Aplicación de un sistema robótico dual orientado a tareas en la extremidad superior para la recuperación funcional de la extremidad superior en pacientes con ictus

Resumen

Este protocolo experimental describe el uso de un sistema robótico dual orientado a tareas en la extremidad superior para pacientes con accidente cerebrovascular con disfunción de la extremidad superior. Los hallazgos indican que este sistema puede mejorar significativamente la función de las extremidades superiores y las actividades de la vida diaria de los pacientes con accidente cerebrovascular.

Resumen

Se ha demostrado que el entrenamiento altamente repetitivo y orientado a tareas promueve la recuperación de la función de las extremidades en pacientes con accidente cerebrovascular. Además, el entrenamiento bilateral del brazo puede ayudar a los supervivientes de un accidente cerebrovascular a recuperar la función de sus extremidades superiores y mejorar sus actividades diarias. El sistema robótico orientado a tareas de doble extremidad superior está diseñado para ayudar al lado sano del paciente con accidente cerebrovascular a conducir el lado afectado para realizar el entrenamiento bilateral del brazo mediante el uso de un dispositivo robótico. También puede guiar al paciente en la realización de movimientos coordinados duales de las extremidades superiores e involucrarlos en un juego virtual orientado a tareas utilizando la retroalimentación de fuerza y la tecnología de interacción humano-computadora. Este estudio tuvo como objetivo evaluar la eficacia del sistema para mejorar la función de las extremidades superiores y las actividades de la vida diaria en pacientes con accidente cerebrovascular. Los métodos de evaluación utilizados incluyeron el potencial evocado motor (MEP), la prueba funcional para la extremidad superior hemipléjica-Hong Kong (FTHUE-HK), la escala de evaluación de la extremidad superior de Fugl-Meyer (FMA-UE) y el índice de Barthel modificado (MBI). Los resultados del estudio indican que el sistema robótico dual orientado a tareas en las extremidades superiores puede mejorar significativamente la vía corticoespinal, la función de las extremidades superiores y las actividades de la vida diaria en pacientes con accidente cerebrovascular después de 6 semanas de tratamiento. Este sistema puede servir como un complemento eficaz para la rehabilitación funcional de las extremidades superiores en los supervivientes de accidentes cerebrovasculares, reduciendo la dependencia de los terapeutas de rehabilitación. En conclusión, el sistema robótico dual orientado a tareas de la extremidad superior proporciona una nueva estrategia para la rehabilitación funcional de la extremidad después de un accidente cerebrovascular y tiene un gran potencial de aplicación, ya que ofrece ciertos beneficios sociales y financieros.

Introducción

El ictus es una de las principales causas de discapacidad y la segunda causa de muerte a nivel mundial ^1,2. Los pacientes con accidente cerebrovascular a menudo enfrentan varios desafíos, como déficits motores, sensoriales y cognitivos³. La disfunción de las extremidades superiores es un problema común después de un accidente cerebrovascular, caracterizado por debilidad muscular, espasticidad y disminución de la capacidad motora de la extremidad superior en el lado hemipléjico⁴. Se ha reportado que está presente en más del 70% de los pacientes con accidente cerebrovascular, y solo alrededor del 5% se recupera a la normalidad, mientras que el 20% recupera algunas capacidades de las extremidades superiores⁵. Más de la mitad de la vida humana requiere la participación de las extremidades superiores⁶, y la disfunción de las extremidades superiores después de un accidente cerebrovascular afecta gravemente las actividades de la vida diaria de los pacientes^7, disminuyendo significativamente su calidad de vida⁸ y aumentando su carga financiera⁹. Por lo tanto, es particularmente importante explorar métodos efectivos de rehabilitación funcional de las extremidades superiores.

