Miglioramento della funzione e delle capacità motorie dell'arto superiore dopo l'ictus attraverso un robot per la riabilitazione dell'arto superiore

Riepilogo

Questo protocollo descrive un robot per la riabilitazione degli arti superiori che fornisce un feedback intelligente attraverso quattro modalità. Queste modalità migliorano la funzione e la flessibilità degli arti superiori, migliorando così la qualità della vita dei pazienti.

Abstract

Gli accidenti cerebrovascolari, comunemente noti come ictus, rappresentano un evento neurologico prevalente che porta a disabilità significative degli arti superiori, influenzando così profondamente le attività della vita quotidiana degli individui e diminuendo la loro qualità di vita. I metodi di riabilitazione tradizionali per il recupero dell'arto superiore dopo l'ictus sono spesso ostacolati da limitazioni, tra cui l'affaticamento del terapista e del paziente, la dipendenza da singole metodologie di allenamento e la mancanza di motivazione sostenuta. Affrontando queste sfide, questo studio introduce un robot per la riabilitazione degli arti superiori, che utilizza il controllo intelligente del movimento di feedback per migliorare i risultati terapeutici. Il sistema si distingue per la sua capacità di regolare dinamicamente la direzione e l'entità del feedback di forza, in base al rilevamento di movimenti spastici durante gli esercizi, offrendo così un'esperienza terapeutica su misura. Questo sistema è dotato di quattro distinte modalità di allenamento, valutazione intelligente della gamma di movimento articolare e la possibilità di personalizzare i programmi di allenamento. Inoltre, offre un'esperienza di gioco interattiva coinvolgente abbinata a misure di sicurezza complete. Questo approccio multiforme non solo eleva il coinvolgimento e l'interesse dei partecipanti oltre i tradizionali protocolli di riabilitazione, ma dimostra anche miglioramenti significativi nella funzionalità degli arti superiori e nelle attività della vita quotidiana tra i pazienti emiplegici. Il sistema esemplifica uno strumento avanzato nella riabilitazione dell'arto superiore, offrendo una miscela sinergica di precisione, personalizzazione e coinvolgimento interattivo, ampliando così le opzioni terapeutiche disponibili per i sopravvissuti all'ictus.

Introduzione

L'ictus, identificato come un evento neurologico acuto causato dal blocco o dalla rottura dei vasi cerebrali, interrompe la circolazione cerebrale¹, classificandosi come la seconda causa di morte e uno dei principali fattori che contribuiscono alla disabilità a lungo termine in tutto il mondo. Il primo giorno successivo a un ictus, fino all'80% dei sopravvissuti sperimenta una disfunzione dell'arto superiore, con il 30%-66% che deve ancora affrontare sfide sei mesi dopo². Dopo un anno, quelli con menomazioni degli arti superiori riportano un aumento dell'ansia, una diminuzione della qualità della vita e una ridotta felicità³. Inoltre, entro 16 mesi dall'ictus, solo circa il 60% degli individui emiplegici che necessitano di riabilitazione ospedaliera raggiunge l'indipendenza funzionale nelle attività quotidiane di base, mentre coloro che soffrono di disabilità sensoriali, motorie e visive dipendono significativamente di più dal supporto del caregiver⁴. Inoltre, la disfunzione degli arti superiori ostacola l'utilità della mano, in particolare nota per l'aumento della tensione muscolare tra i flessori e gli estensori indeboliti durante le attività fisiche⁵.

