Этот протокол описывает робота для реабилитации верхних конечностей, который обеспечивает интеллектуальную обратную связь в четырех режимах. Эти режимы улучшают функцию и гибкость верхних конечностей, тем самым улучшая качество жизни пациентов.
Method Article
Этот протокол описывает робота для реабилитации верхних конечностей, который обеспечивает интеллектуальную обратную связь в четырех режимах. Эти режимы улучшают функцию и гибкость верхних конечностей, тем самым улучшая качество жизни пациентов.
Нарушения мозгового кровообращения, широко известные как инсульты, представляют собой распространенное неврологическое событие, приводящее к значительным нарушениям здоровья верхних конечностей, тем самым глубоко влияя на повседневную деятельность людей и снижая качество их жизни. Традиционные методы реабилитации для восстановления верхних конечностей после инсульта часто затрудняются ограничениями, включая усталость терапевта и пациента, зависимость от отдельных методологий обучения и отсутствие устойчивой мотивации. Для решения этих проблем в данном исследовании представлен робот для реабилитации верхних конечностей, который использует интеллектуальное управление движением с обратной связью для улучшения терапевтических результатов. Система отличается способностью динамически регулировать направление и величину силовой обратной связи на основе обнаружения спастических движений во время упражнений, тем самым предлагая индивидуальный терапевтический опыт. Эта система оснащена четырьмя различными режимами тренировки, интеллектуальной оценкой диапазона движений суставов и возможностью персонализации программ тренировок. Кроме того, он обеспечивает захватывающий интерактивный игровой процесс в сочетании с комплексными мерами безопасности. Этот многогранный подход не только повышает вовлеченность и заинтересованность участников по сравнению с традиционными протоколами реабилитации, но и демонстрирует значительное улучшение функциональности верхних конечностей и повседневной деятельности пациентов с гемиплегией. Система является примером передового инструмента в реабилитации верхних конечностей, предлагая синергетическое сочетание точности, персонализации и интерактивного взаимодействия, тем самым расширяя терапевтические возможности, доступные для выживших после инсульта.
Инсульт, определяемый как острое неврологическое событие, вызванное закупоркой или разрывом сосудов головного мозга, прерываетмозговое кровообращение1, занимая второе место по значимости причиной смерти и являясь основным фактором долгосрочной инвалидности во всем мире. В первый день после инсульта до 80% выживших испытывают дисфункцию верхних конечностей, а 30-66% все еще сталкиваются с проблемами через шесть месяцев. Через год люди с нарушениями развития верхних конечностей сообщают о повышенной тревожности, снижении качества жизни и снижении уровня счастья3. Более того, к 16 месяцам после инсульта только около 60% лиц с гемиплегией, нуждающихся в стационарной реабилитации, достигают функциональной независимости в основных повседневных действиях, при этом лица, страдающие сенсорными, моторными и зрительными нарушениями, значительно больше зависятот поддержки лиц, осуществляющих уход. Кроме того, дисфункция верхних конечностей препятствует использованию рук, особенно при повышенном мышечном напряжении среди ослабленных сгибателей и разгибателей во время физических нагрузок5.
Несмотря на различные реабилитационные усилия, эффективное лечение травм верхних конечностей у выживших после инсульта представляет собой сложную задачу6. Высокоинтенсивное обучение повторяющимся задачам показало оптимальные результаты, но требует значительного участия терапевта, что приводит к высоким затратам и логистическому бремени7. Поэтому необходимы недорогие вмешательства, которые не увеличивают нагрузку на терапевтов и при этом повышают интерес пациентов к обучению. Робот для реабилитации верхних конечностей может служить альтернативным лечением для поощрения высокоинтенсивных упражнений и снижения зависимости от терапевтов1. Это недавно разработанная роботизированная система для реабилитации верхних конечностей с интеллектуальной обратной связью (см. Таблицу материалов). Устройство может выводить объективные показатели (такие как скорость, крутящий момент, диапазон движения, положение и т. д.) для оценки и мониторинга улучшений пациентов и настройки лечения в соответствии с различной степенью двигательных нарушений. Он обладает высокой консистенцией и воспроизводимостью для широкого использования. Кроме того, убедительные доказательства подтверждают высокую интенсивность, частое повторение и ориентированные на задачу тренировки для облегчения восстановления моторики после инсульта8.
