Совместное использование текущего транскраниальной прямой стимуляции и роботизированной терапии для верхней конечности

Резюме

Комбинированное использование постоянного тока транскраниальной стимуляции и робототехнические терапии как дополнение для обычных реабилитационной терапии может привести к улучшению терапевтических результатов за счет модуляции пластичности мозга. В этой статье мы опишем комбинированные методы, используемые в нашем институте повышения производительности мотор после инсульта.

Аннотация

Неврологических расстройств, таких как инсульт и ДЦП, являются основными причинами долгосрочной инвалидности и может привести к тяжелой инвалидности и ограничения повседневной деятельности из-за дефектов нижних и верхних конечностей. Интенсивной физической и трудовой терапии по-прежнему считаются основными процедурами, но в настоящее время изучаются новые адъюнкт терапии для стандартной реабилитации, который может оптимизировать функциональных результатов.

Постоянного тока транскраниальной стимуляции (ЦТД) — метод неинвазивной мозга стимуляции поляризовывает основных регионах мозга через применение слабых токов прямой через электроды на волосистой части головы, модулирует корковой возбудимости. Его низкая стоимость, простота использования и воздействия на человека пластичности нейронных может объясняться повышение интереса к этой технике. Недавние исследования была выполнена для определения клинической потенциал ЦТД в различных условиях, например, депрессии, болезни Паркинсона и двигательной реабилитации после инсульта. ЦТД помогает усилить пластичности мозга и представляется перспективным технику в реабилитационных программах.

Целый ряд роботов устройств были разработаны для оказания помощи в восстановлении функции верхней конечности после инсульта. Реабилитация моторного дефицита является часто длительный процесс, требующий применения междисциплинарных подходов для пациента для достижения максимальной независимости. Эти устройства не намерены заменить ручной реабилитационной терапии; Вместо этого они были разработаны в качестве дополнительного инструмента для реабилитационных программ, позволяя немедленное восприятие результатов и отслеживания улучшений, тем самым помогая пациентам остаться мотивированный.

TDSC и робот с помощью терапии являются перспективным дополнения к реабилитации инсульта и целевых модуляции пластичности мозга, с несколькими отчетами, описывающие их использование должно ассоциироваться с обычной терапии и улучшение терапевтических результатов. Однако совсем недавно, некоторые небольшие клинические испытания были разработаны описывающих связано использование ЦТД и робот с помощью терапии инсульта реабилитации. В этой статье мы опишем комбинированные методы, используемые в нашем институте повышения производительности мотор после инсульта.

Введение

Неврологических расстройств, таких как инсульт, ДЦП и черепно-мозговой травмы, являются основными причинами долгосрочной инвалидности, вследствие поражения и последующих неврологические симптомы, которые могут привести к тяжелой инвалидности и ограничения повседневной деятельности¹. Двигательные расстройства значительно снижают качество жизни пациента. Мотор восстановления определяется принципиально нейропластичности, основной механизм, лежащий в основе уменьшаем моторных навыков, потерянных из-за поражения мозга^2,3. Таким образом сильно реабилитации терапии основаны на высок дозы интенсивной подготовки и интенсивной повторение движений, чтобы восстановить силы и диапазон движения. Эти повторяющиеся мероприятия основаны на повседневной жизни движений, и пациенты могут стать менее мотивированными ввиду медленного восстановления мотор и повторяющихся упражнений, которые могут ухудшить успех Нейрореабилитация⁴. Интенсивной физической и трудовой терапии по-прежнему считаются основными процедурами, но в настоящее время изучаются новые адъюнкт терапии для стандартной реабилитации для оптимизации функциональных результатов¹.

Появление роботов помощь терапии было показано, имеют большое значение в реабилитации инсульта, влияющие на процессы синаптической пластичности нейрональных и реорганизации. Они были исследованы для подготовки больных с поврежденной неврологических функций и оказания помощи людям с ограниченными возможностями⁵. Одним из наиболее важных преимуществ добавления робот технологии rehabilitive вмешательств является его способность доставить высокой интенсивности и высокой дозировке обучения, которая в противном случае будет очень трудоемкий процесс⁶. Использование роботов терапии, наряду с виртуальной реальности компьютерные программы, обеспечивает немедленное восприятие и оценку мотор восстановления и может изменить повторяющиеся действия в значимые, интерактивные функциональных задач, таких как уборка плита⁷ . Это может повысить уровень мотивации и приверженности процессу долгосрочной реабилитации пациентов и позволяет, через возможность измерения и количественного определения движения, отслеживать их прогресс⁵. Интеграции роботизированных терапии в текущей практики может повысить действенность и эффективность реабилитации и содействовать развитию новых видов упражнений⁸.

