Um programa de reabilitação de treinamento em esteira com suporte de peso corporal assistido por exoesqueleto com realidade virtual não imersiva para pacientes com AVC

Resumo

A eficácia da combinação de treinamento em esteira assistido por exoesqueleto e suporte de peso corporal com realidade virtual baseada em jogos na capacidade de dupla tarefa em sobreviventes de AVC ainda não foi estudada. Portanto, este programa de reabilitação visa investigar as funções e vantagens potenciais dessa combinação no aumento da capacidade de caminhar durante a recuperação do AVC.

Resumo

O AVC é um evento cerebrovascular que afeta significativamente a mobilidade e a independência dos pacientes. Restaurar os padrões de marcha é um objetivo crítico da reabilitação do AVC, e as terapias baseadas em tecnologia têm mostrado resultados promissores. A terapia de exoesqueleto de membros inferiores, o treinamento em esteira com suporte de peso corporal (BWSTT) e o treinamento de realidade virtual (VR) baseado em jogos são abordagens inovadoras que melhoraram a força muscular, o equilíbrio e a capacidade de caminhar em pacientes com AVC. A integração dessas terapias em um programa de reabilitação abrangente pode melhorar a recuperação motora e os resultados funcionais para sobreviventes de AVC. Este estudo investiga as vantagens potenciais da combinação de BWSTT assistido por exoesqueleto com VR baseada em jogos no aprimoramento da capacidade de dupla tarefa durante a recuperação do AVC. A Escala de Equilíbrio de Berg (EEB) demonstrou melhora significativa após o treinamento (p = 0,03), mas não foram observadas diferenças estatísticas no Timed Up-and-Go Test (TUG, p = 0,15) e na Medida de Independência Funcional (MIF, p = 0,38). Em resumo, esse tratamento levou a melhorias no equilíbrio do paciente. O uso de dispositivos tecnológicos avançados neste protocolo de reabilitação durante a fase aguda após um AVC é promissor e justifica uma investigação mais aprofundada por meio de um ensaio clínico randomizado controlado.

Introdução

Em 2020, as taxas aproximadas de AVC na China continental foram as seguintes: uma taxa de prevalência de 2,6%, uma taxa de incidência de 505,2 por 100.000 indivíduos anualmente e uma taxa de mortalidade de 343,4 por 1.00.000 indivíduos anualmente¹. Essa condição debilitante causa incapacidade funcional, comprometimento motor e dependência em 70% a 80% dos pacientes². Como a caminhada é um componente essencial do movimento humano, ela desempenha um papel crucial na transferência independente, no bem-estar fisiológico e na atividade física geral³. Portanto, restaurar os padrões de marcha em pacientes com AVC é um objetivo crítico da reabilitação, pois garante maior independência. Embora os métodos tradicionais tenham facilitado a capacidade de andar após o AVC, a terapia baseada em tecnologia fez avanços significativos na recuperação do AVC nos últimos anos, criando modelos de treinamento mais intensivos². Além disso, os avanços tecnológicos na reabilitação do AVC podem motivar e promover ainda mais a recuperação dos sobreviventes do AVC.

A terapia com exoesqueleto de membros inferiores (EXO) é uma abordagem promissora e inovadora para auxiliar pacientes que não podem deambular devido a déficits motores nos membros inferiores³. Esta terapia oferece um programa de treinamento de alta dosagem e alta intensidade, permitindo uma mobilização precoce de maneira mais segura. Estudos recentes demonstraram os benefícios potenciais dessa terapia para pacientes com AVC, incluindo melhorias na força muscular, equilíbrio e capacidade de marcha⁴. Outros estudos comparando indivíduos com lesão medular indicam que tanto o treinamento locomotor do exoesqueleto quanto o treinamento baseado em atividades melhoram significativamente os índices cardiovasculares, com o treinamento locomotor do exoesqueleto mostrando maior eficácia no aumento das respostas cardíacas ao estresse ortostático e na redução da frequência cardíaca em^pé5.

