L'uso combinato di corrente stimolazione transcranica diretta e terapia robotica per l'arto superiore

Riepilogo

L'uso combinato di corrente continua la stimolazione transcranica e terapia robotica come un add-on per la terapia di riabilitazione convenzionale può provocare i risultati terapeutici migliorati grazie alla modulazione della plasticità del cervello. In questo articolo, descriviamo i metodi combinati utilizzati nel nostro Istituto per migliorare le prestazioni del motore dopo il colpo.

Abstract

Disordini neurologici come ictus e paralisi cerebrale sono principali cause di disabilità a lungo termine e possono portare a gravi incapacità e limitazione delle attività quotidiane a causa di menomazioni degli arti inferiori e superiori. Terapia intensiva fisica ed occupazionale sono ancora considerati principali trattamenti, ma sono allo studio nuove terapie dell'aggiunta alla riabilitazione standard che può ottimizzare risultati funzionali.

La stimolazione transcranica corrente continua (tDCS) è una tecnica di stimolazione cerebrale non invasivo che polarizza sottostanti regioni del cervello attraverso l'applicazione di deboli correnti continue attraverso gli elettrodi sul cuoio capelluto, modulazione dell'eccitabilità corticale. Crescente interesse per questa tecnica può essere attribuito al suo basso costo, facilità d'uso e gli effetti sulla plasticità neurale umano. Una recente ricerca è stata eseguita per determinare il potenziale clinico di tDCS nei diversi termini quali la depressione, la malattia del Parkinson e riabilitazione motoria dopo il colpo. tDCS aiuta a migliorare la plasticità cerebrale e sembra essere una tecnica promettente in programmi di riabilitazione.

Un numero di dispositivi robotici è stato sviluppato per aiutare nella riabilitazione della funzione dell'arto superiore dopo il colpo. La riabilitazione dei deficit motori è spesso un processo lungo che richiede approcci multidisciplinari per un paziente raggiungere la massima indipendenza. Questi dispositivi non si intendono sostituire la terapia di riabilitazione manuale; invece, sono stati progettati come strumento aggiuntivo per i programmi di riabilitazione, permettendo la percezione immediata dei risultati e monitoraggio dei miglioramenti, aiutando così i pazienti a rimanere motivati.

Sia tDSC e robot-assistita terapia sono promettenti Add-ons per riabilitazione del colpo e la modulazione della plasticità del cervello, di destinazione con diversi rapporti che descrivono il loro uso per essere associato con la terapia convenzionale e il miglioramento dei risultati terapeutici. Tuttavia, più recentemente, alcuni piccoli studi clinici sono stati sviluppati che descrivono l'uso associato di tDCS e robot-assistita terapia nella riabilitazione del colpo. In questo articolo, descriviamo i metodi combinati utilizzati nel nostro Istituto per migliorare le prestazioni del motore dopo il colpo.

Introduzione

Disturbi neurologici quali ictus, paralisi cerebrale e trauma cranico sono principali cause di disabilità a lungo termine, a causa di lesioni e successivi sintomi neurologici che possono portare a grave incapacità e la restrizione delle quotidiane attività¹. Disordini di movimento riducono significativamente la qualità della vita di un paziente. Recupero motorio è fondamentalmente guidato da neuroplasticità, il meccanismo di base sottostanti la riacquisizione delle abilità motorie perdita a causa di lesioni cerebrali^2,3. Così, terapie di riabilitazione sono fortemente basate su formazione intensiva della alto-dose e intensa ripetizione di movimenti per recuperare le forze e la gamma di movimento. Queste attività ripetitive sono basate sui movimenti di vita quotidiana, e i pazienti possono diventare meno motivati a causa del lento recupero motorio ed esercizi ripetitivi, che possono compromettere il successo di Neuroriabilitazione⁴. Terapia intensiva fisica ed occupazionale sono ancora considerati principali trattamenti, ma più recenti terapie dell'aggiunta alla riabilitazione standard stanno studiandi per ottimizzare risultati funzionali¹.

