Melhorando a função do membro superior e as habilidades motoras pós-AVC por meio de um robô de reabilitação de membros superiores

Resumo

Este protocolo descreve um robô de reabilitação de membros superiores que fornece feedback inteligente por meio de quatro modos. Esses modos melhoram a função e a flexibilidade dos membros superiores, melhorando assim a qualidade de vida dos pacientes.

Resumo

Os acidentes vasculares cerebrais, comumente conhecidos como acidentes vasculares cerebrais, representam um evento neurológico prevalente que leva a incapacidades significativas nos membros superiores, afetando profundamente as atividades de vida diária dos indivíduos e diminuindo sua qualidade de vida. Os métodos tradicionais de reabilitação para recuperação de membros superiores pós-AVC são frequentemente prejudicados por limitações, incluindo fadiga do terapeuta e do paciente, dependência de metodologias de treinamento singulares e falta de motivação sustentada. Abordando esses desafios, este estudo apresenta um robô de reabilitação de membros superiores, que usa controle de movimento de feedback inteligente para melhorar os resultados terapêuticos. O sistema se distingue por sua capacidade de ajustar a direção e a magnitude do feedback de força dinamicamente, com base na detecção de movimentos espásticos durante os exercícios, oferecendo assim uma experiência terapêutica personalizada. Este sistema está equipado com quatro modos de treinamento distintos, avaliação inteligente da amplitude de movimento articular e a capacidade de personalizar programas de treinamento. Além disso, oferece uma experiência de jogo interativa imersiva, juntamente com medidas de segurança abrangentes. Essa abordagem multifacetada não apenas eleva o envolvimento e o interesse dos participantes além dos protocolos tradicionais de reabilitação, mas também demonstra melhorias significativas na funcionalidade dos membros superiores e nas atividades da vida diária entre pacientes hemiplégicos. O sistema exemplifica uma ferramenta avançada na reabilitação de membros superiores, oferecendo uma mistura sinérgica de precisão, personalização e envolvimento interativo, ampliando assim as opções terapêuticas disponíveis para sobreviventes de AVC.

Introdução

O acidente vascular cerebral, identificado como um evento neurológico agudo causado pelo bloqueio ou ruptura de vasos cerebrais, interrompe a circulação cerebral¹, classificando-se como a segunda principal causa de morte e um dos principais contribuintes para a incapacidade de longo prazo em todo o mundo. No primeiro dia após um AVC, até 80% dos sobreviventes apresentam disfunção do membro superior, com 30% a 66% ainda enfrentando desafios seis meses depois². Após um ano, aqueles com deficiências nos membros superiores relatam ansiedade aumentada, diminuição da qualidade de vida e felicidade reduzida³. Além disso, 16 meses após o AVC, apenas cerca de 60% dos indivíduos hemiplégicos que necessitam de reabilitação hospitalar atingem independência funcional nas atividades diárias básicas, sendo que aqueles que sofrem de deficiências sensoriais, motoras e visuais dependem significativamente mais do apoio do cuidador⁴. Além disso, a disfunção do membro superior impede a utilidade da mão, particularmente notada pelo aumento da tensão muscular entre flexores e extensores enfraquecidos durante tarefas físicas⁵.

Apesar de vários esforços de reabilitação, o tratamento eficaz de lesões nos membros superiores em sobreviventes de AVC apresenta um desafio formidável⁶. O treinamento de tarefas repetitivas e de alta intensidade mostrou resultados ideais, mas exige um envolvimento considerável do terapeuta, levando a altos custos e encargos logísticos⁷. Portanto, são necessárias intervenções de baixo custo que não aumentem a carga de trabalho dos terapeutas e aumentem o interesse do paciente pelo treinamento. O robô de reabilitação de membros superiores pode servir como um tratamento alternativo para promover exercícios de alta intensidade e reduzir a dependência de terapeutas¹. É um sistema robótico de reabilitação de feedback inteligente de membro superior recém-desenvolvido (consulte a Tabela de Materiais). O dispositivo pode produzir métricas objetivas (como velocidade, torque, amplitude de movimento, posição, etc.) para avaliar e monitorar as melhorias dos pacientes e personalizar o tratamento de acordo com vários graus de comprometimento motor. Possui alta consistência e reprodutibilidade para uso generalizado. Além disso, fortes evidências apóiam o treinamento de alta intensidade, alta repetitividade e orientado a tarefas para facilitar a recuperação motora pós-AVC⁸.

