Ein Rehabilitationsprogramm für Exoskelett-gestütztes Laufbandtraining mit nicht-immersiver virtueller Realität für Schlaganfallpatienten

Die Wirksamkeit der Kombination von Exoskelett-gestütztem, körpergewichtsgestütztem Laufbandtraining mit spielbasierter virtueller Realität für die Dual-Task-Fähigkeit bei Schlaganfallüberlebenden muss noch untersucht werden. Daher zielt dieses Rehabilitationsprogramm darauf ab, die potenziellen Funktionen und Vorteile dieser Kombination bei der Verbesserung der Gehfähigkeit während der Schlaganfallerholung zu untersuchen.

Ein Schlaganfall ist ein zerebrovaskuläres Ereignis, das die Mobilität und Unabhängigkeit der Patienten erheblich beeinträchtigt. Die Wiederherstellung von Gangmustern ist ein wichtiges Ziel der Schlaganfallrehabilitation, und technologiebasierte Therapien haben vielversprechende Ergebnisse gezeigt. Die Exoskelett-Therapie der unteren Gliedmaßen, das körpergewichtsgestützte Laufbandtraining (BWSTT) und das spielbasierte Virtual-Reality-Training (VR) sind innovative Ansätze, die die Muskelkraft, das Gleichgewicht und die Gehfähigkeit bei Schlaganfallpatienten verbessert haben. Die Integration dieser Therapien in ein umfassendes Rehabilitationsprogramm kann die motorische Erholung und die funktionellen Ergebnisse für Schlaganfallüberlebende verbessern. In dieser Studie werden die potenziellen Vorteile der Kombination von Exoskelett-gestütztem BWSTT mit spielbasierter VR bei der Verbesserung der Dual-Task-Fähigkeit bei der Schlaganfall-Genesung untersucht. Die Berg Balance Scale (BBS) zeigte eine signifikante Verbesserung nach dem Training (p = 0,03), aber es wurden keine statistischen Unterschiede im Timed Up-and-Go Test (TUG, p = 0,15) und Functional Independence Measure (FIM, p = 0,38) beobachtet. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Behandlung zu einer Verbesserung des Patientengleichgewichts geführt hat. Der Einsatz fortschrittlicher technologischer Geräte in diesem Rehabilitationsprotokoll während der akuten Phase nach einem Schlaganfall ist vielversprechend und rechtfertigt weitere Untersuchungen durch eine randomisierte kontrollierte Studie.

Im Jahr 2020 waren die ungefähren Schlaganfallraten auf dem chinesischen Festland wie folgt: eine Prävalenzrate von 2,6 %, eine Inzidenzrate von 505,2 pro 100.000 Personen und eine Mortalitätsrate von 343,4 pro 1.00.000 Personen pro Jahr¹. Diese schwächende Erkrankung führt bei 70 % bis 80 % der Patienten zu Funktionsstörungen, motorischen Beeinträchtigungen und Abhängigkeit². Da das Gehen ein wesentlicher Bestandteil der menschlichen Bewegung ist, spielt es eine entscheidende Rolle für die unabhängige Übertragung, das physiologische Wohlbefinden und die allgemeine körperliche Aktivität³. Daher ist die Wiederherstellung des Gangbildes bei Schlaganfallpatienten ein wichtiges Ziel der Rehabilitation, da sie eine größere Unabhängigkeit gewährleistet. Während traditionelle Methoden die Gehfähigkeit nach einem Schlaganfall erleichtert haben, hat die technologiebasierte Therapie in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte bei der Genesung von Schlaganfällen gemacht und intensivere Trainingsmodelle hervorgebracht². Darüber hinaus können technologische Fortschritte in der Schlaganfallrehabilitation die Genesung von Schlaganfallüberlebenden weiter motivieren und fördern.

Die Therapie mit dem Exoskelett der unteren Gliedmaßen (EXO) ist ein vielversprechender und innovativer Ansatz zur Unterstützung von Patienten, die aufgrund von motorischen Defiziten in den unteren Gliedmaßen nicht gehen können³. Diese Therapie bietet ein hochdosiertes und hochintensives Trainingsprogramm, das eine frühere Mobilisation auf sicherere Weise ermöglicht. Jüngste Studien haben die potenziellen Vorteile dieser Therapie für Schlaganfallpatienten gezeigt, einschließlich Verbesserungen der Muskelkraft, des Gleichgewichts und der Gehfähigkeit⁴. Andere Studien, in denen Personen mit Rückenmarksverletzungen verglichen wurden, deuten darauf hin, dass sowohl das Exoskelett-Bewegungstraining als auch das aktivitätsbasierte Training die kardiovaskulären Indizes signifikant verbessern, wobei das Exoskelett-Bewegungstraining eine größere Wirksamkeit bei der Verbesserung der kardiologischen Reaktionen auf orthostatischen Stress und der Reduzierung der Herzfrequenz im Stehen zeigt⁵.