Лечебная реабилитация роботы обеспечить подготовку конкретных задач и можно разделить в конце эффекторных тип устройства и экзоскелет тип устройства⁹. Разница между этими классификациями связана с как движение передается от устройства для пациента. Конец эффекторных устройства имеют простой структуры, обратившись конечности пациента только в его наиболее дистальной части, что делает его более трудным изолировать движение одного сустава. Устройства на базе экзоскелет имеют более сложные конструкции с механической структуры, которая отражает структуру скелета конечностей, поэтому движение сустава устройства будет производить такое же движение на конечности пациента^7,9.

T-WREX является экзоскелет основе робот, который помогает вся рука движений (плеча, локтя, предплечья, запястья и движениями пальцев). Регулируемый механические АРМ позволяет различные уровни поддержки гравитации, позволяя пациентам, которые имеют некоторые остаточные верхней конечности функции для достижения большего активный диапазон движения в трехмерной пространственной терапии^7,9. MIT-Манус является конец эффекторных тип робота, который работает в единый план (x и y) и позволяет что двумерные тяжести компенсируется терапии, оказания плечо и локоть движений, перемещая рук пациента в горизонтальной или вертикальной плоскости^{9 , 10}. обе роботы имеют встроенные датчики которые могут количественно охарактеризовать верхней конечности моторного контроля и восстановления и интерфейс для интеграции компьютера, что позволяет 1) подготовка значимого функциональных задач моделирования в среде виртуального обучения и 2) игры терапевтические упражнения, которые помогают практику планирования, координации, внимание и визуального поля дефекты глаз рука мотор или пренебрегает^7,9. Они также позволяют для компенсации воздействия гравитации на верхней конечности и способны предложить поддержку и помощь для повторяющихся и стереотипных движений в сильно ослабленным пациентам. Это постепенно уменьшает помощи как тема улучшает и применяет минимальную помощь или сопротивление движению за мягко ослабленным пациентам^9,11.

Еще одна новая техника для Нейрореабилитация-постоянного тока транскраниальной стимуляции (ЦТД). ЦТД является Неинвазивная мозга стимуляции метод, который вызывает изменения корковой возбудимости с помощью прямого тока применяется низкой амплитуде через ^12,головы электроды¹³. В зависимости от полярности текущего потока можно увеличить одна раздражением или снизились на cathodal стимуляции²возбудимость мозга.

Недавно наблюдается повышенный интерес к ЦТД, как было показано, оказывают благотворное воздействие на широкий спектр заболеваний, таких как инсульт, эпилепсия, болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера, фибромиалгии, психических расстройств, как депрессия, аффективные расстройства и шизофрении². ЦТД имеет некоторые преимущества, такие как относительно низкую стоимость, простота использования, безопасность и редкие побочные эффекты¹⁴. Существует также является безболезненным методом и может надежно ослепил в клинических испытаниях, как это имеет режим Шам¹³. Существует, вероятно, не оптимальный для восстановления функций на свои собственные; Однако он показывает увеличение обещание как связанный терапии в реабилитации, как он повышает пластичность мозга¹⁵.

В этом протоколе мы демонстрируем комбинированный робот с помощью терапии (с двумя роботами искусство) и неинвазивной neuromodulation с ЦТД как метод для улучшения результатов реабилитации, помимо обычных физической терапии. Большинство исследований с участием роботов терапии или ЦТД использовали их как отдельные методы, и лишь немногие объединили оба, которые могут повысить благотворное воздействие за пределами каждого вмешательства только. Эти небольшие испытания продемонстрировали возможность синергетический эффект между двумя процедурами, с улучшение мотор восстановления и функциональной способности^{8,,1516,,1718, 19}. Таким образом Роман мультимодальной терапии могут укрепить движение восстановления за рамки нынешних возможностей.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

протокол

Этот протокол соответствует руководящим принципам Комитета по этике исследований человеческого нашего учреждения.

