שיפור תפקוד הגפיים העליונות והמיומנויות המוטוריות לאחר שבץ באמצעות רובוט שיקום גפיים עליונות

Summary

פרוטוקול זה מתאר רובוט שיקום גפיים עליונות המספק משוב חכם באמצעות ארבעה מצבים. מצבים אלו משפרים את תפקוד הגפיים העליונות ואת גמישותם, ובכך משפרים את איכות החיים של המטופלים.

Abstract

תאונות כלי דם מוחיים, הידועות בכינוין שבץ, מייצגות אירוע נוירולוגי שכיח המוביל לנכויות משמעותיות בגפיים העליונות, ובכך משפיע עמוקות על פעילויות היומיום של אנשים ופוגע באיכות חייהם. שיטות שיקום מסורתיות להתאוששות גפיים עליונות לאחר שבץ מעוכבות לעתים קרובות על ידי מגבלות, כולל עייפות המטפל והמטופל, הסתמכות על מתודולוגיות אימון ייחודיות וחוסר מוטיבציה מתמשכת. כדי להתמודד עם אתגרים אלה, מחקר זה מציג רובוט שיקום גפיים עליונות, המשתמש במשוב חכם בקרת תנועה כדי לשפר את התוצאות הטיפוליות. המערכת מתייחדת ביכולתה להתאים את כיוון ועוצמת משוב הכוח באופן דינמי, על בסיס זיהוי תנועות ספסטיות במהלך התרגילים, ובכך להציע חוויה טיפולית מותאמת. מערכת זו מצוידת בארבעה מצבי אימון שונים, הערכה חכמה של טווח התנועה המשותף ויכולת התאמה אישית של תוכניות אימון. יתר על כן, הוא מספק חוויית משחק אינטראקטיבית סוחפת יחד עם אמצעי בטיחות מקיפים. גישה רב-גונית זו לא רק מעלה את המעורבות והעניין של המשתתפים מעבר לפרוטוקולי השיקום המסורתיים, אלא גם מדגימה שיפורים משמעותיים בתפקוד הגפיים העליונות ובפעילויות חיי היומיום בקרב חולים המיפלגיים. המערכת מהווה דוגמה לכלי מתקדם בשיקום גפיים עליונות, ומציעה שילוב סינרגטי של דיוק, פרסונליזציה ומעורבות אינטראקטיבית, ובכך מרחיבה את האפשרויות הטיפוליות העומדות בפני מחלימי שבץ.

Introduction

שבץ מוחי, המזוהה כאירוע נוירולוגי חריף הנגרם על ידי חסימה או קרע של כלי דם מוחיים, קוטע את זרימת המוח¹, ומדורג כגורם המוות השני המוביל ותורם מרכזי לנכות ארוכת טווח ברחבי העולם. ביום הראשון שלאחר שבץ מוחי, עד 80% מהמחלימים חווים תפקוד לקוי של הגפיים העליונות, כאשר 30%-66% עדיין מתמודדים עם אתגרים שישה חודשים לאחר מכן². לאחר שנה, אנשים עם ליקויים בגפיים העליונות מדווחים על חרדה מוגברת, ירידה באיכות החיים וירידה באושר³. יתר על כן, עד 16 חודשים לאחר שבץ מוחי, רק כ-60% מהאנשים הזקוקים לשיקום בבית החולים מגיעים לעצמאות תפקודית בפעולות יומיומיות בסיסיות, כאשר אלו הסובלים מליקויים חושיים, מוטוריים וחזותיים מסתמכים באופן משמעותי יותר על תמיכת מטפל⁴. בנוסף, תפקוד לקוי של הגפיים העליונות פוגע בתפקוד היד, במיוחד על ידי מתח שרירים מוגבר בקרב מכופפים ומאריכים מוחלשים במהלך משימות פיזיות⁵.

