Multisensorischer Rehabilitationsraum für roboterunterstützte funktionelle Bewegungen in der Rehabilitation der oberen Extremitäten bei chronischem Schlaganfall (RehaMSR)

Schlaganfall ist eine der Hauptursachen für schwere Langzeitbehinderungen in Industrieländern und hat enorme emotionale und sozioökonomische Auswirkungen auf Patienten, Familien und Gesundheitsdienste. Tatsächlich sind Beeinträchtigungen der oberen Extremitäten und funktionelle Probleme nach einem Schlaganfall sehr häufig. Zu den Beeinträchtigungen gehören häufig Schwierigkeiten beim Bewegen und Koordinieren der Arme, Hände und Finger, was häufig zu Schwierigkeiten bei der Ausführung von Aktivitäten des täglichen Lebens (ADLs) wie Essen, Anziehen und Waschen führt. Mehr als die Hälfte der Menschen mit einer Beeinträchtigung der oberen Extremitäten nach einem Schlaganfall wird noch viele Monate bis Jahre nach ihrem Schlaganfall Schwierigkeiten haben, ADLs auszuführen. Robotische Rehabilitationssysteme haben das Potenzial, auf kosteneffiziente Weise große Mengen an motorischem Training zu liefern, und obwohl die Debatte über die Wirksamkeit der Robotertherapie noch offen ist, entwickeln sie sich als gültige Lösungen, um Schlaganfallüberlebenden bei der Rehabilitation des Oberkörpers zu helfen Glied. Eine kürzlich durchgeführte Überprüfung von Norouzi-Gheidari zeigt, dass die Wirkung eines Robotertrainings mit einem konventionellen Therapietraining gleicher Länge und Intensität vergleichbar ist. Eine kürzlich durchgeführte systematische Cochrane-Übersicht von Mehrholz umfasste 34 Studien (mit 1160 Teilnehmern), die zeigten, dass elektromechanisches und robotergestütztes Armtraining die ADL-Werte, die Armfunktion und die Armmuskelkraft verbesserte, aber die Qualität der Evidenz war niedrig bis sehr niedrig. Leider sind die Mechanismen, die nach dem Robotertraining zu einer Verringerung der Beeinträchtigung führen, noch unklar. Es ist bekannt, dass Neuroplastizität eine wichtige Rolle im motorischen Erholungsprozess von Schlaganfallpatienten spielt und dass der Patient außerdem während der Behandlung einbezogen werden sollte, um einen dem motorischen Lernen ähnlichen Prozess zu fördern. Um das Engagement zu fördern und die Neuroplastizität zu maximieren, wurden zwei Hauptmethoden in der Roboterrehabilitation untersucht: i) das Assist-as-Needed-Trainingsparadigma und ii) die Methode zur Erkennung der Patientenabsicht (DPI), auch geführtes Krafttraining genannt. Die erste, die darin besteht, dem Probanden die minimale Unterstützung zu bieten, die er benötigt, um die erforderliche Aufgabe zu erfüllen, hat vielversprechende Ergebnisse bei der Verbesserung der Teilnahme an der Behandlung gezeigt, insbesondere bei Patienten mit mittlerer bis hoher Funktionsfähigkeit. Die DPI-Methode basiert stattdessen darauf, die Bewegung des Roboters durch die vom Patienten ausgeübte Kraft oder induzierte Geschwindigkeit auszulösen. In einigen Fällen kann die DPI-Methode sogar biomedizinische Signale wie EMG oder EEG nutzen, um die gegebene Aufgabe einzuleiten.

Neben der Modalität der Interaktion zwischen Patient und Roboter ist ein weiteres wichtiges Merkmal, das den Erfolg der Therapie bestimmen kann, die Art der vorgeschlagenen Bewegung. Es ist bekannt, dass Behandlungen, die auf gezielten Bewegungen basieren, bessere Ergebnisse bei der Wiederherstellung der Funktion der oberen Extremitäten zeigen als solche, die auf Bewegungen ohne Ziel basieren. Daher sollte ein angemessenes Rehabilitationsprogramm aufgabenorientierte Bewegungen mit hoher Wiederholungszahl beinhalten.