O sistema de treinamento de marcha assistido por robótica usado neste estudo foi projetado para auxiliar os pacientes na reabilitação da marcha. Este dispositivo robótico de exoesqueleto, equipado com motores computadorizados nas articulações do quadril e joelho, permite que os pacientes se envolvam em caminhada passiva ou assistida ativa, seguindo diferentes padrões de marcha programados. O sistema inclui uma estrutura robótica que suporta os membros inferiores do paciente, ao mesmo tempo em que fornece assistência controlada e resistência durante a caminhada. Os mecanismos de feedback são integrados ao sistema para orientar os movimentos do paciente e fornecer dados em tempo real aos médicos, aprimorando o processo de aprendizagem motora.

O treinamento em esteira com suporte de peso corporal (BWSTT) é um sistema de treinamento de caminhada assistida que combina um arnês para suportar parcialmente o peso corporal do paciente e uma esteira motorizada para facilitar o movimento⁶. O sistema de suporte de peso empregado neste estudo utiliza uma combinação de fundas e armações; O sistema redistribui uma parte do peso corporal do paciente para o dispositivo, aliviando efetivamente a carga de peso durante o treinamento. Este sistema de suporte de peso ajustável incentiva pacientes com AVC com dependência ou padrões anormais de marcha a alcançar uma maior qualidade de marcha. O paciente pode obter um melhor controle de autoajuda do membro afetado, reduzindo a sustentação de peso no membro inferior do lado hemiplégico. Além disso, o arnês fornece um meio seguro de prevenir quedas durante a mobilização precoce e intensiva. O BWSTT mostrou um potencial notável na promoção de habilidades de equilíbrio, velocidade de marcha e resistência à caminhada em uma ampla gama de níveis funcionais de caminhada em pacientes com AVC⁷.

Os sistemas de treinamento de Realidade Virtual (RV) baseados em jogos permitem que pacientes com AVC interajam com objetos e eventos em um ambiente realista por meio de aplicativos de computador recreativos ^6,8. O sistema de realidade virtual usado neste estudo não depende de fones de ouvido VR, mas fornece uma experiência básica de realidade virtual usando sensores no exoesqueleto para transmitir os movimentos do paciente em um ambiente de jogo virtual exibido em uma tela, simulando um cenário de realidade virtual interativo. Esse sistema de treinamento, que é mais envolvente e inspirador, aumenta a preferência e a adesão entre os sobreviventes de AVC, potencialmente levando a benefícios mais significativos em comparação com o treinamento físico convencional durante todo o demorado processo de recuperação. Além disso, a reabilitação de RV como uma intervenção substituta demonstrou resultados promissores na melhoria da marcha, equilíbrio, capacidade cognitiva e atividades da vida diária, fornecendo treinamento de dupla tarefa⁸. O presente estudo demonstrou que a RV, quando usada como adjuvante ao treinamento locomotor assistido por robótica, melhorou o equilíbrio e a marcha em pacientes com AVC crônico, destacando seu potencial para gerar ganhos funcionais em indivíduos ambulatoriais com AVC⁹. Além disso, outras pesquisas indicaram que a reabilitação assistida por robótica, particularmente quando integrada à RV, pode melhorar a recuperação cognitiva e o bem-estar psicológico em indivíduos com AVC crônico¹⁰.

Os dispositivos terapêuticos mencionados acima podem ser combinados de forma eficaz para criar um programa de reabilitação distinto adaptado às necessidades de cada paciente. O BWSTT assistido por VR, como uma combinação, parece viável e promissor. Pesquisas sugerem que pode reduzir a inclinação pélvica e superar o treinamento tradicional de marcha, especialmente com uma intervenção modesta, auxiliando pacientes hemiparéticos precoces¹¹. Comparativamente, houve uma exploração mínima do uso de exoesqueletos integrados à RV para reabilitação de membros inferiores em contraste com a reabilitação de membros superiores¹². Mirelman et al. demonstraram a eficácia da combinação de exoesqueletos com RV e videogames para reabilitação de tornozelo e pé, resultando em maior velocidade de caminhada, melhor controle motor parético do tornozelo, aumento do pico do momento de flexão plantar e maior geração de força do tornozelo¹³.