למרות מאמצי שיקום שונים, טיפול יעיל בפציעות גפיים עליונות בקרב מחלימי שבץ מהווה אתגר עצום⁶. אימון משימות בעצימות גבוהה וחוזר על עצמו הראה תוצאות אופטימליות אך דורש מעורבות רבה של המטפל, מה שמוביל לעלויות גבוהות ולעומס לוגיסטי⁷. לכן, יש צורך בהתערבויות בעלות נמוכה שאינן מגדילות את עומס העבודה של המטפלים תוך הגברת העניין של המטופלים בהכשרה. הרובוט לשיקום גפיים עליונות יכול לשמש כטיפול אלטרנטיבי לקידום פעילות גופנית בעצימות גבוהה ולהפחתת התלות במטפלים¹. זוהי מערכת רובוטית לשיקום משוב חכם בגפיים העליונות שפותחה לאחרונה (ראה טבלת חומרים). המכשיר יכול להפיק מדדים אובייקטיביים (כגון מהירות, מומנט, טווח תנועה, מיקום וכו ') כדי להעריך ולעקוב אחר השיפורים של המטופלים ולהתאים אישית את הטיפול על פי דרגות שונות של ליקוי מוטורי. יש לו עקביות גבוהה ויכולת שחזור לשימוש נרחב. בנוסף, ראיות חזקות תומכות בעצימות גבוהה, חזרתיות גבוהה ואימון מוכוון משימה בהקלה על התאוששות מוטורית לאחר שבץ⁸.

לעומת זאת, רובוטים שיקומיים הם גישת טיפול מסייעת חדשנית יחסית עם יתרונות כמו בטיחות גבוהה ועמידות⁹. איגוד השבץ האמריקאי פרסם לאחרונה הנחיות המדווחות כי אימון מוטורי בסיוע רובוט יכול לסייע לחולים לשפר את התפקוד המוטורי והניידות שלאחר שבץ בנוסף לטיפול הקונבנציונלי¹⁰. מאמר שפורסם בשנת 2018 בכתב העת Journal of Rehabilitation Medicine דיווח כי שילוב של אימון בעזרת רובוט עם שיקום קונבנציונלי יכול לשפר באופן משמעותי את התפקוד המוטורי של הגפיים העליונות בחולי שבץ, מה שמצדיק קידום קליני¹¹. המערכת כוללת ארבעה מצבי אימון: אימון במהירות קבועה, אימון בעזרת כוח, אימון אקטיבי ואימוני התנגדות, ויכולה לבצע הערכות של טווח התנועה המשותף. סקירה של שיקום בסיוע רובוט לחולי שבץ תת-חריף הצביעה על כך שהתערבויות רובוטיות שיפרו באופן משמעותי את תפקודי הגפיים העליונות, במיוחד בביצועי הכתף, המרפק והאמה, כפי שהוערכו על ידי מדד העצמאות התפקודית וסולם הערכת פוגל-מאייר. התערבויות אלה גם שיפרו את פעילויות היומיום ושיפרו את איכות החיים¹⁰.

מחקר זה נועד להעריך את יעילותו של רובוט שיקום משוב אינטליגנטי בשיקום תפקודים מוטוריים בגפיים העליונות בחולים עם המיפלגיה מוקדמת לאחר שבץ, ומספק בסיס מדעי לאסטרטגיות שיקום לחולי שבץ עם המיפלגיה.

Protocol

מחקר זה אושר על ידי ועדת האתיקה של בית החולים המסונף הראשון של אוניברסיטת ג'ג'יאנג, סין, וכל פרוטוקולי המחקר גובשו בהתאם לעקרונות הצהרת הלסינקי. כל החולים נתנו הסכמה מדעת בכתב להשתתף במחקר זה. המחקר גייס 24 חולים עם המיפלגיה בגפיים העליונות שאושפזו במחלקת השיקום של בית החולים המסונף הראשון של אוניברסיטת ג'ג'יאנג מינואר 2023 עד יוני 2023. קריטריוני ההכללה היו: שבץ איסכמי או דימומי ראשון שאושר על ידי דימות מוחי (CT או MRI), בגילאי 45 עד 75 שנים, תוך 6 חודשים מתחילת המחלה, פגיעה בתפקוד מוטורי בגפיים העליונות והמיפלגיה חד צדדית (הערכת פוגל-מאייר לגפיים עליונות, FMA-UE ≤40)^12,13, סולם אשוורת' שונה ≤2¹⁴, בדיקת מצב מיני-מנטלי (MMSE) >20 (המצביע על תפקוד קוגניטיבי נאות)¹⁵ומצב יציב מבחינה קלינית עם מחלות רקע מבוקרות היטב, והסכמה מדעת חתומה., קריטריוני ההחרגה היו: מצב תוך גולגולתי לא יציב, ליקוי קוגניטיבי ושפתי, סובלוקסציה של הכתף, פגיעה בניידות הכתף/מרפק/שורש כף היד, ספסטיות חמורה (אשוורת' 3-4) ולקות ראייה. פרטי הרובוט והתוכנה ששימשה במחקר זה מפורטים בטבלת החומרים.