Das in dieser Studie verwendete robotergestützte Gangtrainingssystem soll Patienten bei der Gehrehabilitation unterstützen. Dieses robotische Exoskelett, das mit computergesteuerten Motoren an den Hüft- und Kniegelenken ausgestattet ist, ermöglicht es den Patienten, passiv oder aktiv unterstützt zu gehen und dabei verschiedenen programmierten Gangmustern zu folgen. Das System umfasst ein robotisches Gerüst, das die unteren Gliedmaßen des Patienten stützt und gleichzeitig kontrollierte Unterstützung und Widerstand beim Gehen bietet. Feedback-Mechanismen sind in das System integriert, um die Bewegungen des Patienten zu steuern und dem Arzt Echtzeitdaten zur Verfügung zu stellen, wodurch der motorische Lernprozess verbessert wird.

Body Weight-Supported Treadmill Training (BWSTT) ist ein unterstütztes Gehtrainingssystem, das einen Gurt zur teilweisen Unterstützung des Körpergewichts des Patienten und ein motorisiertes Laufband zur Erleichterung der Bewegung kombiniert⁶. Das in dieser Studie verwendete Gewichtsstützsystem verwendet eine Kombination aus Schlingen und Rahmen; Das System verteilt einen Teil des Körpergewichts des Patienten auf das Gerät und entlastet so effektiv das Gewicht während des Trainings. Dieses einstellbare Gewichtsunterstützungssystem ermutigt Schlaganfallpatienten mit abhängigen oder abnormalen Gangmustern, eine höhere Gangqualität zu erreichen. Der Patient kann eine bessere Selbsthilfekontrolle der betroffenen Extremität erreichen, indem er die Belastung der unteren Extremität auf der halbseitig gelähmten Seite reduziert. Darüber hinaus bietet der Gurt ein sicheres Mittel, um Stürze bei einer frühen und intensiven Mobilisation zu verhindern. BWSTT hat bei Schlaganfallpatienten ein bemerkenswertes Potenzial zur Förderung von Gleichgewichtsfähigkeiten, Ganggeschwindigkeit und Gehausdauer über ein breites Spektrum von funktionellen Gehniveaus gezeigt⁷.

Spielbasierte Virtual-Reality-Trainingssysteme (VR) ermöglichen es Schlaganfallpatienten, mit Objekten und Ereignissen in einer realistischen Umgebung durch Freizeitcomputeranwendungen zu interagieren ^6,8. Das in dieser Studie verwendete Virtual-Reality-System stützt sich nicht auf VR-Headsets, sondern bietet ein grundlegendes Virtual-Reality-Erlebnis, indem es Sensoren am Exoskelett verwendet, um die Bewegungen des Patienten in eine virtuelle Spielumgebung zu übertragen, die auf einem Bildschirm angezeigt wird und ein interaktives Virtual-Reality-Szenario simuliert. Dieses Trainingssystem, das ansprechender und inspirierender ist, erhöht die Präferenz und Adhärenz bei Schlaganfallüberlebenden, was möglicherweise zu signifikanteren Vorteilen im Vergleich zu herkömmlichem körperlichem Training während des gesamten zeitaufwändigen Genesungsprozesses führt. Darüber hinaus hat die VR-Rehabilitation als Ersatzintervention vielversprechende Ergebnisse bei der Verbesserung des Gangs, des Gleichgewichts, der kognitiven Kapazität und der Aktivitäten des täglichen Lebens durch das Angebot von Dual-Task-Training gezeigt⁸. Die aktuelle Studie zeigte, dass VR, wenn es als Ergänzung zum robotergestützten Bewegungstraining eingesetzt wird, sowohl das Gleichgewicht als auch den Gang bei chronischen Schlaganfallpatienten verbessert, was ihr Potenzial unterstreicht, funktionelle Verbesserungen bei ambulanten Personen mit Schlaganfall zu fördern⁹. Darüber hinaus haben andere Untersuchungen gezeigt, dass robotergestützte Rehabilitation, insbesondere wenn sie in VR integriert ist, die kognitive Erholung und das psychische Wohlbefinden bei Personen mit chronischem Schlaganfall verbessern kann¹⁰.

Die oben genannten therapeutischen Geräte können effektiv kombiniert werden, um ein individuelles Rehabilitationsprogramm zu erstellen, das auf die Bedürfnisse jedes Patienten zugeschnitten ist. VR-gestütztes BWSTT erscheint als Kombination machbar und vielversprechend. Untersuchungen deuten darauf hin, dass es die Beckenneigung reduzieren und das traditionelle Gangtraining übertreffen kann, insbesondere mit einem bescheidenen Eingriff, was Patienten mit früher Hemiparetik hilft¹¹. Im Vergleich dazu wurde der Einsatz von VR-integrierten Exoskeletten für die Rehabilitation der unteren Extremitäten im Gegensatz zur Rehabilitation der oberen Extremitäten nur minimal erforscht¹². Mirelman et al. zeigten die Wirksamkeit der Kombination von Exoskeletten mit VR und Videospielen für die Rehabilitation von Knöcheln und Füßen, was zu einer verbesserten Gehgeschwindigkeit, einer verbesserten paretischen motorischen Kontrolle des Knöchels, einem erhöhten maximalen Plantarflexionsmoment und einer größeren Krafterzeugung des Knöchels führte¹³.

