15 Μαρ Δημοσίευση “HandTutor Enhanced Hand Rehabilitation after Stroke — A Pilot Study” στο περιοδικό Physiother Res IntHandTutor Enhanced Hand Rehabilitation after Stroke — A Pilot Study
Σκοπός
Η μελέτη αξιολογεί τα θεραπευτικά αποτελέσματα της χρήσης του συστήματος HandTutor (γάντι με αισθητήρες και ειδικό λογισμικό με ασκήσεις) σε συνδυασμό με παραδοσιακές μεθόδους αποκατάστασης άκρας χειρός σε ασθενείς με αγγειακό εγκεφαλικό που βρίσκονται στην υποξεία φάση. Η μελέτη συγκρίνει τα αποτελέσματα μεταξύ της ομάδα παρέμβασης, η οποία λάμβανε παραδοσιακό πρόγραμμα αποκατάστασης σε συνδυασμό με χρήση του HandTutor, και της ομάδας ελέγχου, η οποία λάμβανε μόνο παραδοσιακό πρόγραμμα αποκατάστασης.
To Σύστημα HandTutor
Το HandTutor αποτελείται από εργονομικό γάντι με αισθητήρες κίνησης και από ειδικό λογισμικό με θεραπευτικές ασκήσεις και δοκιμασίες αξιολόγησης (Σχήμα 1). Ο ασθενής φοράει το γάντι του οποίου οι αισθητήρες καταγράφουν το εύρος και την ταχύτητα κίνησης κατά την κάμψη και έκταση των δακτύλων και του καρπού. Οι μετρήσεις μεταφέρονται σε πραγματικό χρόνο σε υπολογιστή για ανάλυση και αλληλεπίδραση με το γραφικό περιβάλλον του λογισμικού. Το λογισμικό περιλαμβάνει ασκήσεις που βασίζονται σε επαναληπτικές και με ρυθμιζόμενη ένταση ενεργητικές κινήσεις κάμψης και έκτασης των δακτύλων ή του καρπού και συνδυασμού αυτών. Το λογισμικό του HandTutor παρέχει τις ασκήσεις με τη μορφή παιχνιδιών ώστε να δίνεται κίνητρο στον ασθενή να εκτελεί τις κινήσεις κάμψης και έκτασης όποτε του ζητείται. Παράλληλα μέσω ενός ειδικά σχεδιασμένου περιβάλλοντος γραφικών παρέχεται στον ασθενή επαυξημένη ανάδραση (augmented feedback), δηλ. αναπαράσταση με οπτικο-ακουστικό τρόπο της γνώσης σχετικά με το αποτέλεσμα και με την επίδοση.
Σχήμα 1: Το σύστημα HandTutor το οποίο περιλαμβάνει γάντι που καταγράφει κινηματικές παραμέτρους καρπού και δακτύλων και ειδικό λογισμικό με θεραπευτικές ασκήσεις και δοκιμασίες αξιολόγησης.
Μέθοδος
Συμμετέχοντες
Το δείγμα περιελάμβανε 31 ασθενείς, 10 – 70 ημέρες μετά από αγγειακό εγκεφαλικό επεισόδιο (27 ισχαιμικά και 4 αιμορραγικά), ηλικίας 65 ± 7 ετών και των δύο φύλων. Μεταξύ άλλων κριτηρίων συμπερίληψης, οι συμμετέχοντες ασθενείς έπρεπε να είχαν σκορ τουλάχιστον 24 στη δοκιμασία Folstein (mini-mental state examination – MMSE) για εκτίμηση της νοητικής και γνωστικής κατάστασής τους (Folstein et al., 1975) και τουλάχιστον 10ο εύρος κίνησης σε έκταση ή/και κάμψη του καρπού ή των δακτύλων και ικανότητα εκτέλεσης 5 κύκλων κάμψης-έκτασης χωρίς να χάνεται το ενεργητικό εύρος κίνησης.