1. עיצוב הלימודים

1. צור מספר אקראי באמצעות תוכנת SAS כדי לפצל את כל החולים לשתי קבוצות: ניסוי ובקרה, שכל אחת מהן מכילה 12 חולים.
2. בצע הערכות ראשוניות של תפקוד מוטורי בגפיים העליונות ויכולת טיפול עצמי באמצעות FMA-UE¹², ציון Brunnstrom (BRS)¹⁶, ומדד Barthel שונה (MBI)¹⁷ על ידי מטפל שיקומי עיוור.
3. מתן טיפול תרופתי בסיסי לכל החולים במהלך הניסוי, תוך התמקדות בבקרת לחץ דם, ניהול גלוקוז בדם, ויסות שומנים בדם, מניעת פרכוסים וכו '.
4. ספקו לקבוצת הביקורת 30 דקות של אימונים שגרתיים לשיקום הגפיים העליונות מדי יום, כולל אימון מפרקים אקטיבי ופסיבי, חיזוק שרירים ותרגילי תנועת אצבעות¹⁸.
   1. בנוסף, כלול 30 דקות של אימון לוח שיוף מדי יום¹⁹. מציעים טיפול מיוחד לתפקוד לקוי של הגפיים התחתונות, אפזיה, דיספגיה והפרעות תפקודיות אחרות לפי הצורך על ידי מטפלים מקצועיים, הניתנים חמש פעמים בשבוע במשך שמונה שבועות.
5. הציעו לקבוצת הניסוי את אותו טיפול שיקום שגרתי של 30 דקות בגפיים העליונות כמו קבוצת הביקורת מדי יום, בתוספת 30 דקות של אימון רובוטים לשיקום גפיים עליונות מדי יום. לספק טיפול שווה ערך להפרעות תפקודיות אחרות כפי שניתן לקבוצת הביקורת.