Nonostante i vari sforzi di riabilitazione, affrontare efficacemente le lesioni agli arti superiori nei sopravvissuti all'ictus rappresenta una sfida formidabile⁶. L'allenamento ad alta intensità e ripetitivo ha mostrato risultati ottimali, ma richiede un notevole coinvolgimento del terapeuta, con conseguenti costi elevati e oneri logistici⁷. Pertanto, sono necessari interventi a basso costo che non aumentino il carico di lavoro dei terapisti aumentando l'interesse dei pazienti per la formazione. Il robot per la riabilitazione dell'arto superiore può fungere da trattamento alternativo per promuovere l'esercizio ad alta intensità e ridurre la dipendenza dai terapisti¹. Si tratta di un sistema robotico di riabilitazione con feedback intelligente dell'arto superiore di nuova concezione (vedi Tabella dei materiali). Il dispositivo è in grado di emettere metriche oggettive (come velocità, coppia, gamma di movimento, posizione, ecc.) per valutare e monitorare i miglioramenti dei pazienti e personalizzare il trattamento in base ai vari gradi di compromissione motoria. Ha un'elevata consistenza e riproducibilità per un uso diffuso. Inoltre, forti prove supportano l'allenamento ad alta intensità, alta ripetitività e orientato al compito nel facilitare il recupero motorio post-ictus⁸.

D'altra parte, i robot per la riabilitazione sono un approccio relativamente nuovo al trattamento assistito con vantaggi come l'elevata sicurezza^{e durata.} L'American Stroke Association ha recentemente pubblicato linee guida che riportano che l'allenamento motorio assistito da robot può aiutare i pazienti a migliorare la funzione motoria e la mobilità post-ictus in aggiunta alla terapia convenzionale¹⁰. Un articolo del 2018 sul Journal of Rehabilitation Medicine ha riportato che la combinazione dell'allenamento assistito da robot con la riabilitazione convenzionale può migliorare significativamente la funzione motoria degli arti superiori nei pazienti con ictus, giustificando la promozione clinica¹¹. Il sistema include quattro modalità di allenamento: allenamento a velocità costante, allenamento servoassistito, allenamento attivo e allenamento di resistenza e può condurre valutazioni della gamma di movimento articolare. Una revisione della riabilitazione assistita da robot per i pazienti con ictus subacuto ha indicato che gli interventi robotici hanno migliorato significativamente le funzioni degli arti superiori, in particolare nelle prestazioni di spalla, gomito e avambraccio, come valutato dalla Functional Independence Measure e dalla Fugl-Meyer Assessment Scale. Questi interventi hanno anche migliorato le attività della vita quotidiana, migliorando la qualità della vita¹⁰.

Questo studio mira a valutare l'efficacia di un robot di riabilitazione intelligente nel riabilitare le funzioni motorie degli arti superiori in pazienti con emiplegia post-ictus precoce, fornendo una base scientifica per le strategie di riabilitazione per i pazienti con ictus con emiplegia.

Protocollo

Questo studio è stato approvato dal comitato etico del Primo Ospedale Affiliato dell'Università di Zhejiang, in Cina, e tutti i protocolli di ricerca sono stati formulati in conformità con i principi della Dichiarazione di Helsinki. Tutti i pazienti hanno fornito il consenso informato scritto a partecipare a questo studio. Lo studio ha reclutato 24 pazienti con emiplegia degli arti superiori che sono stati ricoverati nel reparto di riabilitazione del Primo Ospedale Affiliato dell'Università di Zhejiang da gennaio 2023 a giugno 2023. I criteri di inclusione erano: primo ictus ischemico o emorragico confermato dal neuroimaging (TC o MRI), di età compresa tra 45 e 75 anni, entro 6 mesi dall'esordio, compromissione della funzione motoria degli arti superiori ed emiplegia unilaterale (Fugl-Meyer Assessment for Upper Extremity, FMA-UE ≤40)^12,13, scala Ashworth modificata ≤2¹⁴, Mini-Mental State Examination (MMSE) >20 (che indica un'adeguata funzione cognitiva)¹⁵, e una condizione clinicamente stabile con malattie sottostanti ben controllate e consenso informato firmato. I criteri di esclusione erano: condizione intracranica instabile, compromissione cognitiva e del linguaggio, sublussazione della spalla, compromissione della mobilità di spalla/gomito/polso, grave spasticità (Ashworth 3-4) e compromissione della vista. I dettagli del robot e del software utilizzato in questo studio sono elencati nella Tabella dei Materiali.

