Method Article

Применение роботизированной системы с двумя задачами верхней конечности для функционального восстановления верхней конечности у пациентов с инсультом

DOI:

10.3791/67004

⸱

October 11th, 2024

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Graduate School of Zhejiang Chinese Medical University, 2The Second Hospital of Jiaxing, 3School of Mechanical Engineering, Tongji University, 4Auckland Tongji Rehabilitation Medical Equipment Research Centre, Tongji Zhejiang College

In This Article

Summary

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

Этот экспериментальный протокол описывает использование роботизированной системы с двумя верхними конечностями, ориентированной на решение конкретных задач, для пациентов с инсультом и дисфункцией верхних конечностей. Полученные данные свидетельствуют о том, что эта система может значительно улучшить функцию верхних конечностей и повседневную жизнедеятельность пациентов с инсультом.

Abstract

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

Было показано, что высокоповторяющиеся и ориентированные на задачу тренировки способствуют восстановлению функции конечностей у пациентов с инсультом. Кроме того, двусторонняя тренировка рук может помочь выжившим после инсульта восстановить функцию верхних конечностей и улучшить их повседневную деятельность. Роботизированная система с двумя верхними конечностями, ориентированная на решение конкретных задач, предназначена для оказания помощи здоровой стороне пациента с инсультом в управлении пораженной стороной для выполнения двусторонней тренировки рук с помощью роботизированного устройства. Он также может направлять пациента в выполнении двойных скоординированных движений верхних конечностей и вовлекать его в виртуальную игру, ориентированную на задачу, с использованием силовой обратной связи и технологии взаимодействия человека с компьютером. Целью данного исследования была оценка эффективности системы в улучшении функции верхних конечностей и повседневной деятельности пациентов с инсультом. Используемые методы оценки включали моторный вызванный потенциал (MEP), функциональный тест для гемиплегической верхней конечности в Гонконге (FTHUE-HK), шкалу оценки верхних конечностей Фугла-Мейера (FMA-UE) и модифицированный индекс Бартеля (MBI). Результаты исследования показывают, что двойная роботизированная система, ориентированная на решение задач верхних конечностей, может значительно улучшить кортикоспинальный путь, функцию верхних конечностей и повседневную активность у пациентов с инсультом после 6 недель лечения. Эта система может служить эффективным дополнением к функциональной реабилитации верхних конечностей у выживших после инсульта, снижая зависимость от реабилитологов. В заключение следует отметить, что роботизированная система с двумя верхними конечностями, ориентированная на решение конкретных задач, представляет собой новую стратегию функциональной реабилитации конечностей после инсульта и имеет большой потенциал для применения, поскольку она предлагает определенные социальные и финансовые преимущества.

Introduction

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

Инсульт является одной из основных причин инвалидности и второй по значимости причиной смерти во всем мире 1,2. Пациенты с инсультом часто сталкиваются с различными проблемами, такими как двигательный, сенсорный и когнитивный дефицит3. Дисфункция верхних конечностей является распространенной проблемой после инсульта, характеризующейся мышечной слабостью, спастичностью и снижением двигательных способностей верхней конечности на стороне гемиплегии4. Сообщается, что он присутствует более чем у 70% пациентов с инсультом, и только около 5% возвращаются к норме, в то время как 20% восстанавливаютнекоторые возможности верхних конечностей. Более половины жизни человека требует участия верхних конечностей6, а дисфункция верхних конечностей после инсульта серьезно влияет на повседневную деятельность пациентов7, значительно снижая качество их жизни8 и увеличивая финансовую нагрузку9. Поэтому особенно важно изучить эффективные методы функциональной реабилитации верхних конечностей.

Различные клинические методы реабилитации верхних конечностей, такие как зеркальная терапия, двигательная терапия, функциональная электростимуляция и другие активные или пассивные тренировки, обычно используются для пациентов с инсультом 3,10. В последние годы двусторонняя тренировка рук привлекает повышенное внимание 6,11,12. Было продемонстрировано, что он улучшает нейронную связь между сенсомоторными областями как ипсилатерального, так и контралатерального полушарий12. Этот тип тренировки помогает исправить аномалии в межполушарном торможении, способствует реорганизации функциональных сетей мозга и в конечном итоге приводит к улучшению функции верхних конечностей12,13. Кроме того, было показано, что роботизированное обучение помогает пациентам последовательно выполнять точные движения конечностей и участвоватьв обучении конкретным задачам. Этот процесс обеспечивает мозгу существенную стимуляцию обратной связи, в конечном итоге повышая нейропластичность и способствуя восстановлению функции верхних конечностей у людей с гемиплегией14,15. В настоящее время существует ограниченное количество исследований стратегий с использованием роботизированной тренировки двух верхних конечностей для пациентов с инсультом. В этом исследовании использовалась роботизированная система с двумя верхними конечностями, ориентированная на выполнение задач, чтобы сочетать роботизированное обучение с двусторонней тренировкой верхних конечностей. Роботизированное устройство было использовано для помощи пациентам с инсультом в проведении двухцелевых тренировок верхних конечностей с большим количеством повторений в правильной схеме движения. Цель исследования состояла в том, чтобы оценить влияние этого метода на кортикоспинальный путь, функцию верхних конечностей и повседневную деятельность у людей, перенесших инсульт, с целью открытия инновационных стратегий функциональной реабилитации верхних конечностей.

Protocol

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

Данное исследование (Approval No. JXEY-2020SW038) был одобрен Комитетом по медицинской этике Второй больницы Цзясин, при этом все участники предоставили информированное согласие. Его целью была оценка осуществимости и эффективности протокола с помощью рандомизированного, одностороннего слепого, контролируемого исследования. В период с января по декабрь 2021 года в больницу Цзясин поступило 60 пациентов с инсультом, поступивших во Вторую больницу Цзясина.

