Takaisin Tulosta

Robotit yläraajakuntoutuksessa aivoverenkiertohäiriön sairastaneilla

Lisätietoa aiheesta
Sinikka Hiekkala
5.7.2016

Erilaisia yläraajarobotteja on kokeiltavana kuntoutusvälineenä aivoverenkiertohäiriön sairastaneilla, mutta luotettava näyttö niiden hyödyllisyydestä puuttuu.

Tutkimus «Poli P, Morone G, Rosati G ym. Robotic technologie...»1: yläraajan robotit, systemaattinen katsaus 2014

Robotti määritellään etukäteen ja moneen toimintaan ohjelmoitavana laitteena, jolla voidaan liikuttaa materiaalia, osia tai erityisiä laitteita tuottamaan ohjelmoidusti tietty tehtävä.

Poli ym. «Poli P, Morone G, Rosati G ym. Robotic technologie...»1 luokittelivat yläraajan robotit kolmella eri tavalla. Luokittelu voidaan tehdä sen mukaan mihin yläraajan kohtaan harjoittelu keskittyy: 1) yhden tai molempien olkapäiden liike, 2) kyynärpään liike, 3) ranteen liike tai 4) käden liike. Luokittelu voi perustua myös laitteen mekaanisiin ominaisuuksiin: 1) exoskeleton tai 2) operational machine/end-effector. Kolmantena luokittelu voi perustua kontrollistrategiaan: 1) passiivinen liike, jossa robotti liikuttaa kuntoutujan kättä, 2) aktiivinen ei-tuettu liike, jossa kuntoutuja vastaa liikkeestä täysin itse, 3) aktiivinen liike, jossa kuntoutuja yrittää tehdä liikkeen ja robotti avustaa, kun tahdonalaista liikettä on mutta ei tarpeeksi, 4) aktiivinen vastustettu liike, jossa kuntoutuja tekee työn robotin suorittamaa antagonistivastustusta vastaan, tai 5) kaksikätinen harjoittelu, jossa terveen käden liike matkitaan aktiivisesti / passiivisesti / avustettuna liikkeenä pareettisella kädellä.

Changin ja Kimin «Chang WH, Kim YH. Robot-assisted Therapy in Stroke...»2 mukaan kuntoutusrobotit voidaan jakaa terapeuttisiin ja avustaviin robotteihin. Jälkimmäisten tarkoitus on kompensaatio ja terapeuttisten robottien tehtäväkeskeinen harjoittelu. Terapeuttisiin robotteihin kuuluu yhdenmukaisesti Poli ym. «Poli P, Morone G, Rosati G ym. Robotic technologie...»1 mekaanisten ominaisuuksien luokittelun mukaisesti end-effector-laitteet ja exoskeletonit. End-effector-laitteet tarjoavat mekaanista voimaa raajoille. Nämä laitteet ovat helppoja käyttää, mutta niillä kehon proksimaalisten nivelien kontrollointi on rajallista, mikä voi johtaa epänormaaleihin liikemalleihin. Exoskeleton-roboteissa on vartalon raajojen mukaisesti säädeltävät akselit. Niveliä voidaan kontrolloida yksilöllisesti. Exoskeletonien rakenne on mutkikkaampi, ja ne ovat kalliimpia kuin end-effector-laitteet.

Jarrassé ym. «Jarrassé N, Proietti T, Crocher V ym. Robotic exos...»3 tutkivat robotteja, jotka sallivat vähintään 3 liikesuunnan vapausasteet (3-DoF, 3 degrees of freedom) vähintään kahteen niveleen yläraajassa (olkapää, kyynärpää tai ranne). Passiiviset "spring-like"-rakenteiset tai kaapelirobotteja useilla kontaktipisteillä ei otettu mukaan, vaikkakin muutama edellä mainittu robotti valikoitui mukaan niiden toimiessa niveltasolla samanlaisesti kuin exoskeletonit. 30 eri laitteesta vain 11 oli testattu aivoverenkiertohäiriön sairastaneilla, ja vain muutamassa tutkimuksessa oli yli 10 koehenkilöä. 1/3 laitteista ei löydy julkaisuja alan tieteellisissä päälehdissä tai kongressijulkaisuina 3 viimeiseltä vuodelta. Katsauksessa käytiin perusteellisesti läpi laitteiden toiminta- ja fysiologisia perusteita.

Tutkijat pohtivat, että exoskeletonit voivat teoriassa yhdistää motorisen oppimisen perusteet, kuten aktiivisten liikkeiden toistojen tärkeyden, ja klassiset menetelmät, jotka perustuvat liikekoordinaation laadun parantamiseen. Monet äskettäin kehitetyistä laitteista harjoittavat yhtä niveltä tai nivelryhmää, kuten käsi- tai rannerobotit ja yksinkertainen käden liikeanalyysi, esimerkiksi pelikonsolit. Tutkijat kuitenkin varoittavat, että laitteet ovat harvoin toiminnallisia ja saattavat johtaa kompensatorisiin strategioihin. Siksi exoskeletonit ovat lupaavia, mutta niissä on vielä lukuisia teknologisia, fysiologisia ja kliinisiä haasteita.

Vain ARMin IV exoskeleton on testattu RCT-asetelmalla, ja 45 minuutin terapia 3 kertaa viikossa 8 viikon ajan ei tuottanut tilastollisesti merkitsevää eroa kontrolliryhmään Fugl–Meyerin pisteillä arvioituna. Kliininen tutkimus TWrex-laitteella, joka ei ole motorisoitu, mutta käyttää mukautuvaa tukea käden kannatteluun, tuotti samanlaisen tuloksen. Lopuksi tutkijat listaavat syitä, miksi positiivisia tuloksia ei ole.