Leider sind das Assist-as-Need-Prinzip und die DPI-Methode im Training gegen die Schwerkraft oft wenig anwendbar, insbesondere bei funktionsschwachen Patienten mit hohen Kraft- und Koordinationsstörungen. In diesen Fällen, in denen der Patient nicht in der Lage ist, den Roboter aktiv zu steuern, bleibt in der robotischen Rehabilitation nur noch die volle Assistenz, basierend auf einer starr vorgegebenen Trajektorie (Weg- und Bewegungsgesetz).

In dieser vorläufigen Studie wird ein Rehabilitationsprogramm für die oberen Extremitäten vorgestellt, das auf vollständig roboterunterstützten (starr auferlegten) zielorientierten Bewegungen basiert.

Ziel dieser Studie ist es, einen neuartigen Roboteransatz basierend auf vollständig assistierten funktionellen Bewegungen vorzustellen und die Wirkung der Intervention in Bezug auf die Verbesserung der motorischen Funktion bei Patienten mit chronischem Schlaganfall sowohl kurzfristig als auch nach 6 Monaten zu untersuchen. Eine vorläufige Bewertung der Wirksamkeit der Intervention zur kurzfristigen Verbesserung der Aktivität und Teilhabe wird ebenfalls durchgeführt. Darüber hinaus zielt die Studie darauf ab zu überprüfen, ob einige instrumentelle Maßnahmen (unter Verwendung von Kinematik, EMG und EEG) dazu beitragen können, einen Einblick in die Mechanismen zu gewinnen, die zu einer verbesserten motorischen Fähigkeit nach der Roboterintervention führen, und zur Vorhersage der funktionellen Erholung verwendet werden können.

STUDIENPOPULATION UND DESIGN In dieser Kohortenstudie wurde eine Stichprobe von 20 Patienten mit leichter bis schwerer Beeinträchtigung der oberen Extremitäten (Fugl-Meyer-Scores der oberen Extremitäten zu Studienbeginn: 11/66 bis 61/66 Punkte) 6 Monate oder länger nach Schlaganfall untersucht wird eingeschrieben. Die Studie ist in 2 Phasen. Eine Pilotstudie mit 10 Patienten soll die kurzfristige Wirksamkeit der Roboterintervention bei der Reduzierung motorischer Beeinträchtigungen überprüfen. Bei positivem Ergebnis wird die Studie fortgesetzt und die Stichprobengröße auf statistischer Basis aus den vorläufigen Ergebnissen berechnet. Die zweite Studie zielt darauf ab, die Anzahl der Patienten zu erhöhen und zu überprüfen, ob funktionelle Verbesserungen zu einer verbesserten Aktivität und Teilnahme führen.

INTERVENTION Die Intervention wird von einem ausgebildeten Forschungstherapeuten über einen Endeffektor-Roboter (Pa10-7, Mitsubishi, Japan) durchgeführt, der so angepasst wurde, dass er 3D-mehrgelenkige funktionelle Bewegungen gegen die Schwerkraft unterstützt, die mit physiologischer Geschwindigkeit ausgeführt werden. Der Roboter ermöglicht die Ausführung beider Greifbewegungen, die im Alltag zur Interaktion mit der Umgebung (z. Objekte erreichen, greifen und manipulieren) und Bewegungen, die im peripheren Raum stattfinden.

Das Interventionsprotokoll, das in den beiden Phasen der Studie identisch ist, besteht in der Ausführung von zwei funktionellen Bewegungen, nämlich der Greifbewegung (RM) gegen die Schwerkraft und der Hand-zu-Mund-Bewegung (HtMM):

1. Beginnend mit dem Robotergriff direkt über dem Oberschenkel besteht die unterstützte RM aus zusammengesetzten Bewegungen der Schulterflexion und Ellbogenstreckung, die bis zu 90 Grad Schulterflexion und vollständig gestrecktem Ellbogen erreicht werden;
2. Beginnend mit dem Robotergriff direkt über dem Oberschenkel besteht die assistierte HtMM darin, den Ellbogen (und die Schulter) zu beugen, um den Robotergriff vor dem Mund zu positionieren. Wichtig ist, dass der Griff frei drehbar ist und daher vom Patienten aktiv (Innen-/Außenrotation des Handgelenks) in die richtige Position gebracht werden muss, dh mit seiner Extremität zum Mund zeigend.