Die Kombination eines Exoskeletts mit BWSTT und VR bietet einen umfassenden Ansatz für die Schlaganfallrehabilitation (siehe Abbildung 1). Diese integrierte Therapie kombiniert die Vorteile eines Exoskelett-gestützten Gangtrainings, der nicht-immersiven VR-Technologie und der einstellbaren Gewichtsunterstützung durch ein Laufband. Dieser Ansatz hat das Potenzial, die motorische Erholung, das Gleichgewicht und die allgemeinen funktionellen Ergebnisse bei Schlaganfallpatienten zu verbessern⁶. Während Rehabilitationsprotokolle, die diese Technologien nutzen, in verschiedenen Forschungsstudien untersucht wurden, wurde die Wirksamkeit der Kombination von Exoskelett-gestütztem BWSTT mit spielbasierter VR für die Dual-Task-Fähigkeit bei Schlaganfallüberlebenden selten untersucht. Daher zielt dieses Rehabilitationsprogramm darauf ab, die potenziellen Funktionen und Vorteile dieser Kombination bei der Verbesserung der Gehfähigkeit während der Schlaganfallerholung zu untersuchen.

Bei dieser Studie handelte es sich um eine retrospektive Fallserie von stationären Patienten, die nach einem Schlaganfall im Peking Union Medical College Hospital rekrutiert wurden. Dieses Rehabilitationsprogramm wurde vom Institutional Review Board des Peking Union Medical College Hospital genehmigt. Vor der Teilnahme wurde von allen Patienten eine schriftliche Einverständniserklärung eingeholt. Die Einzelheiten der in dieser Studie verwendeten Geräte und Software sind in der Materialtabelle aufgeführt.

1. Rekrutierung von Teilnehmern

1. Aufnahme von Patienten in die Studie nach einem strengen Screening-Prozess auf der Grundlage spezifischer Einschlusskriterien. Organisieren Sie die Basisdaten der Patienten (siehe Tabelle 1). Diese Kriterien lauten wie folgt:
   1. Alter: 20-65 Jahre.
   2. Medizinische Stabilität, die nach einem Schlaganfall von einem Rehabilitationsarzt bestätigt wurde (ischämisch/hämorrhagisch).
   3. Ein MAS-Wert (Modified Ashworth Scale) von ≤2 (minimale Muskelspastik)².
   4. Fähigkeit, 10 m mit oder ohne Hilfsmittel zu gehen, um Bewertungen durchzuführen, einschließlich der Berg-Gleichgewichtsskala (BBS), des Timed Up-and-Go Test (TUG) und des Functional Independence Measure (FIM)⁶.
2. Patienten mit den folgenden Erkrankungen sind auszuschließen:
   1. Einschränkung des Bewegungsumfangs (ROM) der Hüft- oder Kniegelenke.
   2. Vorliegen einer tiefen Venenthrombose (TVT).
   3. Mini-Mental State Examination (MMSE) Punktzahl¹⁰ von weniger als 27 (kognitive Beeinträchtigung).
   4. Körpergewicht über 150 kg.
   5. Höhe über 200 cm.
3. Untersuchen Sie die Patienten vor jeder Behandlungssitzung erneut. Beenden Sie die Testversion, wenn eines der folgenden Symptome auftritt:
   1. Verändertes Bewusstsein: Plötzliche Verwirrung, Orientierungslosigkeit oder Bewusstlosigkeit.
   2. Atembeschwerden: Schnelle Atmung, Kurzatmigkeit oder andere Atemnot.
   3. Abnorme Herzfrequenz: Ungewöhnlich hohe oder niedrige Herzfrequenz, Herzklopfen oder ein unregelmäßiger Herzschlag.
   4. Abnormer Blutdruck: Signifikanter Anstieg oder Abfall des Blutdrucks, begleitet von Schwindel oder Ohnmacht.
   5. Obstruktion der Atemwege: Husten, Ersticken oder plötzliche Atembeschwerden.
   6. Schmerzen oder Beschwerden: Starke Schmerzen, Unwohlsein oder ungewöhnliche Empfindungen.

2. Messung

HINWEIS: Diese Messungen sind für die richtige Anpassung und Anpassung des Exoskeletts unerlässlich, um sicherzustellen, dass es eine optimale Unterstützung bietet. Während der Gesamtprozess ähnlich wie bei anderen Geräten in der gleichen Kategorie ist, können Details wie Softwarebedienung, Bedientasten und Gurtbefestigung je nach Ausstattung variieren.

1. Nehmen Sie Messungen vor, während der Patient sitzt.
   1. Messen Sie die Beckenbreite mit einem flexiblen Band (ASIS auf ASIS).
   2. Messen Sie die Oberschenkellänge (Trochanter major bis zum lateralen Femurkondylus).
   3. Messen Sie die Länge der Unterschenkel (lateraler Knöchel bis lateraler Femurkondylus).
2. Passen Sie das Exoskelett-Gerät basierend auf den gesammelten Daten an.
   HINWEIS: Diese Anpassungen sind entscheidend, um das Exoskelett an die Anatomie jedes Patienten anzupassen. Durch die richtige Passform und Ausrichtung kann das Gerät die Mobilität und Rehabilitation effektiv unterstützen und verbessern.
   1. Stellen Sie die Breite mit dem Drehgriff (siehe Abbildung 2A) ein, indem Sie sie um 2-3 cm über die Beckenbreite hinaus erhöhen.
   2. Ziehen Sie den Schlitzschalter am Roboterarm des Oberschenkels (Abbildung 2B), stellen Sie die Länge basierend auf den Messungen ein und drücken Sie den Schalter wieder ein. Ziehen Sie den Drehschalter fest, um den Arm zu sichern. Richten Sie das Kniegelenk mit dem Motor des Geräts aus, um eine gleichmäßige, synchronisierte Bewegung zu erzielen.
   3. Passen Sie den Roboterarm des Unterschenkels nach dem in Schritt 2.2.2 beschriebenen Verfahren an.
3. Stellen Sie sicher, dass das Netzteil eingesteckt ist, nachdem Sie das Gerät an die Ergonomie des Patienten angepasst haben. Unterstützen Sie den Patienten beim Tragen des Geräts.