Tutkimus «Teo WP, Chew E. Is motor-imagery brain-computer in...»4: MI-BCI

Viimeisenä 30 vuonna on lisääntyvästi tutkittu aivo-tietokonetekniikan (BCI, brain-computer technology) mahdollisuuksia kuntoutuksen yhteydessä, erityisesti BCI:n ja robottien yhteistyötä pareettisten raajojen liikuttamiseksi. Menetelmissä on käytetty sekä erilaisia invasiivisia (esimerkiksi aivoihin asetetut elektrodit) että noninvasiivisia neurofysiologisia mittaustekniikoita, kuten aivosähkökäyrä (EEG, elektroenkefalografia), lähi-infrapunaspektroskopia (NIRS) ja aivomagneettikäyrä (MEG, magnetoenkefalografia), luomaan viestinnän yhteyksiä aivojen ja BCI-tekniikan välillä. EEG on yleisin ajallisen tarkkuuden, alhaisten asennuskustannusten, siirrettävyyden ja menetelmän noninvasiivisen luonteen vuoksi.

EEG-pohjainen BCI havaitsee mielikuvaharjoittelun (MI, motor imagery) synkronisaation liiketuntoaivokuoren oskillaatiorytmissä eli mielikuvaharjoittelu aktivoi niitä sensomotorisia alueita, jotka osallistuvat varsinaisen tehtävän suorittamiseen.

Teo ym. «Teo WP, Chew E. Is motor-imagery brain-computer in...»4 tutkivat, voiko kuntoutusvaikutuksia tehostaa aivoverenkiertohäiriön sairastaneilla aktivoimalla hermoverkkoja mielikuvaharjoittelulla ja antamalla sensorista palautetta pareettisille raajoille end-effector-robotilla perustuen BCI-tekniikkaan. Tämä tarkoittaa, että henkilö mielikuvaharjoittelun avulla ohjaa tietokonetta antamaan motorisen käskyn liiketuntoaivokuorella saaden aikaan liikettä. Tutkijat esittelivät muutaman pienen kliinisen tutkimuksen. Johtopäätöksenä kuitenkin oli, että lupaavista vaikutuksista huolimatta menetelmästä puuttuu luotettava näyttö.

Ks. kuva «Mielikuvaharjoittelun ja neurofysiologisen palautteen avulla tehtävään yläraajan aktivointiin kehitetty laitteisto»1

Kuva 1.

Mielikuvaharjoittelun ja neurofysiologisen palautteen avulla tehtävään yläraajan aktivointiin kehitetty laitteisto.

Figure 1 in Teo ym. 2014. An example of motor imagery (MI) brain-computer interface training incorporating the use of electroencephalography (EEG) technology to provide neurophysiologic feedback and a robotic manipulanda for passive manipulation of the stroke-affected arm. The setup consists of the MIT-Manus robot providing unrestricted unilateral movements in the horizontal plane during a computerized game and an EEG acquisition system to identify event-related desynchronization/synchronization (ERD/ERS) EEG signals during MI. The game shown on the monitor indicates a nonrandomized, clockwise “reach-and-return” paradigm, with the aim of moving a yellow dot in the middle of the clock face to a separate red dot located along the circumference of the clock using MI. Upon the detection of ERD/ERS in EEG signals, the robotic manipulanda will provide passive movement of the stroke-affected arm to the intended point on the clock-face and back to the start point. The game interface can be changed accordingly to provide a more challenging and interactive option for patients as they progress with training.

Laitteisto, joka on kehitetty mielikuvaharjoittelun ja neurofysiologisen palautteen avulla tehtävään yläraajan aktivointiin. Henkilö pyrkii mielikuvan avulla siirtämään tietokonepelin kellossa keskellä näkyvää keltaista merkkiä seuraavaan kehällä osoitettuun kohtaan (tietokoneen näytöllä näkyvä punainen merkki) ja takaisin keskelle. EEG-lakki havainnoi tehtävään liittyviä neurofysiologisia vasteita ja ohjaa vasteiden perusteella kuvassa vasemmalla näkyvää MIT Manus -robottia avustamaan passiivisesti halvaantuneen puolen käden liikettä pöytätasolla samanaikaisesti. Tehtävää voidaan vaikeuttaa kuntoutujan toimintakyvyn mukaisesti.

Reprinted from PM&R, Vol 6. Teo WP, Chew E. Is Motor-Imagery Brain-Computer Interface Feasible in Stroke Rehabilitation? Figure 1, p.723-8, 2014, with permission from Elsevier

Kirjallisuutta

  1. Poli P, Morone G, Rosati G ym. Robotic technologies and rehabilitation: new tools for stroke patients' therapy. Biomed Res Int 2013;2013:153872 «PMID: 24350244»PubMed
  2. Chang WH, Kim YH. Robot-assisted Therapy in Stroke Rehabilitation. J Stroke 2013;15:174-81 «PMID: 24396811»PubMed
  3. Jarrassé N, Proietti T, Crocher V ym. Robotic exoskeletons: a perspective for the rehabilitation of arm coordination in stroke patients. Front Hum Neurosci 2014;8:947 «PMID: 25520638»PubMed
  4. Teo WP, Chew E. Is motor-imagery brain-computer interface feasible in stroke rehabilitation? PM R 2014;6:723-8 «PMID: 24429072»PubMed