Por outro lado, os robôs de reabilitação são uma abordagem de tratamento assistido relativamente nova, com vantagens como alta segurança e durabilidade⁹. A American Stroke Association divulgou recentemente diretrizes relatando que o treinamento motor assistido por robô pode ajudar os pacientes a melhorar a função motora e a mobilidade pós-AVC, além da terapia convencional¹⁰. Um artigo de 2018 no Journal of Rehabilitation Medicine relatou que a combinação de treinamento assistido por robô com reabilitação convencional pode melhorar significativamente a função motora dos membros superiores em pacientes com AVC, justificando a promoção clínica¹¹. O sistema inclui quatro modos de treinamento: treinamento de velocidade constante, treinamento assistido por força, treinamento ativo e treinamento de resistência, e pode realizar avaliações da amplitude de movimento articular. Uma revisão da reabilitação assistida por robô para pacientes com AVC subagudo indicou que as intervenções robóticas melhoraram significativamente as funções dos membros superiores, particularmente no desempenho do ombro, cotovelo e antebraço, conforme avaliado pela Medida de Independência Funcional e pela Escala de Avaliação de Fugl-Meyer. Essas intervenções também melhoraram as atividades de vida diária, melhorando a qualidade de vida¹⁰.

Este estudo tem como objetivo avaliar a eficácia de um robô de reabilitação de feedback inteligente na reabilitação das funções motoras dos membros superiores em pacientes com hemiplegia pós-AVC precoce, fornecendo uma base científica para estratégias de reabilitação para pacientes com AVC com hemiplegia.

Protocolo

Este estudo foi aprovado pelo comitê de ética do Primeiro Hospital Afiliado da Universidade de Zhejiang, China, e todos os protocolos de pesquisa foram formulados em conformidade com os princípios da Declaração de Helsinque. Todos os pacientes assinaram o termo de consentimento livre e esclarecido para participar deste estudo. O estudo recrutou 24 pacientes com hemiplegia de membros superiores que foram internados na enfermaria de reabilitação do Primeiro Hospital Afiliado da Universidade de Zhejiang de janeiro de 2023 a junho de 2023. Os critérios de inclusão foram: primeiro acidente vascular cerebral isquêmico ou hemorrágico confirmado por neuroimagem (TC ou RM), idade entre 45 e 75 anos, até 6 meses de início, comprometimento da função motora do membro superior e hemiplegia unilateral (Fugl-Meyer Assessment for Upper Extremity, FMA-UE ≤40)^12,13, Escala de Ashworth modificada ≤2¹⁴, Mini-Exame do Estado Mental (MEEM) >20 (indicando função cognitiva adequada)¹⁵e uma condição clinicamente estável com doenças subjacentes bem controladas e consentimento informado assinado. Os critérios de exclusão foram: condição intracraniana instável, comprometimento cognitivo e de linguagem, subluxação do ombro, comprometimento da mobilidade do ombro/cotovelo/punho, espasticidade grave (Ashworth 3-4) e deficiência visual. Os detalhes do robô e do software usado neste estudo estão listados na Tabela de Materiais.

1. Desenho do estudo

1. Gere um número aleatório usando o software SAS para dividir todos os pacientes em dois grupos: experimental e controle, cada um contendo 12 pacientes.
2. Realizar avaliações iniciais da função motora do membro superior e da capacidade de autocuidado usando FMA-UE¹², escore de Brunnstrom (BRS)¹⁶ e índice de Barthel modificado (MBI)¹⁷ por um terapeuta de reabilitação cego.
3. Administre terapia medicamentosa básica a todos os pacientes durante o estudo, com foco no controle da pressão arterial, controle da glicose no sangue, regulação lipídica no sangue, prevenção de convulsões, etc.
4. Fornecer ao grupo controle 30 minutos de treinamento diário de reabilitação de membros superiores de rotina, incluindo treinamento articular ativo e passivo, fortalecimento muscular e exercícios de movimento dos dedos¹⁸.
   1. Além disso, inclua 30 minutos de treinamento de prancha de lixa diariamente¹⁹. Oferecer terapia especializada para disfunção dos membros inferiores, afasia, disfagia e outros distúrbios funcionais, conforme necessário por terapeutas profissionais, administrada cinco vezes por semana durante oito semanas.
5. Ofereça ao grupo experimental a mesma terapia de reabilitação de membros superiores de rotina de 30 minutos que o grupo controle diariamente, complementada com 30 minutos de treinamento diário de robôs de reabilitação de membros superiores. Fornecer terapia equivalente para outros distúrbios funcionais fornecida ao grupo controle.

