Il rachide in clinica della riabilitazione 22 CORSO

Il rachide in clinica della riabilitazione 22° CORSO DI AGGIORNAMENTO S. I. M. F. E. R. G. R. Emilia Romagna Riccione, 16 -19 Maggio 2011 Le nuove tecnologie nella realtà nazionale Corrado Melegari elias neuroriabilitazione - consulenza, formazione e ricerca - Parma 1

Il rachide in clinica della riabilitazione Contenuto à Le tecnologie robotiche à Come funzionano à Cosa possono fare à Riconoscerli e classificarli à La loro diffusione in Italia à La ricerca in Italia à Conclusioni elias neuroriabilitazione - consulenza, formazione e ricerca - Parma 2

Il rachide in clinica della riabilitazione Il robot à Un robot è una macchina capace di sostituire l’uomo in specifiche attività… à … deve avere un sistema sensitivo che le consente di autoregolarsi durante il suo compito (feed-back attivo). Sistema di controllo elias neuroriabilitazione - consulenza, formazione e ricerca - Parma 3

Il rachide in clinica della riabilitazione Caratteristiche dei robot riabilitativi - meccanica Sistemi esoscheletrici (antropomorfi) à Possiedono arti integrativi. à Consentono il controllo delle singole articolazioni. à Adatti a pazienti con scarsa o nulla motricità residua. à Attriti e interferenze elevate. AUTOambulator Sistemi non antropomorfi à Paziente vincolato solo all’”end effector”. à Non consentono il controllo intersegmentario. à Adatti a pazienti con discrete quote motorie residue. à Attriti e interferenze basse. Research Center for Science and Technology In Medicine elias neuroriabilitazione - consulenza, formazione e ricerca - Parma 4

Il rachide in clinica della riabilitazione Caratteristiche dei robot riabilitativi - controllo Controlli passivi (non robot) Il movimento della macchina è predefinito. à Il paziente viene guidato passivamente. à Nessuna possibilità di interazione con la macchina. à Nessuna compensazione delle forze. à Controlli attivi (Classe II - Impedance or admittance control) Il movimento del robot è predefinito ma ammette una variabilità. à Il paziente viene guidato a seguire il movimento di riferimento. à Interazione parziale uomo-macchina. à Possibile compensazione della forza di gravità. à Controlli attivi (Classe I - Impedance + admittance control) Il paziente può anche essere libero di muoversi. à Bona interazione uomo-macchina. à Interferenza uomo-macchina bassa (end effector). à Compensazione di tutte le forze gravitarie e inerziali. à elias neuroriabilitazione - consulenza, formazione e ricerca - Parma 5

Il rachide in clinica della riabilitazione Nei dettagli Attuatori • Motori anca • Motori ginocchio Ortesi Sensori • Sensori di posizione • Sensori di forza Treadmill Sistema di allevio elias neuroriabilitazione - consulenza, formazione e ricerca - Parma 6

Il rachide in clinica della riabilitazione Switching fra controllo di forza e di posizione controllo posizione � i /rad controllo di forza t/s elias neuroriabilitazione - consulenza, formazione e ricerca - Parma 7

Il rachide in clinica della riabilitazione Classificazione dei robot riabilitativi Exoskeleton-like machines: Application to patiens with severe disabilities (when single joint control is required, absence or very few motor sinergies). Class I - Mechanical/Hydraulic/Pneumatic actuation High power, very precise Heavy, non portable Class II - Low power, limited precision Wearable, portable systems Operational-type machines: Application to patients with moderate disabilities (when the patients features a sufficient level of natural motor synergies). Class I - Low mechanical inertia/friction High back-driveability Fine tunning of viscoelastic properties force fields generation and measurement of the impedance of the human arm. Class II - Simple mechanical structure, no back-driveability Active compesation of inertia/friction Micera et al. , 2005 elias neuroriabilitazione - consulenza, formazione e ricerca - Parma 8