L'avvento delle terapie robot-assistita ha dimostrato di avere grande valore nella riabilitazione del colpo, influenzando i processi di plasticità sinaptica neuronale e riorganizzazione. Essi sono stati studiati per l'addestramento dei pazienti con funzioni neurologiche danneggiate e assistere le persone con disabilità⁵. Uno dei vantaggi più importanti dell'aggiunta di tecnologia dei robot per interventi riabilitativo è la sua capacità di fornire una formazione ad alta intensità e ad alto dosaggio, che altrimenti sarebbe stato un processo molto laborioso⁶. L'uso di terapie robotiche, insieme a programmi informatici di realtà virtuale, consente un'immediata percezione e valutazione del recupero motorio e possibile modificare azioni ripetitive in compiti funzionali significativi, interattivi come pulizia piano cottura⁷ . Questo può elevare la motivazione dei pazienti e l'adesione al processo di riabilitazione lunga e consente, attraverso la possibilità di misurare e quantificare i movimenti, rilevamento del loro progresso⁵. Integrazione della terapia robotica nella prassi corrente può aumentare l'efficacia e l'efficacia della riabilitazione e permettere lo sviluppo di nuovi modi di esercizio⁸.

Robot di riabilitazione terapeutica fornire una formazione di attività specifiche e può essere diviso in dispositivi di tipo end-effector ed esoscheletro-tipo dispositivi⁹. La differenza tra queste classificazioni è relativo a come il movimento viene trasmesso dal dispositivo al paziente. Dispositivi di attuatore hanno strutture più semplici, come contattare arto del paziente solo nella sua parte più distale, rendendo più difficile isolare il movimento di un'articolazione. Dispositivi basati su esoscheletro hanno disegni più complessi con una struttura meccanica che rispecchia la struttura scheletrica dell'arto, così un movimento dell'articolazione del dispositivo produrrà lo stesso movimento dell'arto del paziente^7,9.

Il T-WREX è un robot basato su esoscheletro che assiste i movimenti di tutto il braccio (spalla, gomito, avambraccio, polso e movimenti delle dita). Il braccio meccanico regolabile consente livelli variabili di sostegno di gravità, permettendo ai pazienti che hanno qualche funzione residua dell'arto superiore per raggiungere una maggiore gamma di movimento in una terapia spaziale tridimensionale^7,9attiva. Il MIT-MANUS è un robot di tipo end-effector che lavora in un unico piano (x e y) e permette che una gravità bidimensionale compensata terapia, assistenza spalla e gomito movimenti spostando la mano del paziente nel piano orizzontale o verticale^{9 , 10}. entrambi i robot hanno sensori di posizione incorporato che consente di quantificare il controllo motorio dell'arto superiore e recupero e un'interfaccia per l'integrazione di computer che permette 1) la formazione di attività funzionali significative simulato in un ambiente di apprendimento virtuale e 2) giochi di esercizio terapeutico, che aiutano la pratica del motore di pianificazione, i difetti del campo visivo, attenzione e coordinazione occhio-mano o trascura^7,9. Essi inoltre consentono per la compensazione degli effetti di gravità sull'arto superiore e sono in grado di offrire supporto e assistenza ai movimenti ripetitivi e stereotipati in pazienti severamente alterati. Questo riduce progressivamente assistenza come il soggetto migliora e si applica assistenza minima o resistenza al movimento per i pazienti leggermente alterati^9,11.

Un'altra nuova tecnica per la neuroriabilitazione è la stimolazione transcranica corrente continua (tDCS). tDCS è una tecnica di stimolazione cerebrale non invasiva che induce i cambiamenti di eccitabilità corticale attraverso l'uso di bassa ampiezza correnti continue applicate via cuoio capelluto elettrodi^12,13. A seconda della polarità del flusso corrente, eccitabilità del cervello può essere aumentato da stimolazione anodica o diminuito di cathodal stimolazione².

Recentemente, ci è stato interesse aumentato in tDCS, come esso è stato indicato per avere effetti benefici su una vasta gamma di malattie come ictus, epilessia, morbo di Parkinson, morbo di Alzheimer, fibromialgia, disturbi psichiatrici come la depressione, affettivo disordini e schizofrenia². tDCS presenta alcuni vantaggi, quali la sua relativamente basso costo, facilità d'uso, la sicurezza e gli effetti collaterali rari¹⁴. tDCS è anche un metodo indolore e può essere attendibilmente accecati nei test clinici, come ha un finto modalit๳. tDCS è probabile non ottimale per il recupero funzionale in proprio; Tuttavia, sta mostrando la promessa maggiore come terapia associata in riabilitazione, come migliora la plasticità di cervello¹⁵.

