Rehabilitering multisensorisk rom for robotassisterte funksjonelle bevegelser ved rehabilitering av øvre lemmer ved kronisk hjerneslag (RehaMSR)

Hjerneslag er en ledende årsak til alvorlig langvarig funksjonshemming i utviklede land, og har en enorm følelsesmessig og sosioøkonomisk innvirkning på pasienter, familier og helsetjenester. Nedslag i overekstremiteter og funksjonsproblemer er faktisk svært vanlig etter et slag. Svekkelser inkluderer vanligvis problemer med å bevege og koordinere armer, hender og fingre, noe som ofte resulterer i vanskeligheter med å utføre daglige aktiviteter (ADL) som å spise, kle på seg og vaske. Mer enn halvparten av personer med nedsatt lemmer etter hjerneslag vil fortsatt ha problemer med å utføre ADL mange måneder til år etter hjerneslaget. Robotrehabiliteringssystemer har potensial til å levere store doser motorisk trening på en kostnadseffektiv måte, og selv om debatten om effektiviteten av robotterapi fortsatt er åpen, dukker de opp som gyldige løsninger for å hjelpe slagoverlevere med rehabilitering av øvre lem. Nylig gjennomgang av Norouzi-Gheidari viser at effekten av en robottrening er sammenlignbar med en konvensjonell terapitrening av samme lengde og intensitet. En nylig Cochrane systematisk gjennomgang av Mehrholz inkluderte 34 forsøk (som involverte 1160 deltakere) viste at elektromekanisk og robotassistert armtrening forbedret ADL-skåre, armfunksjon og armmuskelstyrke, men kvaliteten på bevisene var lav til svært lav. Dessverre er mekanismene som fører til reduksjon av funksjonsnedsettelse etter robotopplæringen fortsatt uklare. Det er kjent at nevroplastisitet spiller en viktig rolle i den motoriske utvinningsprosessen til slagpasienter, og videre at pasienten bør engasjeres under behandlingen for å fremme en prosess som ligner på motorisk læring. For å fremme engasjement og maksimere nevroplastisitet, har to hovedmetoder blitt studert innen robotrehabilitering: i) assistanse etter behov treningsparadigmet, og ii) Detection of Patient Intent (DPI) metoden, også kalt guidet styrketrening. Den første, som består i å gi den minimale hjelpen som trengs til forsøkspersonen for å fullføre oppgaven som kreves, har vist lovende resultater for å øke deltakelsen i behandlingen, spesielt hos pasienter med middels høy funksjon. DPI-metoden er i stedet basert på å utløse bevegelsen til roboten ved hjelp av pasientens utøvde kraft eller induserte hastighet. I noen tilfeller kan DPI-metoden til og med utnytte biomedisinske signaler som EMG eller EEG for å starte den gitte oppgaven.

Foruten modaliteten for interaksjon mellom pasient og robot, er en annen viktig funksjon som kan avgjøre suksessen til terapien typen bevegelse som foreslås. Det er kjent at behandlinger basert på målrettede bevegelser viser bedre resultater i gjenoppretting av overekstremitetsfunksjonen enn behandlinger basert på bevegelser uten mål. Derfor bør et riktig rehabiliteringsprogram inkludere oppgaveorienterte bevegelser med høy repetisjon.

Dessverre er assist-as-need-prinsippet og DPI-metoden ofte lite anvendelige ved trening mot tyngdekraften, spesielt ved lavt fungerende pasienter med høy styrke- og koordinasjonssvikt. I disse tilfellene, når pasienten ikke er i stand til å kontrollere roboten aktivt, er full assistanse, basert på en stivt pålagt bane (bane- og bevegelseslov), det eneste gjenværende alternativet i robotrehabilitering.

I denne forstudien presenteres et rehabiliteringsprogram for øvre lemmer basert på robot fullassisterte (stivt pålagte) målorienterte bevegelser.

Målet med denne studien er å presentere en ny robottilnærming basert på fullt assisterte funksjonelle bevegelser og å undersøke effekten av intervensjonen når det gjelder forbedring av motorisk funksjon hos personer med kronisk hjerneslag på kort sikt og ved 6-måneders oppfølging. Det utføres også en foreløpig evaluering av intervensjonens effektivitet for å forbedre aktivitet og deltakelse på kort sikt. Videre har studien som mål å verifisere om noen instrumentelle tiltak (ved bruk av kinematikk, EMG og EEG) kan bidra til å få innsikt i mekanismene som fører til forbedret motorisk evne etter robotintervensjonen og kan brukes til å forutsi funksjonell utvinning.