ПРИМЕЧАНИЕ: Критерии включения включали: 1) подтвержденный диагноз инфаркта мозга или кровоизлияния с помощью компьютерной томографии (КТ) или магнитно-резонансной томографии (МРТ), 2) первое начало и одностороннее поражение с длительностью заболевания от 2 недель до 3 месяцев и стабильным состоянием, 3) возраст 25-75 лет, 4) отсутствие гемианопсии или одностороннего пространственного пренебрежения, а также отсутствие зрительного или слухового дефицита, 5) сознательный, податливый и способный участвовать в реабилитационном лечении, 6) устранить одностороннюю дисфункцию верхних конечностей с модифицированной шкалой Эшворта (MAS) степени ≤ 216. Критерии исключения включали: 1) предшествующую черепно-мозговую травму или другие внутричерепные заболевания, 2) тяжелый инфаркт миокарда, стенокардию, заболевания печени, почек, легких или других важных органов, злокачественные опухоли и т.д., 3) предшествующие психические расстройства и эпилепсию в анамнезе, 4) сильную боль, онемение или другие сенсорные нарушения на гемиплегической стороне конечностей, 5) значительное ограничение движений в двусторонних верхних конечностях.

1. Дизайн исследования

  1. Случайным образом разделите пациентов (n = 60), которые соответствовали указанным критериям, на две группы: экспериментальную группу (n = 30) и контрольную группу (n = 30).
  2. Попросите опытного эрготерапевта провести следующие функциональные оценки, если он не знал о групповых заданиях до и после 6-недельного периода лечения.
    1. Двигательный вызванный потенциал (MEP):
      1. Выявлять MEP у пациентов с помощью системы магнитной стимуляции в соответствии с рекомендациями, установленными Groppa et al.17.
      2. Во время теста расположите пациента перед устройством в устойчивом и удобном положении и поместите записывающие электродные площадки на отводящую мышцу и костный отросток костного сустава лучезапястного сустава.
      3. Затем центрируйте катушку магнитной стимуляции над моторной корой головного мозга на поврежденной стороне мозга, при этом ручка катушки расположена под углом 45° к сагиттальной плоскости.
      4. Проведите стимуляцию области моторной коры головного мозга 10 раз со 100% интенсивностью и зарегистрируйте наличие или отсутствие моторных потенциалов, а также их латентность и амплитуду.
        Примечание: Из-за невозможности обнаружения моторных вызванных потенциалов у всех пациентов тщательное сравнение и анализ латентности и амплитуды вызванных потенциалов между двумя группами пациентов было невозможным. Таким образом, исследование было направлено на определение наличия или отсутствия МЭП и сравнение процента обнаруживаемых МЭП между двумя группами пациентов. Более высокий процент обнаруживаемых МЭП указывает на больший потенциал для улучшения кортикоспинальных путей у пациентов с инсультом.
    2. Проведите функциональный тест на гемиплегию верхних конечностей - Гонконг (FTHUE-HK).
      1. Используйте шкалу для оценки функциональности верхней конечности пациента, которая включает в себя 12 задач, таких как помещение руки на колено и отжим тряпки.
        ПРИМЕЧАНИЕ: Каждое задание должно быть выполнено в течение 3 минут и может быть выполнено не более 3 раз. Шкала состоит из 7 уровней, более высокие уровни которых указывают на улучшение функциональности верхней конечности18.
    3. Используйте шкалу оценки верхних конечностей Фугля-Мейера (FMA-UE).
      1. Используйте эту шкалу для оценки двигательной функции плеча, локтя, предплечья, запястья и кисти.
        ПРИМЕЧАНИЕ: Оценка 0 указывает на неспособность выполнить указанное движение, оценка 1 указывает на частичное завершение, а оценка 2 указывает на полное завершение. Шкала имеет максимальный балл 66 баллов, при этом более высокие баллы указывают на улучшение моторной функции верхних конечностей19.
    4. Рассчитайте модифицированный индекс Бартеля (MBI).
      1. Используйте эту шкалу для оценки эффективности пациента в повседневной жизни.
        ПРИМЕЧАНИЕ: Шкала состоит из 10 пунктов, включая прием пищи, одевание, купание и т.д., с максимальным баллом 100 баллов. Более высокий балл указывает на большую независимость в повседневной жизни пациента20.
  3. Убедитесь, что всем пациентам назначены обычные лекарства, включая антигипертензивные, противодиабетические, липидные регуляторы и т.д., адаптированные к их индивидуальным условиям.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Выбор лекарств для пациентов с инсультом основан на их уникальных обстоятельствах и может отличаться от одного пациента к другому.
  4. Подтвердите, что все пациенты получали рутинную физиотерапию, трудотерапию для предплечья и кисти, а также ежедневные тренировки в течение 6 недель.
  5. Убедитесь, что пациенты в контрольной группе получали рутинную трудотерапию, направленную на функцию верхних конечностей, в течение 1 ч в день в течение 6 недель.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Рутинная трудотерапия, направленная на функцию верхних конечностей, включает в себя тренировку двигательного контроля плечевых и локтевых суставов, тренировку роликов, тренировку с обручем и тренировку дотягивания до предметов.
  6. Подтвердить, что пациенты в экспериментальной группе получали рутинную трудотерапию, направленную на функцию верхних конечностей, в течение 30 минут в день, в дополнение к двойному обучению роботизированной системе верхних конечностей по 30 минут в день в течение 6 недель.

2. Двухзадачное обучение роботизированной системе верхних конечностей

Примечание: Только пациенты с инсультом в экспериментальной группе получали эти учебные занятия.

