Application d’un système robotique à deux membres supérieurs pour la récupération fonctionnelle du membre supérieur chez les patients victimes d’un AVC

Résumé

Ce protocole expérimental décrit l’utilisation d’un système robotique à double membre supérieur orienté tâche pour les patients victimes d’un AVC présentant un dysfonctionnement des membres supérieurs. Les résultats indiquent que ce système peut améliorer considérablement la fonction des membres supérieurs et les activités de la vie quotidienne des patients victimes d’un AVC.

Résumé

Il a été démontré qu’un entraînement hautement répétitif et axé sur les tâches favorise la récupération de la fonction des membres chez les patients victimes d’un AVC. De plus, l’entraînement bilatéral des bras peut aider les survivants d’un AVC à retrouver la fonction de leurs membres supérieurs et à améliorer leurs activités quotidiennes. Le système robotique à deux membres supérieurs, orienté vers la tâche, est conçu pour aider le côté sain du patient victime d’un AVC à conduire le côté affecté à effectuer un entraînement bilatéral du bras grâce à l’utilisation d’un dispositif robotique. Il peut également guider le patient dans l’exécution de deux mouvements coordonnés des membres supérieurs et l’engager dans un jeu virtuel axé sur la tâche en utilisant le retour de force et la technologie d’interaction homme-machine. Cette étude visait à évaluer l’efficacité du système dans l’amélioration de la fonction des membres supérieurs et des activités de la vie quotidienne chez les patients victimes d’un AVC. Les méthodes d’évaluation utilisées comprenaient le potentiel évoqué moteur (MEP), le test fonctionnel pour le membre supérieur hémiplégique de Hong Kong (FTHUE-HK), l’échelle d’évaluation du membre supérieur de Fugl-Meyer (FMA-UE) et l’indice de Barthel modifié (MBI). Les résultats de l’étude indiquent que le système robotique à deux membres supérieurs orienté vers les tâches peut améliorer considérablement la voie corticospinale, la fonction des membres supérieurs et les activités de la vie quotidienne chez les patients victimes d’un AVC après 6 semaines de traitement. Ce système peut servir d’adjuvant efficace à la réadaptation fonctionnelle des membres supérieurs chez les survivants d’un AVC, réduisant ainsi la dépendance vis-à-vis des thérapeutes en réadaptation. En conclusion, le système robotique à double membre supérieur orienté tâche fournit une nouvelle stratégie pour la réadaptation fonctionnelle des membres après un AVC et présente un grand potentiel d’application, car il offre certains avantages sociaux et financiers.

Introduction

L’AVC est l’une des principales causes d’invalidité et la deuxième cause de décès dans le monde ^1,2. Les patients victimes d’un AVC sont souvent confrontés à divers défis, tels que des déficits moteurs, sensoriels et cognitifs³. Le dysfonctionnement des membres supérieurs est un problème courant après un accident vasculaire cérébral, caractérisé par une faiblesse musculaire, une spasticité et une capacité motrice réduite du membre supérieur du côté hémiplégique⁴. Il serait présent chez plus de 70 % des patients victimes d’un AVC, et seulement environ 5 % reviennent à la normale, tandis que 20 % retrouvent certaines capacités des membres supérieurs⁵. Plus de la moitié de la vie humaine nécessite la participation des membres supérieurs⁶, et le dysfonctionnement des membres supérieurs après un accident vasculaire cérébral affecte gravement les activités de la vie quotidienne des patients⁷, diminuant considérablement leur qualité de vie⁸ et augmentant leur fardeau financier⁹. Par conséquent, il est particulièrement important d’explorer des méthodes efficaces de rééducation fonctionnelle des membres supérieurs.