Σχεδιασμός Μελέτης
Πραγματοποιήθηκε τυφλή ελεγχόμενη μελέτη που έλαβε χώρα στο Κέντρο Αποκατάστασης Reuth, Τελ Αβίβ.
Δημιουργήθηκαν δύο ομάδες: ομάδα παρέμβασης (n=16) και ομάδα ελέγχου (n=15) με ομοιόμορφη κατανομή αναφορικά με κοινωνικό-δημογραφικά στοιχεία και κλινικές παραμέτρους. Όλοι οι συμμετέχοντες και από τις δύο ομάδες ακολούθησαν κανονικά προγράμματα φυσιοθεραπείας και εργοθεραπείας. Η ομάδα παρέμβασης έλαβε θεραπεία με το σύστημα HandTutor™ για 20-30 λεπτά σε 15 συνεδρίες για 3 εβδομάδες (5 συνεδρίες/εβδομάδα). Η θεραπεία περιελάμβανε την εκπαιδευτική άσκηση «Track a Target» κατά την οποία οι ασθενείς ελέγχουν με την κίνηση τους μια μπάλα (η έκταση αντιστοιχεί στην οθόνη σε κίνηση της μπάλας προς τα πάνω, ενώ η κάμψη προς τα κάτω) η οποία πρέπει πάντα να διατηρείται εντός μιας κινούμενης τροχιάς. Οι ασθενείς εκτελούσαν την άσκηση για ένα λεπτό και στη συνέχεια ακολουθούσε διάλειμματα ενός λεπτού μέχρι να επαναληφθεί η ίδια άσκηση.
Για να μην υπάρχουν διαφορές ως προς τη διάρκεια της συνολικής θεραπείας, η ομάδα ελέγχου ακολούθησε ένα επιπρόσθετο πρόγραμμα παραδοσιακής αποκατάστασης άκρας χειρός για διάστημα 20-30 λεπτών.
Κριτήρια Αξιολόγησης
Όλοι οι συμμετέχοντες (και των δύο ομάδων) αξιολογήθηκαν σε 4 χρονικά διαστήματα κατά τη διάρκεια της μελέτης. Αυτά ήταν: Τ1 (αρχή της μελέτης), Τ2 (στις 10 ημέρες), Τ3 (στις 21 ημέρες όπου έληξε και η παρέμβαση) και Τ4 (10 μέρες μετά το τέλος της παρέμβασης).
Όλοι οι συμμετέχοντες (και των δύο ομάδων) αξιολογήθηκαν στα εν λόγω χρονικά διαστηματα με χρήση των παρακάτω δοκιμασιών:
- Box and Block (Desrosiers, 1994).
- Fugl-Meyer (Fugl-Meyer, 1980)
- Ταχύτητα μπάλας (ειδική παράμετρος μετρούμενη μέσω της άσκησης του HandTutor «Track a Target»)
- Πάχος της τροχιάς (ειδική παράμετρος μετρούμενη μέσω της άσκησης του HandTutor «Track a Target»).
Αποτελέσματα
Υπολογίστηκε η διαφορά του σκορ κάθε δοκιμασίας μεταξύ των χρονικών στιγμών T3 και Τ1 για κάθε ασθενή σε κάθε μία ομάδα. Στατιστική ανάλυση κατέδειξε ότι η βελτίωση της ομάδας παρέμβασης ήταν στατιστικώς σημαντική σε σχέση με την ομάδα ελέγχου. Πιο συγκεκριμένα, ο μέσος όρος των διαφορών μεταξύ των χρονικών σημείων Τ3 και Τ1 της ομάδας παρέμβασης σε σχέση με την ομάδα ελέγχου ήταν σημαντικά α) υψηλότερος στη δοκιμασία Box and Block (p=0.015) (Σχήμα 2), β) υψηλότερος στη Fugl-Meyer (p=0.041) (Σχήμα 3), γ) υψηλότερος αναφορικά με την ταχύτητα μπάλας (p<0.001) (Σχήμα 4) και δ) χαμηλότερος για το πάχος της τροχιάς (p<0.001) (Σχήμα 5).