In questo protocollo, dimostriamo la terapia combinata di robot-assistita (con due robot di state-of-the-art) e neuromodulazione non invasiva con tDCS come metodo per migliorare i risultati di riabilitazione, oltre alla terapia fisica convenzionale. La maggior parte studia terapie robotiche che coinvolge o tDCS li hanno utilizzati come tecniche di isolato, e pochi hanno combinato di entrambi, che possono migliorare gli effetti benefici di là di ogni intervento da solo. Queste più piccole prove hanno dimostrato un possibile effetto sinergico fra le due procedure, con recupero del motore migliorato e capacità funzionale^{8,15,16,17,18, 19}. Di conseguenza, nuove terapie multi-modale possono migliorare il recupero di movimento oltre le possibilità attuali.

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Protocollo

Questo protocollo segue le linee guida del Comitato di etica di ricerca umana della nostra istituzione.

1. TDC

1. Controindicazioni e considerazioni speciali
   Nota: tDCS è una tecnica sicura che invia corrente costante e basso attraverso gli elettrodi, indurre cambiamenti nell'eccitabilità di un neurone dell'area stimolata.
   1. Prima dell'installazione del dispositivo, confermare che il paziente non ha delle controindicazioni al tDCS, come reazioni avverse al trattamento precedente di tDCS, dispositivi medici impiantati cervello o la presenza di protesi metalliche in testa.
   2. Utilizzare i seguenti criteri di inclusione: pazienti colpiti da ictus subacuta e cronica con luce a moderata del superiore-estremità hemiparesis. Altre controindicazioni comprendono i difetti del cranio, che potrebbero alterare l'intensità e la posizione del flusso di corrente, e soggetti devono essere liberi di instabili condizioni mediche come l'epilessia incontrollata.
   3. Ispezionare il cuoio capelluto del paziente accuratamente per lesioni cutanee, quali disturbi acuti o cronici della pelle, tagli o altri segni infiammatori. Evitare di posizionare gli elettrodi e stimolando aree con tali lesioni come precauzione di sicurezza.
2. Materiali per TDC
   1. Controllare se tutte le seguenti elencati materiali sono disponibili (Figura 1) prima di iniziare la procedura: tDCS dispositivo stimolatore, 9 V batteria, 2 elettrodi conduttivi, elettrodi 2 spugna, cavi, 2 fasce per la testa in gomma (o cinghie di Velcro, cinghie non conduttivo) , soluzione di sodio cloruro (NaCl), nastro di misurazione
3. Misure
   1. Siti di elettrodo sono solitamente definiti come 10/20 posizioni di EEG, come descritto in una precedente pubblicazione²⁰. Assicurarsi che il soggetto è comodamente seduto.
   2. In primo luogo, localizzare il vertice (Cz).
      1. Misurare la distanza da nasion (ponte del naso) o intersezione tra l'osso frontale e due ossa nasali per l'inion (protuberanza occipitale esterna o proiezione più prominente della protuberanza) e 50% di questa lunghezza. Contrassegnare questa posizione preliminare Cz come una linea, utilizzando una matita di olio o marcatore di base d'acqua non tossico.
      2. Misurare la distanza di sinistra e destra pre-auricular punti (cioè, l'area situata davanti al trago). Dividere questa distanza a metà e segnare il punto calcolato con una linea.
      3. Collegare entrambe le linee per creare una croce. L'intersezione di due linee corrisponderà al vertice (Cz) (Figura 2).
   3. Identificare il sito di destinazione sulla testa.
      Nota: Stimolazione anodica aumenta l'eccitabilità corticale nel tessuto cerebrale stimolata, mentre diminuisce in cathodal stimolazione. Gli studi precedenti hanno usato stimolazione anodica nell'emisfero leso o cathodal stimolazione dell'emisfero di contralesional al fine di diminuire l'eccitabilità corticale nella corteccia motoria inalterata e aumentarlo nella corteccia di motore interessata. In questo protocollo, descriveremo sia stimolazione biemisferico (con stimolazione anodica sia cathodal nella stessa sessione) e stimolazione anodica sopra la corteccia motoria primaria.
      1. Per individuare la corteccia motoria primaria (M1), utilizzare il 20% della distanza da Cz al punto verso sinistra o verso destra pre-auricular (Figura 3). Questa zona dovrebbe corrispondere alla posizione C3/C4 EEG.
      2. Posto l'anodo sopra la corteccia motoria centro di M1 dell'emisfero di ipsilesional e il catodo sopra la regione sovraorbitaria controlaterale (Fp) (Figura 3).
      3. In alternativa, posizionare l'anodo sopra la corteccia motoria centro della M1 di emisfero ipsilesional e il catodo sopra controlesionale M1. Le posizioni di M1 per gli elettrodi di tDCS sono situate alle scanalature C3 e C4 (Figura 3).