2. Etapas específicas de operação para o robô de reabilitação de membros superiores

1. Avaliação da amplitude de movimento articular e da capacidade de controle motor
   1. Peça ao paciente para sentar em frente ao robô, mantendo o peito a um soco de distância da plataforma (Figura 1).
   2. Coloque a mão afetada no processador final do robô e use luvas e fichários para prender o pulso e a mão para evitar escorregões durante o exercício.
   3. Peça ao paciente para mover o braço ao máximo e estendê-lo o máximo possível.
      NOTA: O instrumento registrará automaticamente a trajetória do movimento da mão do paciente para determinar a faixa de movimento articular ativo do paciente.
   4. Coloque a mão saudável na mão afetada e mova ao máximo o braço afetado com a ajuda do lado saudável.
      NOTA: O instrumento registrou a trajetória do movimento da mão do paciente e obteve a amplitude de movimento da articulação passiva. As medições passivas da amplitude de movimento podem ser auxiliadas pelo terapeuta se o paciente tiver comprometimento bilateral da mobilidade.
   5. Defina os parâmetros de avaliação do controle motor, incluindo tempos de repetição alvo, tempo de exercício único e tempo de relaxamento único.
      NOTA: Os parâmetros de avaliação do controle motor foram definidos pelo terapeuta de acordo com a pontuação FMA-UE¹²do paciente e avaliações semanais usando o sistema de avaliação integrado do robô, como aumentar a dificuldade para os participantes com melhor força de membros superiores, aumentar o número de repetições e reduzir o tempo de descanso, para avaliar com mais precisão o controle motor do paciente.
   6. Controle o ponto alvo para se mover em diferentes direções de acordo com o caminho e a direção do movimento exibidos na tela.
      NOTA: O instrumento avaliará a capacidade de controle motor do paciente de acordo com o desempenho motor do paciente.
2. Seleção do modo de treinamento
   1. Selecione o modo de treinamento passivo isocinético se os músculos dos membros superiores do paciente não puderem se contrair ou tiverem apenas uma pequena quantidade de contração (BRS 1-2).
      NOTA: O robô fornece ajuda completa para conduzir o membro superior afetado para a tarefa de exercício de treinamento de movimento passivo.
   2. Selecione o modo de treinamento de movimento auxiliar se o membro superior do paciente puder realizar movimento articular parcial, mas o movimento for muito leve e a capacidade de movimento voluntário for ruim (BRS 3).
      NOTA: O sistema pode fornecer a força auxiliar correspondente em tempo real de acordo com o grau de força real do paciente e induzir a participação ativa do membro superior do paciente ao máximo durante todo o processo de treinamento para formar o modo de movimento correto.
   3. Selecione o modo de treinamento ativo se a força muscular do membro superior do paciente puder produzir grande força ou resistência parcial (BRS 4).
      NOTA: O robô pode fortalecer ainda mais a capacidade de movimento principal do membro superior do paciente.
   4. Selecione o modo de treinamento resistido para melhorar ainda mais a precisão e o controle do controle do membro superior do paciente se a força do membro superior do paciente já for forte e puder resistir a uma resistência maior (BRS 5-6).
3. Seleção dos procedimentos de formação
   1. Escolha o procedimento de treinamento, observando que o sistema oferece mais de 10 programas de jogos interessantes para que os pacientes possam experimentar diferentes cenas de RV e experiências interativas, o que melhora muito o entusiasmo do treinamento dos pacientes (Figura 2).
4. Definindo parâmetros do jogo
   1. Defina o tempo de treinamento de acordo com a condição física do paciente, que pode ser de cerca de 10 a 20 minutos em geral.
      NOTA: Se a força do membro superior do paciente for boa, aumente o tempo de treinamento único para melhorar a tolerância ao exercício do paciente. Se a força do membro superior do paciente for baixa, selecione um tempo de treinamento único mais curto e permita que o paciente conclua o programa de treinamento em várias sessões.
   2. Defina a amplitude de movimento de acordo com a amplitude de movimento avaliada da articulação, selecionando entre amplitude de movimento completa, média ou pequena.
   3. Defina a trajetória da atividade de acordo com as características da força muscular do braço do paciente, escolhendo o caminho de atividade apropriado para atingir e fortalecer os músculos fracos.
   4. Defina o valor de potência, assistência ou resistência de acordo com a força muscular do paciente.
      NOTA: Durante o processo de treinamento, o instrumento também pode ajustar automaticamente a assistência de potência e a força de atrito de acordo com o feedback de força real do paciente.
   5. Defina o limite de proteção usando a tecnologia de feedback mecânico para detectar quando a força do paciente atinge o limite, indicando espasmos (manifestados como desconforto, aumento repentino no tônus muscular ou rigidez e travamento anormais das articulações). O dispositivo emitirá um alarme e parará imediatamente para garantir a segurança do treinamento do paciente.
5. Processo de treinamento específico
   NOTA: Os pacientes são treinados com 2-3 itens de jogo por dia, e diferentes itens de jogo podem ser alterados regularmente.
   1. Envolva-se na fazenda de vegetais: Na fazenda virtual, peça ao paciente para controlar as mãozinhas para pegar frutas e legumes e coletar o máximo de estrelas possível.
      NOTA: Esta atividade visa principalmente a amplitude de movimento na flexão e extensão do cotovelo e do punho.
   2. Participe em defender a base: Na cena da base militar virtual, peça ao paciente para controlar com precisão o alvo para atirar em todos os monstros eliminados.
      NOTA: Este exercício visa melhorar o controle muscular no cotovelo e no pulso, melhorando a precisão das ações de tiro.
   3. Jogue queimada colorida: Em diferentes estradas e obstáculos, peça ao paciente para controlar a bola para evitar obstáculos de cores diferentes para obter moedas de ouro.
      NOTA: Este exercício envolve movimentos de ombro, cotovelo e punho para melhorar a força muscular e a mobilidade articular.
   4. Navegue em Star Wars: No ambiente do espaço virtual, peça ao paciente para controlar a posição da aeronave a ser atirada para destruir o vírus, evitando movimentos e ataques inimigos, treinando resistência muscular e força de reação.
      NOTA: Este treinamento aumenta a resistência dos membros superiores, a velocidade de reação e a precisão e melhora a coordenação e a força do cotovelo e do ombro.
   5. Participe de uma bola de qualidade: Peça ao paciente para controlar a bola para alcançar e ficar no alvo; Quanto mais perto a bola estiver do alvo, maior será a pontuação.
      NOTA: Esta atividade exercita a flexão do cotovelo, extensão, adução do ombro, abdução e ativa o bíceps e o tríceps para um controle preciso.
   6. Jogue super pingue-pongue: No ambiente de bola virtual, peça ao paciente para controlar o tabuleiro de pingue-pongue para acertar a bola e jogar tênis de mesa com o adversário. A dificuldade é avançada e atualizada, e as habilidades de reação e coordenação olho-mão são treinadas.
   7. Envolva-se no mundo dos blocos: Peça ao paciente para controlar o tiro certeiro para destruir blocos, cuidado com os ataques inimigos e coletar o máximo de moedas possível, treinar a estratégia de pensamento e a coordenação olho-mão.
   8. Jogar bola: Peça ao paciente para controlar a bola para tocar o alvo; A bola é marcada, cuidado com os ataques inimigos e colete o máximo de moedas possível.
   9. Participe do artilheiro lendário: Peça ao paciente para segurar a alça e exercer força continuamente na direção da flecha. Os grupos musculares dos membros superiores são contração isométrica e a força é armazenada para disparar para destruir o alvo.

