Desenvolvimento de um novo programa de reabilitação orientado a tarefas usando uma mão robótica exoesqueleto bimanual

Summary

Este estudo relata o desenvolvimento de um novo programa orientado a tarefas assistida por robôs para reabilitação manual. O processo de desenvolvimento consiste em experimentos utilizando indivíduos saudáveis e sujeitos que tiveram um derrame e sofreram de disfunção de controle motor subsequente.

Abstract

Uma mão assistida por robôs é usada para a reabilitação de pacientes com função de membro superior prejudicada, particularmente para pacientes com derrame com perda de controle motor. No entanto, não está claro como estratégias convencionais de treinamento ocupacional podem ser aplicadas ao uso de robôs de reabilitação. Novas tecnologias robóticas e conceitos de terapia ocupacional são usados para desenvolver um protocolo que permite aos pacientes com função de membro superior prejudicada agarrar objetos usando sua mão afetada através de uma variedade de funções de beliscar e agarrar. Para conduzir isso adequadamente, usamos cinco tipos de objetos: um pino, um cubo retangular, um cubo, uma bola e uma barra cilíndrica. Também equipamos os pacientes com uma mão robótica, a Mão Espelho, uma mão exoesqueleto que é equipada com a mão afetada do sujeito e segue o movimento da luva sensorada instalada em sua mão não afetada (treinamento de movimento bimanual (BMT)). Este estudo teve duas etapas. Três sujeitos saudáveis foram recrutados pela primeira vez para testar a viabilidade e aceitabilidade do programa de treinamento. Três pacientes com disfunção na mão causada por AVC foram então recrutados para confirmar a viabilidade e aceitabilidade do programa de treinamento, que foi realizado em 3 dias consecutivos. Em cada dia, o paciente era monitorado durante 5 minutos de movimento em uma faixa passiva de movimento, 5 minutos de movimento bimanual assistido por robôs e treinamento orientado a tarefas usando os cinco objetos. Os resultados mostraram que tanto indivíduos saudáveis quanto sujeitos que sofreram um derrame em conjunto com a mão robótica poderiam agarrar com sucesso os objetos. Tanto os sujeitos saudáveis quanto aqueles que sofreram um derrame tiveram um bom desempenho com o programa de treinamento orientado a tarefas assistida por robôs em termos de viabilidade e aceitabilidade.

Introduction

A maioria (80%) os pacientes com avc experimentam um déficit na mão e têm dificuldade em realizar tarefas manuais independentes que são pertinentes à vida diária¹. No entanto, a natureza complexa das tarefas manuais significa que é um desafio significativo projetar um programa de treinamento orientado a tarefas para reabilitação manual². Nos últimos anos, muitos dispositivos robóticos foram desenvolvidos para reabilitação manual^3,,4, mas poucos protocolos de treinamento assistidos por dispositivos robóticos permitem que um paciente interaja com objetos reais. Não está claro exatamente como um programa de treinamento orientado a tarefas para reabilitação da função manual pode ser aplicado usando dispositivos robóticos para pacientes que sofrem disfunção manual devido ao acidente vascular cerebral.

O treinamento orientado para tarefas é usado para melhorar a função manual^5,6 e é comumente aplicado na reabilitação para disfunção do membro superior devido ao acidente vascular cerebral. É usado para aumentar a neuroplasticidade e é altamente dependente de déficits neurológicos individuais e demandas funcionais⁷. No entanto, durante o treinamento orientado à tarefa, os pacientes têm dificuldade em manipular objetos se a função da mão for prejudicada. Exemplos disso incluem pouca compreensão ou funções de pinça limitadas. Os terapeutas também mostram dificuldade em orientar os movimentos dos dedos dos pacientes individualmente, o que limita, portanto, a variação das tarefas de apreensão. Os dispositivos robóticos são, portanto, necessários para aumentar a eficácia do treinamento orientado por tarefas, orientando explicitamente o movimento das mãos durante o treinamento repetitivo^2,8.

Estudos anteriores só usavam robôs de reabilitação para treinamento orientado a tarefas em tarefas de alcance de membros superiores³. Não está claro como a reabilitação assistida por robôs pode ser empregada para treinamento orientado a tarefas visando a função manual. Uma mão de exoesqueleto, HWARD, tem sido usada para guiar os dedos para agarrar e soltar objetos⁸. No entanto, este dispositivo não permite padrões variados de apreensão porque não possui os graus necessários de liberdade. Recentemente, outros dispositivos que visam mover os dedos de um paciente individualmente foram^{desenvolvidos 9}. No entanto, esses dispositivos não foram usados anteriormente para neuroreabilitação. Os dispositivos robóticos mencionados acima são todos robôs unilaterais. Em contraste, o sistema de mão robótico aqui apresentado precisa da cooperação de mãos não afetadas e afetadas. O sistema manual robótico é especificamente projetado para fins de reabilitação usando o mecanismo mestre-escravo para alcançar movimentos manuais bimanuais simétricos. O sistema consiste em uma mão exoesqueleto (usada na mão afetada), uma caixa de controle e uma luva sensorial (usada na mão não afetada). Cada módulo de dedo da mão exoesqueleto é conduzido por um motor com um grau de liberdade e suas articulações são ligadas usando um sistema de ligação mecânica. Dois tamanhos, S e M, são projetados para se adequar a diferentes assuntos. A caixa de controle fornece dois modos terapêuticos, a faixa passiva de movimento (PROM) e modos de movimento guiados por espelho, através dos quais a mão afetada do paciente pode ser manipulada pela mão do exoesqueleto. No modo PROM, a caixa de controle envia comandos de entrada para o exoesqueleto enquanto move a mão do sujeito para realizar a flexão/extensão completa do dedo. Contém dois modos: modo de dedo único (atua em sequência do polegar ao dedo mindinho) e cinco dedos (cinco dedos se movem juntos). No modo de movimento guiado pelo espelho, o mecanismo mestre (luva do sensor)–escravo (mão exoesqueleto) é implementado, no qual o movimento de cada dedo é detectado pela luva do sensor e sinais dos ângulos articulares são transmitidos para a caixa de controle para manipular a mão exoesqueleto.