С другой стороны, реабилитационные роботы представляют собой относительно новый вспомогательный подход к лечению с такими преимуществами, как высокая безопасность идолговечность. Американская ассоциация инсульта недавно выпустила рекомендации, в которых сообщается, что роботизированная моторная тренировка может помочь пациентам улучшить двигательную функцию и подвижность после инсульта в дополнение ктрадиционной терапии. В статье 2018 года в Journal of Rehabilitation Medicine сообщалось, что сочетание роботизированного обучения с традиционной реабилитацией может значительно улучшить двигательную функцию верхних конечностей у пациентов с инсультом, что оправдывает клиническоепродвижение. Система включает в себя четыре режима тренировки: тренировка с постоянной скоростью, тренировка с усилителем, активная тренировка и тренировка с отягощениями, а также может проводить оценку диапазона движений суставов. Обзор роботизированной реабилитации пациентов с подострым инсультом показал, что роботизированные вмешательства значительно улучшили функции верхних конечностей, особенно в работе плеча, локтя и предплечья, что оценивалось с помощью измерения функциональной независимости и шкалы оценки Фугля-Мейера. Эти вмешательства также улучшили повседневную жизнедеятельность, улучшив качество жизни10.
Данное исследование направлено на оценку эффективности реабилитационного робота с интеллектуальной обратной связью в реабилитации двигательных функций верхних конечностей у пациентов с ранней постинсультной гемиплегией, обеспечивая научную основу для стратегий реабилитации пациентов с инсультом и гемиплегией.
Данное исследование было одобрено этическим комитетом Первой аффилированной больницы Чжэцзянского университета, Китай, и все протоколы исследований были сформулированы в соответствии с принципами Хельсинкской декларации. Все пациенты предоставили письменное информированное согласие на участие в данном исследовании. В исследовании приняли участие 24 пациента с гемиплегией верхних конечностей, которые были госпитализированы в реабилитационное отделение Первой аффилированной больницы Чжэцзянского университета с января 2023 года по июнь 2023 года. Критериями включения были: первый ишемический или геморрагический инсульт, подтвержденный нейровизуализацией (КТ или МРТ), в возрасте от 45 до 75 лет, в течение 6 месяцев после начала, нарушение двигательной функции верхних конечностей и односторонняя гемиплегия (оценка Фугля-Мейера для верхних конечностей, FMA-UE ≤40)12,13, модифицированная шкала Ашворта ≤214, мини-обследование психического состояния (MMSE) >20 (указывающее на адекватную когнитивную функцию)15, и клинически стабильное состояние с хорошо контролируемыми основными заболеваниями и подписанным информированным согласием. Критериями исключения были: нестабильное внутричерепное состояние, когнитивные и языковые нарушения, подвывих плеча, нарушение подвижности плеча/локтя/запястья, тяжелая спастичность (Ashworth 3-4) и нарушение зрения. Подробная информация о роботе и программном обеспечении, использованном в этом исследовании, приведена в Таблице материалов.
1. Дизайн исследования
2. Конкретные этапы операции робота для реабилитации верхних конечностей
3. Порядок действий
В исследование было включено 24 пациента, которые были случайным образом распределены либо в контрольную, либо в экспериментальную группу (Таблица 1). Статистически значимой разницы между двумя группами по полу, возрасту, длительности заболевания или типу инсульта не было (P > 0,05). После 8 недель тренировок верхних конечностей для оценки двигательной функции верхних конечностей использовалась оценка Фугля-Мейера для верхней конечности (FMA-UE)12 , в то время как для оценки стадии восстановления верхних конечностей использовались стадия восстановления Бруннстрома для руки (BRS-Arm)16 и стадия восстановления Брунстрома для руки (BRS-Hand). Модифицированный индекс Бартеля (MBI)17 использовался для оценки способности пациентов к повседневной жизни.
После реабилитационного обучения в обеих группах наблюдалось значительное улучшение показателей FMA-UE и BRS-Hand (Рисунок 3, Таблица 2). Кроме того, группа обучения роботов для реабилитации верхних конечностей продемонстрировала более высокие баллы FMA-UE и MBI по сравнению с контрольной группой, что указывает на то, что сочетание обучения робота для реабилитации верхних конечностей с обычным обучением может улучшить двигательную функцию верхних конечностей и способствовать восстановлению повседневной жизнедеятельности у пациентов с инсультом в период восстановления.
Что касается эффективности, результаты реабилитации робота для реабилитации верхних конечностей в сочетании с обычным обучением реабилитации верхних конечностей были лучше, чем при использовании только обычного обучения, что позволяет предположить, что робот для реабилитации верхних конечностей может рассматриваться как дополнительный метод лечения в клинической практике.