4. Preparazione della cute
   1. Ispezionare la pelle ed evitare stimolante sopra le lesioni o pelle danneggiata.
   2. Spostare i capelli lontano dal sito di stimolo per migliorare la conduttanza. Pulire la superficie della pelle, rimozione di eventuali segni di lozione e gel. Per i soggetti con capelli più spessi, usando gel conduttivo può essere necessario.
5. Posizionamento elettrodi e dispositivo di installazione²⁰
   1. Dopo aver preparato la pelle e localizzazione del luogo di stimolazione, posizionare una cinghia testa sotto inion, intorno alla circonferenza della testa. Fornire reggitesta costituito da materiale dielettrico e non assorbenti come elastico, Velcro, o cinghie di gomma.
   2. Bagnare le spugne con soluzione salina. Per una spugna di² cm 35, circa 6 mL di soluzione per ogni lato può essere sufficiente. Evitare oversoaking la spugna. Evitare di produrre perdite di fluido sopra l'oggetto. Se necessario, utilizzare una siringa per aggiungere più soluzione.
   3. Collegare i cavi al dispositivo tDCS. Assicurarsi che la polarità dei cavi è corretta, poiché gli effetti della tDCS sono polarità-specifici (come standardizzato: rosso corrisponde all'elettrodo anodo e nero o blu corrisponde all'elettrodo di catodo).
   4. Inserire saldamente la spina del cavo pin connettore l'inserto di gomma conduttiva.
   5. Inserire l'inserto di gomma conduttiva in spugna. Assicurarsi che l'inserto di gomma conduttiva intero è coperto dalla spugna e che il connettore del cavo pin non è visibile.
   6. Posizionare il primo elettrodo di spugna sotto la cinghia testa e assicurarsi che il fluido eccessivo non è rilasciato dalla spugna.
   7. Collegare entrambi testa cinghie elastiche, secondo il montaggio elettrodo pianificato.
   8. Posizionare il secondo elettrodo di spugna sulla testa sopra l'area stimolata, sotto il secondo elastico testa.
   9. Se la resistenza elettrica nel complesso di elettrodi e corpo è elevata, può indicare set-up inadeguato dell'elettrodo. Alcuni dispositivi forniscono la resistenza di misurazione, che deve essere inferiore a 5 kΩ, idealmente.
   10. Alcuni dispositivi forniscono un'indicazione continua della resistenza durante la stimolazione, che è un modo utile per rilevare situazioni potenzialmente pericolose (ad esempio un elettrodo asciutto). In tali casi, il dispositivo potrebbe finire o ridurre l'intensità di stimolazione se resistenza aumenta oltre una certa soglia.
6. Stimolazione
   1. Assicurarsi che il paziente è sveglio, rilassato e comodamente seduti durante la procedura di²¹.
   2. Regolare le impostazioni di stimolatore tDCS (intensità, tempo e condizione di sham, se applicabile). Secondo studi precedenti, si applicano a corrente continua per 20 minuti ad un'intensità di 1 mA.
      Nota: Per intervento di sham, la corrente di solito è applicata solo per i primi 30 s per dare al soggetto la sensazione di stimolazione. Questa durata è stata stabilita in parecchi studi come essendo efficace nel loro accecante all'intervento assegnato, senza stimolanti eccitabilità corticale²².
   3. Avviare la stimolazione tDCS. Avviare il flusso di corrente di dilagare la corrente per evitare gli effetti più negativi. Dilagare avviene automaticamente su alcuni dispositivi, ma se non lo è, aumentare lentamente la corrente durante l'iniziale 30 s di raggiungere il massimo programmato corrente (nel nostro protocollo, fino a 1 mA).
   4. Dopo aver iniziato la stimolazione elettrica, alcuni pazienti possono percepire sensazioni di prurito lieve temporanee, vertigini o vertigini. Questo può essere evitato dalla rampa della corrente su e giù all'inizio e alla fine di ogni sessione.
   5. Al termine della procedura, gradualmente rampa fuori la corrente per 30 s.
7. Dopo la procedura
   1. Per registrare e valutare la sicurezza della stimolazione, chiedere al paziente di compilare un questionario di comuni effetti avversi e le relative intensità dopo la procedura è fatta. Questi possono includere irritazione della pelle, nausea, mal di testa, sensazioni di bruciore, capogiri, formicolio o altri disagi.
   2. Spiegare al paziente che eventuali effetti collaterali sono generalmente di intensità lieve o moderata e di solito temporanea.
   3. Dopo tDCS, fare riferimento i pazienti sottoposti a terapia robotica.
      Nota: Nelle sezioni successive del presente protocollo, descriveremo l'uso delle versioni commerciali del MIT-Manus e T-WREX.

