
  12. Gladstone, D. J., Danells, C. J., Black, S. E. The fugl-meyer assessment of motor recovery after stroke: A critical review of its measurement properties. Neurorehabil Neural Repair. 16 (3), 232-240 (2002).
  13. Fugl-Meyer, A. R., Jääskö, L., Leyman, I., Olsson, S., Steglind, S. The post-stroke hemiplegic patient. 1. A method for evaluation of physical performance. Scand J Rehabil Med. 7 (1), 13-31 (1975).
  14. Vidmar, T., Goljar Kregar, N., Puh, N. Reliability of the modified Ashworth scale after stroke for 13 muscle groups. Arch Phys Med Rehabil. 104 (10), 1606-1611 (2023).
  15. Folstein, M. F., Folstein, S. E., Mchugh, P. R. #34;Mini-mental state". A practical method for grading the cognitive state of patients for the clinician. J Psychiatr Res. 12 (3), 189-198 (1975).
  16. Naghdi, S., Ansari, N. N., Mansouri, K., Hasson, S. A neurophysiological and clinical study of Brunnstrom recovery stages in the upper limb following stroke. Brain Inj. 24 (11), 1372-1378 (2010).
  17. Leung, S. O., Chan, C. C., Shah, S. Development of a Chinese version of the modified Barthel index-- validity and reliability. Clin Rehabil. 21 (10), 912-922 (2007).
  18. Tong, Z. Chinese rehabilitation guidelines for stroke (2011 edition). Chin J Rehabil Theory Pract. 18, 301-318 (2012).
  19. Takebayashi, T., et al. Assessment of the efficacy of reogo-j robotic training against other rehabilitation therapies for upper-limb hemiplegia after stroke: Protocol for a randomized controlled trial. Front Neurol. 9, 730(2018).
  20. Budhota, A., et al. Robotic assisted upper limb training post-stroke: A randomized control trial using combinatory approach toward reducing workforce demands. Front Neurol. 12, 622014(2021).
  21. Mousavi Hondori, H., Khademi, M., Dodakian, L., Cramer, S. C., Lopes, C. V. A spatial augmented reality rehab system for post-stroke hand rehabilitation. Stud Health Technol Inform. 184, 279-285 (2013).
  22. Cipresso, P., Serino, S., Pedroli, E., Gaggioli, A., Riva, G. A virtual reality platform for assessment and rehabilitation of neglect using a kinect. Stud Health Technol Inform. 196, 66-68 (2014).
  23. Avola, D., Cinque, L., Foresti, G. L., Marini, M. R. An interactive and low-cost full body rehabilitation framework based on 3d immersive serious games. J Biomed Inform. 89, 81-100 (2019).
  24. Cordella, F., et al. Hand motion analysis during robot-aided rehabilitation in chronic stroke. J Biol Regul Homeost Agents. 34 (5 Suppl 3), 45-52 (2020).
  25. Airò Farulla, G., et al. Vision-based pose estimation for robot-mediated hand telerehabilitation. Sensors (Basel). 16 (2), 208(2016).
  26. Soekadar, S. R., Witkowski, M., Vitiello, N., Birbaumer, N. An EEG/EOG-based hybrid brain-neural computer interaction (bnci) system to control an exoskeleton for the paralyzed hand. Biomed Tech (Berl). 60 (3), 199-205 (2015).
  27. Zhang, J., Wang, B., Zhang, C., Xiao, Y., Wang, M. Y. An EEG/EMG/EOG-based multimodal human-machine interface to real-time control of a soft robot hand. Front Neurorobot. 13, 7(2019).
  28. Rakhtala, S. M., Ghayebi, R. Real-time control and fabrication of a soft robotic glove by two parallel sensors with mbd approach. Med Eng Phys. 100, 103743(2022).
  29. Tang, X., Xinyu, T. Cloud-based scenario interactive rehabilitation training and assessment system. , (2019).
  30. Park, J. The effect of task-oriented training on the muscle activation of the upper extremity in chronic stroke patients. J Phys Ther Sci. 28 (4), 1384-1386 (2016).
  31. Dongyan, X., Rujin, T., Jue, L., Gang, L., Yulian, Z. Clinical study on the improvement of upper limb motor function in stroke patients by combining upper limb intelligent feedback rehabilitation robot with conventional rehabilitation treatment. J Rehab Med. 28 (02), 11-17 (2018).
  32. Haiyan, Z., Fangchao, W., Jianhua, L., Zhiping, L. Effect of upper limb robot-assisted training on upper limb function in stroke patients. Chinese J Sports Med. 38 (10), 859-863 (2019).
  33. Ichikawa, A., et al. Stimulus-related 20-hz activity of human cortex modulated by the way of presenting hand actions. Neurosci Res. 58 (3), 285-290 (2007).
  34. Zhang, H., Haiyan, Z. The effects of upper limb rehabilitation robot-assisted training on upper limb function in stroke patients. Chinese J Sports Med. 38, 859-863 (2019).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Upper Limb RehabilitationStroke RecoveryRehabilitation RobotMotor Skills TrainingForce Feedback ControlJoint Range AssessmentInteractive Gaming TherapyPersonalized RehabilitationVirtual Reality RehabilitationHemiplegic Patient Therapy

Related Articles