3. Anlegen des gewichtsgestützten Systems

1. Drehen Sie die beiden Griffe gegen den Uhrzeigersinn (siehe Abbildung 2C), um sie zu lockern, und ziehen Sie dann das Exoskelett nach außen (siehe Abbildung 2D), um die Laufbahn des Laufbandes freizugeben und Platz für den Patienten zu schaffen.
2. Führen Sie den Patienten auf die Startbahn.
   1. Für gehende Patienten: Führen Sie sie von der hinteren Rampe nach vorne.
   2. Für nicht gehende Patienten: Helfen Sie ihnen beim Einstieg mit einem Rollstuhl und positionieren Sie sie vorne.
3. Den Kabelbaum (siehe Abbildung 2E) des Federungssystems mit der Fernbedienung absenken (siehe Abbildung 2F). Stellen Sie den Gurt so ein, dass er bündig mit oder leicht unter dem Oberkörper des Patienten liegt, um eine gute Passform zu gewährleisten.
4. Lösen Sie den Gurt, um das Anziehen des Patienten zu erleichtern.
   HINWEIS: Wenn Sie diese Schritte befolgen, passen Sie den Gurt nach Bedarf an, um den Verbandsvorgang für den Patienten zu erleichtern, unabhängig davon, ob er steht oder im Rollstuhl sitzt.
   1. Patient stehend: Den gelösten Gurt von hinten am Oberkörper des Patienten anlegen. Befestigen Sie die Gurte bequem um den Oberkörper. Lege die Beingurte um die Oberschenkel und befestige sie fest.
   2. Patient im Rollstuhl: Heben Sie den Oberkörper des Patienten von der Rückenlehne ab. Fädeln Sie den nicht angeschnallten Gurt von hinten um den Oberkörper und befestigen Sie die Gurte bequem. Positionieren Sie die Beingurte um die Oberschenkel und befestigen Sie sie sicher für einen bequemen Sitz.
5. Heben Sie das gewichtsgestützte System an, um den Patienten in eine stehende Position zu bringen. Stoppen Sie, wenn der Gurt ein leichtes Straffungsgefühl vermittelt. Stellen Sie die Gewichtsreduzierung mit der Fernbedienung ein und überwachen Sie die Gewichtsverlustdaten am Gerät (siehe Abbildung 2G). Heben Sie den Körper des Patienten leicht an, um das Gewicht zu reduzieren und gleichzeitig ein Hängen der Füße zu verhindern.
   HINWEIS: Führen Sie während der nachfolgenden Schritte jederzeit wiederholte Hebungen und Senkungen durch, wenn dies für den Komfort des Patienten und die Fußfreiheit erforderlich ist, ohne das Gewicht des Patienten übermäßig zu reduzieren.
   1. Patient stehend: Verwenden Sie die Fernbedienung, um die Gewichtsreduktion schrittweise an den Zustand des Patienten anzupassen.
   2. Patient im Rollstuhl: Heben Sie den Patienten vorsichtig aus dem Rollstuhl und heben Sie ihn mit dem aufsteigenden Aufhängungssystem in eine stehende Position. Nehmen Sie den Rollstuhl von der Landebahn und stellen Sie die Gewichtsreduzierung des Patienten mit der Fernbedienung ein.

4. Anlegen des Exoskeletts

HINWEIS: Wenn Sie diese Schritte befolgen, kann das Exoskelett richtig getragen werden und bietet dem Patienten die notwendige Unterstützung und Stabilität während der Rehabilitation oder des Trainings.

1. Setzen Sie das nach außen geöffnete Exoskelett wieder nach innen zurück und drehen Sie beide Griffe im Uhrzeigersinn, um die Immobilisierungsvorrichtung einzurasten.
2. Drücken Sie das zusammengeklappte und aufgehängte Exoskelett nach unten, um es von einer sitzenden in eine stehende Position zu versetzen (siehe Abbildung 2H).
3. Weisen Sie den Patienten an, sich gegen den Oberkörper des Exoskeletts zu lehnen und die thorakalen Verankerungsgurte anzubringen.
4. Passen Sie die Höhe des Geräts an, um die Achse des Armmotors mit den Hüft- und Kniegelenken des Patienten auszurichten.
5. Ziehen Sie die Gurte auf ein angenehmes Niveau fest. Befestigen Sie die Oberschenkel- und Wadengurte sicher und stellen Sie sicher, dass sie für den Komfort des Patienten angemessen angezogen sind.
   HINWEIS: Dieser Schritt ist entscheidend, um ein Lösen des Geräts während des Trainings zu verhindern und die Sicherheit des Patienten zu gewährleisten.
6. Wenden Sie einen Knöchelstabilisator an, wenn der Patient einen Senkfuß hat.

