Bir Üst Ekstremite Rehabilitasyon Robotu ile İnme Sonrası Üst Ekstremite Fonksiyonunun ve Motor Becerilerin Geliştirilmesi

Özet

Bu protokol, dört mod aracılığıyla akıllı geri bildirim sağlayan bir üst ekstremite rehabilitasyon robotunu tanımlar. Bu modlar üst ekstremite fonksiyonunu ve esnekliğini artırarak hastaların yaşam kalitesini iyileştirir.

Özet

Yaygın olarak inme olarak bilinen serebrovasküler kazalar, önemli üst ekstremite sakatlıklarına yol açan, böylece bireylerin günlük yaşam aktivitelerini derinden etkileyen ve yaşam kalitelerini azaltan yaygın bir nörolojik olayı temsil eder. İnme sonrası üst ekstremite iyileşmesi için geleneksel rehabilitasyon yöntemleri genellikle terapist ve hasta yorgunluğu, tekil eğitim metodolojilerine güvenme ve sürekli motivasyon eksikliği gibi sınırlamalar tarafından engellenir. Bu zorlukları ele alan bu çalışma, terapötik sonuçları iyileştirmek için akıllı geri bildirim hareket kontrolünü kullanan bir üst ekstremite rehabilitasyon robotunu tanıtmaktadır. Sistem, egzersizler sırasında spastik hareketlerin algılanmasına dayalı olarak kuvvet geri beslemesinin yönünü ve büyüklüğünü dinamik olarak ayarlama yeteneği ile ayırt edilir ve böylece özel bir terapötik deneyim sunar. Bu sistem, dört farklı eğitim modu, eklem hareket açıklığının akıllı değerlendirmesi ve eğitim programlarını kişiselleştirme yeteneği ile donatılmıştır. Ayrıca, kapsamlı güvenlik önlemleriyle birlikte sürükleyici bir etkileşimli oyun deneyimi sağlar. Bu çok yönlü yaklaşım, katılımcıların katılımını ve ilgisini geleneksel rehabilitasyon protokollerinin ötesine taşımakla kalmaz, aynı zamanda hemiplejik hastalar arasında üst ekstremite işlevselliğinde ve günlük yaşam aktivitelerinde önemli gelişmeler gösterir. Sistem, üst ekstremite rehabilitasyonunda gelişmiş bir aracı örnekleyerek hassasiyet, kişiselleştirme ve etkileşimli katılımın sinerjik bir karışımını sunar ve böylece felçten kurtulanlar için mevcut terapötik seçenekleri genişletir.

Giriş

Beyin damarlarının tıkanması veya yırtılmasının neden olduğu akut nörolojik bir olay olarak tanımlanan inme, beyin dolaşımını kesintiye uğratır¹, ikinci önde gelen ölüm nedeni olarak sıralanır ve dünya çapında uzun vadeli sakatlığa önemli bir katkıda bulunur. İnmeyi takip eden ilk günde, hayatta kalanların %80 kadarı üst ekstremite disfonksiyonu yaşar ve %30-66'sı altı ay sonra hala zorluklarla karşı karşıyadır². Bir yıl sonra, üst ekstremite bozukluğu olanlar kaygının arttığını, yaşam kalitesinin azaldığını ve mutluluğun azaldığını bildirmektedir³. Ayrıca, inmeden 16 ay sonra, hastanede rehabilitasyona ihtiyaç duyan hemiplejik bireylerin sadece yaklaşık %60'ı temel günlük aktivitelerde fonksiyonel bağımsızlık kazanırken, duyusal, motor ve görme bozukluklarından muzdarip olanlar bakıcı desteğine önemli ölçüde daha bağımlıdır⁴. Ek olarak, üst ekstremite disfonksiyonu, özellikle fiziksel görevler sırasında zayıflamış fleksörler ve ekstansörler arasında artan kas gerginliği ile belirtilen el faydasını engeller⁵.

