Konzorcium, fő p.: Optimális paraméterezésű interakció stratégiák féloldali bénult felső végtag robottal segített aktív-vezetett gyógytornáztatásához  részletek

súgó  nyomtatás 
vissza »
 

Projekt adatai

  
azonosító
125263
típus K
Vezető kutató Fazekas Gábor
magyar cím Konzorcium, fő p.: Optimális paraméterezésű interakció stratégiák féloldali bénult felső végtag robottal segített aktív-vezetett gyógytornáztatásához
Angol cím Consortional main: Optimally parameterized interaction strategies for robot-mediated active-guided motion therapy at spastic hemiparetic upper limbs
magyar kulcsszavak neurorehabilitáció, stroke, robot, gyógytorna, ergoterápia
angol kulcsszavak neurorehabilitation, stroke, robot, physiotherapy, ergotherapy
megadott besorolás
Ortopédia, sportorvostan, reumatológia, rehabilitáció (Orvosi és Biológiai Tudományok Kollégiuma)80 %
Ortelius tudományág: Mozgásterápia
Neurológia, cerebrovascularis betegségek, pszichiátria (Orvosi és Biológiai Tudományok Kollégiuma)20 %
Ortelius tudományág: Neurológia
zsűri Klinikai Orvostudományok
Kutatóhely Orvosi Rehabilitációs Intézet (Országos Mozgásszervi Intézet)
résztvevők Agg Zsófia
Dénes Zoltán
Fehér Melinda
Tavaszi Ibolya Nikoletta
projekt kezdete 2017-11-01
projekt vége 2023-05-31
aktuális összeg (MFt) 17.424
FTE (kutatóév egyenérték) 2.48
állapot lezárult projekt
magyar összefoglaló
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A mozgásszervi rehabilitáció területén az 1990-es évektől fogva használnak gyógytornáztató robotokat féloldali bénult betegek – főleg stroke utáni – gyógytornáztatásának a segítésére. 40 fős véletlenszerű irányított vizsgálatokra alapuló meta analízis szerint a beteg számára előnyt jelent a tradicionális gyógytorna kiegészítése robotokkal végzett elemekkel. Habár a felső végtagi motoros funkciók kimutathatóan javultak, a mindennapi tevékenységekben mégsem mutatkozott jelentős mértékű javulás.
A gyógytornáztató robotok kutatási területének negyedszázadnyi történelme ellenére a legjelentősebb klinikai eredmény még továbbra is várat magára. Annak igazolása hiányzik, hogy a robotokkal végzett gyógytorna statisztikailag szignifikánsabban hatékonyabb-e a kézzel végzett gyógytornáztatásnál.
Magyarországon a kutatások ezen a területen 2000 óta a REHAROB Gyógytornáztató Berendezés körül összpontosulnak. Az OORI és a BME kutatói lépésről lépésre fejlesztették a rendszert, amely most már kész a várt tudományos áttörés megvalósítására.
Az evidencia alapú robotokkal segített gyógytornáztatás területén a siker kulcsa a megfelelő metodológiai keveréken alapul, amely tartalmaz valós objektumokkal végzett Mindennapi Tevékenység Gyakorlatokat (ADL), valamint fokozza a neuroplaszticitást a terápia ciklusok során alkalmazott extrém admittancia beállítások, és izometriás erőmérés tesztek segítségével.

Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A kutatási pályázat fő célkitűzése a hatékony evidencia alap megtalálása a bénult felső végtag robottal segített aktív-vezetett gyógytornáztatásához.
A problémát jelenleg számos konkurens kutató csapat is vizsgálja, és az eddig végzett irodalomkutatásunk szerint valamennyi versenytársat jelentős mértékben korlátozza az alkalmazott robot képessége. A kutatási terv bizonyos mértékben nem szokványos kutatási és vizsgálati stratégiákat alkalmaz, amely ellensúlyozni tudja a versenytársak számára rendelkezésre álló hosszabb időt és gazdagabb erőforrásokat.
A REHAROB Gyógytornáztató Berendezés számos komplex ingerület-keltő jellegzetességében eltér valamennyi létező gyógytornáztató robottól:
- a mozgásterápia itt Mindennapi Tevékenység Gyakorlatokra (ADL) épül, amely során szenzorokkal felszerelt valós fizikai objektumok megfogása és mozgatása történik,
- a rendszer teljesen magában foglalja a felső végtagot: a váll, a könyök, a csukló, a kéz és az ujjak anatómiai mozgásai szinkronizáltak.
Az admittancia szabályozás extrém beállításaival a gyakorlatokat úgy tudjuk megtervezni, hogy kiváltsák a motoros plaszticitást és ezáltal javítsák a motoros helyreállást. Ezen beállítások a neuro-fiziológusok által legújabban elfogadott elvhez kötődnek: „megfelelő stimulus kényszer alatt a neuronok tartósan összekapcsolódnak (“fire” together “wire” together)”.
Végül pedig a neuroplaszticitásban mutatkozó változások leírását nem agyi képalkotó technikák alkalmazásával, hanem izometriás erőmérési tesztekkel végezzük, amelyek könnyen „beépíthetők” a gyógytornáztató robotrendszerekbe.

Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A kar funkciójának elvesztése vagy csökkenése közös és negatív életminőséget okozó következménye a stroke-nak. Annak ellenére, hogy a gyógytornáztató robotokat már 25 éve alkalmaznak klinikai körülmények között, még mindig nem világos, hogy mely gyógytorna paraméterek vezetnek a legjobban javuló és a kezelés után tartósan megmaradó karfunkcióhoz. Az előző pontban felsorolt kulcs módszereken alapuló kutatásunk siker esetén elavultatja azt az általánosan elfogadott gyógytornáztató robotos elvet, hogy az állapotjavulás kulcsa a terápia intenzitásának növelése. Kutatásunk sikere esetén egy olyan gyógytornáztató robot programozási/beállítási módszertan állna rendelkezésre gyógytornász számára, amely garantálna egy bizonyos szintű állapotmutató javulást. Indirekt neuroplaszticitás bizonyítékként eredményünk a neurofiziológusok számára is elérhető lesz. Gyakorlati előny két területen jelentkezik: a hatékonyabb neurorehabilitáció jobb életminőséget jelent az egyén és környezete számára, és közvetlen megtakarítást hoz az egészségbiztosító számára. Ezen kívül, az egyre növekvő kereslet a bizonyítékon alapuló terápiás robotok iránt fokozni fogja az egészségügyi robotika ipar kibocsátását.
Jelenleg a RATULS projekt az egyik legjelentősebb versenytársunk, amely a problémát a nyers erő módszerével közelíti meg. Ez azt jelenti, hogy a RATULS projektben körülbelül 1000 alany fog részt venni három randomizált csoportban:
i. InMotion gyógytornáztató robotrendszer által segített tornáztatás,
ii. Gyógytornász által végzett, intenzív felső végtag gyógytornáztatás,
iii. Gyógytornász által végzett szokásos felső végtag gyógytornáztatás. Mivel az InMotion gyógytornáztató robot rendszer három különálló modulban tornáztatja a különböző testrészeket, aligha érhet el természetes szinergiákat a mozgáskoordinációban. Az InMotion valójában egy számítógépes játék, amely nem közvetlenül segíti a mindennapi életben szükséges funkcionális mozgásokat. A ii. csoport viszont gyakorolja a funkcionális mozgásokat, ezért nagy a kockázata, hogy a RATULS éppen ellenkező következtetésre jut, mint amire számít.

A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A rehabilitációs robotok ismétlődő feladatokat tudnak gyakoroltatni nagyon következetes és ellenőrizhető módon. Ha ezek a robotok nem csak a fárasztó és unalmas feladatokat veszik át a gyógytornásztól, de olyan feladatokat is gyakoroltatni tudnának, amelyek a neuronok új mátrixának kialakulását segítenék elő, a terápiás rehabilitációs robotok gyorsan felbecsülhetetlen értékűvé válnának az agyi motoros fogyatékosok, köztük is a többséget kitevő stroke betegek számára. Annak ellenére, hogy a körülmények ideálisnak tűnnek, a jelenlegi terápiás robotok nem nyújtanak olyan hatékony kezelést, mint amilyenre képeseknek kellene lenniük. A javasolt kutatás a versenytársakénál nagyobb kockázatú módszereket vállal fel az átütő eredmény elérésének érdekében.
angol összefoglaló
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Therapeutic robots have been used for supporting the motion rehabilitation of the hemiparetic, mainly post-stroke subjects since the 1990ies. Meta-analyses based on 40 randomized, controlled trials show that supplementing the traditional physiotherapy with a robot-mediated component presents advantage for the patients. Significantly better results, however, in case of daily activities neither were revealed. Significant improvement was detectable only in motor functions of upper arm. Despite its quarter century history the field of therapeutic robots is still expected to deliver its strongest clinical breakthrough: efficacy of robot mediated motion therapy is statistically significantly superior to manual physiotherapy. In Hungary, research in this field has been concentrated around the REHAROB Physiotherapeutic System since 2000. Researchers from NIMR and from BME developed step by step the system in a way that by now it is ready to deliver the expected scientific breakthrough. The methodological mixture of real object based ADL task exercising, extreme admittance settings in therapy control loops, and isometric force test battery to characterize the neuroplasticity will be the key to success to evidence based robot mediated physiotherapy.