1. Disegno dello studio

1. Genera un numero casuale utilizzando il software SAS per dividere tutti i pazienti in due gruppi: sperimentale e di controllo, ciascuno contenente 12 pazienti.
2. Condurre valutazioni iniziali della funzione motoria dell'arto superiore e della capacità di auto-cura utilizzando FMA-UE¹², il punteggio di Brunnstrom (BRS)¹⁶ e l'indice di Barthel modificato (MBI)¹⁷ da un terapista della riabilitazione in cieco.
3. Somministrare la terapia farmacologica di base a tutti i pazienti durante lo studio, concentrandosi sul controllo della pressione sanguigna, sulla gestione della glicemia, sulla regolazione dei lipidi nel sangue, sulla prevenzione delle convulsioni, ecc.
4. Fornire al gruppo di controllo 30 minuti di allenamento di routine per la riabilitazione dell'arto superiore al giorno, inclusi esercizi di allenamento articolare attivo e passivo, rafforzamento muscolare ed esercizi di movimento delle dita¹⁸.
   1. Inoltre, includi 30 minuti di formazione sulla tavola abrasiva al giorno¹⁹. Offrire una terapia specializzata per la disfunzione degli arti inferiori, l'afasia, la disfagia e altri disturbi funzionali secondo necessità da terapisti professionisti, somministrata cinque volte a settimana per otto settimane.
5. Offri al gruppo sperimentale la stessa terapia di riabilitazione dell'arto superiore di routine di 30 minuti al giorno del gruppo di controllo, integrata con 30 minuti di allenamento del robot per la riabilitazione dell'arto superiore al giorno. Fornire una terapia equivalente per altri disturbi funzionali fornita al gruppo di controllo.