2. robotica terapia con MIT-Manus

1. Posizionamento
   Nota: Questo robot è un robot interattivo per la riabilitazione dell'arto superiore. La versione utilizzata nel nostro studio permette la formazione di movimento del polso sul piano orizzontale (planare).
   1. Assicurarsi che il soggetto è seduto su una sedia comoda ed ergonomica, garantiti da una cintura di sicurezza di quattro punti e rivolti verso lo schermo video.
   2. Assicurarsi che un terapeuta esperto sta supervisionando la formazione robotica.
   3. Posizionare la mano che sarà soggetti a formazione nell'impugnatura del manico robotico. Regolare entrambe le cinghie attorno al braccio del soggetto. Regolare il supporto sul retro del braccio in modo che rimane stabile durante l'allenamento.
   4. Posizionare l'estremità superiore del paretic come indicato: spalla a 30° di flessione, flessione del gomito di 90°, avambraccio in posizione metà-incline, polso in posizione neutra.
   5. Durante il funzionamento della macchina, assicurarsi che il movimento delle articolazioni della spalla e gomito gamma è limitato a circa 45°. Assicurarsi che il braccio è immobilizzato, e il polso ha libertà di movimento. Movimento è possibile sul piano orizzontale (in tutte le direzioni possibili).
2. Formazione
   1. Il numero di movimenti in una sessione di allenamento robotico è variabile; Tuttavia, è comune per eseguire circa 320 ripetizioni in ogni direzione possibile di un aereo all'interno di un aereo stesso.
   2. Lo schermo dei video mostra spunti dei compiti che il soggetto deve eseguire e dà un feedback costante della posizione del braccio.
   3. Software del robot ha diversi giochi di esercizio terapeutico per la formazione di motore. Il feedback visivo consiste solitamente di una palla gialla che il paziente deve muoversi tra gli obiettivi. Sono disponibili altri scenari di formazione.
   4. Il robot solo aiuterà il paziente se necessario; ad esempio, se il soggetto non può realizzare il movimento previsto entro 2 s, la macchina aiuterà a completare il suo movimento. Se il soggetto non dispone di sufficiente coordinazione motoria per svolgere il movimento previsto, il robot vi guiderà il braccio del soggetto per eseguire il movimento appropriato.

3. allenamento con braccio MIT-Manus

Nota: Questo braccio robotico permette la formazione di flessione del gomito ed estensione, spalla di protraction e retrazione e spalla di rotazione interna ed esterna su un piano orizzontale.