5. Bedienung des Exoskeletts

1. Greifen Sie auf die Steuerungssoftware am Computer zu und geben Sie die grundlegenden Informationen des Patienten ein.
2. Passen Sie die Behandlungsdauer, die Gehgeschwindigkeit und die maximal zulässige Gelenkbeweglichkeit für die Hüft- und Kniegelenke auf beiden Seiten in der Softwareoberfläche an.
   HINWEIS: Verwenden Sie in dieser Studie die Standardeinstellungen für den Gelenkumfang, stellen Sie die Gehgeschwindigkeit für Patienten auf 1,5 km/h ein und stellen Sie die Behandlungsdauer auf 20 Minuten ein.
3. Klicken Sie auf Start , um die Therapie zu starten. Das Exoskelett und das Laufband werden zusammen in Betrieb genommen.

6. Öffnen des spielbasierten VR-Programms

HINWEIS: Tabelle 2 gibt einen Überblick über die Spiele und ihre Mechaniken. Jedes Spiel ist so konzipiert, dass es auf spezifische Übungen für die unteren Extremitäten abzielt, die auf die individuellen Bedürfnisse der Patienten zugeschnitten sind, um eine effektive Rehabilitation zu gewährleisten.

1. Öffnen Sie die ZEPU Gait Training and Evaluation Software auf dem Computer. Wählen Sie Spiel aus.
2. Führen Sie den Patienten während der Exoskelett-gestützten Bewegung. Wenn sich ein Bein in der Schwungphase befindet, weisen Sie den Patienten an, es aktiv zu steuern. Wenn das Bein bereit für den Antrieb ist, weisen Sie den Patienten an, es kräftig anzutreiben und die Hüftbeugung durchzuführen.
   HINWEIS: Die Sensoren des Roboterarms erkennen das aktive Drehmoment des Patienten und das Feedback wird im Spiel angezeigt.
3. Erklären Sie dem Patienten vor der ersten Sitzung die Interaktionsschritte und -prinzipien des Spiels. Geben Sie eine kurze Übungsstunde mit verbalen Erinnerungen, um ihnen zu helfen, zu verstehen, wann sie während der richtigen Gangphase aktive Kraft anwenden müssen. Beginnen Sie mit der formellen Therapie, sobald der Patient die Fähigkeit zeigt, das Gerät richtig zu verwenden.

7. Entfernen des Exoskeletts

HINWEIS: Gewährleisten Sie die Sicherheit und den Komfort des Patienten während des gesamten Entnahmevorgangs.

1. Lösen Sie das Exoskelett, indem Sie die Gurte lösen.
2. Heben Sie das Exoskelett in eine hängende Sitzposition.
3. Drehen Sie die Fixiergriffe (siehe Abbildung 2C) gegen den Uhrzeigersinn, um sie zu lösen.
4. Klappen Sie das Exoskelett nach außen, um die Start- und Landebahn freizugeben und eine sichere Entnahme zu ermöglichen.

8. Entfernen des gewichtsgestützten Systems

1. Für gehende Patienten: Senken Sie den Patienten mit der Fernbedienung ab, lösen Sie die Gurte und helfen Sie ihm von der Landebahn.
2. Für nicht gehende Patienten: Verwenden Sie die Fernbedienung, um den Patienten in den Rollstuhl abzusenken. Lösen Sie die Gurte und entfernen Sie das Gewichtsreduzierungssystem. Führen Sie den Patienten aus der Startbahn.

9. Notfall

HINWEIS: Wenn der Patient während der Behandlung die in den Schritten 1.3.1 bis 1.3.6 aufgeführten Symptome zeigt, beenden Sie die Übung und suchen Sie sofort einen Arzt auf. Überwachen Sie den Patienten während der Rehabilitation genau auf Symptome und Veränderungen.

1. Positionieren Sie die Not-Aus-Vorrichtung an der rechten Schiene (siehe Abbildung 2I). Halten Sie die Taste fest gedrückt, um das Gerät anzuhalten.
2. Sobald die Krise vorüber ist, stellen Sie die Ausrüstung wieder her, indem Sie den Knopf nach oben ziehen.