Divers traitements cliniques de réadaptation des membres supérieurs, tels que la thérapie par le miroir, la thérapie par le mouvement induit par la contrainte, la stimulation électrique fonctionnelle et d’autres entraînements actifs ou passifs, sont couramment utilisés pour les patients victimes d’un AVC ^3,10. Au cours des dernières années, l’entraînement bilatéral des bras a suscité une attention accrue ^6,11,12. Il a été démontré qu’il améliore la connectivité neuronale entre les aires sensorimotrices des hémisphères ipsilatéraux et controlatéraux¹². Ce type d’entraînement aide à corriger les anomalies de l’inhibition interhémisphérique, facilite la réorganisation des réseaux fonctionnels cérébraux et, en fin de compte, conduit à des améliorations de la fonction des membres supérieurs^12,13. De plus, il a également été démontré que l’entraînement assisté par robot aide les patients à exécuter constamment des mouvements précis des membres et à s’engager dans un entraînement spécifique à une tâche¹⁴. Ce processus fournit au cerveau une stimulation de rétroaction substantielle, ce qui stimule la neuroplasticité et aide à la restauration de la fonction des membres supérieurs chez les personnes atteintes d’hémiplégie^14,15. Il existe actuellement peu de recherches sur les stratégies utilisant l’entraînement des deux membres supérieurs assisté par robot pour les patients victimes d’un AVC. Cette étude a utilisé un système robotique à deux membres supérieurs orientés vers les tâches pour combiner l’entraînement assisté par robot avec l’entraînement bilatéral des membres supérieurs. Le dispositif robotique a été utilisé pour aider les patients victimes d’un AVC à effectuer un entraînement axé sur les tâches des deux membres supérieurs avec des répétitions élevées dans un schéma de mouvement approprié. L’objectif de la recherche était d’évaluer les effets de cette méthode sur la voie corticospinale, la fonction des membres supérieurs et les activités de la vie quotidienne chez les survivants d’un AVC, dans le but de découvrir des stratégies innovantes pour la réadaptation fonctionnelle des membres supérieurs.

Protocole

Cette étude (n° d’approbation) JXEY-2020SW038) a été approuvé par le Comité d’éthique médicale du deuxième hôpital de Jiaxing, tous les participants ayant donné leur consentement éclairé. Il visait à évaluer la faisabilité et l’efficacité d’un protocole par le biais d’un essai contrôlé randomisé en simple aveugle. Entre janvier et décembre 2021, 60 patients victimes d’AVC admis au deuxième hôpital de Jiaxing ont été recrutés.

REMARQUE : Les critères d’inclusion comprenaient : 1) un diagnostic confirmé d’infarctus cérébral ou d’hémorragie par tomodensitométrie (TDM) ou imagerie par résonance magnétique (IRM), 2) une lésion précoce et unilatérale avec une durée de la maladie de 2 semaines à 3 mois et un état stable, 3) l’âge de 25 à 75 ans, 4) l’absence d’hémianopsie ou de négligence spatiale unilatérale, ainsi qu’aucun déficit visuel ou auditif, 5) conscient, conforme et capable de participer au traitement de réadaptation, 6) dysfonctionnement unilatéral clair des membres supérieurs avec une échelle d’Ashworth modifiée (MAS) grade ≤ 2¹⁶. Les critères d’exclusion comprenaient : 1) des lésions craniocérébrales antérieures ou d’autres maladies intracrâniennes, 2) un infarctus du myocarde grave, une angine de poitrine, des reins, des poumons ou d’autres maladies d’organes importants, des tumeurs malignes, etc., 3) des antécédents de troubles psychiatriques et d’épilepsie, 4) une douleur intense, un engourdissement ou d’autres déficits sensoriels du côté hémiplégique des membres, 5) une limitation significative des mouvements des membres supérieurs bilatéraux.