Il rachide in clinica della riabilitazione Come riconoscerli BI-manu-track (Hesse) GENTLE / S (Lumm) MIT manus (Krebs) ARMEO (Colombo) Unilaterale Esoscheletrico Unilaterale 3 Unilaterale D End effector Controllo attivo End effector Unilaterale 3 D Tipo I 2 DEsoscheletrico Controllo attivo Feed-back visivo Controllo attivo 3 D Tipo III attrito Elevato Tipo Nessun controllo Feed-back visivo Elevato attrito Nessun attrito Elevato attrito ARMEO Power (Colombo) Gait trainer IN MOTION 2 (Daly) ARM guide (Kahn) MIME (Burgar) REO go (Motorika) elias neuroriabilitazione - consulenza, formazione e ricerca - Parma 9

Il rachide in clinica della riabilitazione Come riconoscerli Esoscheletrico 2 D Controllo attivo Tipo I Feed-back visivo Elevato attrito End effector 2 D Controllo passivo Elevato attrito Lokomat (Colombo) Gait trainer (Hesse) elias neuroriabilitazione - consulenza, formazione e ricerca - Parma 10

Il rachide in clinica della riabilitazione Tavoli di verticalizzazione (robotizzati) à Lettino elettrico basculante per verticalizzazione. à Movimentazione passiva degli arti inferiori. à Controllo passivo. à Feed back assente. Erigo® elias neuroriabilitazione - consulenza, formazione e ricerca - Parma 11

Il rachide in clinica della riabilitazione Interattività dei robot riabilitativi Feed back visivi Il paziente vede il suo movimento riprodotto su uno schermo. à Vede solo l’effetto del suo movimento in funzione del compito. à Non ne trae sensazioni tattili, né cinestesiche. à Feed back aptici Dispositivi robotici capaci di esercitare in modo interattivo stimoli che inducono percezioni tattili. à Possono essere tattili o propriocettive (cinestesiche). à Trasmettono all’operatore sensazioni di forza o di contatto con un oggetto virtuale. à Facile interazione con la macchina. à elias neuroriabilitazione - consulenza, formazione e ricerca - Parma 12

Il rachide in clinica della riabilitazione Cosa possono fare à Possono assistere una persona con quote motorie ridotte a compiere un movimento altrimenti impossibile. à Possono guidare la persona a compiere il movimento una volta che questa lo ha iniziato (classe II). à Possono compensare la forza di gravità (tipo I e II). à Possono tener conto delle quote motorie residue durante tutto l’arco del movimento (classe I). à Possono misurare la stiffness totale e la forza nel fulcro controllato dal robot (classe I). à Possono monitorare le prestazioni (classe I e II). à Possono restituire la sensazione tattile e propriocettiva del movimento (interfacce aptiche). elias neuroriabilitazione - consulenza, formazione e ricerca - Parma 13

Il rachide in clinica della riabilitazione L-walk, principi di funzionamento Consente di confrontare le prestazioni dei pazienti fra le diverse sessioni terapeutiche L. Lunenburger, 2004 elias neuroriabilitazione - consulenza, formazione e ricerca - Parma 14

Il rachide in clinica della riabilitazione Valutazione della performance L-WALK î Test funzionale (6 Min. walking) î Valutazione nel Lokomat durante il training (Media L-Walk) Correlazione fra le due valutazioni: r=0. 81 elias neuroriabilitazione - consulenza, formazione e ricerca - Parma 15

Il rachide in clinica della riabilitazione Valutazione della stiffness totale L-STIFF - La resistenza meccanica (stiffness totale) delle articolazioni può essere misurata durante il movimento passivo in pattern predeterminati Linear Regression Stiffness [Nm/°] elias neuroriabilitazione - consulenza, formazione e ricerca - Parma 16

Il rachide in clinica della riabilitazione Valutazione dei ROM articolari L-ROM - L’ampiezza del movimento angolare può essere misurato passivamente e attivamente Lokomat ROM Anca: Flessione 45°; estensione 25° Ginocchio: Flessione 80°; estensione -5° elias neuroriabilitazione - consulenza, formazione e ricerca - Parma 17

