Usalo o perdilo: il nuovo sistema robotico valuta la mobilità dopo un ictus

Molti sopravvissuti all’ictus fanno affidamento sul braccio più forte per completare le attività quotidiane, dal portare la spesa al pettinarsi, anche quando il braccio più debole ha il potenziale per migliorare. Interrompere questa abitudine, nota come “non utilizzo del braccio” o “non utilizzo appreso”, può migliorare la forza e prevenire lesioni.

Ma determinare quanto un paziente utilizza il braccio più debole al di fuori della clinica è impegnativo. In un classico caso di paradosso dell’osservatore, la misurazione deve essere nascosta affinché il paziente si comporti spontaneamente.

Ora, i ricercatori della USC hanno sviluppato un nuovo sistema robotico per raccogliere dati precisi su come le persone che si stanno riprendendo da un ictus usano le braccia spontaneamente. Il metodo primo nel suo genere è delineato in un articolo pubblicato nel numero del 15 novembre di Robotica scientifica.

Utilizzando un braccio robotico per tracciare le informazioni spaziali 3D e tecniche di apprendimento automatico per elaborare i dati, il metodo genera una metrica di “non utilizzo del braccio”, che potrebbe aiutare i medici a valutare accuratamente i progressi riabilitativi di un paziente. Un robot socialmente assistito (SAR) fornisce istruzioni e incoraggiamento durante tutta la sfida.

“In definitiva, stiamo cercando di valutare in che misura le prestazioni di qualcuno in terapia fisica si trasferiscono nella vita reale”, ha affermato Nathan Dennler, autore principale dello studio e dottorando in informatica.

La ricerca ha coinvolto gli sforzi congiunti dei ricercatori del Dipartimento di Informatica Thomas Lord della USC e della Divisione di Biokinesiologia e Terapia Fisica. “Questo lavoro riunisce dati quantitativi sulle prestazioni dell’utente raccolti utilizzando un braccio robotico, motivando allo stesso tempo l’utente a fornire una prestazione rappresentativa grazie a un robot socialmente assistito”, ha affermato Maja Matari?, coautrice dello studio e presidente Chan Soon-Shiong e Professore emerito di Informatica, Neuroscienze e Pediatria. “Questa nuova combinazione può servire come processo più accurato e più motivante per la valutazione dei pazienti colpiti da ictus”.

Altri autori sono Stefanos Nikolaidis, un assistente professore di informatica; Amelia Cain, assistente professore di terapia fisica clinica, Carolee J. Winstein, professoressa emerita e professore a contratto nel Neuroscience Graduate Program, e le studentesse di informatica Erica De Guzmann e Claudia Chiu.

Rispecchiando l’uso quotidiano

Per lo studio, il gruppo di ricerca ha reclutato 14 partecipanti che prima dell’ictus avevano la mano dominante dominante. Il partecipante ha posizionato le mani sulla posizione iniziale del dispositivo: una scatola stampata in 3D con sensori tattili.

Un robot socialmente assistito (SAR) ha descritto i meccanismi del sistema e ha fornito un feedback positivo, mentre il braccio del robot ha spostato un pulsante in diverse posizioni target davanti al partecipante (100 posizioni in totale). La “prova di raggiungimento” inizia quando il pulsante si illumina e il SAR indica al partecipante di muoversi.

Nella prima fase, ai partecipanti è stato chiesto di raggiungere il pulsante utilizzando la mano che veniva loro naturale, rispecchiando l’uso quotidiano. Nella seconda fase, è stato loro chiesto di utilizzare solo il braccio colpito da ictus, rispecchiando le prestazioni in fisioterapia o in altri contesti clinici.

Utilizzando l’apprendimento automatico, il team ha analizzato tre misurazioni per determinare una metrica per il mancato utilizzo del braccio: probabilità di utilizzo del braccio, tempo per raggiungere e raggiungimento con successo. Una differenza notevole nelle prestazioni tra le fasi suggerirebbe il mancato utilizzo del braccio interessato.

“I partecipanti hanno un limite di tempo per raggiungere il pulsante, quindi anche se sanno di essere sottoposti a test, devono comunque reagire rapidamente”, ha detto Dennler. “In questo modo, stiamo misurando la reazione istintiva alla luce che si accende: quale mano utilizzerai sul posto?”

Sicuro e facile da usare

Nei sopravvissuti all’ictus cronico, i ricercatori hanno osservato un’elevata variabilità nella scelta della mano e nel tempo necessario per raggiungere gli obiettivi nello spazio di lavoro. Il metodo si è rivelato affidabile nel corso di sessioni ripetute e i partecipanti lo hanno valutato semplice da usare, con punteggi di esperienza utente superiori alla media. Tutti i partecipanti hanno trovato l’interazione sicura e facile da usare.

Fondamentalmente, i ricercatori hanno scoperto differenze nell’uso del braccio tra i partecipanti, che potrebbero essere utilizzate dagli operatori sanitari per monitorare in modo più accurato il recupero dell’ictus di un paziente.

“Ad esempio, un partecipante il cui lato destro è stato maggiormente colpito dall’ictus ha mostrato un uso inferiore del braccio destro in particolare nelle aree più alte del lato destro, ma ha mantenuto un’alta probabilità di utilizzare il braccio destro per le aree inferiori dello stesso lato.” disse Dennler.

“Un altro partecipante ha mostrato un uso più simmetrico, ma ha anche compensato leggermente più spesso con il lato meno colpito i punti più in alto che erano vicini alla linea mediana”.

I partecipanti hanno ritenuto che il sistema potesse essere migliorato attraverso la personalizzazione, che il team spera di esplorare in studi futuri, oltre a incorporare altri dati comportamentali come le espressioni facciali e diversi tipi di compiti.

In qualità di fisioterapista, Cain ha affermato che la tecnologia affronta molti problemi incontrati con i metodi di valutazione tradizionali, che “richiedono che il paziente non sappia di essere sottoposto al test e si basano sull’osservazione del tester che può lasciare più spazio all’errore”.

“Questo tipo di tecnologia potrebbe fornire informazioni ricche e obiettive sull’uso del braccio di un sopravvissuto all’ictus al terapista della riabilitazione”, ha affermato Cain. “Il terapista potrebbe quindi integrare queste informazioni nel processo decisionale clinico e personalizzare meglio i propri interventi per affrontare le aree di debolezza del paziente e sviluppare aree di forza”.