1. ЦТД

1. Противопоказания и особые соображения
   Примечание: ЦТД является безопасный метод, который отправляет постоянных и низкой постоянного тока через электроды, вызывая изменения в возбудимости нейронов области стимулировали.
   1. До установки устройства подтверждают, что пациент не имеет противопоказаний для ЦТД, таких как неблагоприятные реакции на предыдущее лечение ЦТД, мозга имплантированных медицинских устройств или наличие металлических имплантатов в голову.
   2. Используйте следующие критерии включения: подострых и хронических больных с легкой до умеренной гемипарез верхней конечности. Другие противопоказания включают черепа дефекты, которые могут изменить интенсивность и расположение текущего потока, и предметы должны быть свободны от нестабильных медицинских условий, таких как неконтролируемая эпилепсия.
   3. Осмотрите кожу головы пациента тщательно для кожных поражений, острые или хронические кожные заболевания, порезы или других воспалительных знаки. Избегайте размещения электродов и стимулирования районы с такими повреждениями предосторожности.
2. Материалы для ЦТД
   1. Проверьте, если все следующие перечисленные материалы, доступны (рис. 1) перед началом процедуры: ЦТД стимулятор устройство, 9 V батарея, 2 токопроводящих электродов, 2 Губка электродов, кабели, 2 резинки головы (или Velcro лямки, непроводящих ремни) , раствор хлорида натрия (NaCl), измерительная лента
3. Измерения
   1. Электрод сайты обычно определяются как 10/20 ЭЭГ позиции, как описано в предыдущей публикации²⁰. Убедитесь, что тема удобно устроившись.
   2. Во-первых локализуйте вершин (Cz).
      1. Измерьте расстояние от Насьон (мост носа) или пересечение лобной кости и два носовых костей для ИНИОН (внешнего затылочного бугра или наиболее известных проекция выпуклости) и Марк 50% этой длины. Отметьте этот предварительный Cz место как линии, с помощью масла карандашом или нетоксичные маркер на водной основе.
      2. Измерьте расстояние слева и справа предварительно аурикулярных точек (т.е., площадь впереди козелка). Разделите это расстояние в два раза и пометить вычисляемый точку с линии.
      3. Соединить обе линии для создания крест. Пересечение двух линий будет соответствовать вершин (Cz) (Рисунок 2).
   3. Определение целевого сайта на голове.
      Примечание: Одна стимуляции увеличивает корковой возбудимости в стимулированных мозговой ткани, в то время как cathodal стимуляции уменьшает его. Предыдущие исследования использовали одна стимуляции пораженного полушария или cathodal стимуляции contralesional полушария с целью уменьшения корковой возбудимости в силе моторной коры и увеличить его в пострадавших моторной коры. В этом протоколе мы будем описывать bihemispheric стимуляции (с как одна, так и cathodal стимуляции в той же сессии) и одна стимуляции над первичной моторной коры.
      1. Чтобы найти первичной моторной коры (M1), используйте 20% от расстояния от Cz к левому или право предварительно аурикулярной точки (рис. 3). Эта зона должна соответствовать C3/C4 ЭЭГ местоположение.
      2. Наведите центр M1 моторной коры полушария ipsilesional и катод анод над районом контралатеральной надглазничный (Fp) (рис. 3).
      3. Кроме того поместите анода через центр M1 моторной коры полушария ipsilesional и катод contralesional M1. M1 позиции для ЦТД электроды расположены на каналы, C3 и C4 (рис. 3).
4. Подготовка кожи
   1. Осмотрите кожу и избежать стимулирования поражения или поврежденную кожу.
   2. Перемещение волосы от сайт стимуляции для улучшения проводимости. Очистите поверхность кожи, удаление каких-либо признаков лосьон и гель. Для субъектов с толстых волос используя проводящего геля может быть необходимо.
5. Позиционирование электрода и устройства установки²⁰
   1. После подготовки кожи и локализация сайта стимуляции, место один головной ремень под ИНИОН, вокруг окружности головы. Предоставить ремешки изготовлены из материала не проводит и не абсорбент как эластичное, Velcro, или резиновые ремни.
   2. Замочите губки с физиологическим раствором. Для 35 см² губкой примерно в 6 мл раствора на стороне может быть достаточно. Избегайте дефектов губки. Избегайте производства жидкости утечек по этому вопросу. При необходимости, используйте шприц для добавления более решения.
   3. Подключите кабели к устройству ЦТД. Убедитесь, что полярность кабелей является правильным, поскольку последствия ЦТД зависят от полярности (как стандартизированные: красный соответствует электрода анода, а черный или синий к электроду-катод).
   4. Надежно вставьте кабель разъема в врезные электропроводной резины.
   5. Вставьте гибкий резиновый врезные в губки. Убедитесь, что весь электропроводной резины врезные покрывается губки и что кабель разъема не видна.
   6. Поместите первый Губка электрод под головы ремень и убедитесь, что чрезмерное жидкости не освобождается от губки.
   7. Подключите оба Эластичные ремешки, согласно планируется монтаж электрода.
   8. Место на втором электроде Губка на голове над районом стимулировали, под второй Эластичный ремень головой.
   9. Если в целом электрическое сопротивление электродов и тела является высокой, это может указывать неадекватной электрода set-up. Некоторые устройства обеспечивают измерение сопротивления, которое должно быть в 5 kΩ, идеально.
   10. Некоторые устройства обеспечивают непрерывное указание сопротивления во время стимуляции, который является полезным способом для выявления потенциально опасных ситуаций (таких, как сухой электрода). В таких случаях устройство может закончить или уменьшить интенсивность стимуляции, если сопротивление увеличивается после определенного порога.
6. Стимуляция
   1. Убедитесь, что пациент бодрствует, спокойно и комфортно сидеть во время процедуры²¹.
   2. Настройка параметров стимулятор ЦТД (интенсивности и времени Шам условие, если применимо). В соответствии с предыдущими исследованиями, применение постоянного тока на 20 минут в интенсивности 1 мА.
      Примечание: Для вмешательства Шам, ток обычно применяется только для первых 30 s, чтобы дать этому вопросу ощущение стимуляции. Этот срок был создан в нескольких исследованиях как эффективно ослепляя их назначенных вмешательства, без стимулирования корковой возбудимости²².
   3. Инициируйте ЦТД стимуляции. Запустите текущий поток, ramping вверх тока избежать наиболее неблагоприятных последствий. Ramping вверх автоматически делается на некоторых устройствах, но если это не так, увеличить ток медленно в течение первоначального 30 s для достижения максимальной запрограммированы текущий (в нашей протокола, до 1 мА).
   4. После запуска электрической стимуляции, некоторые пациенты могут воспринимать временные небольшой зуд ощущений, головокружение или головокружение. Этого можно избежать путем наращивает ток вверх и вниз в начале и в конце каждой сессии.
   5. В конце процедуры, постепенно наращиваться от текущей на 30 s.
7. После процедуры
   1. Для записи и оценки безопасности стимуляции, просят пациента, чтобы заполнить вопросник общих побочных эффектов и их интенсивности, после того, как процедура делается. Они могут включать раздражения кожи, тошнота, головные боли, жжение ощущений, головокружение, покалывание или других неудобств.
   2. Объясните пациенту, что любые возможные побочные эффекты, как правило, легкой или умеренной интенсивности и обычно временное.
   3. После ЦТД направляют пациентов пройти робот терапии.
      Примечание: В следующих разделах настоящего Протокола, мы опишем использование коммерческих версий MIT-Манус и T-WREX.