3. Procedimento de acompanhamento

1. Avalie todos os pacientes para FMA, BRS e MBI novamente após 8 semanas de treinamento pelo mesmo terapeuta de reabilitação.
2. Insira todos os dados no software para análise estatística. Use um teste t de amostra pareada para comparação intragrupo e dois testes t de amostra independente para comparação intergrupo. Considere P < 0,05 como estatisticamente significativo.

Resultados

Um total de 24 pacientes foram incluídos e aleatoriamente designados para o grupo controle ou experimental (Tabela 1). Não houve diferença estatisticamente significativa entre os dois grupos para sexo, idade, duração da doença ou tipo de AVC (P > 0,05). Após 8 semanas de treinamento de membros superiores, o Fugl-Meyer Assessment for Upper Extremity (FMA-UE)¹² foi utilizado para avaliar a função motora do membro superior, enquanto o Brunnstrom Recovery Stage for A...

Discussão

Com base em pesquisas anteriores²⁰, este estudo adota uma abordagem integrada, combinando treinamento robótico para reabilitação de membros superiores com métodos terapêuticos convencionais para recuperação pós-AVC. Os achados atuais sugerem que essa integração melhora substancialmente a função motora do membro superior e melhora a capacidade de realizar atividades de vida diária (AVDs), superando os resultados alcançados apenas com as técnicas tradicionais de reabilitação.

Materiais

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