What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
The main objective of the proposed research is to find effective evidence based robot-mediated motion therapies for the hemiparetic limb. In more details it is to find the relationship between initial status of hemiparetic subjects characterized by standard clinical outcome measures, clinical diagnosis and also biomedical signals measured by the robotic system like isometric forces, and the parameters of the robot mediated motion therapy in a way that therapeutic efficacy is maximized. The problem is under investigation at several concurrent research teams. The survey of the state of the art we concluded show that all of the competitor teams have significant bias at robot side. The proposed research will adopt to certain extent unconventional research and experimental strategies that can compensate for the research time and resources available at our competitors.
The REHAROB Physiotherapy System differs from all other existing therapeutic robots in a number of complex stimuli enhancing features: motion therapy is based on real Activity of Daily Living tasks, grasping and moving of real senzorized objects, it is an all in one system: the shoulder, the elbow, the wrist, and the finger anatomic motions are synchronized. With extreme settings of admittance control we can design exercises with the aim to provoke motor plasticity and therefore improve motor recovery. The settings will adhere to what neurophysiologists recently share that neurons that “fire” together “wire” together.
Finally, we will characterize the changes in neuroplasticity not with brain imaging techniques but with isometric force test batteries which can be easily “built in” into therapy robots.

What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
Loss or reduction of arm function is a common and negative quality of life consequence at stroke survivors. Despite the 25 years history of physical rehabilitation robots in clinical settings it is still unclear how best to provide therapy with these robots to maximise residual arm function. Based on the enabling characters of the proposed research listed in the previous points our results very likely will outdate the long standing scientific rationale for using robot assisted training in upper limb rehabilitation anchored on intensive repetition of movement. In case of the success of the proposed research a methodology would be available for physiotherapist how to set programmes of their therapeutic robots to guarantee a certain level of outcome improvement. In addition to the primary use of the theoretical result in therapeutic programmes, a strongly justified application case would be available for neurophysiologists. The practical benefits from the success of the proposed research could be harvested in two fields. More efficient therapy means better quality of life for the individual and direct savings in health insurance companies. Secondly, the increasing demand for evidence based therapeutic robots will boost the health robotics industry sector.
One of the major competitors of our era is RATULS which approaches the problem from a brute force viewpoint. This means that RATULS will include approximately 1000 subjects who in three randomized groups will receive: i. Robot assisted training using the InMotion robotic gym system, ii. Enhanced manual upper limb motion therapy, iii. Care including usual manual motion therapy. As InMotion delivers therapy to various anatomic body segments by three standalone modules it can hardly implement natural synergies of human multi-joint coordination. InMotion is merely a computer game which cannot directly assist learning of functional movements. Therefore, there is a strong risk that RATULS concludes just the opposite results than it is designed for.

Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Rehabilitation robots can perform repetitive tasks in a highly consistent and controllable manner. If these robots do not just take over the tedious and boring tasks of the physiotherapist, but deliver exercises that wire a new matrix of neurons in the brain, the benefit of using such therapeutic robots for rehabilitation become rapidly invaluable for the neuromotor disabled, mainly post stroke subject. Despite these enabling circumstances current therapeutic robots do not provide as effective treatment as they could do. The proposed research undertakes higher risk in the methodology than worldwide competitors for the opportunity of obtaining breakthrough results.




 