2. שלבי ניתוח ספציפיים לרובוט שיקום הגפיים העליונות

1. הערכת טווח התנועה של המפרק ויכולת השליטה המוטורית
   1. בקשו מהמטופל לשבת מול הרובוט, ושמרו על החזה במרחק אגרוף אחד מהפלטפורמה (איור 1).
   2. הניחו את היד הפגועה על מעבד הקצה של הרובוט, והשתמשו בכפפות ובקלסרים כדי לאבטח את פרק כף היד והיד כדי למנוע החלקה במהלך התרגיל.
   3. בקשו מהמטופל להזיז את הזרוע העליונה למקסימום ולהאריך אותה ככל האפשר.
      הערה: המכשיר יתעד באופן אוטומטי את מסלול תנועת היד של המטופל כדי לקבוע את טווח תנועת המפרקים הפעילה של המטופל.
   4. הניחו את היד הבריאה על היד הפגועה והניעו באופן מקסימלי את הזרוע העליונה הפגועה בעזרת הצד הבריא.
      הערה: המכשיר רשם את מסלול תנועת היד של המטופל והשיג את טווח התנועה הפסיבי של המפרקים. מדידות פסיביות של טווח תנועה עשויות להיעזר על ידי המטפל אם למטופל יש מוגבלות בניידות דו צדדית.
   5. הגדר את הפרמטרים להערכת הבקרה המוטורית, כולל זמני חזרה על מטרה, זמן תרגיל יחיד וזמן הרפיה יחיד.
      הערה: פרמטרי הערכת הבקרה המוטורית נקבעו על ידי המטפל על פי ציון FMA-UE¹²של המטופל והערכות שבועיות באמצעות מערכת ההערכה המובנית של הרובוט, כגון הגדלת הקושי למשתתפים עם כוח גפיים עליונות טוב יותר, הגדלת מספר החזרות וקיצור זמן המנוחה, כדי להעריך בצורה מדויקת יותר את השליטה המוטורית של המטופל.
   6. שלוט בנקודת היעד לנוע בכיוונים שונים בהתאם לנתיב התנועה והכיוון המוצגים על המסך.
      הערה: המכשיר יעריך את יכולת השליטה המוטורית של המטופל בהתאם לביצועים המוטוריים של המטופל.
2. בחירת מצב אימון
   1. בחר את מצב האימון הפסיבי האיזוקינטי אם שרירי הגפיים העליונות של המטופל אינם יכולים להתכווץ כלל או שיש להם רק כמות קטנה של כיווץ (BRS 1-2).
      הערה: הרובוט מספק עזרה מלאה להניע את הגפה העליונה הפגועה עבור משימת תרגיל אימון התנועה הפסיבית.
   2. בחר את מצב אימון תנועת העזר אם הגפה העליונה של המטופל יכולה לבצע תנועת מפרק חלקית, אך התנועה קלה מאוד, ויכולת התנועה הרצונית ירודה (BRS 3).
      הערה: המערכת יכולה לספק את כוח העזר המתאים בזמן אמת בהתאם למידת הכוח בפועל של המטופל ולגרום להשתתפות פעילה של הגפה העליונה של המטופל במידה הרבה ביותר במהלך כל תהליך האימון כדי ליצור את מצב התנועה הנכון.
   3. בחר את מצב האימון הפעיל אם כוח שרירי הגפיים העליונות של המטופל יכול לייצר כוח גדול או התנגדות חלקית (BRS 4).
      הערה: הרובוט יכול לחזק עוד יותר את יכולת התנועה העיקרית של הגפה העליונה של המטופל.
   4. בחר את מצב אימון ההתנגדות כדי לשפר עוד יותר את הדיוק ואת השליטה מכוונת בגפה העליונה של המטופל אם כוח הגפה העליונה של המטופל כבר חזק ויכול להתנגד להתנגדות גדולה יותר (BRS 5-6).
3. בחירת נהלי הכשרה
   1. בחרו את הליך האימון, ושימו לב שהמערכת מספקת יותר מ-10 תוכנות משחק מעניינות כך שהמטופלים יכולים לחוות סצנות VR שונות וחוויות אינטראקטיביות, מה שמשפר מאוד את התלהבות האימון של המטופלים (איור 2).
4. הגדרת פרמטרים של משחק
   1. הגדר את זמן האימון בהתאם למצבו הפיזי של המטופל, אשר יכול להיות כ 10-20 דקות באופן כללי.
      הערה: אם כוח הגפיים העליונות של המטופל טוב, הגדל את זמן האימון היחיד כדי לשפר את סיבולת האימון של המטופל. אם כוח הגפיים העליונות של המטופל ירוד, בחר זמן אימון יחיד קצר יותר ואפשר למטופל להשלים את תוכנית האימונים במספר מפגשים.
   2. הגדר את טווח התנועה בהתאם לטווח התנועה המוערך של המפרק, ובחר מתוך טווח מלא, טווח בינוני או טווח תנועה קטן.
   3. קבעו את מסלול הפעילות בהתאם למאפייני כוח שרירי הזרוע העליונה של המטופל, ובחרו את מסלול הפעילות המתאים למיקוד וחיזוק שרירים חלשים.
   4. הגדר את ערך ה- Power assist או ההתנגדות בהתאם לכוח השרירים של המטופל.
      הערה: במהלך תהליך האימון, המכשיר יכול גם להתאים באופן אוטומטי את סיוע הכוח ואת כוח החיכוך בהתאם למשוב הכוח בפועל של המטופל.
   5. הגדר את סף ההגנה באמצעות טכנולוגיית משוב מכני כדי לזהות מתי כוחו של המטופל מגיע לסף, דבר המצביע על עוויתות (המתבטאות באי נוחות, עלייה פתאומית בטונוס השרירים או נוקשות ונעילה חריגות של המפרקים). המכשיר יוציא אזעקה ויפסיק מיד כדי להבטיח את בטיחות האימון של המטופל.
5. תהליך הכשרה ספציפי
   הערה: המטופלים מאומנים עם 2-3 פריטי משחק ביום, וניתן להחליף פריטי משחק שונים באופן קבוע.
   1. לעסוק בחוות הירקות: בחווה הווירטואלית, בקשו מהמטופל לשלוט בידיים הקטנות כדי לתפוס פירות וירקות ולאסוף כמה שיותר כוכבים.
      הערה: פעילות זו מכוונת בעיקר לטווח התנועה בכיפוף והארכה של המרפקים ושורש כף היד.
   2. השתתף בהגנה על הבסיס: בסצנה של הבסיס הצבאי הווירטואלי, בקש מהמטופל לשלוט במדויק בעין השוורים כדי לירות בכל המפלצות שחוסלו.
      הערה: תרגיל זה נועד לשפר את השליטה בשרירים במרפק ובשורש כף היד, ולשפר את הדיוק של פעולות הירי.
   3. שחק התחמקות צבעונית: בדרכים ומכשולים שונים, בקש מהמטופל לשלוט בכדור כדי להימנע ממכשולים בצבעים שונים כדי להשיג מטבעות זהב.
      הערה: תרגיל זה כולל תנועות כתפיים, מרפקים ושורש כף היד כדי לשפר את כוח השרירים ואת תנועתיות המפרקים.
   4. ניווט במלחמת הכוכבים: בסביבת החלל הווירטואלי, בקשו מהמטופל לשלוט במיקום המטוס לירות כדי להשמיד את הנגיף תוך הימנעות מתנועה והתקפות אויב, אימון סיבולת שרירים וכוח תגובה.
      הערה: אימון זה מגביר את סיבולת הגפיים העליונות, מהירות התגובה והדיוק, ומשפר את הקואורדינציה והכוח של המרפקים והכתפיים.
   5. השתתף בכדור איכותי: בקש מהמטופל לשלוט בכדור כדי להגיע ולהישאר בעין השור; ככל שהכדור קרוב יותר לעין השור, כך הניקוד גבוה יותר.
      הערה: פעילות זו מפעילה כיפוף מרפקים, הארכה, חטיפת כתפיים, חטיפה, ומפעילה את שרירי הזרוע והתלת ראשי לשליטה מדויקת.
   6. שחק סופר פינג פונג: בסביבת הכדור הווירטואלית, בקש מהמטופל לשלוט בלוח הפינג פונג כדי לחבוט בכדור ולשחק טניס שולחן עם היריב. הקושי מתקדם ומשודרג, ויכולות התגובה ותיאום עין-יד מאומנות.
   7. לעסוק בעולם הבלוקים: בקשו מהמטופל לשלוט בירי בולזאיי כדי להרוס בלוקים, היזהרו מהתקפות אויב ואספו כמה שיותר מטבעות, התאמנו אסטרטגיית חשיבה ותיאום עין-יד.
   8. לשחק בכדור: לבקש מהמטופל לשלוט בכדור כדי לגעת במטרה; הכדור מובקע, היזהרו מהתקפות האויב ואספו כמה שיותר מטבעות.
   9. השתתף בתותחן האגדי: בקש מהמטופל להחזיק בידית ולהפעיל כוח ללא הרף לכיוון החץ. קבוצות השרירים של הגפיים העליונות הן כיווץ איזומטרי, והכוח מאוחסן לירות כדי להרוס את המטרה.