Quando equipados com o sistema de mão robótico, os sujeitos foram instruídos a mover suas mãos afetadas sob a orientação da mão do exoesqueleto controlada por mãos não afetadas que é o treinamento de movimento bimanual (TMO)¹⁰. De acordo com pesquisas anteriores, o BMT é capaz de ativar vias neurais semelhantes em ambos os hemisférios do cérebro e prevenir a inibição trans-hemisfério que dificulta a recuperação da função neuronal no hemisfério¹⁰. Brunner et al^.11 compararam OTM E a terapia de movimento induzida por restrição (CIMT) em pacientes com AVC sub-agudo. Eles sugeriram que o TMO tende a ativar mais redes neurais em ambos os hemisférios do que o CIMT, e não houve diferença significativa na melhoria da função manual entre as abordagens BMT e CIMT. Sleimen-Malkoun et al.¹² também sugeriram que, através do TMO, os pacientes com AVC são capazes de restabelecer tanto o controle de membros pareticos quanto o controle bimanual. Ou seja, o treinamento deve incluir tarefas bimanuais que se concentram no uso do braço afetado. Além disso, a coordenação das duas mãos é necessária para as atividades de vida diária (ADL)^11,12. Portanto, é crucial desenvolver um programa de treinamento bimanual orientado a tarefas assistida por robôs para pacientes pós-acidente vascular cerebral e objetos que podem ser apreendidos ou beliscados por pacientes que usam o sistema de mão robótico.

Neste estudo, uma variedade de objetos apreendidos foram projetados com base nas necessidades da terapia ocupacional e nas propriedades mecânicas dos robôs de reabilitação. Um protocolo de treinamento orientado para tarefas foi desenvolvido usando dispositivos de reabilitação robótica para pacientes com disfunção distal do membro superior devido ao AVC. O objetivo deste estudo foi investigar a viabilidade e a aceitabilidade do programa de treinamento orientado à tarefa usando um robô exoesqueleto e objetos de apreensão recém-projetados.

Protocol

O protocolo de treinamento e o documento de consentimento informado foram revisados e aprovados pelo Conselho de Revisão Institucional da Chang Gung Medical Foundation. Os detalhes do estudo e dos procedimentos foram claramente explicados a cada sujeito. 1. Recrutamento de três adultos saudáveis Realizar o processo de triagem utilizando os seguintes critérios de inclusão: (1) idade 20-60 anos, (2) já assinado consentimento informado, (3) função normal nos membros superiores, …

Representative Results

No estudo, foram inscritos seis disciplinas, incluindo três indivíduos saudáveis e três pós-acidente vascular cerebral. Os dados demográficos de ambos os grupos estão apresentados na Tabela Suplementar 1. A idade média do grupo saudável foi de 28 anos (faixa: 24 a 30), enquanto a idade média do grupo de pacientes foi de 49 (40 a 57). Os escores médios de avaliação do grupo de pacientes foram os seguintes: (1) MMSE=27 (26-29), (2) FMA=11,3 (6-15), (3) MAS=1, (4) Estágio Brunnstrom=2. <p …

Discussion

Os resultados deste estudo mostraram o seguinte: (1) ambos os grupos poderiam compreender com sucesso os objetos fornecidos com o sistema de mão robótico. Eles foram capazes de completar esta tarefa com uma taxa de sucesso de quase 100%, que verifica a viabilidade do programa de treinamento orientado a tarefas assistido por robôs proposto. (2) Não houve relatos de lesões ou eventos adversos durante o período de estudo e todos os pacientes relataram que o sistema de mão robótico era útil para manipular objetos. I…

Materials

Control Box	Rehabotics Medical Technology Corporation	HB01	The control box includes a power supply, sensor glove signal receiver, motor signal transmitter, and exoskeletal hand motion mode selection unit.
Exoskeletal Hand	Rehabotics Medical Technology Corporation	HS01	It is a wearable device causing the patient's fingers to move and is driven by an external motor and mechanical assembly.
Sensor Glove	Rehabotics Medical Technology Corporation	HM01	Worn on the patient's unaffected side hand. The sensors in the sensor glove will detect flexing and extension of the hand, and this data will be used to control the exoskeletal hand when in bimanual mode.