  1. Запустите оборудование роботизированной системы, включите экран компьютера системы, откройте приложение ULCOT Rehab и войдите в основной интерфейс системы.
  2. Во время первоначального сеанса обучения нажмите «Зарегистрироваться », чтобы создать личную карту для каждого пациента, в основном включающую имя, пол, возраст, номер случая, диагноз, пораженную сторону и другие соответствующие медицинские данные.
  3. Нажмите кнопку «Войти» в главном интерфейсе системы, выберите из списка пациента, нуждающегося в обучении, и войдите в интерфейс обучающей системы для этого пациента.
  4. Помогите пациенту расположиться перед роботизированным устройством, обеспечивая безопасную и комфортную дистанцию.
  5. Нажмите кнопку Настройка в интерфейсе системы обучения пациентов, чтобы войти в интерфейс настройки параметров оборудования и задать соответствующие параметры для пациента.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Нет необходимости задавать параметры для каждой тренировки. При входе в интерфейс системы обучения пациента система автоматически подстраивается под параметры, установленные во время предыдущей тренировки пациента. Затем терапевт может изменить соответствующие параметры в соответствии с терапевтическими целями. Если изменения параметров не требуются, пользователь может нажать кнопку «Обучение » в интерфейсе системы обучения, чтобы получить доступ к интерфейсу настройки программы обучения.
    1. Нажмите на + или - для увеличения или уменьшения высоты платформы в модуле Регулировка высоты платформы . Отрегулируйте высоту платформы оборудования в зависимости от роста пациента.
    2. Нажмите + или - , чтобы увеличить или уменьшить угол наклона манипулятора робота в модуле Регулировка угла наклона манипулятора . Отрегулируйте угол наклона роботизированной руки в соответствии с целями пациента по тренировке сгибания и разгибания плеча (чем выше цель, тем больше угол).
    3. Нажмите + или - , чтобы увеличить или уменьшить угол между двумя манипуляторами робота в модуле Регулировка угла наклона руки . Отрегулируйте угол между роботизированными руками в соответствии с целями тренировки приведения и отведения верхней конечности пациента (чем выше цель, тем больше угол).
  6. Нажмите кнопку Обучение в интерфейсе системы обучения пациентов, чтобы перейти в интерфейс настройки программы обучения.
    1. Выберите подходящую программу тренировок в зависимости от функционального состояния верхних конечностей пациента. Когда верхняя конечность на стороне гемиплегии не может активно манипулировать механической ручкой во всем диапазоне движений, выберите программу вспомогательных тренировок.
    2. И наоборот, если верхняя конечность на стороне гемиплегии способна активно манипулировать механической ручкой для выполнения полного диапазона движений, выберите программу тренировок с отягощениями.
  7. Объясните и продемонстрируйте методы тренировки выбранных предметов и сообщите о соответствующих мерах предосторожности, чтобы пациенты знали, как безопасно и точно выполнять тренировку.
  8. Помогите пациенту зафиксировать свои руки на ручках на концах двух роботизированных рук (рисунок 1).
  9. Проведите обучение работе с роботизированной системой с двумя верхними конечностями.
    1. Для пациентов, которые не могут активно манипулировать механической ручкой для достижения полного диапазона движений на гемиплегической стороне верхней конечности, нажмите «Помощь» в интерфейсе настройки программы тренировки, чтобы войти в интерфейс режима вспомогательной тренировки.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Терапевт может выбрать для пациента игру «Полет на воздухе » или игру «Пинг-понг » в режиме вспомогательной тренировки. Следует отметить, что пациенты могут выбрать только одну игру за тренировку.
      1. Установите время на 30 минут в модуле «Время обучения » и выберите уровень, установленный для пациента в модуле «Уровень помощи ».
        ПРИМЕЧАНИЕ: Этот режим предлагает 6 уровней помощи, при этом уровень 6 включает в себя управление пораженной верхней конечностью как роботом, так и здоровой верхней конечностью во время двусторонней тренировки верхних конечностей. С другой стороны, уровень 1 предполагает, что пораженная верхняя конечность участвует в двусторонней тренировке верхних конечностей напрямую, без внешнего воздействия. Тренировочная сессия начинается с уровня 6, и пациент может перейти на следующий уровень после того, как наберет полный балл на каждом уровне. Как только пациент набирает полный балл за тренировку на уровне помощи 1, он считается готовым к тренировкам в режиме сопротивления.
      2. Нажмите «Полет в воздухе » или «Пинг-понг», затем нажмите «Старт », чтобы войти в интерфейс игры.
      3. Игра «Полет в воздухе »: Проинструктируйте пациента управлять виртуальным самолетом, отображаемым на экране компьютера, маневрируя пораженной верхней конечностью через здоровую сторону с помощью роботизированного устройства, что позволит пациенту оптимизировать свои усилия по управлению виртуальным самолетом по заданной траектории полета, одновременно захватывая виртуальные золотые монеты (Рисунок 2).
      4. Игра в пинг-понг : с помощью робота попросите пациента использовать непораженную сторону, чтобы управлять пораженной стороной верхней конечностью, чтобы управлять виртуальной ракеткой для настольного тенниса, и перемещать ракетку, чтобы поймать летящий пинг-понг (Рисунок 3).
    2. Для пациентов, которые способны активно манипулировать механической ручкой для достижения полного диапазона движений на гемиплегической стороне верхней конечности, нажмите кнопку Сопротивление в интерфейсе настроек программы тренировки, чтобы получить доступ к интерфейсу режима тренировки с отягощениями.
      ПРИМЕЧАНИЕ: В режиме тренировки с отягощениями участники могут выбрать одну из пяти доступных игр: Полеты по воздуху, пинг-понг, мост и дорога, поднятие тяжестей, и Сопоставление поп-музыки. Для каждой тренировки может быть выбрана только одна игра.
      1. Установите время на 30 минут в модуле «Время тренировки » и выберите уровни сопротивления здоровой и пораженной сторон соответственно в модулях «Здоровый уровень» и «Затронутый уровень».
        ПРИМЕЧАНИЕ: В режиме тренировки с отягощениями уровни сопротивления могут быть индивидуально установлены для здоровых и пораженных сторон пациента в зависимости от силы мышц верхних конечностей. Уровни варьируются от 1 (самое низкое сопротивление) до 10 (самое высокое сопротивление). Первоначальное лечение включало в себя выбор уровня сопротивления 1, при этом пациентам разрешалось переходить на следующий уровень после достижения идеального результата на каждом уровне подготовки.
      2. В модулях «Направление сопротивления здоровой стороны » и «Направление сопротивления пораженной стороны » выберите направление сопротивления, указанное системой для здоровой стороны пациента и пораженной стороны верхней конечности во время тренировки с отягощениями соответственно.
        ПРИМЕЧАНИЕ: Направление сопротивления выбирается для пациента в соответствии с целью упражнения, включая толчок и тягу.
      3. Выберите время, в течение которого целевой объект должен удерживаться, в модуле «Время удержания ».
        ПРИМЕЧАНИЕ: Время определяется исходя из функции верхних конечностей пациента в диапазоне от 1 до 10 с. Чем дольше время, тем сложнее это становится. Если установленное время удержания составляет 10 с, а оценка тренировки идеальна, уровень сопротивления будет увеличен для следующей сессии. Игры Air Flying и Ping-Pong не включают этот шаг.
      4. Нажмите, чтобы выбрать одну из следующих игр: Air Flying, Ping-Pong, Bridge & Road, Weight-Lifting и Pop Matching. Нажмите «Пуск », чтобы войти в интерфейс игры.
      5. Игра «Полет в воздухе »: Проинструктируйте пациента управлять виртуальным самолетом, сопротивляясь сопротивлению, оказываемому роботизированной рукой как на здоровые, так и на пораженные верхние конечности, что позволит пациенту оптимизировать свои усилия по управлению виртуальным самолетом по заданной траектории полета, одновременно захватывая виртуальные золотые монеты.
      6. Игра в пинг-понг : Проинструктируйте пациента управлять виртуальной ракеткой для настольного тенниса, сопротивляясь сопротивлению, оказываемому роботизированной рукой как здоровым, так и пораженным верхним конечностям, и перемещайте ракетку, чтобы поймать летящий пинг-понг.
      7. Игра «Мост и дорога »: попросите пациента управлять обоими концами деревянного моста на экране, сопротивляясь сопротивлению, оказываемому роботизированной рукой как на здоровые, так и на пораженные верхние конечности, переместите две лестничные платформы разной высоты и удерживайте их в течение определенного времени, чтобы позволить виртуальному персонажу пройти (Рисунок 4).
      8. Игра с поднятием тяжестей : Попросите пациента управлять концами штанги для поднятия тяжестей, отображаемыми на экране, сопротивляясь сопротивлению, оказываемому роботизированной рукой обоим здоровым людям.
        и пораженные верхние конечности, корректируя свое положение, чтобы достичь целевого места, изменяя расстояние и сохраняя это положение в течение определенного времени (рис. 5).
      9. Игра Pop Matching : Пусть пациент управляет двумя виртуальными
        Пальцы, расположенные на левом и правом концах экрана, сопротивляясь сопротивлению, оказываемому роботизированной рукой как на здоровых, так и на пораженных верхних конечностях, выбирают идентичные элементы из левой и правой колонок изображений с помощью виртуальных пальцев и сохраняют это положение в течение длительного времени.
        назначенная продолжительность (Рисунок 6).
        ПРИМЕЧАНИЕ: Система проверяет, совпадают ли выбранные изображения с обеих сторон; Если они есть, то выбранные снимки отсеиваются. Если они не совпадают, пациенту предлагается сделать повторный выбор.