2. робот терапия с MIT-Манус

1. Позиционирование
   Примечание: Этот робот является интерактивный робот для реабилитации верхней конечности. Версии, используемые в нашем исследовании позволяет осуществлять подготовку движения запястья в горизонтальной плоскости (плоские).
   1. Убедитесь, что тема сидит в удобный и эргономичный стул, обеспеченные Четырехточечный ремень безопасности и сталкиваются с видео-экран.
   2. Убедитесь, что подготовку терапевт контроль роботов подготовки.
   3. Место рука, которая будет проходить подготовку в тисках роботизированной ручку. Настройте обе лямки вокруг руку субъекта. Настройте поддержку на задней части руки таким образом, чтобы он остается стабильной во время обучения.
   4. Место паретичной верхней конечности, как указано: плечо в 30° сгибания, предплечья в середине-лёжа, колено 90° сгибания запястья в нейтральном положении.
   5. Во время работы машины убедитесь, что движение суставов плеча и локтя диапазон ограничен примерно 45 °. Убедитесь, что прикол руку, и запястье имеет свободу передвижения. Движение в горизонтальной плоскости (во всех возможных направлениях).
2. Обучение
   1. Количество движений в роботизированной учебной сессии является переменной; Однако он является общим для выполнения около 320 повторений в каждом возможном направлении плоскости в одной плоскости.
   2. Видео экран показывает подсказки задач, что этому вопросу необходимо выполнить и дает постоянную обратную связь позиции руку.
   3. Робот программное обеспечение имеет несколько игр ЛФК для мотор. Визуальная обратная связь обычно состоит из желтый шар, что пациент должен перемещаться между целями. Другие сценарии обучения доступны.
   4. Робот будет только помогать пациент при необходимости; Например, если предмет не может реализовать предполагаемого движения в течение 2 сек, машина поможет завершить его движения. Если тема не хватает двигательной координации для выполнения предполагаемого движения, робот будет направлять руку субъекта выполнять соответствующие движения.