1. Conception de l’étude

1. Divisez au hasard les patients (n = 60) qui répondaient aux critères spécifiés en deux groupes : un groupe expérimental (n = 30) et un groupe témoin (n = 30).
2. Demandez à un ergothérapeute qualifié de faire les évaluations fonctionnelles suivantes, qui n’était pas au courant des affectations de groupe avant et après une période de traitement de 6 semaines.
   1. Potentiel évoqué du moteur (MEP) :
      1. Provoquer des PEM chez les patients utilisant un système de thérapie par stimulation magnétique en suivant les lignes directrices établies par Groppa et ^coll.17.
      2. Pendant le test, positionnez le patient devant l’appareil de manière stable et confortable et placez les électrodes d’enregistrement sur le court abducteur et l’apophyse osseuse de l’articulation du poignet.
      3. Ensuite, centrez la bobine de stimulation magnétique au-dessus du cortex moteur du côté blessé du cerveau, avec la poignée de la bobine positionnée à un angle de 45° par rapport au plan sagittal.
      4. Effectuez une stimulation de la zone du cortex moteur 10 fois à 100% d’intensité et enregistrez la présence ou l’absence de potentiels évoqués moteurs, ainsi que leur latence et leur amplitude.
         REMARQUE : En raison de l’incapacité à détecter les potentiels évoqués moteurs chez tous les patients, il n’a pas été possible de procéder à une comparaison et à une analyse approfondies de la latence et de l’amplitude des potentiels évoqués entre les deux groupes de patients. Par conséquent, l’étude visait à déterminer la présence ou l’absence de MEP et à comparer le pourcentage de MEP détectables entre deux groupes de patients. Un pourcentage plus élevé de MEP détectables indique un plus grand potentiel d’amélioration des voies corticospinales chez les patients victimes d’un AVC.
   2. Effectuer un test fonctionnel pour le membre supérieur hémiplégique de Hong Kong (FTHUE-HK).
      1. Utilisez l’échelle pour évaluer la fonctionnalité des membres supérieurs du patient, ce qui comprend 12 tâches, telles que placer la main sur le genou et essorer un chiffon.
         REMARQUE : Chaque tâche doit être terminée dans les 3 minutes et ne peut être tentée que jusqu’à 3 fois. L’échelle comprend 7 niveaux, les niveaux supérieurs indiquant une meilleure fonctionnalité des membres supérieurs¹⁸.
   3. Utilisez l’échelle d’évaluation de Fugl-Meyer pour les membres supérieurs (FMA-UE).
      1. Utilisez cette échelle pour évaluer la fonction motrice de l’épaule, du coude, de l’avant-bras, du poignet et de la main.
         REMARQUE : Un score de 0 indique l’incapacité d’effectuer le mouvement spécifié, un score de 1 indique l’achèvement partiel et un score de 2 indique l’achèvement complet. L’échelle a un score maximum de 66 points, les scores les plus élevés indiquant une meilleure fonction motrice des membres supérieurs¹⁹.
   4. Calculez l’indice de Barthel modifié (MBI).
      1. Utilisez cette échelle pour évaluer la performance du patient dans les activités de la vie quotidienne.
         REMARQUE : L’échelle se compose de 10 éléments, dont manger, s’habiller, se laver, etc., avec un score maximum de 100 points. Un score plus élevé indique une plus grande indépendance dans la vie quotidienne du patient²⁰.
3. S’assurer que tous les patients se voient prescrire des médicaments conventionnels, y compris des antihypertenseurs, des antidiabétiques, des régulateurs lipidiques, etc., adaptés à leur état individuel.
   REMARQUE : La sélection de médicaments pour les patients victimes d’un AVC est basée sur leur situation unique et peut différer d’un patient à l’autre.
4. Confirmez que tous les patients ont reçu une physiothérapie de routine, une ergothérapie pour l’avant-bras et la main et un entraînement aux activités de la vie quotidienne pendant 6 semaines.
5. S’assurer que les patients du groupe témoin ont reçu une ergothérapie de routine ciblant la fonction des membres supérieurs pendant 1 h par jour pendant 6 semaines.
   REMARQUE : L’ergothérapie de routine ciblant la fonction des membres supérieurs comprend l’entraînement au contrôle moteur pour les articulations de l’épaule et du coude, l’entraînement au rouleau, l’entraînement au cerceau et l’entraînement à l’atteinte d’objets.
6. Confirmer que les patients du groupe expérimental ont reçu une ergothérapie de routine ciblant la fonction des membres supérieurs pendant 30 minutes par jour, en plus d’un entraînement au système robotique axé sur les tâches des membres supérieurs pendant 30 minutes par jour pendant 6 semaines.