3. Порядок действий

  1. Используйте статистическое программное обеспечение для анализа собранных данных оценки, определяя подходящие методы анализа в зависимости от типа данных.
  2. Проясните значимость полученных результатов и оцените влияние двухзадачного обучения роботизированной системы верхних конечностей на функцию верхних конечностей у пациентов с инсультом.

Results

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

В общей сложности 60 пациентов с инсультом были разделены на контрольную группу (n = 30) и экспериментальную группу (n = 30) для данного исследования. При сравнении возраста, пола, типа инсульта, длительности заболевания, стороны гемиплегии и другой общей информации между двумя группами статистически значимых различий (P > 0,05) обнаружено не было обнаружено (P 0,05), что указывает на их сопоставимость (табл. 1). Пациенты в экспериментальной группе, которые проходили обучение с помощью роботизированной системы с двумя верхними конечностями, показали большие улучшения в MEP, FMA-UE, FTHUE-HK и MBI по сравнению с теми, кто получал традиционное лечение.

После 6 недель обучения коэффициент обнаружения моторных вызванных потенциалов (МЭП) в экспериментальной группе превзошел таковой в контрольной группе (P < 0,05) (табл. 2). После периода обучения в обеих группах пациентов наблюдалось улучшение FTHUE-HK по сравнению с уровнями до лечения (P < 0,05), причем экспериментальная группа показала более выраженное улучшение, чем контрольная группа (P < 0,05) (Таблица 3). Кроме того, улучшение показателей FMA-UE и MBI наблюдалось в обеих группах пациентов по сравнению с уровнями до лечения (P < 0,05), при этом в экспериментальной группе наблюдалось более значительное улучшение, чем в контрольной группе (P < 0,05) (Таблица 4). Эти результаты подчеркивают эффективность роботизированной системы с двумя верхними конечностями, ориентированной на выполнение задач, в содействии восстановлению функции верхних конечностей у пациентов с инсультом.