A combinação de um exoesqueleto com BWSTT e VR fornece uma abordagem abrangente para a reabilitação do AVC (ver Figura 1). Esta terapia integrada combina os benefícios do treinamento de marcha assistido por exoesqueleto, tecnologia VR não imersiva e o suporte de peso ajustável fornecido por uma esteira. Essa abordagem tem o potencial de melhorar a recuperação motora, o equilíbrio e os resultados funcionais gerais para pacientes com AVC⁶. Embora os protocolos de reabilitação que utilizam essas tecnologias tenham sido explorados em vários estudos de pesquisa, a eficácia da combinação de BWSTT assistido por exoesqueleto com VR baseada em jogos na capacidade de dupla tarefa em sobreviventes de AVC raramente foi estudada. Portanto, este programa de reabilitação visa investigar as funções e vantagens potenciais dessa combinação no aumento da capacidade de caminhar durante a recuperação do AVC.

Protocolo

Esta pesquisa foi uma série de casos retrospectiva de pacientes internados recrutados após AVC no Peking Union Medical College Hospital. Este programa de reabilitação foi aprovado pelo Conselho de Revisão Institucional do Peking Union Medical College Hospital. O consentimento informado por escrito foi obtido de todos os pacientes antes da participação. Os detalhes do equipamento e software utilizados neste estudo estão listados na Tabela de Materiais.

1. Recrutamento de participantes

1. Inscreva os pacientes no estudo seguindo um rigoroso processo de triagem com base em critérios de inclusão específicos. Organize os dados básicos dos pacientes (ver Tabela 1). Esses critérios são os seguintes:
   1. Idade: 20-65 anos.
   2. Estabilidade médica confirmada por um médico de reabilitação pós-AVC (isquêmico/hemorrágico).
   3. Uma pontuação na Escala de Ashworth Modificada (MAS) de ≤2 (espasticidade muscular mínima)².
   4. Capacidade de caminhar 10 m com ou sem dispositivo auxiliar para completar avaliações, incluindo a Escala de Equilíbrio de Berg (EEB), o Timed Up-and-Go Test (TUG) e a Medida de Independência Funcional (MIF)⁶.
2. Exclua pacientes com as seguintes condições:
   1. Restrição na amplitude de movimento (ADM) das articulações do quadril ou joelho.
   2. Presença de trombose venosa profunda (TVP).
   3. Pontuação¹⁰ do Mini-Exame do Estado Mental (MEEM) inferior a 27 (comprometimento cognitivo).
   4. Peso corporal superior a 150 kg.
   5. Altura superior a 200 cm.
3. Faça uma nova triagem dos pacientes antes de cada sessão de tratamento. Encerre o estudo se ocorrer algum dos seguintes sintomas:
   1. Consciência alterada: Confusão repentina, desorientação ou perda de consciência.
   2. Dificuldades respiratórias: respiração rápida, falta de ar ou outro desconforto respiratório.
   3. Frequência cardíaca anormal: frequência cardíaca anormalmente alta ou baixa, palpitações ou batimentos cardíacos irregulares.
   4. Pressão arterial anormal: Aumento ou diminuição significativa da pressão arterial, acompanhada de tontura ou desmaio.
   5. Obstrução das vias aéreas: tosse, asfixia ou dificuldade súbita em respirar.
   6. Dor ou desconforto: dor intensa, desconforto ou sensações incomuns.

2. Medição

NOTA: Essas medidas são essenciais para ajustar e personalizar adequadamente o exoesqueleto, garantindo que ele forneça suporte ideal. Embora o processo geral seja semelhante a outros dispositivos da mesma categoria, detalhes como operação do software, botões de controle e fixação da alça podem variar dependendo do equipamento específico.