Çeşitli rehabilitasyon çabalarına rağmen, inme geçirenlerde üst ekstremite yaralanmalarının etkili bir şekilde ele alınması zorlu bir zorluk teşkil etmektedir⁶. Yüksek yoğunluklu, tekrarlayan görev eğitimi optimal sonuçlar göstermiştir, ancak önemli ölçüde terapist katılımı gerektirir, bu da yüksek maliyetlere ve lojistik yüklere yol açar⁷. Bu nedenle, hastaların eğitime olan ilgisini artırırken terapistlerin iş yükünü artırmayan düşük maliyetli müdahalelere ihtiyaç vardır. Üst ekstremite rehabilitasyon robotu, yüksek yoğunluklu egzersizi teşvik etmek ve terapistlere bağımlılığı azaltmak için alternatif bir tedavi görevi görebilir¹. Yeni geliştirilmiş bir üst ekstremite akıllı geri besleme rehabilitasyon robot sistemidir (Malzeme Tablosuna bakınız). Cihaz, hastaların iyileşmelerini değerlendirmek ve izlemek ve tedaviyi değişen derecelerde motor bozukluğuna göre özelleştirmek için objektif ölçümler (hız, tork, hareket aralığı, konum vb.) verebilir. Yaygın kullanım için yüksek tutarlılığa ve tekrarlanabilirliğe sahiptir. Ek olarak, güçlü kanıtlar, inme sonrası motor iyileşmeyi kolaylaştırmada yüksek yoğunluklu, yüksek tekrarlılık ve görev odaklı eğitimi desteklemektedir⁸.

Öte yandan, rehabilitasyon robotları, yüksek güvenlik ve dayanıklılık gibi avantajlara sahip nispeten yeni bir yardımcı tedavi yaklaşımıdır⁹. Amerikan İnme Derneği kısa süre önce robot destekli motor eğitiminin, geleneksel tedaviye ek olarak hastaların inme sonrası motor fonksiyonlarını ve hareketliliğini iyileştirmelerine yardımcı olabileceğini bildiren kılavuzlar yayınladı¹⁰. Journal of Rehabilitation Medicine'de 2018 yılında yayınlanan bir makale, robot destekli eğitimin geleneksel rehabilitasyon ile birleştirilmesinin, inme hastalarında üst ekstremite motor fonksiyonunu önemli ölçüde iyileştirebileceğini ve klinik terfiyi garanti ettiğini bildirdi¹¹. Sistem dört eğitim modu içerir: sabit hız antrenmanı, güç destekli antrenman, aktif antrenman ve direnç antrenmanı ve eklem hareket açıklığının değerlendirmelerini yapabilir. Subakut inme hastaları için robot yardımlı rehabilitasyonun gözden geçirilmesi, Fonksiyonel Bağımsızlık Ölçümü ve Fugl-Meyer Değerlendirme Ölçeği ile değerlendirildiği gibi, robotik müdahalelerin özellikle omuz, dirsek ve önkol performansında üst ekstremite fonksiyonlarını önemli ölçüde iyileştirdiğini göstermiştir. Bu müdahaleler aynı zamanda günlük yaşam aktivitelerini de geliştirerek yaşam kalitesini artırmıştır¹⁰.

Bu çalışma, inme sonrası erken dönem hemiplejisi olan hastalarda üst ekstremite motor fonksiyonlarını rehabilite etmede akıllı bir geri bildirim rehabilitasyon robotunun etkinliğini değerlendirmeyi ve hemiplejili inme hastaları için rehabilitasyon stratejileri için bilimsel bir temel sağlamayı amaçlamaktadır.

Protokol

Bu çalışma, Çin'deki Zhejiang Üniversitesi Birinci Bağlı Hastanesi'nin etik kurulu tarafından onaylandı ve tüm araştırma protokolleri Helsinki Bildirgesi ilkelerine uygun olarak formüle edildi. Tüm hastalar bu çalışmaya katılmak için yazılı bilgilendirilmiş onam verdi. Çalışma, Ocak 2023'ten Haziran 2023'e kadar Zhejiang Üniversitesi Birinci Bağlı Hastanesi'nin rehabilitasyon koğuşuna kabul edilen üst ekstremite hemiplejisi olan 24 hastayı işe aldı. Dahil edilme kriterleri şunlardı: nörogörüntüleme (BT veya MRI) ile doğrulanan ilk iskemik veya hemorajik inme, 45 ila 75 yaşları arasında, başlangıçtan sonraki 6 ay içinde, üst ekstremite motor fonksiyon bozukluğu ve tek taraflı hemipleji (Üst Ekstremite için Fugl-Meyer Değerlendirmesi, FMA-UE ≤40)^12,13, modifiye Ashworth Ölçeği ≤2¹⁴, Mini Zihinsel Durum Muayenesi (MMSE) >20 (yeterli bilişsel işlevi gösterir)¹⁵ve altta yatan hastalıklar iyi kontrol edilen ve bilgilendirilmiş onam imzalanan klinik olarak stabil bir durum. Dışlama kriterleri şunlardı: kararsız intrakraniyal durum, kognitif ve dil bozukluğu, omuz subluksasyonu, omuz/dirsek/bilek hareketlilik bozukluğu, şiddetli spastisite (Ashworth 3-4) ve görme bozukluğu. Bu çalışmada kullanılan robotun ve yazılımın detayları Malzeme Tablosu'nda listelenmiştir.