Статистический анализ проводили с использованием соответствующего программного обеспечения, при этом уровень значимости был установлен на уровне P < 0,05 для двустороннего теста. Данные измерений были проверены на соответствие нормальному распределению и отображение однородных дисперсий. Парные t-критерии использовались для сравнения внутри групп до и после лечения нормально распределенных непрерывных переменных, в то время как для сравнения между группами использовались две независимые выборки t-критерия. Данные подсчета оценивались с помощью теста χ2, ранжирование переменных внутри групп оценивалось с помощью теста Вилкоксона со знаком ранга, а межгрупповой анализ проводился с помощью теста Манна-Уитни.

figure-results-1
Рисунок 1: Роботизированная система с двумя верхними конечностями, ориентированная на выполнение задач. Эта система помогает пациентам с инсультом проводить двустороннюю тренировку верхних конечностей, способствуя восстановлению функции верхних конечностей. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

figure-results-2
Рисунок 2: Игра «Полет в воздухе». С помощью робота пациенту предлагается управлять виртуальным самолетом на экране компьютера, чтобы виртуальный самолет летел по заданной траектории полета. В то же время виртуальный самолет захватывает виртуальные золотые монеты. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

figure-results-3
Рисунок 3: Игра в пинг-понг. С помощью робота пациенту предлагается управлять виртуальной ракеткой для настольного тенниса и перемещать ракетку, чтобы поймать летящий пинг-понг. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

figure-results-4
Рисунок 4: Игра Bridge & Road. Пациенту предлагается управлять двумя концами деревянного моста на экране и перемещать его на разные расстояния. Две лестницы с разной высотой должны быть соединены и поддерживаться в течение определенного периода времени, чтобы виртуальный злодей мог пройти плавно. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

figure-results-5
Рисунок 5: Игра с поднятием тяжестей. Пациент должен управлять двумя концами штанги для поднятия тяжестей на экране, перемещать ее на разные расстояния, прижимать штангу к целевому положению и удерживать ее в течение указанного времени. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

figure-results-6
Рисунок 6: Игра Pop Matching. Пациент должен управлять двумя виртуальными пальцами на левом и правом концах экрана через здоровую сторону и пораженную сторону. Верхние конечности должны с помощью виртуальных пальцев выбирать одинаковые элементы в левой и правой колонках картинок и сохранять это положение в течение указанного времени. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

ГруппаnСекс (n)Возраст (x ± s, y )Течение заболевания (х ± с, г)Тип штриха (n)Гемиплегическая сторона (n)
МужскойЖенскийИшемическийГеморрагическийНалевоПравильно
Контрольная группа
(n=30)		30161456.70±7.6038.77±15.7114161416
Экспериментальная группа
(n=30)		30171357.17±6.9339.47±16.2317131713
P>0,05>0,05>0,05>0,05>0,05

Таблица 1. Базовые характеристики между двумя группами. В нем всесторонне сравниваются исходные характеристики контрольной и экспериментальной групп. Это включает в себя демографические и клинические данные, обеспечивающие сопоставимость между группами.

ГруппаnПредварительная обработкаПоследующая обработка
ответотсутствие ответаответотсутствие ответа
Контрольная группа
(n = 30)		308221020
Экспериментальная группа
(n = 30)		307231812
P>0,05<0,05

Таблица 2. Сравнение ответов депутатов Европарламента между двумя группами. В нем демонстрируется влияние роботизированной системы с двумя верхними конечностями, ориентированной на решение конкретных задач, на кортикоспинальные пути у пациентов с инсультом.

ГруппаFTHUE-HK (M(P 25, P75))
Контрольная группа
(n = 30)		Предварительная обработка3(2,3)
Последующая обработка3(3,4)*
Экспериментальная группа
(n = 30)		Предварительная обработка3(2,3)
Последующая обработка4(3,5)*#
*P < 0,05, по сравнению с предварительной обработкой; #P < 0,05, по сравнению с контрольной группой

Таблица 3. Сравнение FTHUE-HK между двумя группами. В нем описывается влияние роботизированной системы с двумя верхними конечностями, ориентированной на решение конкретных задач, на функцию верхних конечностей у пациентов с инсультом.

ГруппаFMA-UE
(х ± с)		МБР
(х ± с)
Контрольная группа
(n=30)		Предварительная обработка25.33±11.7244.27±13.21
Последующая обработка34.63±13.06*51.03±12.55*
Экспериментальная группа
(n=30)		Предварительная обработка25.93±11.8744.93±14.10
Последующая обработка42.37±15.20*#59.73±14.63*#
*P < 0,05, по сравнению с предварительной обработкой; #P < 0,05, по сравнению с контрольной группой

Таблица 4. Сравнение FMA-UE и MBI между двумя группами. Он иллюстрирует влияние роботизированной системы с двумя верхними конечностями, ориентированной на выполнение задач, на функцию верхних конечностей и повседневную деятельность пациентов с инсультом.

Discussion

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

Было показано, что двусторонняя тренировка нормализует межкорковое торможение у пациентов с инсультом, способствует реорганизации функциональной сети мозга и, в конечном счете,улучшает функцию верхних конечностей. В этом исследовании представлена программа функциональной тренировки верхних конечностей у пациентов с инсультом с использованием роботизированной системы с двумя верхними конечностями, ориентированной на задачу. Программа объединяет двустороннее движение верхних конечностей, целенаправленные занятия и роботизированное обучение для улучшения реабилитации функции верхних конечностей у пациентов с инсультом.

Несколько ключевых шагов заслуживают внимания при реализации двухзадачного обучения роботизированной системе верхних конечностей. Во-первых, терапевт должен своевременно отрегулировать угол наклона роботизированной руки и угол между двумя руками в зависимости от функционального состояния верхней конечности пациента и терапевтических целей. Во-вторых, уровень помощи или сопротивления, обеспечиваемого системой, должен быть точно подобран в соответствии с силой мышц верхних конечностей пациента. Когда тренировочный балл пациента достигает максимума, его следует без промедления скорректировать на следующий уровень. В-третьих, в режиме тренировки с отягощениями терапевт должен установить уровни сопротивления как для здоровой, так и для пораженной сторон, а также направление сопротивления (включая толчок и тягу), в зависимости от мышечной силы верхних конечностей пациента с каждой стороны.

Двухзадачное обучение роботизированной системе верхних конечностей включает в себя движения верхних конечностей в различных плоскостях и направлениях. Однако случайное переключение между этими плоскостями и направлениями во время тренировки невозможно, так как каждое переключение требует остановки текущей тренировки для восстановления системы. Некоторые исследователи использовали двух идентичных роботов для помощи пациентам в двусторонней тренировке верхних конечностей втрех измерениях. Хотя этот подход позволяет пациентам задействовать несколько направлений движений во время тренировки, он создает проблемы в эффективной передаче сил между здоровыми и пораженными конечностями. По мере того, как роботизированная система с двумя верхними конечностями, ориентированная на выполнение задач, совершенствуется на последующих этапах, важно увеличить степени свободы движений роботизированной руки, чтобы обеспечить многонаправленную тренировку движений верхней конечности. Кроме того, крайне важно решить проблему компенсаторных движений туловища, которые некоторые пациенты демонстрируют во время тренировки с помощью роботизированной системы с двумя верхними конечностями, ориентированной на выполнение задач. Такие компенсаторные движения могут уменьшить амплитуду движений верхних конечностей и привести к развитию ошибочных моделей движений. Чтобы смягчить последствия этой проблемы, терапевты должны своевременно напоминать пациентам о необходимости поддерживать правильную позу сидя и придерживаться правильных движений во время тренировки.

Большинство традиционных методов двусторонней тренировки верхних конечностей предполагают, что здоровая рука держит пораженную руку или соединяет две руки устройством (например, деревянной палкой). В отличие от этого, двухзадачное обучение верхних конечностей роботизированной системе, используемое в этом исследовании, дает значительные преимущества. Исследования показывают, что восстановление функции конечностей у пациентов с инсультом улучшается благодаря точным и часто повторяющимся реабилитационным тренировкам. Однако после инсульта у пациентов часто наблюдается снижение мышечной силы в пораженной конечности и снижение двигательной функции в здоровой конечности 23,24. Следовательно, во время традиционной двусторонней тренировки верхних конечностей пациентам становится сложно поддерживать нормальные модели движений непрерывно и многократно в течение длительных периодов времени. Кроме того, для выполнения определенного движения здоровая верхняя конечность может прилагать значительную силу, в то время как пораженная верхняя конечность прилагает минимальную силу, тем самым нарушая полное задействование пораженной конечности. Роботизированная система с двумя верхними конечностями, ориентированная на задачу, может модулировать силу, передаваемую от здоровой верхней конечности к пораженной конечности, на основе мышечной силы пораженной верхней конечности пациента, тем самым способствуя постепенному и структурированному участию пораженной конечности. В этом обучении также используется роботизированная помощь, позволяющая пациентам выполнять повторяющиеся и точные движения, что, как было показано, обеспечивает постоянную обратную связь с мозгом, что способствует функциональной реорганизации и в конечном итоге улучшает функцию конечностей. Кроме того, виртуальные игры, включенные в двухзадачную роботизированную систему обучения верхних конечностей, ориентированы на выполнение задач, и исследования показали, что такая тренировка может улучшить функцию верхних конечностей и способность выполнять повседневную деятельность у пациентов с инсультом25,26.

В этом исследовании МЭП у пациентов основывались исключительно на наличии или отсутствии обнаруживаемого МЭП. Такое решение было принято в связи с тем, что всесторонний сравнительный анализ латентности и амплитуды MEP не был возможен, так как у некоторых пациентов не удалось обнаружить MEP. В исследование были включены пациенты с различной продолжительностью заболевания от 2 недель до 3 месяцев, что потенциально влияло на результаты из-за различий в спонтанном выздоровлении. Критерии отбора пациентов были сосредоточены исключительно на типе инсульта и боковом гемиплегическом состоянии без учета конкретных участков поражения головного мозга, что влияло на сравнительный анализ эффективности. Кроме того, в этом исследовании были выявлены и другие ограничения. Во-первых, из эксперимента были исключены пациенты с высоким мышечным тонусом (MAS > 2), так как их состояние потенциально могло повлиять на результаты тренировок. Во-вторых, оценка эффективности эксперимента проводилась только через 6 недель после вмешательства, без данных долгосрочного наблюдения. В-третьих, все участники находились в течение 3 месяцев от начала заболевания, что оставляло неопределенность в отношении эффективности этого подхода к обучению для пациентов после 3-месячной отметки. Кроме того, размер выборки исследования был небольшим, что подчеркивает необходимость будущих исследований с более широкой и разнообразной выборкой. В ответ на упомянутые выше проблемы мы внедрим дальнейшие улучшения и оптимизации на последующих этапах исследования.

В заключение следует отметить, что роботизированная система с двумя верхними конечностями, ориентированная на выполнение задач, показала многообещающие возможности в улучшении функции верхних конечностей и повседневной деятельности пациентов с инсультом. Этот подход требует более широкого применения в клинических условиях для функциональной реабилитации верхних конечностей после инсульта.

Disclosures

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

Авторы не заявляют о конфликте интересов или раскрытии финансовой информации в данном исследовании.