Il rachide in clinica della riabilitazione Valutazione della forza isometrica L-FORCE - Forza isometrica (torque) generata dal soggetto durante la prova in un data posizione Misurazione isometrica della torque î Flessione anca 15°, ginocchio 30° î Feedback visivo per il paziente î Bollinger M, Banz R, Dietz V, Lünenburger L. “Standardized voluntary force measurement in a lower extremity rehabilitation robot”. J Neuroeng Rehabil, 2008 oct 28; 5: 23 elias neuroriabilitazione - consulenza, formazione e ricerca - Parma 18

Il rachide in clinica della riabilitazione Potenzialità dei robot in riabilitazione L’esercizio finalizzato, intensivo e ripetitivo sembra il fattore chiave che promuove la sinaptogenesi ed è l’elemento centrale della riabilitazione. (MW O’Dell e Coll, 2009) à Intensivo ROBOT THERAPY à Si adatta con precisione a diversi livelli di abilità (guida movimenti altrimenti impossibili). à Permette training intensivi. à Ripetitivo à Consente la ripetizione attiva del compito. à Attivo à Consente il controllo dell’attività del paziente e lo può misurare!!! à E’ associabile a feed-back aumentativi che la rendono motivante. à Precoce à Task Oriented à Funzionalmente finalizzato à ? ? ? elias neuroriabilitazione - consulenza, formazione e ricerca - Parma J Burridge, 2009 19

Il rachide in clinica della riabilitazione I più diffusi nel nostro paese 57 – 76% Erigo Lokomat ARMEO 23 30% 26 35% AS Armeo 23 21 5 13 AS Reo Go 10 26 TSM Erigo AI Lokomat AI Gait Trainer AS Miit Manus Totali REO Go MIT Manus 35% Gait trainer 3 (2009) 75 elias neuroriabilitazione - consulenza, formazione e ricerca - Parma 20

Il rachide in clinica della riabilitazione Dove sono nel nostro paese NORD TSM AS AI Lombardia 6 3 3 Piemonte 4 1 3 Liguria - 2 1 Emilia Romagna 1 2 1 Trentino 1 2 2 Veneto 4 70% 77% 48% CENTRO TSM AS AI Toscana 4 2 3 SUD e ISOLE 1 Umbria Lazio 1 22% 15% 18% TSM AS AI Basilicata 1 1 1 Calabria 1 1 Sicilia 1 Sardegna 2 8% 8% elias neuroriabilitazione - consulenza, formazione e ricerca - Parma 24% 21

Il rachide in clinica della riabilitazione In quali centri vengono impiegati Totale Centri Nazionali - 47 Pubblico 21 45% TSM 10 43% AI 9 45% AS 6 46% 26 55% TSM 13 57% AI 12 55% AS 7 54% Privato elias neuroriabilitazione - consulenza, formazione e ricerca - Parma 22

Il rachide in clinica della riabilitazione Su quali pazienti vengono utilizzati Totale Centri Nazionali - 47 Stroke 30 64% GCA 12 26% SV 6 13% SCI 5 11% Parkinson 3 6% SM 4 9% Ortopedici 1 2% elias neuroriabilitazione - consulenza, formazione e ricerca - Parma 23

Il rachide in clinica della riabilitazione Quale ricerca viene condotta in Italia Ricerca effettuata in 26/47 centri - 55% Ricerche attuali - 7 Lavori in pubblicazione - 4 Pubblicati - 3 RCT - 2 Mazzoleni S, Stampacchia G, Cattin E, Bradaschia E, Tolaini M, Rossi B, Carrozza MC Effects of a robot-mediated locomotor training on EMG activation in healthy and SCI subjects Bolognesi G L’utilizzo dell’apparecchiatura Erigo nel recupero del cammino del paziente con esiti di stroke G Pompeo, M Messina, A Clodomiro, A Giosuè, P Ragno, L Mungari, S Fontana, C Melegari Gait-training robot assistito e tecniche riabilitative convenzionali a confronto in pazienti affetti da sclerosi multipla: efficienza ed efficacia e loro integrazione. I risultati preliminari. elias neuroriabilitazione - consulenza, formazione e ricerca - Parma 24