Επίσης βρέθηκε ότι η ταχύτητα κίνησης της μπάλας για την ομάδα παρέμβασης αυξάνονταν στα διάφορα χρονικά σημεία αξιολόγησης σε σχέση με την ομάδα ελέγχου όπου η ταχύτητα παρέμεινε σταθερή. Αναφορικά με το πάχος της τροχιάς, στην ομάδα παρέμβασης το πάχος μειώνονταν στα διάφορα χρονικά σημεία, ενώ στην ομάδα ελέγχου παρέμεινε σταθερό. Τέλος, ο υπολογισμός της διαφοράς του σκορ κάθε δοκιμασίας μεταξύ των χρονικών σημείων T4 και Τ3 για κάθε ασθενή της ομάδας παρέμβασης έδειξε ότι δεν εμφανίστηκαν στατιστικώς σημαντικές διαφορές. Αυτό το εύρημα καταδεικνύει ότι η βελτίωση που επιτεύχθηκε μέχρι τη χρονική στιγμή Τ3, δηλ. κατά το διάστημα της επανεκπαίδευσης της λεπτής κίνησης μέσω του HandTutor, διατηρήθηκε για τουλάχιστον 10 μέρες μετά το πέρας της εφαρμογής του συστήματος.
2: Μέσος όρος των διαφορών μεταξύ των χρονικών σημείων Τ3 και Τ1 της ομάδας παρέμβασης και ελέγχου στο σκορ της δοκιμασίας Box and Block.
Σχήμα 3: Μέσος όρος των διαφορών μεταξύ των χρονικών σημείων Τ3 και Τ1 της ομάδας παρέμβασης και ελέγχου στο σκορ της δοκιμασίας Fugl-Meyer.
Σχήμα 4: Μέσος όρος των διαφορών μεταξύ των χρονικών σημείων Τ3 και Τ1 της ομάδας παρέμβασης και ελέγχου αναφορικά με την ταχύτητα της μπάλας στην άσκηση “Track a Target”.
Σχήμα 5: Μέσος όρος των διαφορών μεταξύ των χρονικών σημείων Τ3 και Τ1 της ομάδας παρέμβασης και ελέγχου αναφορικά με το πάχος της τροχιάς στην άσκηση “Track a Target”.
Συζήτηση και Συμπεράσματα
Η μελέτη κατέδειξε ότι ο συνδυασμός HandTutor™ με παραδοσιακά προγράμματα αποκατάστασης άκρας χειρός είναι σημαντικά πιο αποδοτικός από ότι η παραδοσιακή αποκατάσταση από μόνη της. Επιπρόσθετα της αποτελεσματικότητας που επιτεύχθηκε μέσω της άσκησης «Track a Target», η αποκατάσταση μέσω HandTutor™ προσφέρει τη δυνατότητα μιας ολοκληρωμένης θεραπευτικής προσέγγισης η οποία μπορεί να εστιαστεί τόσο σε κινητικές όσο και αισθητηριακές και γνωστικές διαταραχές. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί μέσα από μία σειρά επιπρόσθετων θεραπευτικών ασκήσεων που προσφέρονται από το λογισμικό του HandTutor. Σε κάθε άσκηση, δίνεται η δυνατότητα ρύθμισης ενός πλήθους παραμέτρων και επιπέδων δυσκολίας (τόσο κινητικής όσο και γνωστικής), οι οποίες επιτρέπουν στο θεραπευτή να προσφέρει εξατομικευμένα προγράμματα ώστε η θεραπευτική αντιμετώπιση να είναι σύμφωνη με τις ανάγκες του κάθε ασθενή.