3. подготовка кадров с MIT-Манус Arm

Примечание: Этот манипулятор позволяет осуществлять подготовку по локоть сгибания и расширение, плечо затягиванием и стягивания и внутренней и внешней ротации плеча на горизонтальной плоскости.

1. Позиционирование
   1. Для MIT-Манус Arm убедитесь, что тема сидит удобно. Отрегулируйте ремни соответственно. Положение пациента вправо или влево руки на робота и настроить обе лямки.
   2. Отрегулируйте высоту робота при необходимости. Отрегулируйте высоту таблицы при необходимости.
   3. Если есть любой дискомфорт или боль, нажмите кнопку Стоп, чтобы немедленно выключить робота.
2. Обучение
   1. Калибровать машину, задавая предмет для перемещения его руку вдоль линии.
   2. Робот будет только помогать пациент при необходимости. Например, если предмет не может реализовать предполагаемого движения в течение 2 сек, машина поможет завершить его движения. Если тема не хватает двигательной координации для выполнения предполагаемого движения, робот будет направлять руку субъекта выполнять соответствующие движения.
      Примечание: Робот программное обеспечение имеет несколько игр ЛФК для мотор. Визуальная обратная связь обычно состоит из желтый шар, что пациент должен перемещаться между целями. Другие сценарии обучения доступны.

4. подготовка кадров с T-WREX

1. Позиционирование
   Примечание: T-WREX состоит из экзоскелет, который приспосабливает руку субъекта и позволяет свободное передвижение плеча, локтя и запястья суставов в условиях трехмерным.
   1. Убедитесь, что тема установлена в удобный и эргономичный стул перед видео экран, который обеспечивает визуального и слухового обратной связи в условиях виртуальной реальности, помогая пациенту достичь своей цели.
   2. Место пациента, сидящих напротив главного модуля робота. Используйте предоставленный пульт дистанционного управления для регулировки высоты экзоскелет соответственно. Отрегулируйте экзоскелет манипулятора на соответствующей стороне конечности пациента, которые будут обучаться (влево или вправо).
   3. Оставьте около 4 пальцев высоты над плечом.
   4. Отрегулируйте конечности пациента в экзоскелет, регулируя ремешки на руки и предплечья.
   5. Отрегулируйте длину экзоскелет руки и предплечья соответственно, а также компенсации веса (тяжести), необходимых для руки (от A до я) и предплечья (A-E). Он состоит из линейной шкале тяжести поддержки, где A не имеет силы тяжести поддержки.
   6. Ввод этих измерений в компьютер.
   7. Перед началом обучения, корректировать и откалибровать диапазон ограничений движения робота, исходя из возможностей пациента.
   8. Чтобы проверить калиброванные диапазон движения, просят пациента, чтобы переместить куб во всех направлениях экрана.
2. Обучение
   1. В каждой сессии имеют индивидуальные выполняют около 72 повторения движение в направлении различных функциональных целей (T-WREX тренировки обычно длится около 60 мин.).
   2. Между каждым движением позвольте 10-секундный интервал, чтобы предотвратить усталость. 72 повторений делятся на 3 блока 24 движений. Разрешить интервал 5 минут между каждого блока 24 движений.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Результаты

Неинвазивная мозга стимуляции с ЦТД недавно вызвал интерес из-за его потенциального воздействия neuroplastic, сравнительно недорогое оборудование, простота использования и несколько побочных эффектов²². Исследования показали, что neuromodulation, ЦТД имеет потенциал...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Обсуждение

В этом протоколе мы описываем стандартной терапии протокол для комбинированных ЦТД стимуляции связанные и робототехнические терапии, используется в качестве дополнения к обычным реабилитационных программ у больных с нарушениями руку. Цель Протокола заключается в улучшении двигател...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Материалы

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