1. Faça medições enquanto o paciente está sentado.
   1. Meça a largura pélvica usando uma fita flexível (ASIS para ASIS).
   2. Meça o comprimento da perna (trocânter maior ao côndilo femoral lateral).
   3. Meça o comprimento da perna (maléolo lateral ao côndilo femoral lateral).
2. Ajuste o dispositivo de exoesqueleto com base nos dados coletados.
   NOTA: Esses ajustes são cruciais para adaptar o exoesqueleto à anatomia de cada paciente. O ajuste e o alinhamento adequados permitem que o dispositivo suporte e melhore efetivamente a mobilidade e a reabilitação.
   1. Ajuste a largura usando a alça giratória (consulte a Figura 2A) aumentando-a 2-3 cm além da largura pélvica.
   2. Puxe o interruptor do slot no braço robótico da perna (Figura 2B), ajuste o comprimento com base nas medidas e empurre o interruptor de volta. Aperte a chave rotativa para prender o braço. Alinhe a articulação do joelho com o motor do dispositivo para um movimento suave e sincronizado.
   3. Ajuste o braço robótico da perna seguindo o procedimento descrito na etapa 2.2.2.
3. Certifique-se de que a fonte de alimentação esteja conectada após ajustar o dispositivo para se adequar à ergonomia do paciente. Ajude o paciente a usar o dispositivo.

3. Vestindo o sistema suportado por peso

1. Gire as duas alças no sentido anti-horário (consulte a Figura 2C) para soltá-las e, em seguida, puxe o exoesqueleto para fora (consulte a Figura 2D) para liberar a pista da esteira e criar espaço para o paciente.
2. Guie o paciente para a pista.
   1. Para pacientes ambulantes: Guie-os da rampa traseira para a frente.
   2. Para pacientes que não andam: Ajude-os a entrar com uma cadeira de rodas e posicione-os na frente.
3. Abaixe o arnês (veja a Figura 2E) do sistema de suspensão usando o controle remoto (veja a Figura 2F). Ajuste o arnês para ficar nivelado ou ligeiramente abaixo do tronco do paciente, garantindo um ajuste adequado.
4. Desamarre o arnês para facilitar o curativo do paciente.
   NOTA: Seguindo estas etapas, ajuste o arnês conforme necessário para facilitar o processo de curativo para o paciente, esteja ele em pé ou em uma cadeira de rodas.
   1. Paciente em pé: Aplique o arnês desapertado no tronco do paciente por trás. Prenda as alças confortavelmente ao redor do tronco. Posicione as tiras das pernas ao redor das coxas e prenda-as com segurança.
   2. Paciente em cadeira de rodas: Levante o tronco do paciente do encosto. Passe o arnês desafivelado ao redor do tronco por trás e prenda as alças confortavelmente. Posicione as tiras das pernas ao redor das coxas e prenda-as com segurança para um ajuste confortável.
5. Eleve o sistema de suporte de peso para colocar o paciente em pé. Pare quando o arnês proporcionar uma leve sensação de aperto. Ajuste a redução de peso usando o controle remoto e monitore os dados de perda de peso na unidade (consulte a Figura 2G). Levante ligeiramente o corpo do paciente para reduzir o peso e evitar que os pés fiquem pendurados.
   NOTA: Execute elevações e abaixamentos repetidos a qualquer momento durante as etapas subsequentes, conforme necessário, para o conforto do paciente e a folga dos pés, sem reduzir excessivamente o peso do paciente.
   1. Paciente em pé: Use o controle remoto para ajustar gradualmente a redução de peso com base na condição do paciente.
   2. Paciente em cadeira de rodas: Levante cuidadosamente o paciente da cadeira de rodas e eleve-o para a posição de pé usando o sistema de suspensão ascendente. Retire a cadeira de rodas da pista e ajuste a redução de peso do paciente com o controle remoto.

4. Vestindo o exoesqueleto

NOTA: Seguindo estes passos, o exoesqueleto pode ser usado corretamente, proporcionando o suporte e a estabilidade necessários para o paciente durante a reabilitação ou exercício.