Varios tratamientos clínicos de rehabilitación de las extremidades superiores, como la terapia de espejo, la terapia de movimiento inducido por restricción, la estimulación eléctrica funcional y otros entrenamientos activos o pasivos, se utilizan comúnmente para los pacientes con accidente cerebrovascular ^3,10. En los últimos años, el entrenamiento bilateral del brazo ha atraído una mayor atención ^6,11,12. Se ha demostrado que mejora la conectividad neuronal entre las áreas sensoriomotoras de los hemisferios ipsilateral y contralateral¹². Este tipo de entrenamiento ayuda a corregir las anomalías en la inhibición interhemisférica, facilita la reorganización de las redes funcionales cerebrales y, en última instancia, conduce a mejoras en la función de las extremidades superiores^12,13. Además, también se ha demostrado que el entrenamiento asistido por robots ayuda a los pacientes a ejecutar de manera consistente movimientos precisos de las extremidades y a participar en un entrenamiento específico para tareas¹⁴. Este proceso proporciona al cerebro una estimulación de retroalimentación sustancial, lo que en última instancia aumenta la neuroplasticidad y ayuda en la restauración de la función de las extremidades superiores en personas con hemiplejia^14,15. Actualmente hay poca investigación sobre las estrategias que utilizan el entrenamiento de doble extremidad superior asistido por robot para pacientes con accidente cerebrovascular. Este estudio empleó un sistema robótico dual orientado a tareas en la extremidad superior para combinar el entrenamiento asistido por robot con el entrenamiento bilateral de la extremidad superior. El dispositivo robótico se utilizó para ayudar a los pacientes con accidente cerebrovascular a realizar un entrenamiento orientado a tareas de doble extremidad superior con altas repeticiones en un patrón de movimiento adecuado. El objetivo de la investigación fue evaluar los efectos de este método sobre la vía corticoespinal, la función de las extremidades superiores y las actividades de la vida diaria en sobrevivientes de accidentes cerebrovasculares, con el objetivo de descubrir estrategias innovadoras para la rehabilitación funcional de las extremidades superiores.

Protocolo

Este estudio (Aprobación No. JXEY-2020SW038) fue aprobado por el Comité de Ética Médica del Segundo Hospital de Jiaxing, y todos los participantes dieron su consentimiento informado. Su objetivo era evaluar la viabilidad y efectividad de un protocolo a través de un ensayo aleatorizado, simple ciego y controlado. Entre enero y diciembre de 2021, se inscribieron 60 pacientes con accidente cerebrovascular ingresados en el Segundo Hospital de Jiaxing.

NOTA: Los criterios de inclusión fueron: 1) diagnóstico confirmado de infarto o hemorragia cerebral mediante tomografía computarizada (TC) o resonancia magnética (RM), 2) lesión unilateral y de primera aparición con una duración de la enfermedad de 2 semanas a 3 meses y condición estable, 3) edad 25-75 años, 4) ausencia de hemianopsia o negligencia espacial unilateral, así como ausencia de déficits visuales o auditivos, 5) consciente, obediente y capaz de participar en el tratamiento de rehabilitación, 6) disfunción unilateral clara de las extremidades superiores con una escala de Ashworth modificada (MAS) grado ≤ 2¹⁶. Los criterios de exclusión fueron: 1) lesión craneoencefálica previa u otras enfermedades intracraneales, 2) infarto de miocardio grave, angina de pecho, enfermedades hepáticas, renales, pulmonares u otros órganos importantes, tumores malignos, etc., 3) antecedentes previos de trastornos psiquiátricos y epilepsia, 4) dolor intenso, entumecimiento u otros déficits sensoriales en el lado hemipléjico de las extremidades, 5) limitación significativa del movimiento en las extremidades superiores bilaterales.

