Машины и роботизированные устройства, для...

KK. Х. Мауриц. Х. МаурицCharité Berlin –Charité Berlin – Университет Университет

Отделение НеврореаюилитацияОтделение Неврореаюилитация

VI VI МеждународнныйМеждународнный

КонгрессКонгресс«НЕЙРОРЕАБИЛИТАЦИЯ»«НЕЙРОРЕАБИЛИТАЦИЯ»

Москва Москва

9-10 июня 9-10 июня 20201414

Машины и роботизированные устройства для восстановления двигательных функций

Training machines: walking

Zander machines around 1900

Тренировка двигательного аппарата

количество повторений количество повторений моторных шаблонов моторных шаблонов улучшает координация улучшает координация движений. движений.

Power law of learning: P Power law of learning: P ((количество количество практических практических упражненийупражнений) is raised to ) is raised to a power b (Newell & a power b (Newell & Rosenbloom 1981Rosenbloom 1981) )

Crossman 1959

Приблизительное количество необходимых повторений моторных шаблонов для усовершенствования координации движений

Изготовляющая сигары женщина:Изготовляющая сигары женщина: 3 мил. сигар3 мил. сигарCrossmanCrossman (1959) (1959)

Вяжущие руками женщины:Вяжущие руками женщины: 1,5 мил. петель1,5 мил. петель20 свитеров 20 свитеров @ 75.000 @ 75.000 петель/свитерпетель/свитер

Производящие ковры детиПроизводящие ковры дети 1,4 мил. узлов1,4 мил. узлов35 м35 м²² @@ 40.000 узлов/м 40.000 узлов/м²²

Играющие на скрипке детиИграющие на скрипке дети 2,5 мил. Нот2,5 мил. Нот6 часов х 6 дней х 50 недель х 3 года (6 часов х 6 дней х 50 недель х 3 года (Suzuki)Suzuki)

Вяжущие бусы женщиныВяжущие бусы женщины 1,5-3 мил.1,5-3 мил.Perform.; Mikimoto Pearl Ind.Perform.; Mikimoto Pearl Ind.

БаскетболистыБаскетболисты 1 мил. Корзин1 мил. Корзинприблизительная оценкаприблизительная оценка

бейсбол-питчербейсбол-питчер 1,6 мил. Подач1,6 мил. Подач3/мин х 180 мин х 300 дней х 10 лет3/мин х 180 мин х 300 дней х 10 лет

Тренировка двигательного аппарата с частичным снятием веса на бегущей дорожке

Тренировка с частичным Тренировка с частичным снятием веса на бегущей снятием веса на бегущей дорожке у кошек дорожке у кошек привела к практически привела к практически нормальным шаблонам нормальным шаблонам походки при различной походки при различной скорости движения, скорости движения, весовой нагрузки и весовой нагрузки и правильной постановке правильной постановке ногног. (. (Шик, Гурфинкель,Шик, Гурфинкель, Grillner)Grillner)

животные человек

Тренировка на бегущей дорожке с частичным снятием веса

Два или три терапевта:контроль постановкитуловища и таза.Постановка парали-зованных ног.

SCI: Visitin & Barbeau 1989;

Wernig & Müller 1992

Dietz et al. 1995

Barbeau et al. 1999

Stroke: Hesse, Mauritz et al. 1994,1995,1997

Pohl et al. 2002

Тренировка на бегущей дорожке: преимущество

целенаправленноцеленаправленно Нормальный цикл ходьбы Нормальный цикл ходьбы

(контактное время, симметрия, (контактное время, симметрия, небольшие колебания, небольшие колебания, скорость, импульс движения)скорость, импульс движения)

Рано возможное начало Рано возможное начало тренировкитренировки

Максимальное количество Максимальное количество повторений (1000 циклов повторений (1000 циклов шагов в сравнении со 100 шагов в сравнении со 100 циклами шагов в циклами шагов в конвенциональной терапии)конвенциональной терапии)

Hesse et al. 1998Mauritz et al. 2006

Цикл шагов при тренеровке на бегущей дорожке

Цикл шагов при движении по нормальному полу

на бегущей дорожке

Gaittrainer

Физиологический цикл шагов Физиологический цикл шагов и фазы остановки и ходьбы; и фазы остановки и ходьбы; нормальный угол нормальный угол тазобедренного и коленного тазобедренного и коленного сустава; физиологическое сустава; физиологическое движение центра тяжеста в движение центра тяжеста в вертикальном и латеральном вертикальном и латеральном направлении.направлении.