1. Çalışma tasarımı

1. Tüm hastaları iki gruba ayırmak için SAS yazılımını kullanarak rastgele bir sayı oluşturun: her biri 12 hasta içeren deneysel ve kontrol.
2. Kör bir rehabilitasyon terapisti tarafından FMA-UE¹², Brunnstrom skoru (BRS)¹⁶ ve modifiye Barthel indeksi (MBI)¹⁷ kullanarak üst ekstremite motor fonksiyonu ve öz bakım yeteneğinin ilk değerlendirmelerini yapın.
3. Kan basıncı kontrolü, kan şekeri yönetimi, kan lipid regülasyonu, nöbet önleme vb. konulara odaklanarak çalışma boyunca tüm hastalara temel ilaç tedavisi uygulayın.
4. Kontrol grubuna aktif ve pasif eklem eğitimi, kas güçlendirme ve parmak hareketi egzersizleri dahil olmak üzere günlük 30 dakikalık rutin üst ekstremite rehabilitasyon eğitimi verin¹⁸.
   1. Ek olarak, günde 30 dakikalık zımpara tahtası eğitimi^{ekleyin 19}. Alt ekstremite disfonksiyonu, afazi, disfaji ve profesyonel terapistlerin ihtiyaç duyduğu diğer fonksiyonel bozukluklar için sekiz hafta boyunca haftada beş kez uygulanan özel tedavi sunun.
5. Deney grubuna, günlük 30 dakikalık üst ekstremite rehabilitasyon robotu eğitimi ile desteklenmiş, günlük olarak kontrol grubuyla aynı 30 dakikalık rutin üst ekstremite rehabilitasyon tedavisini sunun. Kontrol grubuna sağlanan diğer fonksiyonel bozukluklar için eşdeğer tedavi sağlayın.