STUDIEPOPULASJON OG DESIGN I denne kohortstudien, et bekvemmelighetsutvalg på 20 pasienter med mild til alvorlig svekkelse av øvre lemmer (Fugl-Meyer-skår i øvre lemmer ved baseline: 11/66 til 61/66 poeng) 6 måneder eller mer etter hjerneslag vil bli påmeldt. Studiet er i 2 faser. En pilotforsøk, som involverer 10 pasienter, vil ta sikte på å verifisere den kortsiktige effekten av robotintervensjonen for å redusere motorisk svekkelse. Hvis resultatene vil være positive, vil studien bli videreført og utvalgsstørrelsen vil bli beregnet på statistisk grunnlag fra de foreløpige resultatene. Den andre studien tar sikte på å forbedre antall pasienter og å verifisere om funksjonsforbedringer slår ut i økt aktivitet og deltakelse.

INTERVENSJON Intervensjonen administreres av en utdannet forskningsterapeut via en endeeffektorrobot (Pa10-7, Mitsubishi, Japan), som ble tilpasset for å hjelpe 3D flerledds funksjonelle bevegelser mot tyngdekraften utført med fysiologisk hastighet. Roboten muliggjør utførelse av begge rekkebevegelser, som i hverdagen brukes til å samhandle med omgivelsene (f. nå, gripe og manipulere objekter) og bevegelser som finner sted i det peripersonlige rommet.

Intervensjonsprotokollen, identisk i de 2 fasene av studien, består i utførelse av to funksjonelle bevegelser, nemlig Reaching Movement (RM) mot gravitasjon og Hand-to-Mouth Movement (HtMM):

1. starter med robothåndtaket like over låret, den assisterte RM består av sammensatte bevegelser av skulderfleksjon og albueforlengelse som når så langt som 90 grader av skulderfleksjon og helt utstrakt albue;
2. starter med robothåndtaket rett over låret, den assisterte HtMM består i å bøye albuen (og skulderen) for å plassere robothåndtaket foran munnen. Viktigere er at håndtaket er fritt til å rotere, og derfor må pasienten aktivt (intern/ekstern håndleddsrotasjon) sette det i riktig posisjon, det vil si med ekstremiteten pekende mot munnen.

Robotens håndtaksbaner og hastigheter tilpasses etter hver pasients antropometriske mål og gjenværende funksjonelle evner.

Hver økt består av 20 minutter med robotassistert RM og 20 minutter med robotassistert HtMM. Bevegelser er fullt assistert (robothåndtaket beveget seg langs banen med en forhåndsdefinert bevegelseslov uavhengig av kreftene som utøves av pasienten på håndtaket), men pasienten blir eksplisitt bedt om å delta ved å prøve å følge (litt forutse) det bevegelige håndtaket. Med tanke på at begge bevegelsene er mot tyngdekraften, for ikke å bli sliten, blir pasienten bedt om å endre engasjementsnivået hver 5. bevegelse ved vekselvis å slappe av under bevegelse og delta aktivt.

Rehabilitering består av en 1-måneders intervensjon, 3 økter i uken utført på mandag, onsdag og fredag, til sammen 12 økter.

KLINISK VURDERING Pasienter testes klinisk ved baseline (T0), like etter intervensjon (T1) og 6 måneder eller mer etter intervensjon (T2). Én utdannet fysioterapeut, lik for alle pasienter, utfører alle utfallsvurderinger (forbehandling så vel som etterbehandling og oppfølging) med tilsyn av pasientens referentlege, som kan dobbeltsjekke resultatene fra kliniske tester selv ved å konsultere videoene til pasientene. For å minimere skjevheter under evaluering etter behandling kan han ikke ha tilgang til og se resultatene fra tidligere økter.

Det primære utfallsmålet er underdomenet for motorisk funksjon i øvre lemmer (seksjoner A-D) i FMA, som omfattet 33 elementer, hver skåret på en 0, 1, 2 poengs ordinær skala. Området for denne skalaen, her referert til som Upper-Extremity Fugl-Meyer Assessment (UE-FMA), er fra 0 (ingen funksjon) til 66 (normal funksjon).