2. Séance de formation au système robotique orienté tâche à deux membres supérieurs

REMARQUE : Seuls les patients victimes d’un AVC du groupe expérimental ont reçu ces séances de formation.

1. Démarrez l’équipement du système robotique, allumez l’écran d’ordinateur du système, ouvrez l’application ULCOT Rehab et entrez dans l’interface principale du système.
2. Au cours de la session de formation initiale, cliquez sur S’inscrire pour établir un dossier personnel pour chaque patient, comprenant principalement le nom, le sexe, l’âge, le numéro de cas, le diagnostic, le côté affecté et d’autres contenus médicaux pertinents.
3. Cliquez sur Connexion sur l’interface principale du système, sélectionnez le patient qui a besoin d’une formation dans la liste et entrez dans l’interface du système de formation pour ce patient.
4. Aider le patient à se positionner devant le dispositif robotique, en assurant une distance sûre et confortable.
5. Cliquez sur Réglage sur l’interface du système d’entraînement du patient pour accéder à l’interface de réglage des paramètres de l’équipement et définir les paramètres appropriés pour le patient.
   REMARQUE : Il n’est pas nécessaire de définir des paramètres pour chaque séance d’entraînement. Lors de la connexion à l’interface du système d’entraînement du patient, le système s’ajuste automatiquement aux paramètres établis lors de la séance d’entraînement précédente du patient. Le thérapeute peut alors modifier les paramètres correspondants en fonction des objectifs thérapeutiques. Si aucune modification des paramètres n’est nécessaire, l’utilisateur peut cliquer sur Formation dans l’interface du système de formation pour accéder à l’interface de configuration du programme de formation.
   1. Cliquez sur + ou - pour augmenter ou diminuer la hauteur de la plate-forme dans le module de réglage de la hauteur de la plate-forme . Ajustez la hauteur de la plate-forme de l’équipement en fonction de la taille du patient.
   2. Cliquez sur + ou - pour augmenter ou diminuer l’angle d’inclinaison du bras du robot du système dans le module de réglage de l’angle d’inclinaison du bras . Ajustez l’angle d’inclinaison du bras robotique en fonction des objectifs d’entraînement de flexion et d’extension de l’épaule du patient (plus la cible est élevée, plus l’angle est grand).
   3. Cliquez sur + ou - pour augmenter ou diminuer l’angle entre les deux bras du robot dans le module de réglage de l’angle du bras . Ajustez l’angle entre les bras robotiques en fonction des objectifs d’entraînement à l’adduction et à l’abduction des membres supérieurs du patient (plus l’objectif est élevé, plus l’angle est grand).
6. Cliquez sur Formation dans l’interface du système de formation des patients pour accéder à l’interface de configuration du programme de formation.
   1. Choisir un programme d’entraînement approprié en fonction de l’état fonctionnel du membre supérieur du patient. Lorsque le membre supérieur du côté hémiplégique est incapable de manipuler activement la poignée mécanique dans toute l’amplitude de mouvement, optez pour le programme d’entraînement assisté.
   2. À l’inverse, si le membre supérieur du côté hémiplégique est capable de manipuler activement la poignée mécanique pour compléter l’amplitude complète du mouvement, choisissez le programme d’entraînement en résistance.
7. Expliquez et démontrez les méthodes d’entraînement des articles sélectionnés et informez des précautions pertinentes pour s’assurer que les patients savent comment effectuer la séance d’entraînement en toute sécurité et avec précision.
8. Aidez le patient à fixer ses mains sur les poignées à l’extrémité des deux bras robotiques (Figure 1).
9. Effectuer une formation sur le système robotique des deux membres supérieurs.
   1. Pour les patients qui ne sont pas en mesure de manipuler activement la poignée mécanique pour obtenir une amplitude de mouvement complète sur le côté hémiplégique du membre supérieur, cliquez sur Assistance dans l’interface de réglage du programme d’entraînement pour accéder à l’interface du mode d’entraînement assisté.
      REMARQUE : Le thérapeute peut sélectionner le jeu Air Flying ou le jeu de ping-pong pour le patient en mode d’entraînement assisté. Il est à noter que les patients ne peuvent sélectionner qu’un seul match par séance d’entraînement.
      1. Réglez le temps sur 30 min dans le module Temps d’entraînement et sélectionnez le niveau défini pour le patient dans le module Niveau assisté .
         REMARQUE : Ce mode offre 6 niveaux d’assistance, le niveau 6 impliquant le membre supérieur affecté étant entraîné à la fois par le robot et le membre supérieur sain pendant l’entraînement bilatéral du membre supérieur. D’autre part, le niveau 1 implique que le membre supérieur affecté participe directement à l’entraînement bilatéral du membre supérieur sans force externe. La séance d’entraînement commence au niveau 6, et le patient peut passer au niveau suivant après avoir obtenu un score complet à chaque niveau. Une fois que le patient atteint un score d’entraînement complet au niveau d’assistance 1, il est considéré comme prêt pour l’entraînement en mode résistance.
      2. Cliquez sur Air Flying ou Ping-Pong, puis sur Démarrer pour accéder à l’interface du jeu.