2. Fasi operative specifiche per il robot per la riabilitazione dell'arto superiore

1. Valutazione del range di movimento articolare e della capacità di controllo motorio
   1. Chiedere al paziente di sedersi davanti al robot, tenendo il torace a un pugno di distanza dalla piattaforma (Figura 1).
   2. Posizionare la mano interessata sul processore terminale del robot e utilizzare guanti e raccoglitori per fissare il polso e la mano per evitare che scivolino durante l'esercizio.
   3. Chiedere al paziente di muovere la parte superiore del braccio al massimo ed estenderlo il più possibile.
      NOTA: Lo strumento registrerà automaticamente la traiettoria del movimento della mano del paziente per determinare l'intervallo di movimento articolare attivo del paziente.
   4. Metti la mano sana sulla mano interessata e muovi al massimo la parte superiore del braccio interessata con l'assistenza del lato sano.
      NOTA: Lo strumento ha registrato la traiettoria del movimento della mano del paziente e ha ottenuto il range di movimento articolare passivo. Le misurazioni passive del range di movimento possono essere assistite dal terapista se il paziente ha una compromissione della mobilità bilaterale.
   5. Impostare i parametri di valutazione del controllo motorio, inclusi i tempi di ripetizione target, il tempo di esercizio singolo e il tempo di rilassamento singolo.
      NOTA: I parametri di valutazione del controllo motorio sono stati impostati dal terapista in base al punteggio FMA-UE¹²del paziente e alle valutazioni settimanali utilizzando il sistema di valutazione integrato nel robot, come l'aumento della difficoltà per i partecipanti con una migliore forza dell'arto superiore, l'aumento del numero di ripetizioni e la riduzione del tempo di riposo, per valutare in modo più accurato il controllo motorio del paziente.
   6. Controlla il punto di destinazione in modo che si sposti in direzioni diverse in base al percorso di movimento e alla direzione visualizzata sullo schermo.
      NOTA: Lo strumento valuterà la capacità di controllo motorio del paziente in base alle prestazioni motorie del paziente.
2. Selezione della modalità di allenamento
   1. Selezionare la modalità di allenamento passivo isocinetico se i muscoli degli arti superiori del paziente non possono contrarsi affatto o hanno solo una piccola quantità di contrazione (BRS 1-2).
      NOTA: Il robot fornisce un aiuto completo per guidare l'arto superiore interessato per l'attività di esercizio di allenamento del movimento passivo.
   2. Selezionare la modalità di allenamento del movimento ausiliario se l'arto superiore del paziente è in grado di eseguire un movimento articolare parziale, ma il movimento è molto leggero e la capacità di movimento volontario è scarsa (BRS 3).
      NOTA: Il sistema è in grado di fornire la forza ausiliaria corrispondente in tempo reale in base al grado di forza effettivo del paziente e di indurre la partecipazione attiva dell'arto superiore del paziente nella massima misura durante l'intero processo di allenamento per formare la corretta modalità di movimento.
   3. Selezionare la modalità di allenamento attivo se la forza muscolare dell'arto superiore del paziente può produrre una forza elevata o una resistenza parziale (BRS 4).
      NOTA: Il robot può rafforzare ulteriormente la capacità di movimento principale dell'arto superiore del paziente.
   4. Selezionare la modalità di allenamento di resistenza per migliorare ulteriormente la precisione e il controllo della mira dell'arto superiore del paziente se la forza dell'arto superiore del paziente è già forte e può resistere a una maggiore resistenza (BRS 5-6).
3. Selezione delle procedure di formazione
   1. Scegli la procedura di formazione, notando che il sistema fornisce più di 10 interessanti programmi di gioco in modo che i pazienti possano sperimentare diverse scene VR ed esperienze interattive, il che migliora notevolmente l'entusiasmo per la formazione dei pazienti (Figura 2).
4. Impostazione dei parametri di gioco
   1. Impostare il tempo di allenamento in base alle condizioni fisiche del paziente, che può essere di circa 10-20 minuti in generale.
      NOTA: Se la forza dell'arto superiore del paziente è buona, aumentare il tempo di allenamento singolo per migliorare la tolleranza all'esercizio del paziente. Se la forza dell'arto superiore del paziente è scarsa, selezionare un tempo di allenamento singolo più breve e consentire al paziente di completare il programma di allenamento in più sessioni.
   2. Impostare l'intervallo di movimento in base all'intervallo di movimento valutato dell'articolazione, selezionando tra intervallo completo, intervallo medio o intervallo di movimento ridotto.
   3. Impostare la traiettoria dell'attività in base alle caratteristiche della forza muscolare della parte superiore del braccio del paziente, scegliendo il percorso di attività appropriato per indirizzare e rafforzare i muscoli deboli.
   4. Impostare il valore di servoassistenza o resistenza in base alla forza muscolare del paziente.
      NOTA: Durante il processo di formazione, lo strumento può anche regolare automaticamente la forza di servoassistenza e di attrito in base all'effettivo feedback di forza del paziente.
   5. Imposta la soglia di protezione utilizzando la tecnologia di feedback meccanico per rilevare quando la forza del paziente raggiunge la soglia, indicando spasmi (che si manifestano come disagio, un improvviso aumento del tono muscolare o rigidità e blocco articolare anomali). Il dispositivo emetterà un allarme e si fermerà immediatamente per garantire la sicurezza dell'addestramento del paziente.
5. Processo di formazione specifico
   NOTA: I pazienti vengono addestrati con 2-3 oggetti di gioco al giorno e diversi oggetti di gioco possono essere cambiati regolarmente.
   1. Partecipa alla fattoria degli ortaggi: nella fattoria virtuale, chiedi al paziente di controllare le piccole mani per afferrare frutta e verdura e raccogliere quante più stelle possibile.
      NOTA: Questa attività si rivolge principalmente alla gamma di movimento nella flessione e nell'estensione del gomito e del polso.
   2. Partecipa a difendere la base: nella scena della base militare virtuale, chiedi al paziente di controllare accuratamente il bersaglio per sparare a tutti i mostri eliminati.
      NOTA: Questo esercizio mira a migliorare il controllo muscolare del gomito e del polso, migliorando la precisione delle azioni di tiro.
   3. Gioca a dodgeball a colori: su diverse strade e ostacoli, chiedi al paziente di controllare la palla per evitare ostacoli di diversi colori per ottenere monete d'oro.
      NOTA: Questo esercizio prevede movimenti di spalle, gomiti e polsi per migliorare la forza muscolare e la mobilità articolare.
   4. Naviga in Star Wars: nell'ambiente spaziale virtuale, chiedi al paziente di controllare la posizione dell'aereo da sparare per distruggere il virus evitando il movimento e gli attacchi nemici, allenando la resistenza muscolare e la forza di reazione.
      NOTA: Questo allenamento aumenta la resistenza, la velocità di reazione e la precisione degli arti superiori e migliora la coordinazione e la forza di gomito e spalla.
   5. Partecipare a una palla di qualità: Chiedi al paziente di controllare la palla per raggiungere e rimanere nel bersaglio; Più la palla è vicina al bersaglio, più alto è il punteggio.
      NOTA: Questa attività esercita la flessione del gomito, l'estensione, l'adduzione della spalla, l'abduzione e attiva i bicipiti e i tricipiti per un controllo preciso.
   6. Gioca a super ping-pong: nell'ambiente virtuale della palla, chiedi al paziente di controllare il tabellone da ping-pong per colpire la palla e giocare a ping pong con l'avversario. La difficoltà è avanzata e migliorata e le capacità di reazione e di coordinazione occhio-mano sono allenate.
   7. Impegnati nel mondo dei blocchi: chiedi al paziente di controllare il tiro a bersaglio per distruggere i blocchi, fai attenzione agli attacchi nemici e raccogli quante più monete possibile, allena la strategia di pensiero e la coordinazione occhio-mano.
   8. Gioca a palla: chiedi al paziente di controllare la palla per toccare il bersaglio; La palla è segnata, fai attenzione agli attacchi nemici e raccogli quante più monete possibile.
   9. Partecipa al leggendario artigliere: chiedi al paziente di tenere la maniglia ed esercitare continuamente forza nella direzione della freccia. I gruppi muscolari degli arti superiori sono a contrazione isometrica e la forza viene immagazzinata per sparare per distruggere il bersaglio.