10. Beurteilung und Intervention

1. Bestätigen Sie, dass die Teilnehmer eine eingeschränkte Gehfähigkeit aufweisen und ein höheres Funktionsniveau anstreben.
2. Durchführung von Bewertungen vor der Intervention
   1. Beurteilen Sie die Gleichgewichtsfähigkeit mit der Berg-Balance-Skala (BBS) und bewerten Sie sie von 0 (niedrigste) bis 56 (höchste)⁶.
   2. Beurteilen Sie den Gang mit dem TUG-Test (Timed Up and Go)⁶.
   3. Messen Sie die Aktivitäten des täglichen Lebens mit dem Functional Independence Measure (FIM)⁶.
   4. Führen Sie alle Untersuchungen 24 Stunden vor der ersten Behandlungssitzung durch.
3. Führen Sie die vierwöchige Intervention durch
   1. Planen Sie 10 Behandlungssitzungen über 4 Wochen ein.
   2. Führen Sie in den ersten drei Wochen montags, mittwochs und freitags Sitzungen durch.
   3. Durchführung der Abschlusssitzung am Montag der vierten Woche.
   4. Stellen Sie sicher, dass alle Behandlungssitzungen um 14:00 Uhr beginnen.
4. Implementieren Sie das Rehabilitationsprogramm
   1. Schulen Sie die Patienten vor der ersten Sitzung in der Anwendung des Rehabilitationsprogramms.
   2. Geben Sie prägnante Anweisungen über die Spielanwendungen.
   3. Weisen Sie vier Spiele zu, die jeweils 5 Minuten dauern, also insgesamt 20 Minuten pro Sitzung.
   4. Stellen Sie sicher, dass sich die Patienten während der gesamten 20 Minuten selbstständig mit dem Programm beschäftigen.
   5. Stellen Sie die Körpergewichtsunterstützung während jeder Sitzung auf 50 % ein.
   6. Erlauben Sie maximale Gelenkbewegung mit den Standardeinstellungen für den Gelenkbewegungsbereich.
   7. Stellen Sie die Gehgeschwindigkeit auf 1,5 km/h ein.
5. Durchführung von Bewertungen nach der Intervention
   1. Führen Sie BBS-, TUG- und FIM-Bewertungen 24 Stunden nach der letzten Behandlungssitzung durch⁶.
   2. Stellen Sie sicher, dass alle klinischen Bewertungen von demselben qualifizierten und erfahrenen Physiotherapeuten durchgeführt werden, um die Konsistenz zu wahren.

11. Statistische Analysen

1. Verwenden Sie Statistiksoftware, um die Versuchsergebnisse statistisch zu analysieren.
2. Wenden Sie den Shapiro-Wilk-Test an, um zu bestätigen, dass alle Ergebnisvariablen einer Normalverteilung folgen.
3. Führen Sie für jede Ergebnisvariable vor und nach der Behandlung einen gepaarten t-Test durch. Betrachten Sie p < 0,05 als Schwellenwert für die statistische Signifikanz.
4. Verwenden Sie eine Grafiksoftware, um grafische Darstellungen der Daten zu erstellen.

Nach Abschluss einer 4-wöchigen Behandlung ohne Nebenwirkungen wurde der Fortschritt des Patienten beurteilt und die Ergebnisse in Tabelle 3 zusammengefasst. Der BBS-Score⁶ stieg von 43,88 ± 3,80 auf 48,38 ± 3,66, was auf eine positive Reaktion hindeutet. Sowohl die TUG- als auch die FIM-Werte zeigten ebenfalls eine Verbesserung, wobei der TUG von 21,88 ± 5,62 auf 17,63 ± 5,42 und der FIM von 92,75 ± 12,80 auf 98,75 ± 13,38 sank.

Die Daten (siehe Abbildung 3) zeigten, dass sich der BBS-Score im Vergleich der Pre- und Post-Assessment-Ergebnisse signifikant verbesserte (p = 0,03, p < 0,05). Obwohl für TUG (p=0,15) und FIM (p=0,38) keine statistisch signifikanten Unterschiede beobachtet wurden, wurde klinisch ein Trend zur Verbesserung festgestellt (siehe Abbildung 4). Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Behandlungsschema das Gleichgewicht der Patienten signifikant verbesserte, während Verbesserungen des Gangs und der Fähigkeiten im täglichen Leben keine statistische Signifikanz erreichten.

Abbildung 1: Exoskelett-gestütztes Laufband-Trainingssystem mit Körpergewicht in Kombination mit spielbasierter Virtual Reality. (A) Das Trainingssystem integriert drei Geräte, die es den Patienten ermöglichen, ein Dual-Task-Training durchzuführen, während sie mit reduziertem Gewicht gehen. (B) Ein Patient, der sich einer EXO-BWSTT-VR-Therapie unterzieht. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 2: Demonstration von Betriebsverfahren und Gerätekomponenten. Diese Abbildung gibt einen Überblick über die wichtigsten Gerätekomponenten und -verfahren, um das Verständnis des Systembetriebs zu verbessern. (A) Kreisförmiger Drehgriff. (B) Roboterarm, der über einen Schlitzschalter eingestellt wird. (C) Kreisförmige Drehgriffe. (D) Exoskelett nach außen gezogen (blauer Pfeil). (E) Gurtzeug. (F) Fernbedienung zum Einstellen der Patientenerhöhung (+), des Absenkens (-), des Erhöhens der Gewichtsstütze (p) und des Verringerns der Gewichtsunterstützung (q). (G) Anzeige der Gewichtsstützdaten. (H) Exoskelett nach unten gedrückt (blauer Pfeil). (I) Not-Aus-Vorrichtung. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 3: Veränderungen der Outcome-Messungen am Ende der Behandlung. (A) Änderung des Punktes der Berg-Gleichgewichtsskala (BBS) (n = 8). (B) Änderung der Ergebnisse des Timed Up-and-Go (TUG) Tests (n = 8). (C) Änderung des FIM-Scores (Functional Independence Measure) (n = 8). Die Messungen wurden vor der Behandlung (Prä) und zwei Wochen nach der Behandlung (Post) mit der EXO-BWSTT-VR-Therapie durchgeführt. Fehlerbalken stellen die Standardabweichung (SD) dar. *p < 0,05; NS: Nicht signifikant. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 4: Trendlinie der Ergebnismessungen vor und nach der Behandlung für jeden Patienten. (A) Veränderung des BBS-Scores. (B) Änderung der TUG-Testergebnisse. (C) Änderung der FIM-Punktzahl. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Tabelle 1: Demografische und klinische Merkmale der Teilnehmer. Abkürzungen: SD = Standardabweichung; I = ischämisch; H = hämorrhagisch; MMSE = Mini-Mental-State-Untersuchung; Y = ja; N = nein.