Οι ασκήσεις προσφέρονται με τη μορφή παιχνιδιών και μέσω ενός ειδικά σχεδιασμένου γραφικού περιβάλλοντος ώστε το ενδιαφέρον του ασθενή να διατηρείται ζωηρό και να λαμβάνει ένα ισχυρό κίνητρο για συνεχή προσπάθεια. Επιπρόσθετα του κινήτρου, εξίσου σημαντικό στο HandTutor είναι η κατάλληλη οπτικο-ακουστική βιοανάδραση που παρέχεται στον ασθενή. Πιο συγκεκριμένα, μέσα από τις ειδικά σχεδιασμένες ασκήσεις, το HandTutor προσφέρει επαυξημένη ανάδραση (augmented biofeedback) η οποία είναι συνδυασμός Γνώσης Αποτελέσματος (Knowledge of Result – KR) και Γνώσης Απόδοσης/Εκτέλεσης (Knowledge of Performance – KP). Η Γνώση Αποτελέσματος αναφέρεται στο αποτέλεσμα της εκτέλεσης με αντικειμενικό και ποσοτικό τρόπο, ενώ η Γνώση της Εκτέλεσης/Απόδοσης είναι υποκειμενική και ασχολείται με τη διαδικασία εκτέλεσης της ενδεδειγμένης κίνησης.
Το HandTutor καταφέρνει και προσφέρει επαυξημένη βιοανάδραση μέσω του συνδυασμού KR και KP τα οποία δεν μπορούν να επιτευχθούν μέσω των παραδοσιακών προγραμμάτων αποκατάστασης. Για παράδειγμα, στην άσκηση «Track a Target» στα αρχικά στάδια της επανεκπαίδευσης, η τροχιά πρέπει να ρυθμιστεί ώστε να έχει μεγάλο πλάτος και η ταχύτητα κίνησής της να είναι χαμηλή. Η δραστηριότητα ενθαρρύνει τον ασθενή να κινήσει τα δάκτυλά ή τον καρπό του ώστε η μπάλα να παραμείνει εντός τροχιάς, ενώ η κατάλληλη οπτικό-ακουστική ανάδραση τον ενημερώνει σχετικά με την ικανότητα του να πετύχει τον εν λόγω στόχο (KR). Παράλληλα, το σχήμα της κινούμενης τροχιάς προετοιμάζει και καθοδηγεί τον ασθενή για το τί πρέπει να κάνει στη συνέχεια ώστε να παραμείνει εντός της τροχιάς (KP). Καθώς ο ασθενής προοδεύει, το πλάτος της τροχιάς μπορεί να μικρύνει, η ταχύτητα κίνησης να αυξηθεί και η μορφή της τροχιάς να γίνει πιο σύνθετη.
Στο HandTutor, τα πλεονεκτήματα της ανάδρασης KR περιλαμβάνουν α) τη δυνατότητα αυτο-αξιολόγησης της επίδοσης από τον ίδιο τον ασθενή, β) παροχή κινήτρου στον ασθενή για καλύτερο αποτέλεσμα, γ) μειωμένη γνωστική προσπάθεια, και δ) καθορισμό ξεκάθαρων στόχων για την εκτέλεση μίας άσκησης. Τα πλεονεκτήματα που παρέχονται μέσω της KP περιλαμβάνουν επιγραμματικά α) συνεργασία του ασθενή κατά την εκτέλεση της άσκησης, β) ευκολότερη εκμάθηση της άσκησης, γ) ενεργή παρέμβαση από τον ίδιο τον ασθενή κατά τη διάρκεια της άσκησης, δ) συντονισμός και γνωστική προσπάθεια, και ε) πρόληψη αντισταθμιστικών προτύπων κίνησης
Αναφορικά με τους περιορισμούς της μελέτης πρέπει να αναφερθεί ότι περιελάμβανε σχετικά μικρό αριθμό ασθενών και σχετικά σύντομο χρόνο παρακαλούθησης. Επίσης, οι ασθενείς στην ομάδα ελέγχου αντιμετωπίστηκαν μόνο από 2 θεραπευτές οι οποίοι εργάζονταν στο ίδιο Κέντρο. Καθώς οι μέθοδοι αποκατάστασης άκρας χειρός ποικίλουν μεταξύ Κέντρων, το συμπέρασμα ότι η εφαρμογή HandTutor είναι αποτελεσματικότερη από ότι ένα παραδοσιακό πρόγραμμα αποκατάστασης δεν μπορούν να γενικευθεί.