Die Wege und Geschwindigkeiten des Robotergriffs werden an die anthropometrischen Maße und verbleibenden funktionellen Fähigkeiten jedes Patienten angepasst.

Jede Sitzung besteht aus 20 Minuten robotergestütztem RM und 20 Minuten robotergestütztem HtMM. Die Bewegungen werden vollständig unterstützt (der Robotergriff bewegt sich mit einem vordefinierten Bewegungsgesetz entlang der Bahn, unabhängig von den Kräften, die der Patient auf den Griff ausübt), aber der Patient wird ausdrücklich aufgefordert, sich zu beteiligen, indem er versucht, dem sich bewegenden Griff zu folgen (leicht vorwegzunehmen). Unter Hinweis darauf, dass beide Bewegungen gegen die Schwerkraft sind, wird der Patient gebeten, den Grad der Beteiligung alle 5 Bewegungen zu ändern, indem er sich während der Bewegung abwechselnd entspannt und aktiv teilnimmt, um nicht zu ermüden.

Die Rehabilitation besteht aus einer 1-monatigen Intervention, 3 Sitzungen pro Woche, die montags, mittwochs und freitags durchgeführt werden, also insgesamt 12 Sitzungen.

KLINISCHE BEURTEILUNG Die Patienten werden zu Studienbeginn (T0), unmittelbar nach der Intervention (T1) und mindestens 6 Monate nach der Intervention (T2) klinisch getestet. Ein ausgebildeter Physiotherapeut, der für alle Patienten gleich ist, führt alle Ergebnisbewertungen (Vorbehandlung sowie Nachbehandlung und Nachsorge) unter Aufsicht des behandelnden Arztes des Patienten durch, der die klinischen Testergebnisse überprüfen kann, sogar anhand der Videos der Patienten. Um Vorurteile während der Auswertung nach der Behandlung zu minimieren, kann er nicht auf die Ergebnisse früherer Sitzungen zugreifen und diese einsehen.

Das primäre Ergebnismaß ist der Unterbereich der motorischen Funktion der oberen Extremitäten (Abschnitte A–D) des FMA, der 33 Items umfasste, die jeweils auf einer ordinalen Skala von 0, 1, 2 Punkten bewertet wurden. Der Bereich dieses Skalenwerts, der hier als Upper-Extremity Fugl-Meyer Assessment (UE-FMA) bezeichnet wird, reicht von 0 (keine Funktion) bis 66 (normale Funktion).

Die sekundären Ergebnismessungen sind der Wolf Motor Function Test (WMFT) und der (MAL), die den Patienten nur in der letzten Studie verabreicht werden. Der WMFT besteht aus 15 Aufgaben (zeitgesteuerte Ein- oder Mehrgelenkbewegungen und funktionelle Aufgaben). Die Ausführung jeder Aufgabe wird zeitlich festgelegt (WMFT TIME) und anhand einer 6-Punkte-Funktionsfähigkeitsskala (WMFT FAS) bewertet.

Das MAL ist ein halbstrukturiertes Interview, das die Bewegungsqualität (QOM) und die Nutzungsmenge (AOU) des Patienten bei 30 Aktivitäten des täglichen Lebens an der betroffenen Extremität bewertet.