Il rachide in clinica della riabilitazione Dal mondo (gennaio 2011) Pubblicazioni relative all’impiego di robot in riabilitazione 187 eliminando tutti i lavori con campioni eterogenei per patologia eliminando i lavori con popolazioni miste di cronici e acuti eliminando i case report eliminando i lavori di sviluppo delle tecnologie eliminando gli studi senza gruppi controllo eliminando quelli non in lingua inglese Studi rimasti Stroke 8 (5 a / 3 c) SCI 2 (1 a / 1 c) SM 1 Parkinson 0 TBI 0 elias neuroriabilitazione - consulenza, formazione e ricerca - Parma 25

Il rachide in clinica della riabilitazione Conclusioni à I robot per la riabilitazione hanno caratteristiche costruttive molto diverse fra loro. à Robot diversi dovrebbero avere indicazioni terapeutiche diverse? à Quale terapia riabilitativa robotizzata è migliore? Assistita? Contro resistenza? Con feed-back? Di che tipo? à Nel nostro paese sono molto diffusi, specie al nord. à Vengono utilizzati anche per la ricerca ma con poche pubblicazioni. à Se vogliamo capire come e quando utilizzare queste tecnologie è necessario raccogliere i dati insieme per analizzare i risultati di campioni omogenei di pazienti! à Un protocollo condiviso per la raccolta dei dati? elias neuroriabilitazione - consulenza, formazione e ricerca - Parma 26

Il rachide in clinica della riabilitazione Efficacia in letteratura à Stroke (Acute & Chronic) à Spinal Cord Injury à Parkinson à Multiple Slerosis à (TBI) elias neuroriabilitazione - consulenza, formazione e ricerca - Parma 27

Il rachide in clinica della riabilitazione Stroke - Ricerca bibliografica (marzo 2011) Key words lavori Robot, Gait, Rehabilitation, Stroke 860 Solo relativi a Robot /rieducazione cammino 44 eliminando tutti i lavori con campioni eterogenei per patologia eliminando i lavori con popolazioni miste di cronici e acuti eliminando i case report eliminando i lavori di sviluppo delle tecnologie eliminando gli studi senza gruppi controllo eliminando quelli non in lingua inglese Studi rimasti elias neuroriabilitazione - consulenza, formazione e ricerca - Parma 8 28

Il rachide in clinica della riabilitazione Stroke – Outcome (RCT) Acute Autore P Robot VS Motori Ashw. Funz. gg p Hidler J, 2009 72 Lokomat VS conventional FC nr ND 24 3/w Husemann B, 2007 30 Lokomat VS conventional FR ND ND 20 5/w Pohl M, 2007 170 Gait trainer VS convention FR ND FR 20 5/w Tong RK 2006 50 Mecc. Gait train. VS conv. FR nr ND 20 5/w Richards CL, 2004 63 Kinetron VS conventional ND nr ND 24 3/w gg p 385 Chronic Autore P Robot VS Lewek MD, 2009 19 NS robot VS assisted LT Motori Ashw. Funz. FC nr nr 20 Ns Westlake KP, 2009 16 Lokomat VS man treadmill ND ND nr 12 3/w Hornby TG, 2008 FC FC FC 12 0, 5 h 48 Lokomat VS treadmill 83 elias neuroriabilitazione - consulenza, formazione e ricerca - Parma 29