3. Procedura di follow-up

1. Valutare nuovamente tutti i pazienti per FMA, BRS e MBI dopo 8 settimane di formazione dallo stesso terapista della riabilitazione.
2. Inserisci tutti i dati nel software per l'analisi statistica. Utilizzare un t-test a campione accoppiato per il confronto intra-gruppo e due t-test a campione indipendenti per il confronto tra gruppi. Considera P < 0,05 come statisticamente significativo.

Risultati

Un totale di 24 pazienti sono stati arruolati e assegnati in modo casuale al gruppo di controllo o sperimentale (Tabella 1). Non c'è stata alcuna differenza statisticamente significativa tra i due gruppi per sesso, età, durata della malattia o tipo di ictus (P > 0,05). Dopo 8 settimane di allenamento dell'arto superiore, il Fugl-Meyer Assessment for Upper Extremity (FMA-UE)¹² è stato utilizzato per valutare la funzione motoria dell'arto superiore, mentre il Brunnstrom ...

Discussione

Basandosi su ricerche precedenti²⁰, questo studio adotta un approccio integrato combinando l'allenamento robotico per la riabilitazione degli arti superiori con metodi terapeutici convenzionali per il recupero post-ictus. I risultati attuali suggeriscono che questa integrazione migliora sostanzialmente la funzione motoria dell'arto superiore e migliora la capacità di svolgere le attività della vita quotidiana (ADL), superando i risultati ottenuti con le sole tecniche di riabilitazione tradiziona...

Materiali

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