Die folgenden Tests werden weiterhin durchgeführt: 1) Die Muskelkraftskala des Medical Research Council (MRC) wird zur Bewertung der Muskelkraft (Gelenkkraft) von drei gezielten Bewegungen verwendet: Schulterabduktion, Ellbogenstreckung und Fingerstreckung. MRC ist eine 15-Punkte-Skala (5 Punkte für jeden Punkt); 2) Die modifizierte Ashworth-Skala (MAS) wird zur Beurteilung der Spastik verwendet. Jede getestete Bewegung wird mit 0 bis 5 Punkten bewertet (0 keine Spastik, 1 leichte Zunahme des Muskeltonus am Ende der Bewegung, 2 leichte Zunahme des Muskeltonus bis zur Hälfte des ROM, 3 deutlichere Zunahme des Muskeltonus über den größten Teil des ROM , 4 deutliche Zunahme des Muskeltonus, 5 betroffener Teil starr in Flexion oder Extension. Die getesteten Bewegungen waren: Handgelenkstreckung, Ellbogenstreckung und Schulterabduktion für insgesamt 15 (negative) Punkte. 3) Die Clinical Global Impression Scale für Schweregrad und Verbesserung wird verwendet, um Folgendes zu bewerten: (a) Schweregrad der Psychopathologie von 1 bis 7 und (b) Veränderung seit Beginn der Behandlung auf einer ähnlichen Sieben-Punkte-Skala. 4) Der Draw a Person Test zur Beurteilung der Körperwahrnehmung des Patienten und schließlich 5) Der Nasa-Task Load Index dient zur Beurteilung der körperlichen und psychischen Belastung des Patienten während der Intervention.

INSTRUMENTELLE BEWERTUNG Die nachstehend aufgeführte instrumentelle Bewertung wird zu Studienbeginn (T0), unmittelbar nach der Intervention (T1) und mindestens 6 Monate nach der Intervention (T2) durchgeführt. Erfassungen werden sowohl während des robotergestützten als auch des nicht unterstützten Greifens und der Hand-zu-Mund-Bewegungen durchgeführt, die mit der stärker betroffenen Extremität durchgeführt werden, und nicht unterstützten Bewegungen, die mit der weniger betroffenen Extremität durchgeführt werden.

1. Kinematik der oberen Extremitäten (6 TVcs, Smart-D, BTS Bioengineering, Italien) und dynamisches Oberflächen-EMG (oberer Trapezmuskel, vorderer, mittlerer und hinterer Deltamuskel, seitlicher Trizepskopf, langer Bizepskopf und Brachioradialismuskulatur); FreeEMG 300, BTS Bioengineering, Italien). Bewegungsbereich, Geschwindigkeiten, normalisierter Ruck und Periodizitätskoeffizient werden nach der von Caimmi 2008 veröffentlichten Methode berechnet.
2. EEG-Signale werden mit einer Kappe aufgezeichnet, die 64 Elektroden bereitstellt, die gemäß dem internationalen 10/10-System positioniert sind; Die EMG-Aktivität wird gleichzeitig von Paaren von Ag/AgCl-Oberflächenelektroden aufgezeichnet, die bilateral im Abstand von 2–3 cm über dem Deltamuskel und den Trizepsmuskeln während des Greifens und Bizeps und den Brachioradialismuskeln während der Hand-zu-Mund-Bewegung platziert werden. Die EEG- und EMG-Daten werden mit einem Neuroscan-System bei einer Abtastfrequenz von 512 Hz (Bandpassfilter: 1–200 Hz) erfasst. Eine ereignisbezogene Desynchronisations-/Synchronisationsanalyse (ERD/ERS) wird durchgeführt, um die bewegungsbezogene Leistungsänderung der EEG-Oszillationsaktivität in Alpha- und Betabändern über den prämotorischen und primär sensomotorischen Bereichen zu quantifizieren.

DATENANALYSE Basierend auf den Ergebnissen der primären Ergebnismessung des Pilotversuchs wird die Stichprobengröße der Studie unter Verwendung des Freeware-Programms G*Power 3.1.9.2, allgemeines statistisches Leistungsanalyseprogramm, berechnet. Datenvergleiche zwischen verschiedenen Sitzungen werden mit dem Wilcoxon-Vorzeichen-Rang-Test durchgeführt, wobei der Signifikanzwert bei 0,05 liegt. Lineare Regression und Pearson-Korrelation werden verwendet, um die Beziehung zwischen der UE-FMA-Verbesserung und 1) dem Alter der Patienten zu bewerten. 2) die Zeit ab dem Hub und 3) die berechneten kinematischen Größen. Die statistische Analyse wird mit WinSTAT® for Microsoft® ver.2012.1.0.94 durchgeführt.