3. הליך מעקב

1. להעריך את כל המטופלים עבור FMA, BRS ו- MBI שוב לאחר 8 שבועות של הכשרה על ידי אותו מטפל שיקומי.
2. הזן את כל הנתונים לתוך התוכנה לניתוח סטטיסטי. השתמש במבחן t מדגם מזווג להשוואה תוך קבוצתית ובשני מבחני t מדגמיים בלתי תלויים להשוואה בין קבוצות. שקול P < 0.05 כמובהק סטטיסטית.

תוצאות

בסך הכל 24 חולים נרשמו וחולקו באופן אקראי לקבוצת הביקורת או לקבוצת הניסוי (טבלה 1). לא נמצא הבדל מובהק סטטיסטית בין שתי הקבוצות מבחינת מין, גיל, משך המחלה או סוג שבץ מוחי (P > 0.05). לאחר 8 שבועות של אימון גפיים עליונות, נעשה שימוש בהערכת פוגל-מאייר לגפיים עליונות (FMA-UE)¹² כ?...

Discussion

בהתבסס על מחקר^{קודם 20}, מחקר זה מאמץ גישה משולבת על ידי שילוב אימון רובוטי לשיקום גפיים עליונות עם שיטות טיפוליות קונבנציונליות להחלמה לאחר שבץ. הממצאים הנוכחיים מצביעים על כך ששילוב זה משפר באופן משמעותי את התפקוד המוטורי של הגפיים העליונות ומשפר את היכולת לבצע פעילויות של חי...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Upper Limb Rehabilitation Robot[Fourier M2]	Shanghai Fourier Intelligence, China	ArmMotus M2	The upper limb intelligent force feedback motion control training system [M2] is a new generation of upper limb intelligent force feedback rehabilitation robot training system independently developed by Shanghai Fourier Intelligence. Based on core technologies such as force feedback, this training system can sense the patient's force and whether there is any spasticity when the patient completes the predetermined action, and then change the power assist or resistance of the device itself, so as to improve the upper limb motor dysfunction. Through goal-oriented training, M2 endows games with training, increases the enthusiasm of patients, and more effectively exercises the gross motor function and cognitive function of patients' upper limbs.
SAS software	SAS Institute		https://www.sas.com/en_in/home.html
SPSS software	IBM	version 26	https://www.ibm.com/products/spss-statistics