Помощь терапевтов для Помощь терапевтов для тяжело парализованныхтяжело парализованных

мотор и зацепление

Gaittrainer Саморегулирующаяся Саморегулирующаяся

система частичного система частичного снятия весаснятия веса

Автоматический Автоматический счетчик циклов шаговсчетчик циклов шагов

Улучшение Улучшение функциональных функциональных категорий (категорий (FAC), FAC), скорости, ритма, скорости, ритма, величины шагов, величины шагов, нормализация нормализация электромиографииэлектромиографии

Многоцентровое, рандомизированное, одно-слепое исследование

Functional Ambulation Category (FAC, 0-5)

0

1

2

3

4

5

Studienbeginn nach 2 Wochen nach 4 Wochen nach 6 Monaten[t]

FAC [0-5]

Gruppe A

Gruppe B

2 неделисначала 4 нед 6 месяци

Lokomat

Движения конечностей у Движения конечностей у больных с частичной и больных с частичной и полной параплегией с полной параплегией с помощью помощью компьютерного контролякомпьютерного контроля

Контроль углов Контроль углов тазобедренного и тазобедренного и коленного суставовколенного суставов

Датчики передают Датчики передают информацию об углах информацию об углах суставовсуставов

Colombo &Dietz 2000

AutoAmbulatorBraintree Rehab (Motorika Ltd. Israel)

система частичного снятия весабегущая дорожкаExosceleton

Будущие развития аппаратов : Haptic Walker: подниматься/спускаться по лустницеспотыкаться/поскользнуться

Recent outcome studies: gait Cochrane Review: Mehrholz et al. 2013 Cochrane Review: Mehrholz et al. 2013 (22 trials, (22 trials,

999 patients, several devices)999 patients, several devices): : Electromechanical-assisted Electromechanical-assisted training for walking after stroke training for walking after stroke

Severe gait disorders profit most from robot Severe gait disorders profit most from robot trainingtraining

Improvement in less severe patients is often due to Improvement in less severe patients is often due to additional training time and more repetitionsadditional training time and more repetitions

Best results by a combination of conventional & Best results by a combination of conventional & machine therapymachine therapy

Assistive device: walking

HAL 1

с помощью роботов

Volpe et al. Volpe et al. NeurologyNeurology 2000;54:1938-1944 2000;54:1938-1944 Новый подход в Новый подход в области области реабилитацииреабилитации

Aisen et al. Arch Aisen et al. Arch Neurol Neurol 1997;54:443–446 1997;54:443–446 MIT-Manus

MIT-Manus

Interactive Motion; Hogan, Krebs et al.

Motorika (Israel) Ltd.

3-D movements

Current studies in Berlin, Israel, Tokio Modes: guided, initiated,

step initiated, followassist, free.

Fugl-Meyer

Fugl-Meyer values increased significantly after the treatment (pre-treatment = 21, post-treatment = 31 points; t=-4.457, p=0.007)

0

5

10

15

20

25

30

Fugl-Meyer Test

Pre-Treatment Post-Treatment

Fu

gl-

Mey

er S

core

(m

ax.

64

)

Pre and Post-treatment

Тренировка руки и кисти

Моторизированный Моторизированный методметод

Флексия и экстензияФлексия и экстензия Пронация и супинацияПронация и супинация АктивнаяАктивная; ; пассивнаяпассивная; ;

сервоконтроль сервоконтроль ((пораженная рука пораженная рука следует за здоровой и следует за здоровой и наоборот)наоборот)

Много повторенийМного повторений

Hesse, Mauritz et al. 2006

Bi-Manu-Track: Многоцентровое, рандомизированное, одно-слепое исследование

The Bi-Manu-Track seems effective for the highly paretic arm after stroke. The concept of a bilateral distal approach may be sensible given the repetitive passive movement, the facilitation via intercallosal fibres, the larger cortical presentation of the distal segments and the competition of proximal and distal arm segments for plastic brain territory.

Mean Fugl-Meyer (Motor section 0-66)

0

10

20

30

40

50

60

70

study onset study end follow-up

[t]

FM [0-66]

Group A

Group B

Isometric Grip strength

-10

0

10

20

30

40

50

60

study onset study end follow-up[t]

[iFK]

Group A

Group B

Exoskeletons

Pisa group Korea

Salford SagaEuropean Space AgencyNoordwijk, NL

Recent outcome studies: arm Cochrane review Cochrane review (19 studies, different devices, 666 (19 studies, different devices, 666

patients) showed improved ADL outcome for machine patients) showed improved ADL outcome for machine

training training (Mehrholz et al 2008: (Mehrholz et al 2008: Electromechanical and robot-assisted arm training for improving arm function and activities of daily living after stroke)

Especially positive effects in severe and acute Especially positive effects in severe and acute patient grouppatient group

American Heart Association 2010 recommended American Heart Association 2010 recommended robot therapyrobot therapy

Advantages of robotic devices in therapy

Prolonged duration of trainingProlonged duration of training Increased number of repetitionsIncreased number of repetitions Improved patient savetyImproved patient savety Less strain for therapistsLess strain for therapists Improved therapeutic outcomeImproved therapeutic outcome

NIH on Rehabilitation Trends (2005) ““Demand for stroke therapy will increase dramatically…Demand for stroke therapy will increase dramatically…””

““Existing practice in rehabilitation is Existing practice in rehabilitation is very labor intensive…very labor intensive….”.”

““We simply We simply cannot affordcannot afford to provide enough ... therapy with current to provide enough ... therapy with current technologies.”technologies.”

““New technologies with potential to add significant benefit at greatly New technologies with potential to add significant benefit at greatly reduced costreduced cost include: include: outpatient clinic-based outpatient clinic-based roboticrobotic therapies, therapies, home-based home-based roboticrobotic therapies therapies, “, “

“…“…could result in major paradigm shift.”could result in major paradigm shift.”

(NCMRR-NIH, advisory board 2005 priority statement)(NCMRR-NIH, advisory board 2005 priority statement)

Robot-based Rehabilitation