Il rachide in clinica della riabilitazione Stroke acuti e cronici - Risultati Outcome Motori 100% Outcome Funzionali 75% Stroke Cronici Stroke Acuti Outcome Motori favore robot Indifferente favore controllo 3 1 1 Outcome Funzionali favore robot 1 Indifferente 4 favore controllo 0 60% 20% Oucome Motori favore robot Indifferente favore controllo 20% 80% 0% Outcome Funzionali favore robot 0 Indifferente 0 favore controllo 1 elias neuroriabilitazione - consulenza, formazione e ricerca - Parma 0 1 2 0% 33% 66% 0% 0% 100% 30

Il rachide in clinica della riabilitazione Stroke – A Systematic Review Electromechanical-assisted training for walking after stroke Jan Mehrholz, Cordula Werner, Joachim Kugler, Marcus Pohl Cochrane Stroke Group, 2010 Selection criteria - Included studies using random assignment. 17 trials involving 837 participants. Electromechanical-assisted gait training in combination with physiotherapy increased the odds of becoming independent in walking but did not increase walking velocity mean difference or walking capacity significantly. The results must be interpreted with caution because: (1) some trials investigated patients who were independent in walking at study onset; (2) we found variations between the trials with respect to duration and frequency of treatment; (3) some trials included devices with functional electrical stimulation. elias neuroriabilitazione - consulenza, formazione e ricerca - Parma 31

Il rachide in clinica della riabilitazione Spinal Cord Injury – A Systematic Review EFFECTIVENESS OF ROBOT-ASSISTED GAIT TRAINING IN PERSONS WITH SPINAL CORD INJURY: A SYSTEMATIC REVIEW E Swinnen, S Duerinck, JP Baeyens, R Meeusen, E Kerckhofs. J Rehabil Med 2010; 42: 520– 526 722 - Papers after key words search 677 - Excluded by screening title and abstract 45 - Extracted for more detailed application (full text) 31 - Excluded after reading full-text 6 - Studies included in the review elias neuroriabilitazione - consulenza, formazione e ricerca - Parma 32

Il rachide in clinica della riabilitazione Spinal Cord Injury – Outcome e risultati SD LES Time AL P Intervention Field-Fote et al. , 2005 RCT C 4 T 10 1 – 23 years 6 Lokomat VS BWSTT FG NO Hornby et al. , 2005 RCT T 10 14 -180 days 10 Lokomat VS BWSTT FG FG Wirz et al. , 2005 PE C 3 L 1 2 – 17 years 20 Lokomat NO control FG NO Freivogel et al. , 2008 PE T 12 16 MO 1 Lokohelp NO control FG NO Winchester et al. , 2005 PE C 5 C 6 14 week 4 years 4 Lokomat NO control FG NO Hornby et al. , 2005 PE C 6 T 2 NS 2 Lokomat NO control FG NO 14 d 23 y 43 100% 17% Ref Walk Functio Outcome elias neuroriabilitazione - consulenza, formazione e ricerca - Parma 33

Il rachide in clinica della riabilitazione Spinal Cord Injury – Discussion “The limited number of studies that could be included in this review, in combination with the small number of patients described in the studies and the fairly low methodological scores, demonstrate the low level of evidence…” The outcome regarding participation was absent and the number of studies using comparison groups was low (n = 2). The populations included in the 2 true RCTs were very different regarding time after injury (chronic lesions vs subacute lesions ). EFFECTIVENESS OF ROBOT-ASSISTED GAIT TRAINING IN PERSONS WITH SPINAL CORD INJURY: A SYSTEMATIC REVIEW E Swinnen, S Duerinck, JP Baeyens, R Meeusen, E Kerckhofs. elias neuroriabilitazione - consulenza, formazione e ricerca - Parma 34

Il rachide in clinica della riabilitazione Parkinson Autore P Robot VS Lo AC, 2010 4 Lokomat – pre-post Motori Ashw. Funz. FR nr elias neuroriabilitazione - consulenza, formazione e ricerca - Parma FR gg p 10 ns 35