      3. Jeu de vol aérien : Demandez au patient de contrôler un avion virtuel affiché sur l’écran de l’ordinateur en manœuvrant le membre supérieur affecté à travers le côté sain à l’aide d’un dispositif robotique, ce qui permet au patient d’optimiser ses efforts pour guider l’avion virtuel le long de la trajectoire de vol désignée tout en capturant simultanément des pièces d’or virtuelles (Figure 2).
      4. Jeu de ping-pong : Avec l’aide du robot, demandez au patient d’utiliser le côté non affecté pour conduire le membre supérieur du côté affecté afin de contrôler la raquette de tennis de table virtuelle et de déplacer la raquette pour attraper le ping-pong volant (Figure 3).
   2. Pour les patients qui sont capables de manipuler activement la poignée mécanique pour obtenir une gamme complète de mouvements sur le côté hémiplégique du membre supérieur, cliquez Résistance dans l’interface des paramètres du programme d’entraînement pour accéder à l’interface du mode d’entraînement en résistance.
      REMARQUE : Dans le mode d’entraînement en résistance, les participants peuvent choisir parmi cinq jeux disponibles : Vol aérien, ping-pong, bridge et route, haltérophilie, et Correspondance des pop. Un seul match peut être sélectionné pour chaque séance d’entraînement.
      1. Réglez le temps sur 30 min dans le module Temps d’entraînement et sélectionnez les niveaux de résistance du côté sain et du côté affecté, respectivement, dans les modules Niveau sain et Niveau affecté.
         REMARQUE : Dans le mode d’entraînement en résistance, les niveaux de résistance peuvent être réglés individuellement pour les côtés sains et affectés du patient en fonction de la force musculaire des membres supérieurs. Les niveaux vont de 1 (résistance la plus basse) à 10 (résistance la plus élevée). Le traitement initial impliquait la sélection d’une résistance de niveau 1, les patients étant autorisés à passer au niveau suivant après avoir obtenu un score parfait à chaque niveau d’entraînement.
      2. Dans les modules Direction de la résistance du côté sain et Direction de la résistance du côté affecté , sélectionnez la direction de résistance indiquée par le système pour le côté sain du patient et le côté affecté du membre supérieur pendant l’entraînement en résistance, respectivement.
         REMARQUE : La direction de la résistance est sélectionnée pour le patient en fonction de l’objectif de l’exercice, y compris la poussée et la traction.
      3. Sélectionnez la durée pendant laquelle la cible doit être maintenue dans le module Temps d’attente .
         REMARQUE : Le temps est déterminé en fonction de la fonction des membres supérieurs du patient, allant de 1 à 10 s. Plus le temps est long, plus cela devient difficile. Si le temps de maintien défini est de 10 s et que le score d’entraînement est parfait, le niveau de résistance sera augmenté pour la prochaine séance. Les jeux de vol aérien et de ping-pong n’incluent pas cette étape.
      4. Cliquez pour sélectionner l’un des jeux suivants : Air Flying, Ping-Pong, Bridge & Road, Weight-Lifting et Pop Matching. Cliquez sur Démarrer pour accéder à l’interface du jeu.
      5. Jeu de vol aérien : Demandez au patient de contrôler l’avion virtuel en résistant à la résistance donnée par le bras robotique sur les membres supérieurs sains et affectés, ce qui permet au patient d’optimiser ses efforts pour guider l’avion virtuel le long de la trajectoire de vol désignée tout en capturant simultanément des pièces d’or virtuelles.
      6. Jeu de ping-pong : Demandez au patient de contrôler la raquette de ping-pong virtuelle en résistant à la résistance donnée par le bras robotique sur les membres supérieurs sains et affectés et de déplacer la raquette pour attraper le ping-pong volant.
      7. Jeu Bridge & Road : Demandez au patient de contrôler les deux extrémités d’un pont en bois à l’écran en résistant à la résistance exercée par le bras robotique sur les membres supérieurs sains et affectés, déplacez deux plates-formes d’échelle de hauteurs différentes et maintenez-les pendant un certain temps pour permettre au personnage virtuel de passer (Figure 4).
      8. Jeu d’haltérophilie : Demandez au patient de contrôler les extrémités d’une barre d’haltérophilie affichée sur un écran en résistant à la résistance donnée par le bras robotique sur les deux personnes en bonne santé.
         et les membres supérieurs affectés, ajustant leur position pour atteindre un endroit cible en faisant varier la distance et en maintenant cette position pendant une durée spécifiée (Figure 5).
      9. Jeu d’association pop : Demandez au patient de contrôler deux
         situés aux extrémités gauche et droite de l’écran en résistant à la résistance donnée par le bras robotique sur les membres supérieurs sains et affectés, sélectionnez des éléments identiques dans les colonnes d’images de gauche et de droite à travers les doigts virtuels et maintenez cette position pendant une
         durée désignée (figure 6).
         REMARQUE : Le système vérifie si les images sélectionnées des deux côtés sont identiques ; Si c’est le cas, les images sélectionnées sont éliminées. S’ils ne correspondent pas, le patient est invité à effectuer une nouvelle sélection.