Рисунок 1: Установка для реабилитации верхних конечностей. Испытуемый сидит за роботом для реабилитации верхних конечностей с помощью физиотерапевта. Установка демонстрирует позиционирование и взаимодействие между субъектом и оборудованием для реабилитации. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 2: Игровой интерфейс в роботе для реабилитации верхних конечностей. На рисунке представлен игровой контент, интегрированный в схему движения робота для реабилитации верхних конечностей. Этот интерфейс предназначен для вовлечения в предмет и облегчения терапевтических упражнений с помощью интерактивного игрового процесса. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 3: Статистический анализ результатов реабилитации. На рисунке представлен статистический анализ (А) оценки Фугля-Мейера для верхних конечностей (FMA-UE), (Б) стадий восстановления Брунстрома для руки (BRS-Arm) и (В) кисти (BRS-Hand) и (D) модифицированного индекса Бартеля (MBI) для контрольной и экспериментальной групп до и после лечения. Значимые различия обозначены как *P < 0,05, **P < 0,01 и ***P < 0,001. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
| Группа | n | Секс (n) | Возраст ('x±s, y ) | Течение болезни ('x±s, d) | Тип штриха (n) | Гемиплегическая сторона (n) | |||
| Мужской | Женский | Ишемический | Геморрагический | Налево | Правильно | ||||
| Контрольная группа (n = 12) | 12 | 7 | 5 | 52.25 ± 6.81 | 33.33 ± 9.51 | 8 | 4 | 6 | 6 |
| Экспериментальная группа (n = 12) | 12 | 8 | 4 | 53.50 ± 7.98 | 32.41 ± 9.39 | 6 | 6 | 5 | 7 |
| P | >0,05 | >0,05 | >0,05 | >0,05 | >0,05 | ||||
Таблица 1: Исходные характеристики контрольной и экспериментальной групп.
| Группа | FMA-UE | Кронштейн BRS | BRS-Рука | МБР | |
| Контрольная группа (n = 12) | За обработку | 18.50 ± 3.09 | 2,75 ± 0,97 | 1.92 ± 0.79 | 53.58 ± 11.22 |
| Последующая обработка | 21,08 ± 2,94 * | 3.17 ± 1.03 | 2,75 ± 0,97 * | 56.75 ± 12.18 | |
| Экспериментальная группа (n = 12) | За обработку | 18.67 ± 3.73 | 2,92 ± 0,79 | 2.00 ± 0.60 | 54.5 ± 12.04 |
| Последующая обработка | 24.08 ± 2.78 ***# | 3,83 ± 0,94 * | 3,5 ± 1,09 *** | 67.83 ± 12.63 *# | |
| *P < 0,05, по сравнению с предварительной обработкой; #P < 0,05, по сравнению с контрольной группой | |||||
Таблица 2: Сравнение баллов FMA-UE и MBI до и после обучения. В этой таблице сравниваются баллы по шкале Фугля-Мейера для развития верхних конечностей (FMA-UE) и модифицированному индексу Бартеля (MBI) между контрольной и экспериментальной группами до и после периода обучения. Значения представлены в виде среднего ± стандартного отклонения (x ± с).
Основываясь на предыдущихисследованиях20, в этом исследовании используется комплексный подход, сочетающий роботизированные тренировки для реабилитации верхних конечностей с традиционными терапевтическими методами восстановления после инсульта. Текущие результаты свидетельствуют о том, что эта интеграция значительно улучшает моторную функцию верхних конечностей и улучшает способность выполнять повседневную деятельность (ADL), превосходя результаты, достигнутые только с помощью традиционных методов реабилитации.
В этом исследовании изучается эффективность роботизированных вмешательств в виртуальных средах. Hondori et al. разработали систему, использующую отслеживание цветных маркеров на основе веб-камеры для реабилитации рук, но она столкнулась с такими ограничениями, как зависимость от внешних маркерови точность отслеживания рук. Аналогичным образом, Cipresso et al. и Avola et al. использовали Kinect и инфракрасные камеры глубины для реабилитации на основе виртуальной реальности, которые были ограничены разнообразием игр и дискомфортом от наголовныхдисплеев. В отличие от этого, наша система использует расширенную визуальную обратную связь и количественные данные в режиме реального времени, что значительно повышает вовлеченность пациентов и эффективность обучения.
Дальнейшие успехи были достигнуты в совершенствовании перчаток экзоскелета и расширении возможностей удаленной реабилитации. Cordella et al. и Farulla et al. сосредоточились на точном воспроизведении движения и силовой обратной связи с использованием сложных систем камер и механизмов управления «ведущий-ведомый»24,25. Последние достижения в области управления жестами и нейрокомпьютерных интерфейсов для реабилитации рук с помощью экзоскелета были представлены Liu Wei и Soskadar et al., которые используют нарукавные повязки MYO и включают технологии ЭЭГ и EOG для улучшения распознавания жестов и адаптивности системы с течением времени 26,27,28. Наша система опирается на эти достижения, предлагая автоматическую корректировку помощи или сопротивления в зависимости от мышечной силы пациента, обеспечивая персонализированную и динамическую оптимизацию тренировок, что согласуется с более ранними исследованиями, демонстрирующими преимущества персонализированных тренировок.