1. Posizionamento
   1. Per il braccio di MIT-MANUS, assicurarsi che il soggetto è seduto comodamente. Regolare di conseguenza le cinture di sicurezza. Posizione destra o sinistra del paziente il braccio del robot e regolare entrambe le cinghie.
   2. Regolare l'altezza del robot come necessario. Regolare l'altezza della tabella come necessario.
   3. Se non c'è alcun disagio o dolore, premere il pulsante di arresto di emergenza per spegnere immediatamente il robot.
2. Formazione
   1. Calibrare la macchina da chiedendo al soggetto di muovere il suo braccio lungo le linee.
   2. Il robot solo aiuterà il paziente se necessario. Ad esempio, se il soggetto non può realizzare il movimento previsto entro 2 s, la macchina aiuterà a completare il suo movimento. Se il soggetto non dispone di sufficiente coordinazione motoria per svolgere il movimento previsto, il robot vi guiderà il braccio del soggetto per eseguire il movimento appropriato.
      Nota: Software del robot ha diversi giochi di esercizio terapeutico per la formazione di motore. Il feedback visivo consiste solitamente di una palla gialla che il paziente deve muoversi tra gli obiettivi. Sono disponibili altri scenari di formazione.

4. allenamento con T-WREX

1. Posizionamento
   Nota: Il T-WREX è costituito da un esoscheletro che si inserisce il braccio del soggetto e permette la libera circolazione di spalla, gomito e giunti di polso in un ambiente tridimensionale.
   1. Garantire che il soggetto è seduto su una sedia comoda ed ergonomica, rivolti verso lo schermo dei video, che fornisce un feedback visivo e uditivo in un ambiente di realtà virtuale, aiutando il paziente a raggiungere il suo obiettivo.
   2. Posizionare il paziente seduto davanti al modulo principale del robot. Utilizzare il telecomando fornito per regolare altezza dell'esoscheletro conseguenza. Regolare il braccio del robot esoscheletro lato corrispondente dell'arto del paziente che sarà addestrato (sinistra o destra).
   3. Lasciare circa 4 dita di altezza sopra la spalla.
   4. Regolare dell'arto del paziente nella esoscheletro, regolazione della cinghia sul braccio e avambraccio.
   5. Regolare la lunghezza del braccio di esoscheletro e dell'avambraccio di conseguenza, così come il bilanciamento del peso (gravità) necessaria per il braccio (A I) e dell'avambraccio (da A E). Si compone di una scala lineare di sostegno di gravità, dove A non ha nessun supporto di gravità.
   6. Ingresso queste misurazioni al computer.
   7. Prima di iniziare l'addestramento, regolare e calibrare dei limiti di movimento del robot, secondo le capacità del paziente.
   8. Per testare il campo del movimento, chiedere al paziente di spostare il cubo in tutte le direzioni dello schermo.
2. Formazione
   1. In ogni sessione, hanno l'individuo eseguire circa 72 ripetizioni del movimento verso destinazioni funzionali diverse (una sessione di formazione T-WREX solitamente dura circa 60 minuti).
   2. Tra ogni movimento, consentire un intervallo di 10 secondi per prevenire l'affaticamento. Le 72 ripetizioni sono suddivise in 3 blocchi di 24 movimenti ogni. Consentire un intervallo di 5 minuti tra ogni blocco di 24 movimenti.

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Risultati

Stimolazione cerebrale non invasiva con TDC ha recentemente suscitato interesse a causa dei suoi potenziali effetti neuroplastici, attrezzature relativamente poco costoso, facilità d'uso e pochi effetti collaterali²². Gli studi hanno indicato quel Neuromodulazione di tDCS ha il potenziale per modulare l'eccitabilità corticale e plasticità, favorendo così i miglioramenti nella prestazione del motore attraverso la plasticità sinaptica stimolando la corteccia mot...

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Discussione

In questo protocollo, descriviamo un protocollo di terapia standard per la stimolazione combinata tDCS associati e terapia robotica, utilizzato come complemento ai programmi di riabilitazione convenzionale in pazienti con problemi di braccio. Obiettivo del protocollo è quello di migliorare la mobilità e la funzione motoria. È importante osservare sulla rampa e rampa-off della macchina tDCS per evitare qualsiasi rischio di effetti avversi. tDCS è una tecnica sicura con pochi effetti collaterali descritti in letteratur...

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Materiali

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