Il rachide in clinica della riabilitazione Multiple Sclerosis Autore P S Robot VS Motor Ashw Funz. Lo AC, 2008 13 RCT Lokomat VS BWSTT ND nr Beer S, 2008 35 RCT Robot ass. VS convent. FR nr gg p ND 6 3 w ND 15 3 w Gait-training robot assistito e tecniche riabilitative convenzionali a confronto in pazienti affetti da sclerosi multipla: efficienza ed efficacia e loro integrazione. I risultati preliminari. G. POMPEO, M. MESSINA, A. CLODOMIRO, A. GIOSUÈ, P. RAGNO, L. MUNGARI, S. FONTANA, C. MELEGARI EUR MED PHYS 2008; 44(Suppl. 1 to No. 3) “È auspicabile l’utilizzo di un RGTA associato a tecniche convenzionali per il mantenimento/miglioramento della funzione cammino in pazienti affetti da SM, nonostante le prove di evidenza debbano ancora essere confortate da maggiori casistiche”. elias neuroriabilitazione - consulenza, formazione e ricerca - Parma 36

Il rachide in clinica della riabilitazione Entità dei risultati (stroke - arto superiore) à Meta-analisi Fugl-Meyer Aisen 1997 Mit. M 2. 8 -3. 3 w 20 0. 24 -0. 64 – 1. 12 Burgar 2000 Mime 25. 6 -26. 4 m 20 0. 90 -0. 03 – 1. 82 Kahn 2000 Arm. G >6 m 10 -0. 58 -1. 88 – 0. 71 Volpe 2000 Mit. M 22. 5 -26 d 56 0. 50 -0. 03 – 1. 04 Lum 2002 Mime 30. 2 -28. 8 m 27 0. 10 -0. 66 – 0. 85 Hesse 2005 BMT 4 -8 w 39 3. 74 2. 68 – 4. 80 Daly 2005 In Mo > 12 m 12 0. 11 -1. 02 – 1. 24 Kahn 2006 Arm. G 75. 8 -103. 2 m 19 0. 46 -0. 51 – 1. 31 Lum 2006 Mime 10 -10. 6 w 15 0. 48 -0. 57 – 1. 53 24 d-103 m 218 0. 65 -0. 02 – 1. 33 S. E. S (Summary Effect Size) -2 G Kwakkel, BJ Kollen, HI Krebs, 2008 -1 Favor control 0 elias neuroriabilitazione - consulenza, formazione e ricerca - Parma 1 2 Favor group 3 37

Il rachide in clinica della riabilitazione Entità dei risultati (stroke - arto superiore) à Meta-analisi FIM Aisen 1997 Mit. M 2. 8 -3. 3 w 20 0. 01 -0. 87 – 0. 88 Lum 2002 Mime 30. 2 -28. 8 m 27 0. 03 -0. 73 – 0. 78 Fasoli 2004 Mit. M 9 -10 d 56 0. 23 -0. 30 – 0. 75 Lum 2006 Mit. M 10. 0 -10. 6 w 15 0. 16 -0. 87 – 1. 20 9 d – 30 m 118 0. 13 -0. 23 – 0. 50 S. E. S (Summary Effect Size) -2 -1 Favor control 0 1 2 Favor group 3 G Kwakkel, BJ Kollen, HI Krebs. Effect of Robot-Assisted Therapy on Upper Limb Recovery After Stroke: A Systematic Review. Neurorheabilitation and neural reapair 2008, Vol. 22, pp 111 -121. elias neuroriabilitazione - consulenza, formazione e ricerca - Parma 38

Il rachide in clinica della riabilitazione Conclusioni à I robot favoriscono il recupero motorio del cammino ma la loro utilità funzionale necessita di ulteriori approfondimenti. à Gli outcome relativi alla partecipazione sono stati dimenticati… à I campioni devono essere omogenei almeno relativamente alla patologia e alla distanza dall’evento acuto! à La terapia robotica deve essere combinata con l’addestramento del paziente all’utilizzo funzionale del recupero motorio. elias neuroriabilitazione - consulenza, formazione e ricerca - Parma 39

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