В данном исследовании был проведен тщательный анализ уникальных особенностей робота для реабилитации верхних конечностей и его способности превосходить традиционные методы реабилитации в клинической практике. Первоначально робот для реабилитации верхних конечностей использует усовершенствованную систему визуальной обратной связи, обеспечивающую количественную визуальную обратную связь в режиме реального времени через большие экраны и взаимодействие по сценарию30. В системе используется прогрессивный игровой формат, который не только повышает интерактивность и привлекательность тренировки, но и значительно повышает вовлеченность и проактивность пациента, как и результаты предыдущих исследований. Исследования показали, что этот метод эффективно улучшает функциональное восстановление пораженной верхней конечности за счет оптимизации процесса набора мышечных волокон31.
По сравнению с традиционным обучением шлифовальной доске, визуальная обратная связь и ориентированное на задачу обучение робота для реабилитации верхних конечностей имеют явные преимущества, перекликающиесяс результатами предыдущих исследований. Одно исследование показало, что механизм визуальной обратной связи системы не только способствует правильной связи между сенсорным сбором и моторным контролем, но и способствует точным моделям движений за счет непрерывной стимуляции мозга, улучшая координацию иточность движений верхних конечностей. Кроме того, робот для реабилитации верхних конечностей может автоматически регулировать прилагаемую помощь или сопротивление в зависимости от изменений мышечной силы пациента, тем самым достигая персонализированной и динамической оптимизации тренировки. Эта функция значительно повышает инициативность пациента и результаты обучения, что согласуется с предыдущими исследованиями32.
Дизайн системы не только улучшает результаты реабилитации, но и оптимизирует распределение терапевтических ресурсов, значительно повышая эффективность лечения32. Позволяя терапевту одновременно наблюдать за несколькими пациентами с помощью робота для реабилитации верхних конечностей, система эффективно использует энергию терапевтов реабилитационного отделения в соответствии с предыдущими исследованиями. Таким образом, робот для реабилитации верхних конечностей не только демонстрирует прорывы в технологических инновациях, но и демонстрирует огромный потенциал в предоставлении непрерывных и эффективных реабилитационных услуг, что делает его важнейшим инструментом для улучшения реабилитационной подготовки пациентов с постинсультными нарушениями верхних конечностей. Эти особенности делают робота для реабилитации верхних конечностей инструментом значительной клинической значимости в области реабилитации верхних конечностей.
Благодаря обширным повторяющимся тренировкам, проводимым роботом для реабилитации верхних конечностей, можно улучшить множество функций пациентов11. Интенсивное, повторяющееся обучение, обеспечиваемое роботизированной системой, играет важную роль в развитии нейропластичности и функционального восстановления, нацеливаясь на проприоцептивный дефицит и улучшая сенсомоторную интеграцию. Ориентированная на задачи игровая среда системы и прогрессивные протоколы тренировок не только повышают мотивацию пациентов, но и способствуют заметному улучшению моторного контроля33,34. Тем не менее, ограничения исследования, в том числе небольшой размер выборки, могут не в полной мере представлять более широкую популяцию. Кроме того, ограниченная продолжительность исследования и отсутствие долгосрочного наблюдения подчеркивают необходимость дальнейших исследований для подтверждения устойчивых преимуществ роботизированного обучения в контексте реабилитации после инсульта. Это исследование выступает за интеграцию роботизированной и традиционной терапии, указывая на значительное улучшение результатов выздоровления и поддерживая широкое клиническое внедрение персонализированных, увлекательных стратегий реабилитации.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов или раскрытии финансовой информации, связанной с этим исследованием.
Мы также благодарны медицинским работникам и сотрудникам Первой аффилированной больницы Чжэцзянского университета за их поддержку и сотрудничество на протяжении всего исследовательского процесса.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| Робот для реабилитации верхних конечностей [Fourier M2] | Shanghai Fourier Intelligence, Китай | ArmMotus M2 | Система обучения управлению движением с интеллектуальной обратной связью по силе для верхних конечностей [M2] - это новое поколение интеллектуальной системы обучения реабилитации верхних конечностей с силовой обратной связью, независимо разработанной Shanghai Fourier Intelligence. Основанная на основных технологиях, таких как силовая обратная связь, эта тренировочная система может определять силу пациента и наличие спастичности, когда пациент выполняет заданное действие, а затем изменять мощность или сопротивление самого устройства, чтобы улучшить двигательную дисфункцию верхних конечностей. Благодаря целенаправленным тренировкам М2 наделяет игры тренировкой, повышает энтузиазм пациентов и более эффективно тренирует крупную моторику и когнитивную функцию верхних конечностей пациентов. |
| Программное обеспечение SAS | Institute | https://www.sas.com/en_in/home.html | |
| программное обеспечение SPSS | IBM версии 26 | https://www.ibm.com/products/spss-statistics |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission