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Der kombinierte Einsatz von Transcranial Direct aktuelle Stimulation und Roboter-Therapie für die obere Extremität

Neuroscience

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Summary

Die kombinierte Verwendung von transkranielle Gleichstrom Stimulation und Roboter-Therapie als ein Add-on für konventionelle Rehabilitationstherapie kann bessere therapeutische Ergebnisse durch Modulation der Plastizität des Gehirns führen. In diesem Artikel beschreiben wir die kombinierten Methoden, die in unserem Institut zur Verbesserung der motorischen Leistung nach einem Schlaganfall.

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Pai, M. Y., Terranova, T. T., Simis, M., Fregni, F., Battistella, L. R. The Combined Use of Transcranial Direct Current Stimulation and Robotic Therapy for the Upper Limb. J. Vis. Exp. (139), e58495, doi:10.3791/58495 (2018).

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Abstract

Neurologische Erkrankungen wie Schlaganfall und zerebrale Lähmung sind die führenden Ursachen für Erwerbsunfähigkeit und können zu schweren Arbeitsunfähigkeit und Einschränkung der täglichen Aktivitäten durch untere und obere Extremität Beeinträchtigungen führen. Intensive Physio- und Ergotherapie gelten nach wie vor wichtigsten Behandlungen, aber neue außerordentliche Therapien standard Rehabilitation, die funktionellen Ergebnisse optimieren kann werden untersucht.

Transkranielle Gleichstrom Stimulation (tDCS) ist eine nicht-invasive Gehirn Stimulationstechnik, die zugrunde liegenden Hirnregionen durch die Anwendung der schwachen Gleichströme durch die Elektroden auf der Kopfhaut, modulierende kortikale Erregbarkeit polarisiert. Steigendes Interesse an dieser Technik ist auf seine niedrigen Kosten, einfache Handhabung und Auswirkungen auf die menschliche neuronale Plastizität zurückzuführen. Neuere Forschungen wurde durchgeführt, um festzustellen, das klinische Potenzial der tDCS in unterschiedlichen Erkrankungen wie Depressionen, Parkinson und motorische Rehabilitation nach Schlaganfall. tDCS hilft Plastizität des Gehirns zu verbessern und eine vielversprechende Technik in Rehabilitationsprogramme zu sein scheint.

Eine Reihe von Roboter-Geräte wurden entwickelt zur Unterstützung bei der Rehabilitation der oberen Extremität Funktion nach einem Schlaganfall. Die Sanierung der motorischen Defizite ist oft ein langwieriger Prozess erfordert multidisziplinäre Ansätze für einen Patienten größtmögliche Unabhängigkeit zu erreichen. Diese Geräte nicht die Absicht, manuelle Rehabilitationstherapie ersetzen; Stattdessen wurden sie als zusätzliches Instrument zur Rehabilitationsprogramme, so dass unmittelbare Wahrnehmung der Ergebnisse und Verfolgung von Verbesserungen, damit Patienten, motiviert zu bleiben.

TDSC und Roboter-assistierte Therapie vielversprechend Add-ons für Schlaganfallrehabilitation und gezielt die Modulation der Plastizität des Gehirns, mehrere Berichte beschreiben, deren Einsatz zur konventionellen Therapie und die Verbesserung der therapeutischen Ergebnisse zugeordnet werden. Allerdings wurden in jüngerer Zeit, einige kleine klinischen Studien entwickelt, die damit verbundenen Einsatz von tDCS und Roboter-assistierte Therapie in der Schlaganfallrehabilitation zu beschreiben. In diesem Artikel beschreiben wir die kombinierten Methoden, die in unserem Institut zur Verbesserung der motorischen Leistung nach einem Schlaganfall.

Introduction

Neurologische Erkrankungen wie Schlaganfall, zerebrale Lähmung und Schädel-Hirn-Verletzungen sind führende Ursachen der Erwerbsunfähigkeit aufgrund von Läsionen und anschließende neurologische Symptome, die zu schweren Arbeitsunfähigkeit und Einschränkung der täglichen Aktivitäten1führen können. Bewegungsstörungen reduzieren erheblich die Lebensqualität des Patienten. Motorischen Wiederherstellung richtet sich grundsätzlich nach Neuroplastizität, der grundlegende Mechanismus zugrunde liegt die Rückgewinnung der motorischen Fähigkeiten verloren wegen Gehirn Läsionen2,3. Rehabilitationstherapien basieren somit stark auf Hochdosis-intensives Training und intensive Wiederholung der Bewegungen wieder Stärke und Beweglichkeit. Diese sich wiederholenden Aktivitäten basieren auf täglichen Leben Bewegungen, und Patienten können aufgrund der langsamen motorischen Wiederherstellung und repetitive Übungen, die den Erfolg der Neurorehabilitation4beeinträchtigen können weniger motiviert werden. Intensive Physio- und Ergotherapie gelten nach wie vor wichtigsten Behandlungen, aber neuere außerordentliche Therapien standard Rehabilitation werden zur Optimierung der funktionellen Ergebnisse1untersucht.

Das Aufkommen des Roboter-gestützte Therapien nachweislich großen Wert in der Schlaganfallrehabilitation, Einfluss auf Prozesse der neuronalen Synaptische Plastizität und Reorganisation haben. Sie wurden für die Schulung von Patienten mit beschädigten neurologische Funktionen und Unterstützung von Menschen mit Behinderungen5untersucht. Einer der wichtigsten Vorteile des Hinzufügens von Robotertechnik, Rehabilitive Maßnahmen ist seine Fähigkeit zu hoher Intensität und Hochdosis Ausbildung zu liefern, die sonst ein sehr arbeitsintensiver Prozess6wäre. Die Verwendung von Roboter Therapien zusammen mit virtual-Reality-Computer-Programme, ermöglicht eine sofortige Wahrnehmung und Bewertung der motorischen Wiederherstellung und ändere sich wiederholende Aktionen in sinnvolle, interaktive funktionelle Aufgaben wie Reinigung ein Kochfeld7 . Dies kann Motivation und festhalten an den langen Rehabilitationsprozess Patienten erheben und ermöglicht es, durch die Möglichkeit der Messung und Quantifizierung der Bewegungen, Verfolgung von ihren Fortschritt-5. Integration von Roboter-Therapie in aktuellen Praktiken kann erhöhen die Wirksamkeit und Effektivität der Rehabilitation und ermöglichen die Entwicklung von neuartigen Formen der Übung8.

Therapeutische Rehabilitation Roboter aufgabenspezifische Schulungen und können Endtyp-Effektor Geräte und Exoskelett-Typ Geräte9unterteilt werden. Der Unterschied zwischen diesen Klassifizierungen beziehen sich auf wie Bewegung vom Gerät auf den Patienten übertragen wird. Effektor-Geräte verfügen über einfachere Strukturen, Kontaktaufnahme mit den Patienten Gliedmaßen nur im distalsten Teil, erschwert die Bewegung eines Gelenks zu isolieren. Exoskelett-basierte Geräte verfügen über komplexe Designs mit einer mechanischen Struktur, die das Grundgerüst der Extremität, widerspiegelt, so eine Bewegung des Gelenks des Geräts zu die gleiche Bewegung auf den Patienten Gliedmaßen7,9 produzieren.

Die T-WREX ist ein Exoskelett-basierte Roboter, der ganze Armbewegungen (Schulter, Ellenbogen, Unterarm, Handgelenk und Fingerbewegungen) unterstützt. Die verstellbaren mechanische Arm ermöglicht Variable Supportstufen Schwerkraft, damit Patienten, die einige obere stumpf Funktion, um eine größere aktive Palette von Bewegung in einem dreidimensionalen räumlichen Therapie7,9zu erreichen. Die MIT-MANUS ist eine Anschlussart Effektor-Roboter, der arbeitet in einem einzigen Plan (x- und y-Achse) und ermöglicht eine zweidimensionale Schwerkraft Therapie, Unterstützung Schulter und Ellenbogen Bewegungen ausgeglichen durch Bewegen der Hand des Patienten in die horizontale oder vertikale Ebene9 , 10. beide Roboter haben integrierte Positionssensoren, der oberen Extremität Motorsteuerung und Erholung sowie eine Schnittstelle für Computer-Integration, die 1 ermöglicht quantifizieren können) die Ausbildung von sinnvolle funktionale Aufgaben simuliert in einer virtuellen Lernumgebung und 2) therapeutische Übung Spiele, die helfen, der Praxis der motorische Planung, Auge-Hand Koordination, Aufmerksamkeit und Gesichtsfeld Mängel oder7,9vernachlässigt. Sie auch zum Ausgleich der Auswirkungen der Schwerkraft auf der oberen Extremität ermöglichen und bieten Unterstützung und Hilfe für sich wiederholende und Stereotype Bewegungen der Patienten stark beeinträchtigt. Dies reduziert schrittweise Hilfe, als das Thema verbessert und minimaler Unterstützung oder Widerstand zur Bewegung für leicht Sehbehinderte Patienten9,11gilt.

Eine weitere neue Technik für Neurorehabilitation ist transkranielle Gleichstrom Stimulation (tDCS). tDCS ist eine nicht-invasive Gehirn Stimulationstechnik, die kortikale Erregbarkeit Veränderungen durch den Einsatz von geringer Amplitude Gleichströme angewendet über Kopfhaut Elektroden12,13induziert. Je nach Polarität des Stromflusses kann Gehirn Erregbarkeit durch anodal Stimulation erhöht oder verringert durch cathodal Stimulation2.

Vor kurzem gab es verstärktes Interesse an tDCS, da es nachweislich positive Auswirkungen auf eine Vielzahl von Krankheiten wie Schlaganfall, Epilepsie, Parkinson Erkrankung, Alzheimer Krankheit, Fibromyalgie, psychiatrische Erkrankungen wie Depression, affektive haben Störungen und Schizophrenie2. tDCS hat einige Vorteile, wie seine relativ geringe Kosten, einfache Handhabung, Sicherheit und seltene Nebenwirkungen14. tDCS ist auch eine schmerzlose Methode und kann zuverlässig in klinischen Studien, geblendet sein, da es eine Schein-Modus13hat. tDCS ist wahrscheinlich nicht optimal für die funktionelle Erholung auf eigene; Allerdings zeigt es mehr Versprechen als eine zugehörige Therapie in der Rehabilitation, wie es Gehirn Plastizität15verbessert.

In diesem Protokoll zeigen wir Roboter-assistierte Kombinationstherapie (mit zwei State-of-the-Art-Roboter) und nicht-invasive Neuromodulation mit tDCS als Methode zur Verbesserung der Rehabilitation Ergebnisse, Neben konventionellen Physiotherapie. Die meisten Studien mit Roboter-Therapien oder tDCS habe sie als isolierte Techniken verwendet und nur wenige haben beide, kombiniert die wohltuende Wirkung jenseits jeder Intervention allein verbessern kann. Diese kleinere Versuche zeigten einen möglichen synergistischen Effekt zwischen den beiden Verfahren mit verbesserten motorischen Wiederherstellung und Handlungsfähigkeit8,15,16,17,18, 19. Daher können neue multimodale Therapien Bewegung Erholung jenseits der aktuellen Möglichkeiten verbessern.

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Protocol

Dieses Protokoll folgt den Richtlinien unserer Institution Humanforschung Ethik-Kommission.

(1) tDCS

  1. Kontraindikationen und Besonderheiten
    Hinweis: tDCS ist eine sichere Technik, die Konstante und niedrige Gleichstrom durch die Elektroden, Induktion von Veränderungen in neuronale Erregbarkeit des Bereichs stimuliert sendet.
    1. Bestätigen Sie vor der Geräteinstallation, dass der Patient keine Gegenanzeigen, tDCS, wie Nebenwirkungen von früheren tDCS Behandlung, medizinische Geräte implantiert Gehirn oder das Vorhandensein von Metallimplantaten im Kopf aufweist.
    2. Verwenden Sie die folgenden Einschlusskriterien: subakute und chronische Schlaganfall-Patienten mit leichter bis moderater Hemiparese der oberen Extremität. Andere Kontraindikationen gehören Schädel Mängel, die Intensität und Lage des Stromflusses verändern könnte, und Themen müssen frei von instabilen Erkrankungen wie unkontrollierte Epilepsie.
    3. Der Patient Kopfhaut gründlich für Hautveränderungen, wie akute oder chronische Hauterkrankungen, Kürzungen oder andere entzündlichen Zeichen zu inspizieren. Vermeiden Sie die Elektroden und stimulierende Bereiche mit solchen Läsionen als Vorsichtsmaßnahme.
  2. Materialien für die tDCS
    1. Überprüfen Sie, ob die folgenden Materialien sind erhältlich (Abbildung 1) vor Beginn des Verfahrens: tDCS Stimulator Gerät, 9 V-Batterie, 2 leitfähigen Elektroden, 2 Schwamm Elektroden, Kabel, 2 Kopf Gummibänder (oder Velcro Riemen, nicht leitfähige Riemen) , Natriumchlorid (NaCl)-Lösung, Maßband
  3. Messungen
    1. Elektrode Standorte sind in der Regel als 10/20 EEG Positionen definiert, wie in einer früheren Publikation20beschrieben. Stellen Sie sicher, dass das Thema bequem sitzt.
    2. Lokalisieren Sie zuerst den Scheitelpunkt (Cz).
      1. Messen Sie den Abstand vom Nasion (Brücke der Nase) oder Schnittstelle zwischen Stirnbein und zwei Nasenknochen, Inion (externes occipital Vorsprung oder prominentesten Projektion der Protuberanz) und markieren Sie 50 % dieser Länge. Eine Markierung dieser vorläufigen Cz als Linie, mit einem Öl Bleistift oder ungiftig wasserlösliche Marker.
      2. Den Abstand nach links und rechts bereits Ohrakupunktur Punkte (d. h. das Gebiet anterior den Tragus). Teilen Sie diese Distanz in zwei Hälften und markieren Sie den berechneten Punkt mit einer Linie.
      3. Schließen Sie beide Leitungen um ein Kreuz zu erstellen. Der Schnittpunkt der beiden Linien entsprechen den Scheitelpunkt (Cz) (Abbildung 2).
    3. Identifizieren Sie die Ziel-Site auf den Kopf.
      Hinweis: Anodal Stimulation erhöht die kortikale Erregbarkeit im stimulierten Gehirngewebe, während cathodal Stimulation vermindert. Frühere Studien haben verwendet anodal Stimulation der lesioned Hemisphäre oder cathodal Stimulation der Contralesional Hemisphäre um kortikale Erregbarkeit im motorischen Kortex unberührt zu verringern und Zunahme der betroffenen motorischen Kortex. In diesem Protokoll werden wir Bihemispheric Stimulation (mit anodal und cathodal-Stimulation in der gleichen Sitzung) und anodal Stimulation über den primären motorischen Kortex beschreiben.
      1. Um den primären motorischen Kortex (M1) zu suchen, verwenden Sie 20 % der Entfernung von Cz bis hin nach links oder rechts Pre auricularis (Abbildung 3). Dieser Bereich sollte die C3/C4 EEG Lage entsprechen.
      2. Statt über das Zentrum von M1 motorischen Kortex der Ipsilesional Hemisphäre-Anode und Kathode über der kontralateralen supraorbital Region (Fp) (Abbildung 3).
      3. Alternativ platzieren Sie die Anode über das Zentrum von M1 motorischen Kortex der Ipsilesional Hemisphäre und der Kathode über Contralesional M1. Die M1-Positionen für die tDCS Elektroden befinden sich am Kanäle C3 und C4 (Abbildung 3).
  4. Vorbereitung der Haut
    1. Überprüfen Sie die Haut und vermeiden Sie anregende über Läsionen oder geschädigter Haut.
    2. Bewegen Sie das Haar von den Stätten des Stimulation, um die Leitfähigkeit zu verbessern. Reinigen Sie die Oberfläche der Haut, Anzeichen von Lotion und Gel zu entfernen. Für Patienten mit dickerem Haar kann es erforderlich sein, mit leitfähigen Gel.
  5. Setup-Elektrode Positionierung und Gerät20
    1. Legen Sie nach Vorbereitung der Haut und die Stimulation Website Lokalisierung ein Kopfband unter dem Inion, rund um den Kopfumfang. Bieten Kopf Riemen aus nicht leitend und nicht saugfähigen Material wie elastisch, Velcro oder Gummibändern.
    2. Die Schwämme mit Kochsalzlösung einweichen. Für ein 35 cm2 Schwamm kann ca. 6 mL Lösung pro Seite genügen. Vermeiden Sie den Schwamm oversoaking. Herstellung von flüssigen Lecks über das Thema zu vermeiden. Verwenden Sie ggf. eine Spritze mehr Lösung hinzufügen.
    3. Schließen Sie die Kabel an die tDCS-Gerät. Sicherstellen, dass die Polarität der Kabel ist korrekt, da die Auswirkungen der tDCS Polarität-spezifisch sind (so standardisiert: rot entspricht der Anode Elektrode und schwarz oder blau entspricht der Kathode Elektrode).
    4. Stecken Sie die Stecker Kabel Pin sicher leitgummi Einschub.
    5. Der Schwamm stecken Sie leitgummi Einschub. Stellen Sie sicher, dass der gesamte leitgummi Inset vom Schwamm bedeckt ist und die Pin Stecker Kabel nicht sichtbar ist.
    6. Legen Sie die erste Elektrode der Schwamm unter das Kopfband und sicherstellen Sie, dass übermäßige Flüssigkeit aus dem Schwamm nicht freigegeben ist.
    7. Schließen Sie beide Gummibändern Kopf nach der Elektrode Montage geplant.
    8. Legen Sie der zweiten Schwamm-Elektrode auf den Kopf über den Bereich stimuliert, unter die zweite elastische Kopfband.
    9. Wenn der gesamten elektrische Widerstand der Elektroden und des Körpers hoch ist, kann es unzureichend Elektrode Aufbau hinweisen. Einige Geräte bieten Widerstand messen, weniger als 5 kΩ, im Idealfall sein sollten.
    10. Einige Geräte bieten eine kontinuierliche Anzeige des Widerstandes während der Stimulation, die eine nützliche Möglichkeit, Gefahrensituationen (z. B. einen trockenen Elektrode) zu erkennen ist. In solchen Fällen kann das Gerät beenden oder reduzieren die Reizintensität, wenn Widerstand über einen bestimmten Schwellenwert erhöht.
  6. Stimulation
    1. Stellen Sie sicher, dass der Patient wach, entspannt und bequem sitzen, während der Prozedur21.
    2. Einstellungen Sie die tDCS Stimulator (Intensität, Zeit und Sham Zustand, falls zutreffend). Im Einklang mit früheren Studien gelten Gleichstrom für 20 Minuten bei einer Intensität von 1 mA.
      Hinweis: Für Schein Intervention, der Strom in der Regel gilt nur für die ersten 30 s zum Thema geben das Gefühl der Stimulation. Diese Dauer wurde in mehreren Studien als wirksam in blenden sie die zugeordneten Intervention ohne stimulierende kortikale Erregbarkeit22eingerichtet.
    3. Die tDCS Stimulation zu initiieren. Starten Sie den Stromfluss durch Hochfahren des Stroms, die meisten Nebenwirkungen zu vermeiden. Hochlauf erfolgt automatisch auf einigen Geräten, aber wenn es nicht ist, langsam erhöhen, den Strom während der ersten 30 s, das Maximum zu erreichen aktuelle programmiert (in unserem Protokoll bis zu 1 mA).
    4. Nach dem Start der elektrischen Stimulation, können einige Patienten vorübergehende leichte Jucken Empfindungen, Schwindel oder Vertigo wahrnehmen. Dies kann vermieden werden durch Rampen des Stroms hoch und runter am Anfang und Ende jeder Sitzung.
    5. Am Ende des Verfahrens, Rampe allmählich den Strom für 30 s.
  7. Nach dem Eingriff
    1. Bitten Sie zu erfassen und bewerten die Sicherheit der Stimulation, den Patienten, füllen Sie einen Fragebogen von gemeinsamen Nebenwirkungen und deren Intensitäten, nachdem das Verfahren abgeschlossen ist. Dazu gehören Hautreizungen, Übelkeit, Kopfschmerzen, brennende Empfindungen, Schwindel, Kribbeln oder andere Beschwerden.
    2. Dem Patienten erklären Sie, dass mögliche Nebenwirkungen in der Regel von leichter bis mittelschwerer Intensität und in der Regel vorübergehend sind.
    3. Verweisen Sie nach tDCS die Patienten um Roboter-Therapie zu unterziehen.
      Hinweis: In den nächsten Abschnitten dieses Protokolls wird die Verwendung der kommerziellen Versionen MIT Manus und T-WREX beschrieben.

(2) Roboter-Therapie mit MIT Manus

  1. Positionierung
    Hinweis: Dieser Roboter ist ein interaktiver Roboter für die Rehabilitation der oberen Extremität. Die Version genutzt in unserer Studie ermöglicht die Ausbildung von Handgelenk Bewegung in der horizontalen Ebene (planar).
    1. Stellen Sie sicher, dass das Thema in einem komfortablen und ergonomischen Stuhl, durch eine vier-Punkt-Gurt gesichert, und mit Blick auf den Bildschirm sitzt.
    2. Stellen Sie sicher, dass ein ausgebildeter Therapeut die Roboter Ausbildung beaufsichtigt.
    3. Legen Sie die Hand, die Ausbildung in den Griff des Roboter-Handles werden. Passen Sie beide Gurte rund um das Thema Arm. Einstellen Sie die Unterstützung auf der Rückseite des Armes so, dass es stabil, während des Trainings bleibt.
    4. Die paretische obere Extremität zu platzieren, wie angegeben: Schulter in eine 30° Beugung, 90° ellenbogenflexion, Unterarm in Mitte-Bauchlage, Handgelenk in einer neutralen Position.
    5. Während des Betriebs der Maschine sicherstellen Sie, dass Bewegung der Schultergelenke und Ellenbogen auf ca. 45° begrenzt ist. Stellen Sie sicher, dass der Arm ist bewegungsunfähig gemacht, und das Handgelenk Bewegungsfreiheit hat. Bewegung ist in der horizontalen Ebene (in alle möglichen Richtungen) möglich.
  2. Ausbildung
    1. Die Zahl der Flugbewegungen in einer Roboter-Trainingseinheit ist variabel; jedoch ist es üblich, etwa 320 Wiederholungen in jede mögliche Richtung eines Flugzeuges innerhalb einer gleichen Ebene durchführen.
    2. Der Videobildschirm zeigt Hinweise der Aufgaben, dass das Thema durchführen muss und konstantes Feedback von der Position des Armes gibt.
    3. Die Roboter-Software hat mehrere therapeutische Übung Spiele für motor Training. Das visuelle Feedback besteht normalerweise eine gelbe Kugel, die der Patient zwischen den Zielen bewegen muss. Weitere Trainingsszenarien stehen zur Verfügung.
    4. Der Roboter wird nur der Patient bei Bedarf behilflich sein; zum Beispiel, wenn das Thema kann nicht erkennen, die beabsichtigte Bewegung innerhalb von 2 s, die Maschine hilft seiner Bewegung zu vollziehen. Wenn das Thema nicht genug motorische Koordination für die Durchführung der beabsichtigten Bewegung haben, führt der Roboter das Thema Arm um die entsprechende Bewegung auszuführen.

3. Training mit MIT Manus Arm

Hinweis: Dieser Roboterarm ermöglicht Ausbildung von ellenbogenflexion und Erweiterung, Schulter Protraction und Retraktion und Schulter interne und externe Rotation auf einer horizontalen Ebene.

  1. Positionierung
    1. Stellen Sie für den Arm MIT MANUS sicher, dass das Thema bequem sitzt. Die Gurte entsprechend anpassen. Position des Patienten rechts oder Links auf dem Roboter arm und passen Sie beide Gurte.
    2. Höheneinstellung des Roboters wie nötig. Passen Sie bei Bedarf die Tischhöhe.
    3. Wenn es irgendwelche Beschwerden oder Schmerzen, drücken Sie die Not-Aus-Taste, um den Roboter sofort ausschalten.
  2. Ausbildung
    1. Kalibrieren Sie die Maschine mit der Frage, des Thema zu seinen Arm in die Richtung bewegen.
    2. Der Roboter wird nur der Patient bei Bedarf unterstützen. Zum Beispiel, wenn das Thema kann nicht erkennen, die beabsichtigte Bewegung innerhalb von 2 s, die Maschine hilft seiner Bewegung zu vollziehen. Wenn das Thema nicht genug motorische Koordination für die Durchführung der beabsichtigten Bewegung haben, führt der Roboter das Thema Arm um die entsprechende Bewegung auszuführen.
      Hinweis: Die Roboter-Software hat mehrere therapeutische Übung Spiele für motor Training. Das visuelle Feedback besteht normalerweise eine gelbe Kugel, die der Patient zwischen den Zielen bewegen muss. Weitere Trainingsszenarien stehen zur Verfügung.

4. Training mit T-WREX

  1. Positionierung
    Hinweis: Die T-WREX besteht aus ein Exoskelett, das passt das Thema Arm und ermöglicht freie Bewegung der Schulter, Ellenbogen und Handgelenke in einer dreidimensionalen Umgebung.
    1. Stellen Sie sicher, dass das Thema in einem komfortablen und ergonomischen Stuhl mit Blick auf den Bildschirm, der visuelle und auditive Feedback in einer virtual-Reality-Umgebung sitzt, hilft dem Patienten, sein Ziel zu erreichen gibt.
    2. Der Patient sitzt vor dem Roboter Hauptmodul zu platzieren. Verwenden Sie die mitgelieferte Fernbedienung, das Exoskelett Höhe entsprechend anzupassen. Passen Sie den Roboterarm Exoskelett auf die entsprechende Seite der Extremität des Patienten, die (nach links oder rechts) trainiert werden.
    3. Lassen Sie ca. 4 Finger der Höhe über der Schulter.
    4. Anpassen der Patient Leib in das Exoskelett, Anpassung der Gurte an der Ober- und Unterarm.
    5. Passen Sie die Länge der das Exoskelett Arm und Unterarm entsprechend, sowie der (Schwerkraft) Gewichtsausgleich für den (A bis I) und Unterarm (A bis E) notwendig. Es besteht aus einer linearen Skala von Support für Gravity, wo A keine Schwerkraft-Unterstützung hat.
    6. Geben Sie diese Messungen mit dem Computer.
    7. Vor Beginn des Trainings, anpassen und das Spektrum der Bewegungsgrenzen des Roboters, der Patient Fähigkeiten entsprechend zu kalibrieren.
    8. Bitten Sie um die kalibrierten Bewegungsfreiheit zu testen, den Patienten, den Würfel in alle Richtungen des Bildschirms bewegen.
  2. Ausbildung
    1. Haben Sie in jeder Sitzung die einzelnen etwa 72 Wiederholungen der Bewegung für verschiedene funktionale Ziele durchzuführen (in der Regel eine T-WREX Trainingseinheit dauert ca. 60 min.).
    2. Zwischen jedem Satz ermöglichen Sie eine 10-Sekunden-Intervall, Müdigkeit zu verhindern. Die 72 Wiederholungen gliedern sich in 3 Blöcken 24 Bewegungen. Ein Intervall von 5 Minuten zwischen jedem Block 24 Bewegungen zu ermöglichen.

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Representative Results

Nicht-invasive Gehirnstimulation mit tDCS hat vor kurzem Interesse aufgrund der möglichen Auswirkungen neuroplastischen, vergleichsweise preiswert Ausstattung, Benutzerfreundlichkeit und einige Nebenwirkungen22erzeugt. Studien haben gezeigt, dass Neuromodulation durch tDCS hat das Potenzial, kortikale Erregbarkeit und Plastizität, fördert damit die Verbesserung der motorischen Leistung durch Synaptische Plastizität durch die Stimulierung der primärbewegungsrinde4modulieren. Anodal Stimulation erhöht kortikale Erregbarkeit durch die Depolarisation von Neuronen im primären motorischen Kortex-Bereich zu erleichtern, während cathodal Stimulation Membran-Ruhepotential hyperpolarizes und reduziert das neuronale feuern, die reduziert interhemisphärischen Hemmung von Contralesional primären motorischen Kortex. Dual tDCS verbindet diese beiden Montagen durch Erleichterung der Tätigkeit im Bereich Ipsilesional und Hemmung der Contralesional Hemisphäre12,23.

Frühere Studien haben elektrophysiologische Wirkungen der tDCS dauert bis zu 90 min und Auswirkungen auf das Verhalten dauerhaft bis zu 30 min nach einem einzigen 20 min tDCS Sitzung (Abbildung 4)24,32berichtet. Der Beweis ist noch umstritten, da diese positiven Ergebnisse nicht konsistent sind. Lindenberg Et al. 25 gefunden motor Funktionsverbesserung nach Bihemispheric-Stimulation, die den Interventionszeitraum (Abbildung 5) überdauert, und eine Meta-Analyse, veröffentlicht im Jahr 2012 vorgeschlagen, dass die Verwendung von nicht-invasive brain Stimulation, wie TMS und repetitive TMS standen im Zusammenhang mit Verbesserungen im motorischen Wiederherstellung, beide einzeln und wann im Vergleich zu Placebo Stimulation2. Eine experimentelle Studie von Fusco Et al. 26 keine funktionelle Verbesserung für cathodal tDCS in frühen Phasen der Schlaganfall gefunden; jedoch Fregni Et Al. 13 festgestellt, dass beide cathodal isoliert oder anodal (aber nicht Schein) Stimulation motorischen Funktion deutlich verbessert. Diese umstrittene Ergebnisse sind wahrscheinlich aufgrund der Heterogenität der Patienten-Charakteristika (z.B. akute vs. chronische Schlaganfallpatienten, milde vs. schweren motorischen Beeinträchtigungen) und Stimulation Merkmale (z.B. Anzahl der tDCS Sitzungen, Sitzungsdauer, anodal vs. cathodal vs. dual Stimulation).

Der Beweis für Roboter-Therapie in der Rehabilitation ist mehr im Vordergrund, zeigt klare schrittweise Reduzierung der motorischen Beeinträchtigungen27. Jede Maschine hat jedoch aufgrund der Vielzahl von Herstellern und mehrere Arten von Roboter, einzigartigen Eigenschaften, Qualitäten und Grenzen. Die American Heart Association empfiehlt Roboter-assistierte Therapie für obere Extremitäten erzielt I Evidenzgrad für Schlaganfall-Patienten in ambulanten Einstellungen und Klasse IIa in stationäre Einstellungen1-Klasse. Eine Überprüfung der 19 Studien und 666 Patienten festgestellt, dass Probanden, die Roboter-assistierte armtraining nach Schlaganfall erhalten eher zu Verbesserungen in den Aktivitäten des täglichen Lebens und paretische Arm Funktion6zeigen. Eine einfach verblindeten Studie festgestellt, dass Kinder mit zerebraler Lähmung in Maßnahmen der manuellen Geschicklichkeit im Vergleich zu der Kontrolle Gruppe28, während Timmermans Et Al. deutlich verbessert 29 festgestellt, dass chronische Schlaganfall-Patienten zeigten signifikante Verbesserungen in aufgabenorientierten armtraining für 6 Monate erhalten blieb nach dem Eingriff. Darüber hinaus eine multizentrische randomisierte kontrollierte Studie stellte fest, dass chronische Schlaganfall-Patienten mit mittelschweren bis schweren Beeinträchtigungen der oberen Extremität erhebliche, aber bescheidene Verbesserungen im Arm Funktion, Bewegung und Lebensqualität Maßnahmen nach Roboter Ausbildung im Zeitraum von 36-Wochen-Studie im Vergleich zu den Standard des Patienten aber nicht intensive Physiotherapie Patienten (Abbildung 6)5.

Während die Studien der Neurorehabilitation mit tDCS oder Roboter-Therapie durchgeführt wurde, wurden nur wenige Kombination dieser Therapien durchgeführt. Hesse Et al. 16 eine vorläufige Pilotstudie durchgeführt und festgestellt, dass anodal tDCS der betroffenen Hemisphäre kombiniert mit Roboter-assistierte armtraining keine nennenswerten Verbesserungen im motorischen Funktion in Sub-akute Schlaganfall-Patienten verursacht. Eine weitere Studie von Ochi Et al. 19 zeigte, dass sowohl anodal tDCS der betroffenen Hemisphäre und cathodal Stimulation der unberührt Hemisphäre eine begrenzte, aber ähnliche Größenordnung motor Verbesserung erzielen konnten. Zu guter Letzt Edwards Et al. 18 festgestellt, dass Verbesserungen in kortikale Erregbarkeit und verringerte kortikale Hemmung in aktive Gruppen von tDCS plus Roboter Therapie führte zu größeren Gewinne auf Motorik.

Jüngste Untersuchungen legen nahe, dass die Anregung Sequenz zur Verbesserung der Funktion wichtig ist. Giacobbe Et al. 15 die Dimension der Zeitmessung in Roboter-Kombinationstherapie mit tDCS Handgelenk Rehabilitation bei chronischen Schlaganfallpatienten ausgewertet und festgestellt, dass Handgelenk Bewegungsgeschwindigkeit und Glätte (> 15 %) verbessert wurden, als tDCS vor einer Sitzung 20 min. geliefert wurde Roboter-training aber nicht wenn geliefert, während oder nach dem training (Abbildung 7). Diese Ergebnisse stehen im Gegensatz zu anderen Studien, die festgestellt, dass gleichzeitige Ergotherapie und tDCS zu signifikanten motorischen Verbesserungen31 führen. Zu guter Letzt Nair Et al. 31 festgestellt, dass die Verwendung von gleichzeitigen cathodal tDCS und Ergotherapie führte zu deutlich höheren Veränderungen der motorischen Wiederherstellung im Vergleich zur Therapie mit Schein-Stimulation (Abbildung 8).

Figure 1
Abbildung 1 : Materialien für tDCS. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 2
Abbildung 2 : Vertexposition. Kortikalen Bereiche sind nach dem 10/20-System gekennzeichnet. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 3
Abbildung 3 : Position des motorischen Kortex. Kortikalen Bereiche sind nach dem 10/20-System gekennzeichnet. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 4
Abbildung 4 : Elektrophysiologische Wirkungen einer einzigen tDCS Session. Nach einer einzigen tDCS Sitzung von 20 min können elektrophysiologische Wirkungen zuletzt bis auf 90 min und Verhaltensstörungen Effekte bis zu 30 min nach Stimulation. Nachdruck aus Nitsche Et Al. 32, mit freundlicher Genehmigung von Springer Natur. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 5
Abbildung 5 : Veränderungen der primären und sekundären Ergebnisse während der 36-Wochen-Studie im Vergleich zur Baseline. Lo Et Al. 5 bedeutende, aber bescheidene Verbesserungen in Arm Funktion, Bewegung und Lebensqualität nach Roboter Ausbildung gefunden. Diese Zahl ist mit freundlicher Genehmigung von Massachusetts Medical Society5abgedruckt. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 6
Abbildung 6 : Änderungen im motorischen Beeinträchtigungen Partituren und fMRI Lateralität Index. Lindenberg Et al. nach Bihemispheric tDCS gefunden 25 funktionelle Veränderungen im motorischen Beeinträchtigungen Partituren und eine verbesserte Funktion der betroffenen Gliedmaßen. Nachdruck aus Lindenberg Et Al. mit freundlicher Genehmigung von Lippincott Williams & Wilkins25. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 7
Abbildung 7 : Auswirkung der Intervention Typ auf "motor"-Leistung Kinematik. Giacobbe Et al. 15 festgestellt, dass tDCS vor Roboter-Therapie verbessert Handgelenkbewegungen und Glätte ausgeliefert. Nachdruck aus Giacobbe Et Al. 15 mit freundlicher Genehmigung von IOS Press. Die Publikation ist erhältlich bei IOS Press durch 10.3233/NRE-130927 Klicken Sie bitte hier, um eine größere Version dieser Figur.

Figure 8
Abbildung 8 : Wirkung von cathodal tDCS plus Ergotherapie31 . Gleichzeitige tDCS und Ergotherapie ergaben sich deutlich höhere Änderungen (*) der motorischen Verbesserung. Nachdruck ausNair Et al. 31 mit freundlicher Genehmigung von IOS Press. Die Publikation ist erhältlich bei IOS Press durch 10.3233/RNN-2011-0612 Klicken Sie bitte hier, um eine größere Version dieser Figur.

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Discussion

In diesem Protokoll beschreiben wir ein standard-Therapie-Protokoll für kombinierte tDCS Stimulation verbunden und Roboter-Therapie, als Ergänzung zu herkömmlichen Rehabilitationsprogramme bei Patienten mit Arm Beeinträchtigungen verwendet. Das Protokoll soll Motorik und Beweglichkeit zu erhöhen. Es ist wichtig, die Rampen auf beobachten und Rampen-aus der tDCS Maschine zur Vermeidung von Nebenwirkungen. tDCS ist eine sichere Technik mit wenigen Nebenwirkungen, die in der Literatur2beschrieben.

Das Protokoll kann geringfügig geändert werden. Frühere Berichte in der Literatur beschreiben tDCS vor, während oder nach dem motor Training (entweder mit Robotern oder menschliche Hilfe) angewendet wird. In unserem Protokoll haben wir eine 20 min Sitzung der tDCS unmittelbar gefolgt von Roboter-Therapie beschrieben. Einige Studien haben bessere Ergebnisse für gleichzeitige tDCS und Roboter Ausbildung gefunden.

Nach einem Schlaganfall, basierend auf der interhemisphärischen Wettbewerbsmodell werden motorische Defizite vorgeschlagen um teilweise zurückzuführen sein Ausgang von den primären motorischen Kortex (M1) reduziert der beschädigten Hemisphäre und erhöhte hemmenden Einfluss aus der Contralesional M1 Hemisphäre. In diesem Protokoll wir entschieden uns für anodal Stimulation der läsionale M1 und die Möglichkeit der Bihemispheric Stimulation beschrieben. Anodal tDCS Stimulation erhöht kortikale Erregbarkeit der beschädigten M1, während cathodal Stimulation kortikale Erregbarkeit im intakten M1 abnimmt; jedoch würde zweifache Anwendung der tDCS diese beide Bereiche gleichzeitig abzielen. Andere Protokolle entscheiden sich auch für eine Bihemispheric Stimulation, wie einige Studien größer Motorik Gewinne18,25berichtet haben.

Frühere Studien haben Einzeldosis oder einige Sitzungen der tDCS für Neurorehabilitation, mit kurzfristigen Nachwirkungen dauert bis zu 90 min. nach einer 20-30 min stimulationsanwendung ausgewertet. Wiederholte Sitzungen können eine größere Dauer und Ausmaß der Auswirkungen haben durch Induktion eine bedeutendere Manipulation in der synaptischen Wirksamkeit und größeren Umfangs von Effekten, wie physische Rehabilitation für Bewegungsstörungen in der Regel ein langwieriger Prozess ist. Es gibt ein Konsens, dass tDCS für dauerhafte motorische Verbesserungen, vorzugsweise in Verbindung mit Training30erfolgen soll.

Roboter-Therapie nicht-invasive Gehirnstimulation zugeordnet ist weiterhin nicht noch weithin verfügbar, aufgrund der hohen Kosten der Roboter-Therapie. Die meisten Roboter sind jedoch immer noch kostspielig zu viele Rehabilitationsleistungen, was in begrenztem Nutzen. Die Kosten für die Roboter-Technologie kann in Zukunft im Gegensatz zu die Kosten für die menschliche Arbeit und Wirtschaftlichkeit sinken, da ein Vorteil der Roboter Therapie möglich7. Dieses Protokoll ist interessant, weil physikalische Rehabilitation mit Roboter-Therapien großes Versprechen gezeigt hat, als Ergänzung zur konventionellen Therapie, so dass Patienten stationär und ambulant durchführen mehr sich wiederholende Aufgaben mit höherer Intensität und für längere Zeit, wodurch eine optimale Reha-Programm. Weitere Vorteile sind sofortige Rückmeldung und objektiven Messungen der Kinematik und Dynamik der Bewegung Leistung, die nach jedem Training kann helfen, um Patienten Motivation für eine aktive Teilnahme zu erhalten.

Die Kombination von tDCS und physikalische Rehabilitation unterstützt durch Roboter kann die Auswirkungen der beiden Intervention allein verwendet, was zu zusätzlichen motor Gewinne für Patienten verbessern. Die Kombination von Roboter-Training peripheren sensomotorischen Aktivitäten, die erhöhte sensorische zum Kortex zusammen mit der Modulation der kortikale Erregbarkeit durch tDCS Rückmeldung führen ein positiveres Ergebnis durch Synaptische Plastizität. Der Beweis für diese kombinatorische Ansatz ist vielversprechend, obwohl immer noch begrenzt und nicht schlüssig, im Vergleich zu den Therapien, wenn sie einzeln angewendet werden. Weitere Studien sind notwendig, um weiter zu untersuchen, die Synergien und mögliche zusätzliche Effekte der kombinierten Therapie, wie die optimale Anzahl von Sitzungen und Zeitplan für jede Therapie und ob tDCS angewendet werden sollen, vor, während oder nach der Sanierung Aktivitäten zur funktionellen Ergebnisse Wirkung.

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Disclosures

Die Autoren erklären, dass sie keine finanziellen Interessenkonflikte.

Acknowledgments

Die Autoren möchten den Spaulding Labor der Neuromodulation und Instituto de Reabilitação Lucy Montoro für ihre großzügige Unterstützung an diesem Projekt bedanken.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
tDCS device Soterix Medical Soterix Medical 1x1
9V Battery (2x)
Two rubber head bands
Two conductive rubber electrodes
Two sponge electrodes
Cables
NaCl solution
Measurement tape
Armeo Spring Robot Hocoma
inMotion ARM Interactive Motion Technologies

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