Acknowledgements

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

Выражаем благодарность пациентам и медицинскому персоналу Второй больницы Цзясин за поддержку и сотрудничество в процессе исследований.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Роботизированная система с двумя верхними конечностями, ориентированная на решение задачОклендский исследовательский центр реабилитационного медицинского оборудования Tongji, колледж Тунцзи Чжэцзян N/AРоботизированная система с двумя верхними конечностями, ориентированная на задачи, может помочь пациентам с инсультом в двустороннем виртуальном обучении верхним конечностям, регулируя передачу силы между здоровыми и пораженными верхними конечностями.
Система магнитостимуляционной терапииSichuan Junjian Wanfeng Medical Equipment Co., Ltd.http://www.jjwf-med.com
Эта система может быть использована для измерения вызванного потенциала двигателя (MEP)
SPSS 25.0IBMVersion 25.0https://www.ibm.com/support/pages/downloading-ibm-spss-statistics-25
,

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. World Stroke Organization (WSO): Global stroke fact sheet 2022. Int J Stroke. 17 (1), 18-29 (2022).">Feigin, V. L., et al. World Stroke Organization (WSO): Global stroke fact sheet 2022. Int J Stroke. 17 (1), 18-29 (2022).
  2. Effects of immersive virtual reality on upper-extremity stroke rehabilitation: A systematic review with meta-analysis. J Clin Med. 13 (1), 146(2023).">Kiper, P., et al. Effects of immersive virtual reality on upper-extremity stroke rehabilitation: A systematic review with meta-analysis. J Clin Med. 13 (1), 146(2023).
  3. Cognitive function and upper limb rehabilitation training post-stroke using a digital occupational training system. J Vis Exp. (202), e65994(2023).">Yao, Z., et al. Cognitive function and upper limb rehabilitation training post-stroke using a digital occupational training system. J Vis Exp. (202), e65994(2023).
  4. Bilateral upper limb robot-assisted rehabilitation improves upper limb motor function in stroke patients: a study based on quantitative EEG. Eur J Med Res. 28 (1), 603(2023).">Tang, C., et al. Bilateral upper limb robot-assisted rehabilitation improves upper limb motor function in stroke patients: a study based on quantitative EEG. Eur J Med Res. 28 (1), 603(2023).
  5. Effect of 3-dimensional robotic therapy combined with electromyography-triggered neuromuscular electrical stimulation on upper limb function and cerebral cortex activation in stroke patients: A randomized controlled trial. Bioengineering. 11 (1), 12(2023).">Yang, S. -W., Ma, S. -R., Choi, J. -B. Effect of 3-dimensional robotic therapy combined with electromyography-triggered neuromuscular electrical stimulation on upper limb function and cerebral cortex activation in stroke patients: A randomized controlled trial. Bioengineering. 11 (1), 12(2023).
  6. Comparison of bilateral and unilateral upper limb training in people with stroke: A systematic review and meta-analysis. PLoS One. 14 (5), e0216357(2019).">Chen, P. M., Kwong, P. W. H., Lai, C. K. Y., Ng, S. S. M. Comparison of bilateral and unilateral upper limb training in people with stroke: A systematic review and meta-analysis. PLoS One. 14 (5), e0216357(2019).
  7. Study the effectiveness of bilateral arm training on upper extremity motor function and activity level in patients with sub-acute stroke. Int J Cur Res Rev. 12 (20), 2987(2020).">Dhakate, D., Bhattad, R. Study the effectiveness of bilateral arm training on upper extremity motor function and activity level in patients with sub-acute stroke. Int J Cur Res Rev. 12 (20), 2987(2020).
  8. Benefits of robot-assisted upper-limb rehabilitation from the subacute stage after a stroke of varying severity: A multicenter randomized controlled trial. J Clin Med. 13 (3), 808(2024).">Ahn, S. Y., et al. Benefits of robot-assisted upper-limb rehabilitation from the subacute stage after a stroke of varying severity: A multicenter randomized controlled trial. J Clin Med. 13 (3), 808(2024).
  9. Dual-tDCS combined with sensorimotor training promotes upper limb function in subacute stroke patients: A randomized, double-blinded, sham-controlled study. CNS Neurosci Ther. 30 (4), e14530(2023).">Li, C., et al. Dual-tDCS combined with sensorimotor training promotes upper limb function in subacute stroke patients: A randomized, double-blinded, sham-controlled study. CNS Neurosci Ther. 30 (4), e14530(2023).
  10. Effects of uni- vs. bilateral upper limb robot-assisted rehabilitation on motor function, activities of daily living, and electromyography in hemiplegic stroke: A single-blinded three-arm randomized controlled trial. J Clin Med. 12 (8), 2950(2023).">Yuan, R., et al. Effects of uni- vs. bilateral upper limb robot-assisted rehabilitation on motor function, activities of daily living, and electromyography in hemiplegic stroke: A single-blinded three-arm randomized controlled trial. J Clin Med. 12 (8), 2950(2023).
  11. Effect of immersive virtual reality-based bilateral arm training in patients with chronic stroke. Brain Sci. 11 (8), 1032(2021).">Song, Y. -H., Lee, H. -M. Effect of immersive virtual reality-based bilateral arm training in patients with chronic stroke. Brain Sci. 11 (8), 1032(2021).
  12. Bilateral versus unilateral upper limb training in (sub)acute stroke: A systematic and meta-analysis. S Afr J Physiother. 80 (1), 1985(2024).">Dembele, J., Triccas, L. T., Amanzonwé, L. E. R., Kossi, O., Spooren, A. Bilateral versus unilateral upper limb training in (sub)acute stroke: A systematic and meta-analysis. S Afr J Physiother. 80 (1), 1985(2024).