Tabelle 2: Spielinhalt und Gameplay des spielbasierten Virtual-Reality-Programms. Jede Spielanwendung ist für spezifische, aufgabenorientierte Übungen konzipiert, wobei die Schwierigkeitsgrade auf der Grundlage der Funktion der unteren Extremitäten jedes Patienten angepasst werden.

Tabelle 3: Bewertungen und Tests auf der Basis- und Vier-Wochen-Funktionsskala. Abkürzungen: BBS = Berg Balance Scale; TUG = Zeitgesteuerter Up-and-Go-Test; FIM = Maß für funktionale Unabhängigkeit. * Gepaarter t-Test. Die Daten werden als Mittelwert ± SD (Bereich) dargestellt.

In dieser vorgeschlagenen Intervention wird ein umfassender Behandlungsansatz vorgestellt, der ein Körpergewichtsunterstützungssystem und eine Exoskelett-Therapie integriert, die durch VR-Technologie ergänzt wird, um Personen mit schlaganfallbedingten Beeinträchtigungen der unteren Gliedmaßen ein Dual-Task-Training zu ermöglichen. Es wurde festgestellt, dass das Laufbandtraining in Kombination mit anderen Interventionen die größte Wirkung hat, insbesondere wenn es vor dem oberirdischen Gangtraining angewendet wird, wodurch der Trainingseffekt maximiert^{wird 14}. Die robotergestützte Rehabilitation, die auf den Prinzipien des motorischen Lernens basiert, nutzt VR-Feedback und Avatar-geführte Übungen, um das Spiegelsystem zu aktivieren, das motorische Lernen zu verbessern und signifikante kortikale und subkortikale Veränderungen auf zellulärer und synaptischer Ebene zu induzieren¹⁵.

In der neurologischen Rehabilitation beeinflusst das Ausmaß des Engagements während der Therapie maßgeblich die aktive Teilnahme, ein Effekt, der besonders deutlich wird, wenn man sie mit einer Behandlung allein mit Exoskelett-Robotern wie Ekso oder ReWalk¹⁶ vergleicht. Angesichts der engen Verflechtung zwischen dem motorischen und dem kognitiven Bereich scheint die Kombination mehrerer Interventionsstrategien ein vielversprechender Ansatz zu sein. Die Integration von intensivem, repetitivem motorischem Training mit VR-basiertem Feedback und Dual-Task-Übungen beeinflusst wahrscheinlich sensomotorische Integrationsbereiche und trägt zu einer verbesserten motorischen und kognitiven Erholung bei¹⁰. Infolgedessen hat die Integration von Gamification-Techniken in etablierte Neurorehabilitationsmodelle zur Steigerung des Engagements der Teilnehmer in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen¹⁷.

Obwohl die kognitive Funktion nicht direkt bewertet wurde, führten die interaktiven Elemente des Spiels zu kognitiven Herausforderungen, die die Komplexität des Trainings erhöhten. Durch das synergetische Zusammenspiel von Spielen und Geräten hat die Schaffung einer simulierten Umgebung das Potenzial, die Patientenbeteiligung zu verbessern und ansonsten sich wiederholende Rehabilitationsübungen angenehmer und nachhaltiger zu machen.

Früheren Untersuchungen zufolge sind jedoch nicht alle Ergebnisse optimistisch. Einige Wissenschaftler glauben, dass ambulante Personen mit Schlaganfall schlechtere Rehabilitationsergebnisse erzielen können, wenn sie auf Roboter- oder Gurtsysteme beschränkt sind¹⁸. Hornby et al. fanden heraus, dass bei achtundvierzig ambulanten Überlebenden chronischer Schlaganfälle, die nach dem Schweregrad der Bewegungsdefizite geschichtet wurden, das therapeutengestützte Bewegungstraining zu größeren Verbesserungen der Gehfähigkeit führte, verglichen mit einer ähnlichen Dosierung von robotergestütztem Bewegungstraining¹⁹. In der Zwischenzeit berichteten Westlake et al., dass die primären Endpunkte zwischen der Lokomat- und der manuellen BWSTT-Gruppe nach dem Training ähnlich waren, die Lokomat-Gruppe jedoch Verbesserungen bei der selbst gewählten Gehgeschwindigkeit, dem paretischen Schrittlängenverhältnis und vier sekundären Messungen zeigte, während die manuelle Gruppe hauptsächlich ihre Gleichgewichtswerte verbesserte²⁰.

Ein Faktor, der zur Variabilität der Ergebnisse beiträgt, könnte die Heterogenität der teilnehmenden Populationen sein. Unterschiede im Alter, in der Schwere der Beeinträchtigung und in früheren Rehabilitationserfahrungen können die Wirksamkeit von exo-BWSTT beeinflussen, was zu inkonsistenten Ergebnissen in allen Studien führt. Darüber hinaus variierten die Dauer und Intensität der exo-BWSTT-Interventionen erheblich. Kurzfristige oder weniger intensive Protokolle zeigen möglicherweise nicht das volle Potenzial der Technologie, während längere oder intensivere Interventionen einen größeren Nutzen bringen können, was einige der Diskrepanzen bei den berichteten Ergebnissen erklären könnte.