2. Üst ekstremite rehabilitasyon robotu için özel çalışma adımları

1. Eklem hareket açıklığı ve motor kontrol yeteneğinin değerlendirilmesi
   1. Hastadan göğsünü platformdan bir yumruk uzakta tutarak robotun önüne oturmasını isteyin (Şekil 1).
   2. Etkilenen elinizi robotun uç işlemcisine yerleştirin ve egzersiz sırasında kaymayı önlemek için bileği ve eli sabitlemek için eldiven ve bağlayıcılar kullanın.
   3. Hastadan üst kolu maksimuma çıkarmasını ve mümkün olduğunca uzatmasını isteyin.
      NOT: Cihaz, hastanın aktif eklem hareket aralığını belirlemek için hastanın el hareketi yörüngesini otomatik olarak kaydedecektir.
   4. Sağlıklı eli etkilenen elin üzerine koyun ve etkilenen üst kolu sağlıklı tarafın yardımıyla maksimum düzeyde hareket ettirin.
      NOT: Cihaz, hastanın el hareket yörüngesini kaydetti ve pasif eklem hareket açıklığını elde etti. Pasif hareket açıklığı ölçümleri, hastanın iki taraflı mobilite bozukluğu olması durumunda terapist tarafından desteklenebilir.
   5. Hedef tekrarlama süreleri, tek egzersiz süresi ve tek gevşeme süresi dahil olmak üzere motor kontrol değerlendirme parametrelerini ayarlayın.
      NOT: Motor kontrol değerlendirme parametreleri, terapist tarafından hastanın FMA-UE skoru^12'yeve robotun yerleşik değerlendirme sistemi kullanılarak haftalık değerlendirmelere göre belirlendi, örneğin daha iyi üst ekstremite kuvvetine sahip katılımcılar için zorluğu artırmak, tekrar sayısını artırmak ve dinlenme süresini azaltmak, hastanın motor kontrolünü daha doğru bir şekilde değerlendirmek için.
   6. Ekranda görüntülenen hareket yoluna ve yönüne göre farklı yönlerde hareket etmek için hedef noktayı kontrol edin.
      NOT: Cihaz, hastanın motor performansına göre hastanın motor kontrol yeteneğini değerlendirecektir.
2. Eğitim modu seçimi
   1. Hastanın üst ekstremite kasları hiç kasılamıyorsa veya çok az miktarda kasılma varsa (BRS 1-2) izokinetik pasif antrenman modunu seçin.
      NOT: Robot, pasif hareket eğitimi egzersiz görevi için etkilenen üst ekstremiteyi sürmek için tam yardım sağlar.
   2. Hastanın üst ekstremitesi kısmi eklem hareketi yapabiliyorsa, ancak hareket çok hafifse ve istemli hareket yeteneği zayıfsa (BRS 3) yardımcı hareket eğitimi modunu seçin.
      NOT: Sistem, hastanın gerçek kuvvet derecesine göre karşılık gelen yardımcı kuvveti gerçek zamanlı olarak sağlayabilir ve doğru hareket modunu oluşturmak için tüm eğitim süreci boyunca hastanın üst ekstremitesinin aktif katılımını en üst ölçüde indükleyebilir.
   3. Hastanın üst ekstremite kas gücü büyük kuvvet veya kısmi direnç üretebiliyorsa (BRS 4) aktif antrenman modunu seçin.
      NOT: Robot, hastanın üst ekstremitesinin ana hareket kabiliyetini daha da güçlendirebilir.
   4. Hastanın üst ekstremite gücü zaten güçlüyse ve daha fazla dirence direnebiliyorsa, hastanın üst ekstremitesinin doğruluğunu ve hedefleme kontrolünü daha da iyileştirmek için direnç antrenman modunu seçin (BRS 5-6).
3. Eğitim prosedürlerinin seçimi
   1. Sistemin, hastaların farklı VR sahnelerini ve etkileşimli deneyimleri deneyimleyebilmeleri için 10'dan fazla ilginç oyun programı sunduğunu ve bu da hastaların eğitim coşkusunu büyük ölçüde artırdığını belirterek eğitim prosedürünü seçin (Şekil 2).
4. Oyun parametrelerinin ayarlanması
   1. Eğitim süresini hastanın fiziksel durumuna göre ayarlayın, bu da genel olarak yaklaşık 10-20 dakika olabilir.
      NOT: Hastanın üst ekstremite gücü iyiyse, hastanın egzersiz toleransını artırmak için tek antrenman süresini artırın. Hastanın üst ekstremite gücü zayıfsa, daha kısa bir tek antrenman süresi seçin ve hastanın antrenman programını birden fazla seansta tamamlamasına izin verin.
   2. Hareket aralığını, eklemin değerlendirilen hareket aralığına göre ayarlayın, tam aralık, orta aralık veya küçük hareket aralığı arasından seçim yapın.
   3. Zayıf kasları hedeflemek ve güçlendirmek için uygun aktivite yolunu seçerek hastanın üst kol kas gücünün özelliklerine göre aktivite yörüngesini ayarlayın.
   4. Güç desteği veya direnç değerini hastanın kas gücüne göre ayarlayın.
      NOT: Eğitim süreci sırasında cihaz, hastanın gerçek kuvvet geri bildirimine göre güç desteğini ve sürtünme kuvvetini de otomatik olarak ayarlayabilir.
   5. Hastanın gücünün eşiğe ne zaman ulaştığını tespit etmek için mekanik geri bildirim teknolojisini kullanarak koruma eşiğini ayarlayın, bu da spazmları (rahatsızlık, kas tonusunda ani bir artış veya anormal eklem sertliği ve kilitlenmesi olarak kendini gösterir) gösterir. Hastanın eğitiminin güvenliğini sağlamak için cihaz bir alarm verecek ve hemen duracaktır.
5. Özel eğitim süreci
   NOT: Hastalara günde 2-3 oyun eşyası eğitimi verilir ve farklı oyun eşyaları düzenli olarak değiştirilebilir.
   1. Sebze çiftliğine katılın: Sanal çiftlikte, hastadan meyve ve sebzeleri kapmak ve mümkün olduğunca çok yıldız toplamak için küçük elleri kontrol etmesini isteyin.
      NOT: Bu aktivite öncelikle dirsek ve el bileği fleksiyon ve ekstansiyonundaki hareket aralığını hedefler.
   2. Üssü savunmaya katılın: Sanal askeri üs sahnesinde, hastadan ortadan kaldırılan tüm canavarları vurmak için hedef kitlesini doğru bir şekilde kontrol etmesini isteyin.
      NOT: Bu egzersiz, dirsek ve bilekteki kas kontrolünü artırmayı ve atış eylemlerinin doğruluğunu artırmayı amaçlar.
   3. Renkli yakan top oynayın: Farklı yollarda ve engellerde, altın para elde etmek için farklı renkteki engellerden kaçınmak için hastadan topu kontrol etmesini isteyin.
      NOT: Bu egzersiz, kas gücünü ve eklem hareketliliğini artırmak için omuz, dirsek ve bilek hareketlerini içerir.
   4. Star Wars'ta Gezinin: Sanal uzay ortamında, hastadan hareket ve düşman saldırılarından kaçınırken, kas dayanıklılığını ve tepki kuvvetini eğitirken virüsü yok etmek için ateş etmek için uçağın konumunu kontrol etmesini isteyin.
      NOT: Bu antrenman, üst ekstremite dayanıklılığını, reaksiyon hızını ve doğruluğunu artırır ve dirsek ve omuz koordinasyonunu ve gücünü geliştirir.
   5. Kaliteli topa katılın: Hastadan boğanın gözüne ulaşmak ve orada kalmak için topu kontrol etmesini isteyin; Top boğanın gözüne ne kadar yakınsa, skor o kadar yüksek olur.
      NOT: Bu aktivite dirsek fleksiyonu, ekstansiyon, omuz addüksiyonu, abdüksiyon egzersizleri yapar ve hassas kontrol için biseps ve trisepsleri aktive eder.
   6. Süper masa tenisi oynayın: Sanal top ortamında, hastadan topa vurmak ve rakiple masa tenisi oynamak için pinpon tahtasını kontrol etmesini isteyin. Zorluk ilerletilir ve yükseltilir ve reaksiyon ve el-göz koordinasyonu yetenekleri eğitilir.
   7. Blok dünyasına katılın: Hastadan blokları yok etmek için bullseye atışını kontrol etmesini, düşman saldırılarına dikkat etmesini ve mümkün olduğunca çok para toplamasını, düşünme stratejisini ve el-göz koordinasyonunu eğitmesini isteyin.
   8. Top oynamak: Hastadan hedefe dokunmak için topu kontrol etmesini isteyin; Top atılır, düşman saldırılarına dikkat edin ve mümkün olduğunca çok para toplayın.
   9. Efsanevi nişancıya katılın: Hastadan kolu tutmasını ve ok yönünde sürekli kuvvet uygulamasını isteyin. Üst ekstremitelerin kas grupları izometrik kasılmadır ve kuvvet, hedefi yok etmek için ateşlemek için depolanır.