Επιπρόσθετες μελέτες απαιτούνται για την διερεύνηση της αποτελεσματικότητας του HandTutor σε άλλες νευρολογικές παθήσεις, όπως τη σκλήρυνση κατά πλάκας, κακώσεις νωτιαίου μυελού, κρανιοεγκεφαλικές κακώσεις, καθώς επίσης σε ορθοπαιδικές επεμβάσεις.
Περισσότερα στοιχεία για την κλινική αξιολόγηση του συστήματος μπορούν να αναζητηθούν στο πλήρες άρθρο της δημοσίευσης: Carmeli, E., Peleg, S., Bartur, G., Elbo, E. and Vatine, J.-J., HandTutorTM enhanced hand rehabilitation after stroke — a pilot study. Physiotherapy Research International, n/a. doi: 10.1002/pri.485, 2010.
Αναφορές
Desrosiers J, Bravo G, Hébert R, Dutil E, Mercier L. Validation of the box and block test. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation 1994; 75: 751–755.
Folstein MF, Folstein SE, McHugh PR. ‘Mini-mental state’. A practical method for grading the cognitive state of patients for the clinician. Journal of Psychiatric Research 1975; 12 (3): 189–198.
Fugl-Meyer AR. Post-stroke hemiplegia assessment of physical properties. Scandinavian Journal of Rehabilitation Medicine 1980; 7: 85–93.
- Το HandTutor κατασκευάζεται από την Ισραηλινή εταιρεία MediTouch και αντιπροσωπεύεται αποκλειστικά στην Ελλάδα από την Ostracon (www.ostraconmed.com).
Summary of the paper “HandTutor Enhanced Hand Rehabilitation after Stroke — A Pilot Study” published in the journal Physiotherapy Research International
Objective
The study assessed the potential therapeutic benefit of using HandTutor (sensorized glove with therapeutic software) in combination with traditional rehabilitation in a post-stroke sub-acute population. The study compares an experimental group receiving traditional therapy combined with HandTutor treatment, against a control group receiving only traditional therapy
The HandTutor System
HandTutor consists of an ergonomic glove whose sensors allow the patient’s finger/s and wrist movements to be monitored on a computer screen and of specialized software (Figure 1).
Figure 1: Τhe HandTutor system consists of a glove that records kinematic motion parameters of the fingers and the wrist and specialized software with evaluation tests and therapeutic exercises in the form of serious computer games.
The software contains impairment-oriented training exercises based on repetitive and intensive active flexion and extension movements of the finger/s and the wrist. Based on the biofeedback concept, the HandTutor system provides exercise tasks on the computer screen that encourage the patients to flex and extend their finger/s and/or wrist, while the software provides the patient with impairment-oriented, augmented feedback. Moreover, the software incorporates evaluation tests with which various kinematic measurements can be recorded, such as active and passive range of motion, speed and frequency of movement, etc.
Method
Study Design
An assessor-blinded, randomized controlled pilot trial was conducted in the Reuth rehabilitation unit in Israel. Thirty-one stroke patients (age 65 ± 7 years old) in the sub-acute phase (10-70 days after stroke), were randomly assigned to one of the two groups (experimental or control).
The experimental group (n = 16) underwent a hand rehabilitation program using the HandTutor combined with traditional therapy for 20-30 minutes in 15 sessions for 3 weeks (5 sessions/week). The HandTutor treatment involved the performance of the task “Track a Target” in which the patients control the position of a ball on the computer screen with their fingers movements so that it is always within a moving track. The patients performed the task for 1 minute followed by 1 minute breaks. The control group (n = 15) received only traditional therapy. The treatment programs for both groups were of similar duration and frequency.
