Atingindo o treinamento baseado em assistência robótica híbrida para pacientes com AVC ( RETRAINER-S2 ) (RETRAINER-S2)

Este é um estudo controlado randomizado multicêntrico projetado de acordo com as recomendações da Declaração CONSORT. Um total de 68 pacientes serão recrutados nos dois centros. Esse tamanho de amostra foi calculado a priori como capaz de detectar uma diferença clinicamente importante entre os grupos de 5,7 pontos no desfecho primário Action Research Arm Test, considerando um desvio padrão de 12,5, um erro tipo I de 5% e um poder de 80%. Mais detalhes técnicos sobre a plataforma RETRAINER para a reabilitação do braço são relatados aqui. A configuração experimental consiste em: uma órtese antebraço-mão passiva; um estimulador controlado por corrente com um canal de estimulação multiplexado para 48 locais ativos, desenvolvido pela "Hasomed GmbH"; Arranjos de eletrodos 4 por 4 usados ​​para Estimulação Elétrica Neuromuscular transcutânea (NMES), desenvolvidos pelo Laboratório de Engenharia Neural Translacional - École Polytechnique Fédérale De Lausanne (TNE-EPFL); e objetos interativos, que são objetos do cotidiano equipados com etiquetas de identificação por radiofrequência (RFID) usadas para identificar as posições-alvo para orientar a execução dos exercícios de reabilitação. Um leitor adequado está embutido no exoesqueleto com a antena na articulação do pulso. O sistema de controle é compartilhado entre um Embedded Control System (ECS), executado em um BeagleBoneBlackTM, para operação em tempo real, e uma tabela baseada em Windows (Microsoft Surface 3 executando Windows 8), que fornece uma interface gráfica de usuário (GUI) para o terapeuta e o paciente. A órtese é caracterizada por uma barra termoplástica, moldada para se adequar ao aspecto dorsal mão-antebraço, e destinada à estabilização mão-punho; fechos termoelásticos destinados à restrição seletiva dos dedos e facilitação do movimento de preensão; o movimento da mão, pulso e dedos é monitorado com três sensores inerciais ("Invensense MPU-9250"). Para permitir o uso em pacientes dentro do percentil 5 e 95, os hosts de barra termoplástica estão disponíveis em 5 tamanhos e os grampos elásticos estão disponíveis em 11 tamanhos. A estimulação é fornecida através de mapas de estimulação com um ou mais eletrodos virtuais ativos, selecionados pelo terapeuta com base nas necessidades específicas do sujeito. Dependendo da tarefa, a estimulação nos extensores e flexores é aplicada para corresponder à configuração cinemática da mão desejada. Caso a extensão (ou flexão) desejada seja alcançada por meio de estimulação ou controle volitivo residual, a intensidade da estimulação é reduzida de acordo.

A frequência de estimulação é definida em 25 Hz, a largura de pulso é fixada em 300μs, enquanto a intensidade de estimulação é definida no início da sessão de treinamento em cada músculo individualmente em um valor tolerado pelo sujeito e capaz de induzir um movimento funcional.

Matrizes de eletrodos personalizadas são colocadas sobre a barriga muscular do antebraço. Um procedimento de calibração rápido e automático é necessário antes do início de cada sessão. Este procedimento visa definir os valores de amplitude de corrente para cada Eletrodo Virtual em uso.

A interface de controle do sistema, implementada em .Net 4.6, fornece uma GUI que inclui várias ferramentas de software para organizar exercícios de reabilitação e monitorar o progresso da reabilitação. O coração da interface de controle é uma State Machine, que comanda tanto a parametrização quanto a execução dos exercícios. Cada exercício é dividido em tarefas únicas: a State Machine conduz a execução do exercício ao longo das tarefas, enquanto a execução de cada tarefa individual é controlada pelo ECS. O ECS controla todos os módulos que requerem restrições de tempo real, como o estimulador, o controlador FES e os sensores de órtese. Para manter a interface de controle e o ECS sincronizados, foi implementado um conceito estrito de mestre-escravo utilizando um protocolo de comunicação feito sob medida, significando que o ECS não deve agir de forma independente, mas apenas reagir aos comandos enviados pelo controle de alto nível. As transições entre os estados da máquina de estado e, portanto, as tarefas do exercício são acionadas por dados de sensores de ângulo, dados RFID ou um temporizador (dependendo da tarefa). As transições devem cumprir certas condições, chamadas de guardas. Esses protetores são predefinidos para cada tarefa e devem ser parametrizados conforme descrito na Seção D. A GUI orienta o usuário durante o treinamento fornecendo instruções visuais e feedback. O fluxo de trabalho de uma sessão de treinamento típica consiste em quatro fases principais: a configuração, colocação e parametrização do sistema e o treinamento seguindo uma sequência pré-definida de exercícios. A interface de controle oferece suporte ao terapeuta e ao paciente em todas as fases por meio da GUI. A configuração começa com o terapeuta criando um novo usuário, ou selecionando um já existente, calibrando os sensores inerciais e selecionando os exercícios. Depois, a fase de colocação começa com a colocação dos feixes de eletrodos para estimulação. Uma vez verificada a colocação e a intensidade dos Eletrodos Virtuais, o terapeuta deve calçar a órtese de tamanho adequado no paciente, e posicionar os sensores inerciais na órtese e nos fechos dos dedos. O passo seguinte é a calibração do controlador FES por meio do procedimento automático descrito anteriormente. Nos dias de treino seguintes, o procedimento de colocação e colocação é parcialmente simplificado, uma vez que o terapeuta pode carregar as configurações do dia anterior e eventualmente ajustá-las, e usar as órteses pré-identificadas que melhor se adaptam ao sujeito. Uma etapa de parametrização é projetada para definir os guardas da máquina de estado. Nesse processo, a GUI orienta o paciente e o terapeuta em cada tarefa dos exercícios selecionados com estimulação. São determinados os parâmetros específicos do paciente para cada tarefa, como as posições-alvo, o tempo desejado para a execução de cada tarefa e o tempo das fases de relaxamento. No final da fase de parametrização, todos os parâmetros são armazenados e a sessão de treinamento pode ser iniciada. O treinamento consiste na execução de uma série de exercícios envolvendo a mão durante as atividades de vida diária. Os exercícios típicos são agarrar um objeto, flexionar e estender os dedos, flexionar e estender o punho, alcance anterior em um plano ou no espaço, mover um objeto em um plano ou no espaço, com ou sem um objeto na mão. A execução dos exercícios é controlada pela interface de controle que conduz o paciente ao longo das tarefas individuais por meio de mensagens visuais e de áudio via GUI.