Dieses Behandlungsprotokoll zielt darauf ab, herkömmliche Rehabilitationsprogramme zu ergänzen oder möglicherweise zu ersetzen. Das primäre Ziel dieser Intervention ist es, die motorische Funktion zu verbessern und eine größere Unabhängigkeit bei Schlaganfallpatienten zu fördern. Durch die Kombination innovativer Technologien und therapeutischer Strategien können die Rehabilitationsergebnisse optimiert werden, was letztendlich die allgemeine Lebensqualität von Schlaganfallpatienten verbessert.

Weitere praktische Umsetzung ist erforderlich, um Übungsverordnungen für Patienten zu entwerfen, einschließlich der Bestimmung der Trainingsdauer, der Häufigkeit, des Fortschritts der Gehgeschwindigkeit, der Spielauswahl und -kombination sowie der Anpassung der Spielschwierigkeit. Darüber hinaus sollten personalisierte, gewichtsgestützte Verschreibungen, die auf den einzelnen Patienten zugeschnitten sind, in der zukünftigen klinischen Praxis erforscht werden. Die Integration von Rehabilitationsgeräten in die traditionelle Physiotherapie und die allmähliche Verringerung der Gerätenutzungshäufigkeit bei Erreichen spezifischer Ziele zur Verbesserung des Gehens sollten auch in zukünftigen Rehabilitationsprotokollen berücksichtigt werden²¹. Letztendlich geht es darum, ein umfassenderes klinisches Praxisprogramm zu entwickeln, das den individuellen Bedürfnissen von Schlaganfallpatienten gerecht wird.

Das Studiendesign hat gewisse Einschränkungen. Erstens handelt es sich um eine retrospektive Fallserie mit einem Selbstkontrolldesign vor und nach dem Patienteneingriff, ohne dass eine geeignete experimentelle Kontrollgruppe vorhanden ist. Dies schränkt die Fähigkeit ein, festzustellen, ob dieses System wirksamer ist als herkömmliche Physiotherapiemethoden. Zweitens kann die relativ kleine Stichprobengröße die Generalisierbarkeit der Ergebnisse einschränken und die statistische Aussagekraft zur Erkennung signifikanter Unterschiede verringern. Darüber hinaus wurden aufgrund der Auswahl der Bewertungsinstrumente Patienten mit schlechten Steh- und Gehfähigkeiten nicht in diese Studie eingeschlossen.

Darüber hinaus beschränkte die inhärente Variabilität der Krankenhausaufenthaltsdauer bei den Patienten die Intervention auf nur 10 Sitzungen. Dieser begrenzte Zeitrahmen hat möglicherweise nicht ausgereicht, um den vollen potenziellen Nutzen der Behandlung zu beobachten. Die Einbeziehung von ambulanten Nachbehandlungen und Nachuntersuchungen wäre für die Bewertung der Langzeiteffekte und der Nachhaltigkeit der Intervention von Vorteil gewesen.

Diese Studie zeigt die positiven Auswirkungen des Rehabilitationsprogramms auf die Gehfähigkeit, das Gleichgewicht, die Unabhängigkeit und das tägliche Funktionsniveau bei Schlaganfallpatienten. Darüber hinaus unterstreicht es den Forschungswert des kombinierten Geräts EXO-BWSTT-VR in der Schlaganfallrehabilitation. Obwohl es umfangreiche Literatur zu robotischen Systemen in der Rehabilitation gibt, stellt diese Studie nur einen Bruchteil dieser Arbeit dar. Die große Vielfalt an robotischen Geräten und Behandlungsprotokollen in bestehenden Studien schränkt die Verallgemeinerbarkeit dieser Ergebnisse ein.

Während systematische Übersichtsarbeiten und Metaanalysen die Behandlungshäufigkeit und -intensität untersucht haben, gibt es derzeit keine standardisierten Behandlungsprogramme, die auf diesen Erkenntnissen basieren. Einige Studien zur robotergestützten Rehabilitation der oberen Gliedmaßen empfehlen beispielsweise, 10 Wochen lang dreimal pro Woche Robotertherapien durchzuführen, wobei jede Sitzung 60 Minuten dauert²². Die Behandlungsprotokolle variieren jedoch stark zwischen den Studien, und dieser Mangel an Standardisierung ist eine Einschränkung dieser Studie. Zukünftige Forschung sollte sich darauf konzentrieren, konsistentere Behandlungsrichtlinien auf der Grundlage vorhandener Erkenntnisse zu erstellen. Darüber hinaus sollten zukünftige Untersuchungen darauf abzielen, präzisere, detailliertere und gut konzipierte Experimente durchzuführen, um diese Aspekte weiter zu untersuchen.

Alle Autoren erklären, dass kein Interessenkonflikt besteht.

Das Forschungsprojekt wurde durch das Clinical Research Special Program des Peking Union Medical College Hospital mit der Fördernummer 2022-PUMCH-B-053 gefördert.