1. Redefina o exoesqueleto aberto externamente de volta para dentro e gire ambas as alças no sentido horário para engatar o dispositivo de imobilização.
2. Pressione o exoesqueleto dobrado e suspenso para fazer a transição da posição sentada para a posição em pé (consulte a Figura 2H).
3. Instrua o paciente a se inclinar para trás contra o tronco do exoesqueleto e prender as tiras de ancoragem torácica.
4. Ajuste a altura do dispositivo para alinhar o eixo do motor do braço com as articulações do quadril e joelho do paciente.
5. Aperte os cintos a um nível confortável. Aperte com segurança as tiras da coxa e da panturrilha, garantindo que estejam devidamente apertadas para o conforto do paciente.
   NOTA: Esta etapa é crucial para evitar o afrouxamento do equipamento durante o exercício e garantir a segurança do paciente.
6. Aplique um estabilizador de tornozelo se o paciente tiver o pé caído.

5. Operando o exoesqueleto

1. Acesse o software de controle no computador e insira as informações básicas do paciente.
2. Ajuste a duração do tratamento, a velocidade de caminhada e a mobilidade articular máxima permitida para as articulações do quadril e do joelho em ambos os lados na interface do software.
   NOTA: Neste estudo, use as configurações padrão de amplitude de movimento articular, defina a velocidade de caminhada para pacientes em 1,5 km/h e defina a duração do tratamento para 20 min.
3. Clique em Iniciar para iniciar a terapia. O exoesqueleto e a esteira começarão a operar juntos.

6. Abrindo o programa de RV baseado em jogos

NOTA: A Tabela 2 fornece uma visão geral dos jogos e suas mecânicas. Cada jogo é projetado para atingir exercícios específicos de membros inferiores, adaptados para atender às necessidades individuais dos pacientes para uma reabilitação eficaz.

1. Abra o software ZEPU Gait Training and Evaluation no computador. Selecione Jogo.
2. Guie o paciente durante o movimento assistido por exoesqueleto. Quando uma perna estiver na fase de balanço, instrua o paciente a controlá-la ativamente. Quando a perna estiver pronta para a propulsão, instrua o paciente a impulsioná-la com força e realizar a flexão do quadril.
   NOTA: Os sensores do braço robótico detectarão o torque ativo do paciente e o feedback será exibido no jogo.
3. Antes da primeira sessão, explique as etapas e princípios da interação do jogo para o paciente. Forneça uma breve sessão de prática com lembretes verbais para ajudá-los a entender quando aplicar força ativa durante a fase correta da marcha. Comece a terapia formal assim que o paciente demonstrar a capacidade de usar o dispositivo corretamente.

7. Removendo o exoesqueleto

NOTA: Garanta a segurança e o conforto do paciente durante todo o processo de remoção.

1. Solte o exoesqueleto desapertando as alças.
2. Levante o exoesqueleto para uma posição sentada suspensa.
3. Gire as alças de fixação (consulte a Figura 2C) no sentido anti-horário para liberá-las.
4. Desdobre o exoesqueleto para fora para limpar a pista, permitindo a remoção segura.

8. Removendo o sistema suportado por peso

1. Para pacientes ambulantes: Abaixe o paciente usando o controle remoto, solte as alças e ajude-o a sair da pista.
2. Para pacientes que não andam: Use o controle remoto para abaixar o paciente na cadeira de rodas. Solte as alças e remova o sistema de redução de peso. Guie o paciente para fora da pista.

9. Emergência

NOTA: Se o paciente apresentar algum dos sintomas listados nas etapas 1.3.1-1.3.6 durante o tratamento, interrompa o exercício e procure ajuda médica imediatamente. Monitore o paciente de perto quanto a sintomas e alterações durante a reabilitação.

1. Localize o dispositivo de parada de emergência no trilho direito (consulte a Figura 2I). Pressione e segure o botão com firmeza para parar o equipamento.
2. Uma vez que a crise tenha passado, restaure o equipamento puxando o botão para cima.