1. Diseño del estudio

1. Divida aleatoriamente a los pacientes (n = 60) que cumplieron con los criterios especificados en dos grupos: un grupo experimental (n = 30) y un grupo de control (n = 30).
2. Pídale a un terapeuta ocupacional capacitado que complete las siguientes evaluaciones funcionales, que no estaba al tanto de las asignaciones grupales antes y después de un período de tratamiento de 6 semanas.
   1. Potencial evocado motor (MEP):
      1. Provocar MEPs en pacientes que utilizan un sistema de terapia de estimulación magnética siguiendo las pautas establecidas por Groppa et ^al.17.
      2. Durante la prueba, coloque al paciente frente al dispositivo de manera estable y cómoda y coloque las almohadillas de electrodos de registro en la apófisis ósea del abductor corto del pulgar y la articulación de la muñeca.
      3. Luego, centre la bobina de estimulación magnética por encima de la corteza motora en el lado lesionado del cerebro, con el mango de la bobina colocado en un ángulo de 45° con respecto al plano sagital.
      4. Llevar a cabo la estimulación del área de la corteza motora 10 veces al 100% de intensidad y registrar la presencia o ausencia de potenciales evocados motores, junto con su latencia y amplitud.
         NOTA: Debido a la incapacidad de detectar potenciales evocados motores en todos los pacientes, no fue factible una comparación y análisis exhaustivos de la latencia y amplitud de los potenciales evocados entre los dos grupos de pacientes. Por lo tanto, el estudio tuvo como objetivo determinar la presencia o ausencia de eurodiputados y comparar el porcentaje de eurodiputados detectables entre dos grupos de pacientes. Un mayor porcentaje de MEP detectables indica un mayor potencial para mejorar las vías corticoespinales en pacientes con ictus.
   2. Realizar una prueba funcional para la extremidad superior hemipléjica-Hong Kong (FTHUE-HK).
      1. Utilice la escala para evaluar la funcionalidad de la extremidad superior del paciente, que incluye 12 tareas, como colocar la mano en la rodilla y escurrir un trapo.
         NOTA: Cada tarea debe completarse dentro de los 3 minutos y solo se puede intentar hasta 3 veces. La escala consta de 7 niveles, siendo los niveles más altos los que indican una mejor funcionalidad de las extremidades superiores¹⁸.
   3. Utilice la Escala de Evaluación de Fugl-Meyer para las Extremidades Superiores (FMA-UE).
      1. Utilice esta escala para evaluar la función motora del hombro, el codo, el antebrazo, la muñeca y la mano.
         NOTA: Una puntuación de 0 indica incapacidad para realizar el movimiento especificado, una puntuación de 1 indica finalización parcial y una puntuación de 2 indica finalización completa. La escala tiene una puntuación máxima de 66 puntos, y las puntuaciones más altas indican una mejor función motora de las extremidades superiores¹⁹.
   4. Calcule el índice de Barthel modificado (MBI).
      1. Utilice esta escala para evaluar el rendimiento del paciente en las actividades de la vida diaria.
         NOTA: La escala consta de 10 ítems, entre los que se incluyen comer, vestirse, bañarse, etc., con una puntuación máxima de 100 puntos. Una puntuación más alta indica una mayor independencia en la vida diaria del paciente²⁰.
3. Asegurarse de que a todos los pacientes se les receten medicamentos convencionales, incluidos antihipertensivos, antidiabéticos, reguladores de lípidos, etc., adaptados a sus condiciones individuales.
   NOTA: La selección de medicamentos para los pacientes con accidente cerebrovascular se basa en sus circunstancias únicas y puede diferir de un paciente a otro.
4. Confirmar que todos los pacientes recibieron fisioterapia de rutina, terapia ocupacional para el antebrazo y la mano, y entrenamiento de actividades de la vida diaria durante 6 semanas.
5. Asegúrese de que los pacientes del grupo de control recibieran terapia ocupacional de rutina dirigida a la función de las extremidades superiores durante 1 h al día durante 6 semanas.
   NOTA: La terapia ocupacional de rutina dirigida a la función de las extremidades superiores incluye entrenamiento de control motor para las articulaciones del hombro y el codo, entrenamiento con rodillos, entrenamiento con aro y entrenamiento para alcanzar objetos.
6. Confirmar que los pacientes del grupo experimental recibieron terapia ocupacional de rutina dirigida a la función de las extremidades superiores durante 30 minutos al día, además de entrenamiento del sistema robótico orientado a tareas de doble extremidad superior durante 30 minutos al día durante 6 semanas.

2. Sesión de entrenamiento del sistema robótico orientado a tareas de doble extremidad superior

NOTA: Solo los pacientes con accidente cerebrovascular del grupo experimental recibieron estas sesiones de entrenamiento.