3. Takip prosedürü

1. Aynı rehabilitasyon terapisti tarafından 8 haftalık eğitimden sonra tüm hastaları FMA, BRS ve MBI için tekrar değerlendirin.
2. İstatistiksel analiz için tüm verileri yazılıma girin. Grup içi karşılaştırma için eşleştirilmiş bir örneklem t-testi ve gruplar arası karşılaştırma için iki bağımsız örneklem t-testi kullanın. P < 0.05'i istatistiksel olarak anlamlı olarak kabul edin.

Sonuçlar

Toplam 24 hasta dahil edildi ve rastgele kontrol veya deney grubuna atandı (Tablo 1). İki grup arasında cinsiyet, yaş, hastalık süresi ve inme tipi açısından istatistiksel olarak anlamlı fark yoktu (P > 0.05). 8 haftalık üst ekstremite eğitiminden sonra, üst ekstremite motor fonksiyonunu değerlendirmek için Üst Ekstremite için Fugl-Meyer Değerlendirmesi (FMA-UE)¹² kullanılırken, üst ekstremite iyileşme aşamasını değerlendirmek için Kol için Br...

Tartışmalar

Önceki araştırmalara²⁰ dayanan bu çalışma, üst ekstremite rehabilitasyonu için robotik eğitimi inme sonrası iyileşme için geleneksel terapötik yöntemlerle birleştirerek entegre bir yaklaşım benimsemektedir. Mevcut bulgular, bu entegrasyonun üst ekstremite motor fonksiyonunu önemli ölçüde geliştirdiğini ve günlük yaşam aktivitelerini (ADL'ler) gerçekleştirme yeteneğini geliştirdiğini ve yalnızca geleneksel rehabilitasyon teknikleriyle elde edilen sonuçları aştı?...

Malzemeler

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