10. Avaliação e intervenção

1. Confirme se os participantes apresentam capacidade ambulatorial limitada e visam atingir um nível funcional mais alto.
2. Realizar avaliações pré-intervenção
   1. Avalie a capacidade de equilíbrio usando a Escala de Equilíbrio de Berg (BBS), pontuando de 0 (menor) a 56 (maior)⁶.
   2. Avalie a marcha usando o teste Timed Up and Go (TUG)⁶.
   3. Medir as atividades de vida diária usando a Medida de Independência Funcional (MIF)⁶.
   4. Realize todas as avaliações 24 horas antes da primeira sessão de tratamento.
3. Administre a intervenção de quatro semanas
   1. Agende 10 sessões de tratamento ao longo de 4 semanas.
   2. Realize sessões às segundas, quartas e sextas-feiras durante as três primeiras semanas.
   3. Administre a sessão final na segunda-feira da quarta semana.
   4. Certifique-se de que todas as sessões de tratamento comecem às 14h00.
4. Implementar o programa de reabilitação
   1. Treine os pacientes para usar o programa de reabilitação antes da primeira sessão.
   2. Forneça instruções concisas por meio dos aplicativos do jogo.
   3. Atribua quatro jogos, cada um com duração de 5 minutos, para um total de 20 minutos por sessão.
   4. Certifique-se de que os pacientes se envolvam de forma independente com o programa durante os 20 minutos completos.
   5. Defina o suporte de peso corporal em 50% durante cada sessão.
   6. Permita o movimento máximo da articulação usando as configurações padrão de amplitude de movimento da articulação.
   7. Defina a velocidade de caminhada em 1,5 km/h.
5. Realizar avaliações pós-intervenção
   1. Realizar avaliações BBS, TUG e MIF 24 h após a sessão final de tratamento⁶.
   2. Certifique-se de que todas as avaliações clínicas sejam conduzidas pelo mesmo fisioterapeuta qualificado e experiente para manter a consistência.

11. Análises estatísticas

1. Use software estatístico para analisar os resultados experimentais estatisticamente.
2. Aplique o teste de Shapiro-Wilk para confirmar que todas as variáveis de resultado seguem uma distribuição normal.
3. Realize um teste t pareado para cada variável de resultado antes e depois do tratamento. Considere p < 0,05 como o limite para significância estatística.
4. Use o software gráfico para criar representações gráficas dos dados.

Resultados

Após completar um tratamento de 4 semanas sem apresentar nenhum efeito adverso, o progresso do paciente foi avaliado e os resultados foram resumidos na Tabela 3. O escore⁶ da EEB aumentou de 43,88 ± 3,80 para 48,38 ± 3,66, indicando uma resposta positiva. Os escores TUG e MIF também apresentaram melhora, com o TUG diminuindo de 21,88 ± 5,62 para 17,63 ± 5,42 e a MIF aumentando de 92,75 ± 12,80 para 98,75 ± 13,38.

Os dados (ver Figur...

Discussão

Nesta intervenção proposta, é apresentada uma abordagem de tratamento abrangente que integra um sistema de suporte de peso corporal e terapia de exoesqueleto complementada pela tecnologia VR para facilitar o treinamento de dupla tarefa para indivíduos com deficiências de membros inferiores relacionadas ao AVC. O treinamento em esteira, quando combinado com outras intervenções, tem sido identificado como tendo maior impacto, principalmente quando aplicado antes do treinamento de marcha no...

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
GraphPad Prism	https://www.graphpad.com/features
SPSS	IBP	versão 18.0
Software do sistema de treinamento e avaliação de marcha ZEPU	Shandong ZEPU Medical Technology Co., Ltd.	V.1.0.1.2	O software do sistema de treinamento e avaliação de marcha ZEPU foi projetado não apenas para avaliar, mas também para facilitar a reabilitação direcionada da marcha, oferecendo programas terapêuticos personalizados para melhorar a mobilidade e os resultados funcionais dos pacientes.
ZP-AIGen Sistema de Treinamento de Marcha	Shandong ZEPU Medical Technology Co., Ltd.	ZEPU-AI1	Usando princípios de neuroplasticidade, o dispositivo simula padrões naturais de caminhada, orientando os pacientes através do treinamento de marcha repetitiva para restaurar a caminhada normal. A IA aprende padrões de marcha, oferecendo opções de tratamento personalizadas. Ele monitora e registra o progresso do paciente, ajudando a criar planos de tratamento personalizados.