1. Inicie el equipo del sistema robótico, encienda la pantalla de la computadora del sistema, abra la aplicación ULCOT Rehab e ingrese a la interfaz principal del sistema.
2. Durante la sesión de capacitación inicial, haga clic en Registrarse para establecer un archivo personal para cada paciente, que incluya principalmente nombre, sexo, edad, número de caso, diagnóstico, lado afectado y otros contenidos médicos relevantes.
3. Haga clic en Iniciar sesión en la interfaz principal del sistema, seleccione el paciente que necesita capacitación de la lista e ingrese a la interfaz del sistema de capacitación para ese paciente.
4. Ayudar al paciente a posicionarse frente al dispositivo robótico, garantizando una distancia segura y cómoda.
5. Haga clic en Ajuste en la interfaz del sistema de capacitación del paciente para ingresar a la interfaz de ajuste de parámetros del equipo y establecer los parámetros apropiados para el paciente.
   NOTA: No es necesario establecer parámetros para cada sesión de entrenamiento. Al iniciar sesión en la interfaz del sistema de entrenamiento del paciente, el sistema se ajusta automáticamente a los parámetros establecidos durante la sesión de entrenamiento anterior del paciente. A continuación, el terapeuta puede modificar los parámetros correspondientes de acuerdo con los objetivos terapéuticos. Si no es necesario realizar cambios en los parámetros, el usuario puede hacer clic en Entrenamiento en la interfaz del sistema de entrenamiento para acceder a la interfaz de configuración del programa de entrenamiento.
   1. Haga clic en + o - para aumentar o disminuir la altura de la plataforma en el módulo Ajuste de altura de la plataforma. Ajuste la altura de la plataforma del equipo en función de la altura del paciente.
   2. Haga clic en + o - para aumentar o disminuir el ángulo de inclinación del brazo robótico del sistema en el módulo Ajuste del ángulo de inclinación del brazo . Ajuste el ángulo de inclinación del brazo robótico de acuerdo con los objetivos de entrenamiento de flexión y extensión del hombro del paciente (cuanto más alto sea el objetivo, mayor será el ángulo).
   3. Haga clic en + o - para aumentar o disminuir el ángulo entre los dos brazos del robot en el módulo Ajuste del ángulo del brazo . Ajuste el ángulo entre los brazos robóticos de acuerdo con los objetivos de entrenamiento de aducción y abducción de la extremidad superior del paciente (cuanto más alto sea el objetivo, mayor será el ángulo).
6. Haga clic en Entrenamiento en la interfaz del sistema de entrenamiento del paciente para ingresar a la interfaz de configuración del programa de entrenamiento.
   1. Seleccionar un programa de entrenamiento adecuado en función del estado funcional de la extremidad superior del paciente. Cuando la extremidad superior del lado hemipléjico no puede manipular activamente el mango mecánico en todo el rango de movimiento, opte por el programa de entrenamiento asistido.
   2. Por el contrario, si la extremidad superior del lado hemipléjico es capaz de manipular activamente el mango mecánico para completar todo el rango de movimiento, elija el programa de entrenamiento de resistencia.
7. Explique y demuestre los métodos de entrenamiento de los elementos seleccionados e informe las precauciones relevantes para garantizar que los pacientes sepan cómo realizar la sesión de entrenamiento de manera segura y precisa.
8. Ayude al paciente a fijar sus manos en los mangos en el extremo de los dos brazos robóticos (Figura 1).
9. Llevar a cabo un entrenamiento del sistema robótico orientado a tareas de doble extremidad superior.
   1. Para los pacientes que no pueden manipular activamente el mango mecánico para lograr un rango completo de movimiento en el lado hemipléjico de la extremidad superior, haga clic en Asistencia en la interfaz de configuración del programa de entrenamiento para ingresar a la interfaz del modo de entrenamiento asistido.
      NOTA: El terapeuta puede seleccionar el juego de vuelo aéreo o el juego de ping-pong para el paciente en el modo de entrenamiento asistido. Hay que tener en cuenta que los pacientes solo pueden seleccionar un partido por sesión de entrenamiento.
      1. Establezca el tiempo en 30 minutos en el módulo Tiempo de entrenamiento y seleccione el nivel establecido para el paciente en el módulo Nivel asistido .
         NOTA: Este modo ofrece 6 niveles de asistencia, con el nivel 6 que implica que la extremidad superior afectada sea impulsada tanto por el robot como por la extremidad superior sana durante el entrenamiento bilateral de la extremidad superior. Por otro lado, el nivel 1 implica que la extremidad superior afectada participe en un entrenamiento bilateral de la extremidad superior directamente sin fuerza externa. La sesión de entrenamiento comienza en el nivel 6 y el paciente puede avanzar al siguiente nivel después de lograr una puntuación completa en cada nivel. Una vez que el paciente alcanza una puntuación de entrenamiento completa en el nivel de asistencia 1, se considera que está listo para el entrenamiento en modo de resistencia.
      2. Haz clic en Vuelo aéreo o Ping-pong y, a continuación, haz clic en Iniciar para acceder a la interfaz del juego.