De sekundære utfallsmålene er Wolf Motor Function Test (WMFT) og (MAL), som kun administreres til pasienter i den endelige studien. WMFT består av 15 oppgaver (tidsbestemte enkelt- eller flerleddsbevegelser og funksjonelle oppgaver). Utførelsen av hver oppgave er tidsbestemt (WMFT TIME) og vurdert ved hjelp av en 6-punkts skala for funksjonelle evner (WMFT FAS).

MAL er et semistrukturert intervju, som evaluerer bevegelseskvaliteten (QOM) og mengden av bruk (AOU) pasienten gjør av det berørte lem i 30 daglige aktiviteter.

Følgende tester utføres videre: 1) Medisinsk forskningsråds skala for muskelstyrke (MRC) brukes til å evaluere muskelstyrken (ledd) av tre målrettede bevegelser: skulderabduksjon, albueekstensjon og fingerekstensjon. MRC er en 15 poengskala (5 poeng for hvert element); 2) Modified Ashworth Scale (MAS) brukes til å vurdere spastisitet. Hver testet bevegelse gis en poengsum på 0 til 5 (0 ingen spastisitet, 1 svak økning i muskeltonus ved sluttbevegelse, 2 svak økning i muskeltonus opp til halvparten av ROM, 3 mer markert økning i muskeltonus gjennom det meste av ROM , 4 betydelig økning i muskeltonus, 5 berørte del stiv i fleksjon eller ekstensjon. De testede bevegelsene var: håndleddsforlengelse, albueforlengelse og skulderabduksjon, for totalt 15 (negative) poeng. 3) Den kliniske globale inntrykksskalaen for alvorlighetsgrad og forbedring brukes til å evaluere: (a) alvorlighetsgraden av psykopatologi fra 1 til 7 og (b) endring fra oppstart av behandling på en tilsvarende syv-punkts skala. 4) Draw a Person Test for å vurdere pasientens kroppsbevissthet, og til slutt 5) Nasa-Task Load Index brukes til å vurdere pasientens fysiske og mentale belastning under intervensjon.

INSTRUMENTELL VURDERING Den instrumentelle evalueringen nedenfor er utført ved baseline (T0), like etter intervensjon (T1) og 6 måneder eller mer etter intervensjon (T2). Anskaffelser utføres under både robotassistert og ikke-assistert rekkevidde og hånd-til-munn-bevegelser utført med det mer berørte lemmet og ikke-assisterte bevegelser utført med det mindre berørte lemmet.

1. kinematikk i øvre lemmer (6 TVcs, Smart-D, BTS Bioengineering, Italia) og dynamisk overflate-EMG (øvre trapezius, fremre, midtre og bakre deltoider, triceps brachii lateralt hode, biceps lange hode og brachioradialismusklene; FreeEMG 300, BTS Bioengineering, Italia). Omfang av bevegelser, hastigheter, normalisert rykk og periodisitetskoeffisient er beregnet ved hjelp av metoden publisert av Caimmi i 2008.
2. EEG-signaler registreres ved hjelp av en hette som gir 64 elektroder plassert i henhold til det internasjonale 10/10-systemet; EMG-aktivitet registreres samtidig fra par av Ag/AgCl-overflateelektroder plassert bilateralt 2-3 cm fra hverandre over deltoideus anterior og triceps-musklene under nå, og biceps og brachioradialis-musklene under hånd-til-munn-bevegelsen. EEG- og EMG-dataene innhentes ved hjelp av et Neuroscan-system med en samplingsfrekvens på 512 Hz (båndpassfiltre: 1-200 Hz). Hendelsesrelatert desynkronisering/synkroniseringsanalyse (ERD/ERS) utføres for å kvantifisere den bevegelsesrelaterte kraftendringen til EEG-oscillerende aktivitet i alfa- og betabånd over de premotoriske og primære sensorimotoriske områdene.

DATAANALYSE Basert på de primære utfallsmåleresultatene fra pilotforsøket, vil prøvestørrelsen til studien beregnes ved å bruke freeware G*Power 3.1.9.2, generell statistisk effektanalyseprogram. Sammenligninger av data mellom ulike økter utføres med Wilcoxon signed-rank test, med tanke på signifikansverdien på 0,05. Lineær regresjon og Pearsons korrelasjon brukes til å evaluere sammenhengen mellom UE-FMA-forbedringen og 1) pasientens alder. 2) tiden fra slaget, og 3) de beregnede kinematiske størrelsene. Den statistiske analysen er utført med WinSTAT® for Microsoft® ver.2012.1.0.94.