3. Procédure de suivi

1. Utiliser un logiciel statistique pour analyser les données d’évaluation recueillies, en déterminant les méthodes d’analyse appropriées en fonction du type de données.
2. Élucider la signification des résultats des données et évaluer l’impact de l’entraînement du système robotique orienté tâche du membre supérieur sur la fonction du membre supérieur chez les patients victimes d’un AVC.

Résultats

Au total, 60 patients victimes d’un AVC ont été divisés en un groupe témoin (n = 30) et un groupe expérimental (n = 30) pour cette étude. En comparant l’âge, le sexe, le type d’AVC, la durée de la maladie, le côté de l’hémiplégie et d’autres informations générales entre les deux groupes, aucune différence statistiquement significative n’a été observée (P > 0,05), ce qui indique leur comparabilité (tableau 1). Les patients du groupe expérim...

Discussion

Il a été démontré que l’entraînement bilatéral normalise l’inhibition intercorticale chez les patients victimes d’un AVC, facilite la réorganisation du réseau fonctionnel cérébral et, en fin de compte, améliore la fonction des membres supérieurs²¹. Cette étude présente un programme d’entraînement fonctionnel des membres supérieurs chez les patients victimes d’un AVC utilisant un système robotique à deux membres supérieurs orienté vers...

matériels

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