      3. Juego de vuelo aéreo : Instruya al paciente para que controle un avión virtual que se muestra en la pantalla de la computadora maniobrando la extremidad superior afectada a través del lado sano con la ayuda de un dispositivo robótico, lo que permite al paciente optimizar sus esfuerzos para guiar el avión virtual a lo largo de la trayectoria de vuelo designada mientras captura simultáneamente monedas de oro virtuales (Figura 2).
      4. Juego de ping-pong : Con la ayuda del robot, instruya al paciente para que use el lado no afectado para impulsar la extremidad superior del lado afectado para controlar la raqueta de tenis de mesa virtual y mover la raqueta para atrapar el ping-pong volador (Figura 3).
   2. Para los pacientes que pueden manipular activamente el mango mecánico para lograr un rango completo de movimiento en el lado hemipléjico de la extremidad superior, haga clic en Resistencia en la interfaz de configuración del programa de entrenamiento para acceder a la interfaz del modo de entrenamiento de resistencia.
      NOTA: En el modo de entrenamiento de resistencia, los participantes pueden elegir entre cinco juegos disponibles: Vuelo aéreo, ping-pong, puente y carretera, levantamiento de pesas, y Pop a juego. Solo se puede seleccionar un juego para cada sesión de entrenamiento.
      1. Establezca el tiempo en 30 min en el módulo Tiempo de entrenamiento y seleccione los niveles de resistencia del lado sano y del lado afectado, respectivamente, en los módulos Nivel saludable y Nivel afectado.
         NOTA: En el modo de entrenamiento de resistencia, los niveles de resistencia se pueden ajustar individualmente para los lados sanos y afectados del paciente en función de la fuerza muscular de las extremidades superiores. Los niveles van desde 1 (resistencia más baja) hasta 10 (resistencia más alta). El tratamiento inicial consistió en la selección de la resistencia de nivel 1, y se permitió a los pacientes progresar al siguiente nivel al lograr una puntuación perfecta en cada nivel de entrenamiento.
      2. En los módulos Dirección de resistencia del lado sano y Dirección de resistencia del lado afectado , seleccione la dirección de resistencia indicada por el sistema para el lado sano del paciente y el lado afectado de la extremidad superior durante el entrenamiento de resistencia, respectivamente.
         NOTA: La dirección de resistencia se selecciona para el paciente de acuerdo con el propósito del ejercicio, incluyendo empujar y tirar.
      3. Seleccione la cantidad de tiempo que el objetivo debe mantenerse en el módulo Tiempo de retención .
         NOTA: El tiempo se determina en función de la función de la extremidad superior del paciente, que oscila entre 1 y 10 s. Cuanto más largo es el tiempo, más desafiante se vuelve. Si el tiempo de retención establecido es de 10 s y la puntuación de entrenamiento es perfecta, el nivel de resistencia aumentará para la siguiente sesión. Los juegos de Vuelo Aéreo y Ping-Pong no incluyen este paso.
      4. Haga clic para seleccionar uno de los siguientes juegos: Air Flying, Ping-Pong, Bridge & Road, Weight-Lifting y Pop Matching. Haz clic en Iniciar para entrar en la interfaz del juego.
      5. Juego de vuelo aéreo : instruya al paciente para que controle el avión virtual resistiendo la resistencia dada por el brazo robótico tanto en las extremidades superiores sanas como en las afectadas, lo que permite al paciente optimizar sus esfuerzos para guiar el avión virtual a lo largo de la trayectoria de vuelo designada mientras captura simultáneamente monedas de oro virtuales.
      6. Juego de ping-pong : Instruya al paciente para que controle la raqueta de tenis de mesa virtual resistiendo la resistencia dada por el brazo robótico tanto en las extremidades superiores sanas como en las afectadas y mueva la raqueta para atrapar el ping-pong volador.
      7. Juego de puente y carretera : Haga que el paciente controle ambos extremos de un puente de madera en la pantalla resistiendo la resistencia dada por el brazo robótico en las extremidades superiores sanas y afectadas, mueva dos plataformas de escalera de diferentes alturas y manténgalas durante un cierto tiempo para permitir que el personaje virtual pase (Figura 4).
      8. Juego de levantamiento de pesas : Haga que el paciente controle los extremos de una barra de levantamiento de pesas que se muestra en una pantalla resistiendo la resistencia dada por el brazo robótico en ambos
         y las extremidades superiores afectadas, ajustando su posición para alcanzar una ubicación objetivo variando la distancia y manteniendo esa posición durante un tiempo especificado (Figura 5).
      9. Pop Matching juego: hacer que el paciente controle dos
         Los dedos ubicados en los extremos izquierdo y derecho de la pantalla resistiendo la resistencia dada por el brazo robótico tanto en las extremidades superiores sanas como en las afectadas, seleccionan elementos idénticos de las columnas izquierda y derecha de las imágenes a través de los dedos virtuales y mantienen esta posición durante un tiempo.
         duración designada (Figura 6).
         NOTA: El sistema verifica si las imágenes seleccionadas en ambos lados son iguales; Si es así, se eliminan las imágenes seleccionadas. Si no coinciden, se le pide al paciente que vuelva a seleccionarlos.