Evaluation Tests
All participants of both groups were evaluated at 4 time stages. These were: Τ1 (start of study), Τ2 (on the 10th day), Τ3 (on the 21st day when the intervention was stopped) και Τ4 (10 days after the end of intervention). Improvements were evaluated using three indicators:
1) The Fugl-Meyer (FM) test,
2) The Box and Blocks (B&B) test and
3) Improvement parameters as determined by the HandTutor task “Track a Target”, such as speed of track and width of track.
Results
The average difference between Τ3 and Τ1 of the intervention group in comparison with the control group was statistically significantly a) higher for Box and Block (p=0.015), b) higher in the Fugl-Meyer scale (p=0.041) c) higher regarding the track speed (p<0.001) and d) lower regarding the track width (p<0.001).
Discussion
The study showed that the combination of HandTutor with traditional hand rehabilitation programs is more effective than traditional hand rehabilitation alone. The HandTutor concept works on repetitive finger/s and wrist movements with kinematics augmented feedback. In addition, the HandTutorTM can work on isolated finger/wrist movements by targeting the kinematics impairments of ROM, speed, accuracy, and homogeneity of finger/s and wrist movement. Nevertheless, HandTutor can offer an integrated therapeutic approach by providing a complete suite of computer games that can be targeted at both motion and cognitive disorders.
If the patient to be treated has an impairment in proprioception, then in the initial stages of HandTutor treatment, the track width is set to a wide track and track scroll speed is set to a low setting. The software encourages the patients to move their fingers or wrist in order to stay within the track and patients are provided with feedback on their ability to perform the task. The HandTutor software therefore provides kinematics augmented feedback in the form of Knowledge of Results (KR) and Knowledge of Performance (KP). KR refers to the outcome and KP gives the patient an instruction on what to do to achieve an improved outcome. In this direction, the fact that the ball stays or not within the track, and the trajectory of the ball within the track provides KR, whereas the shape of the track provides KP. As the patient’s proprioception improves, the accuracy of their finger/s and wrist movement will also improve. This allows the therapist to increase the speed of the track scroll, and decrease the track width.
The augmented feedback provided to the patient and the therapist through the HandTutor software is quantitative and objective and consists of concurrent and/or terminal quantitative kinematics feedback, for example, speed of finger movement. The feedback is simple and easily understood by both the therapist and the patient.
Study limitations included small subject numbers, relatively short follow-up periods and minimal outcome measures. In addition, patients in the traditional therapy group were treated by only two therapists working at the same institute. Traditional therapy treatments vary from clinic to clinic. The results are therefore hard to monitor and to follow for specific changes or improvements.
Conclusions
The presented results suggest that the HandTutorTM may improve the function of grasping when combined with traditional hand exercises in a sub-acute post-stroke population. The results also suggest that HandTutor training should be further investigated as an adjunct to functional training in patients with hand motor dysfunction who are in the sub acute stage following stroke.
In order to support the hypothesis that the functional improvement measured in this study carries over to additional everyday objects and tasks, follow-up studies should incorporate additional reach, grasp, grip and release ADL tests. In addition, larger subject numbers and an extended follow-up period should be considered. Further studies are also needed to assess the efficacy of HandTutor treatment in the chronic phase of stroke hand rehabilitation.
More information can be found in the full paper, entitled: “HandTutorTM enhanced hand rehabilitation after stroke — a pilot study”, written by Carmeli, E., Peleg, S., Bartur, G., Elbo, E. and Vatine, J.-J, published in Physiotherapy Research International, n/a. doi: 10.1002/pri.485, 2010.
References
Desrosiers J, Bravo G, Hébert R, Dutil E, Mercier L. Validation of the box and block test. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation 1994; 75: 751–755.
Folstein MF, Folstein SE, McHugh PR. ‘Mini-mental state’. A practical method for grading the cognitive state of patients for the clinician. Journal of Psychiatric Research 1975; 12 (3): 189–198.
Fugl-Meyer AR. Post-stroke hemiplegia assessment of physical properties. Scandinavian Journal of Rehabilitation Medicine 1980; 7: 85–93.
- HandTutor is manufactured by the Israel company MediTouch and is exclusively distributed in Greece by Ostracon (www.ostraconmed.com).