  13. The modulatory effects of bilateral arm training (BAT) on the brain in stroke patients: a systematic review. Neurol Sci. 42 (2), 501-511 (2021).">Wu, J. Y., Cheng, H., Zhang, J. Q., Bai, Z. F., Cai, S. F. The modulatory effects of bilateral arm training (BAT) on the brain in stroke patients: a systematic review. Neurol Sci. 42 (2), 501-511 (2021).
  14. Efficacy of robot-assisted training on rehabilitation of upper limb function in patients with stroke: A systematic review and meta-analysis. Arch Phys Med Rehabil. 104 (9), 1498-1513 (2023).">Yang, X. W., Shi, X. B., Xue, X. L., Deng, Z. Y. Efficacy of robot-assisted training on rehabilitation of upper limb function in patients with stroke: A systematic review and meta-analysis. Arch Phys Med Rehabil. 104 (9), 1498-1513 (2023).
  15. Robot-assisted therapy for upper extremity motor impairment after stroke: A systematic review and meta-analysis. Phys Ther. 101 (4), pzab010(2021).">Wu, J. Y., Cheng, H., Zhang, J. Q., Yang, S. L., Cai, S. F. Robot-assisted therapy for upper extremity motor impairment after stroke: A systematic review and meta-analysis. Phys Ther. 101 (4), pzab010(2021).
  16. Inter- and intra-rater reliability of the Modified Ashworth Scale: a systematic review and meta-analysis. Eur J Phys Rehabil Med. 54 (4), 576-590 (2018).">Meseguer-Henarejos, A. B., Sánchez-Meca, J., López-Pina, J. A., Carles-Hernández, R. Inter- and intra-rater reliability of the Modified Ashworth Scale: a systematic review and meta-analysis. Eur J Phys Rehabil Med. 54 (4), 576-590 (2018).
  17. A practical guide to diagnostic transcranial magnetic stimulation: report of an IFCN committee. Clin Neurophysiol. 123 (5), 858-882 (2012).">Groppa, S., et al. A practical guide to diagnostic transcranial magnetic stimulation: report of an IFCN committee. Clin Neurophysiol. 123 (5), 858-882 (2012).
  18. Development of the Hong Kong version of the functional test for the hemiplegic upper extremity (FTHUE-HK). Hong Kong J Occup Th. 14 (1), 21-29 (2004).">Fong, K., et al. Development of the Hong Kong version of the functional test for the hemiplegic upper extremity (FTHUE-HK). Hong Kong J Occup Th. 14 (1), 21-29 (2004).
  19. Intra- and inter-rater reliability of Fugl-Meyer Assessment of Upper Extremity in stroke. J Rehabil Med. 51 (9), 652-659 (2019).">Hernández, E. D., et al. Intra- and inter-rater reliability of Fugl-Meyer Assessment of Upper Extremity in stroke. J Rehabil Med. 51 (9), 652-659 (2019).
  20. Validity and reliability of a performance evaluation tool based on the modified Barthel Index for stroke patients. BMC Med Res Methodol. 17 (1), 131(2017).">Ohura, T., Hase, K., Nakajima, Y., Nakayama, T. Validity and reliability of a performance evaluation tool based on the modified Barthel Index for stroke patients. BMC Med Res Methodol. 17 (1), 131(2017).
  21. The modulatory effects of bilateral arm training (BAT) on the brain in stroke patients: a systematic review. Neurol Sci. 42 (2), 501-511 (2021).">Wu, J., Cheng, H., Zhang, J., Bai, Z., Cai, S. The modulatory effects of bilateral arm training (BAT) on the brain in stroke patients: a systematic review. Neurol Sci. 42 (2), 501-511 (2021).
  22. Robotic-assisted therapy with bilateral practice improves task and motor performance in the upper extremities of chronic stroke patients: A randomised controlled trial. Aust Occup Ther J. 66 (5), 637-647 (2019).">Hsu, H. Y., et al. Robotic-assisted therapy with bilateral practice improves task and motor performance in the upper extremities of chronic stroke patients: A randomised controlled trial. Aust Occup Ther J. 66 (5), 637-647 (2019).
  23. The ipsilesional upper limb can be affected following stroke. ScientificWorldJournal. 2013, 684860(2013).">Kitsos, G. H., Hubbard, I. J., Kitsos, A. R., Parsons, M. W. The ipsilesional upper limb can be affected following stroke. ScientificWorldJournal. 2013, 684860(2013).
  24. Movement kinematics of the ipsilesional upper extremity in persons with moderate or mild stroke. Neurorehabil Neural Repair. 31 (4), 376-386 (2017).">Bustrén, E. L., Sunnerhagen, K. S., Alt Murphy, M. Movement kinematics of the ipsilesional upper extremity in persons with moderate or mild stroke. Neurorehabil Neural Repair. 31 (4), 376-386 (2017).
  25. The effect of priming on outcomes of task-oriented training for the upper extremity in chronic stroke: A systematic review and meta-analysis. Neurorehabil Neural Repair. 34 (6), 479-504 (2020).">da Silva, E. S. M., et al. The effect of priming on outcomes of task-oriented training for the upper extremity in chronic stroke: A systematic review and meta-analysis. Neurorehabil Neural Repair. 34 (6), 479-504 (2020).
  26. Effectiveness of activity-based task-oriented training on upper extremity recovery for adults with stroke: A systematic review. Am J Occup Ther. 78 (2), 7802180070(2024).">Lee, C. Y., Howe, T. H. Effectiveness of activity-based task-oriented training on upper extremity recovery for adults with stroke: A systematic review. Am J Occup Ther. 78 (2), 7802180070(2024).

Reprints and Permissions

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

Request Permission

Tags

Upper Limb RehabilitationStroke RecoveryRobotic RehabilitationBilateral Arm TrainingTask Oriented TrainingVirtual Reality RehabilitationMotor Evoked PotentialFugl Meyer AssessmentHuman Computer InteractionFunctional Recovery

Related Articles