3. Procedimiento de seguimiento

1. Utilice software estadístico para analizar los datos de evaluación recopilados, determinando los métodos de análisis apropiados en función del tipo de datos.
2. Dilucidar la importancia de los resultados de los datos y evaluar el impacto del entrenamiento del sistema robótico orientado a tareas de doble extremidad superior en la función de la extremidad superior en pacientes con accidente cerebrovascular.

Resultados

Un total de 60 pacientes con accidente cerebrovascular se dividieron en un grupo de control (n = 30) y un grupo experimental (n = 30) para este estudio. Al comparar la edad, el sexo, el tipo de accidente cerebrovascular, la duración de la enfermedad, el lado de la hemiplejia y otra información general entre los dos grupos, no se encontraron diferencias estadísticamente significativas (P > 0,05), lo que indica su comparabilidad (Tabla 1). Los pacientes del grupo experi...

Discusión

Se ha demostrado que el entrenamiento bilateral normaliza la inhibición intercortical en pacientes con accidente cerebrovascular, facilita la reorganización de la red funcional cerebral y, en última instancia, mejora la función de las extremidades superiores²¹. Este estudio presenta un programa para el entrenamiento funcional de las extremidades superiores en pacientes con accidente cerebrovascular utilizando un sistema robótico dual orientado a tareas en las...

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
Dual upper limb task-oriented robotic system	Auckland Tongji Rehabilitation Medical Equipment Research Center, Tongji Zhejiang College	N/A	The dual upper limb task-oriented robotic system can aid stroke patients in bilateral upper limb virtual game training by regulating force transmission between the healthy and affected upper limbs.
Magnetic stimulation therapy system	Sichuan Junjian Wanfeng Medical Equipment Co.,Ltd.	http://www.jjwf-med.com	This system can be used to measure the Motor evoked potential (MEP)
SPSS 25.0	IBM	Version 25.0	https://www.ibm.com/support/pages/downloading-ibm-spss-statistics-25