Zárójelentés

  
kutatási eredmények (magyarul)
A kutatás eredeti célkitűzését: optimális paraméterezésű interakció stratégiák kialakítását és validálását féloldali bénult felső végtag robottal segített aktív-vezetett gyógytornáztatásához, a projekt futamideje alatt bekövetkezett összesen hat vis maior esemény miatt szerződésmódosítások sorával kellett újratervezni. A kutatás során 103 oldalas tanulmányban és konferencia közleményben számoltunk be a stroke-on átesett betegek agyi plaszticitásának vizsgálatára alkalmas módszerek és az agyi plaszticitás stroke utáni állapotban való befolyásolásáról beleértve a robot-asszisztált terápiáról készült tudományos közlemények vizsgálatából levont következtetéseinket és a REHAROB rendszer felé megfogalmazott ajánlásainkat. Klinikai vizsgálatra a vis maior események miatt nem kerülhetett sor. A projekt fő eredményeként az összes proximalis és distalis anatómiai ízületeket a világon egyedüliként egyszerre mozgató, hét megfogásos-manipulációs ADL feladatot valós tárgyakkal gyakoroltató REHAROB mozgásrehabilitációs robotrendszert sikerült a részvételi tervezés módszertana szerint kifejleszteni. A kutatás előre nem tervezett jelentős részeredménye egy önálló hasznosításra alkalmas, általános rehabilitációs robot tesztelésére szolgáló műszerezett műkar prototípus kifejlesztése. Eredményeinket WoS IF-os folyóiratokban közöltük és üzleti hasznosítás céljából a BME kutatáshasznosító szervezet részére átadtuk.
kutatási eredmények (angolul)
The original objective of the research: the development and validation of optimally parameterized interaction strategies for robot-assisted active-guided physiotherapy of a spastic hemiparetic upper limb, had to be revised through a series of grant amendments due to a total of six force majeure events during the duration of the project. In the course of the research, we presented in a 103-page study and conference paper the methods suitable for examining and influencing neuroplasticity in stroke patients. Conclusions were drawn from the review of scientific publications on robot-assisted therapy, leading to recommendations on the specifications of the REHAROB upper limb rehabilitation system. Due to force majeure events, no clinical trial could be conducted. The project's main result, the REHAROB movement rehabilitation robot system, which is the only one in the world that simultaneously moves all proximal and distal anatomical joints and exercises seven reach&grasp ADL tasks with real objects, was developed according to the participatory planning methodology. An unplanned significant additional result of the research was the development of an instrumented artificial arm prototype suitable for testing a general rehabilitation robot. Our results were published in WoS IF journals and handed over to BME’s technology transfer unit for commercial exploitation.
a zárójelentés teljes szövege https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=125263
döntés eredménye
igen





 

Közleményjegyzék

  
Ibolya Tavaszi, András Tóth, Tamás Pilissy, Márk Bauer, Zsolt Hodosán, Gábor Stépán, Bálint Magyar, Gábor Fazekas: Robotic Fingers in Reach-to-Grasp Tasks of Rehabilitation, Periodica Polytechnica Mechanical Engineering, 66(4), 273–281, 2022
Fehér Melinda, Agg Zsófia, Farkas Eszter, Fazekas Gábor: Az agyi plaszticitás vizsgálatának módszerei stroke utáni állapotban, Rehabilitáció, 2018;28(2-3):99-100, 2018
Szakács Cs, Farkas E, Sándor K, Tavaszi I, Fazekas G: Robotterápiás lehetőségek: felső végtagi funkciójavítás koncepciója, Rehabilitáció, 2020
Markó Zsófia, Tavaszi Ibolya, Tóth András, Pilissy Tamás, Doros Marcell, Herke György, Stefanik Györgyi, Fazekas Gábor: Izometriás erőmérés és hőtérképezés mint döntéstámogatási lehetőségek a stroke utáni rehabilitáció során végzett robotos terápiában, Rehabilitáció, 2019
Tavaszi Ibolya, Tóth András, Pilissy Tamás, Bauer Márk, Hodosán Zsolt, Stépán Gábor, Magyar Bálint, Fazekas Gábor: Development and validation of a robotic hand module for practicing five activities of daily living in subjects post stroke, Rehabweek 2019, 2019
Ibolya Tavaszi, Alexandra Szilvia Nagy, Gabor Szabo, Gabor Fazekas: Neglect syndrome in post-stroke conditions: assessment and treatment (scoping review), International Journal of Rehabilitation Research, doi: 10.1097/MRR.0000000000000438, 2020
Tavaszi Ibolya, Herke György, Tóth András, Pilissy Tamás, Markó Zsófia, Fazekas Gábor: Simultaneous isometric force and thermo graphic measurements for supporting decision-making in post-stroke robotic therapy of patients with hemiparesis, 22nd European Congress of Physical and Rehabilitation Medicine: Abstract book (2020) pp. 261, 2020
Tamás Pilissy, Zsófia Markó, Ibolya Tavaszi, András Tóth, Gábor Fazekas: Instrumentation opportunities in the status assessment of post-stroke patients with shoulder pain, Congress of European Forum for Research in Rehabilitation : Book of abstracts, 2021
Ibolya Tavaszi, András Tóth, Tamás Pilissy, Gábor Fazekas: Virtual versus real world in robot assisted therapy, Congress of European Forum for Research in Rehabilitation : Book of abstracts, 2021
Ibolya Tavaszi, Alexandra Szilvia Nagy, Gabor Szabo and Gabor Fazekas: Neglect syndrome in post-stroke conditions: assessment and treatment (scoping review), Int J Rehabil Res, 2021 Mar 1;44(1):3-14. doi: 10.1097/MRR.0000000000000438., 2021
András Tóth, Tamás Pilissy, Márk Ottó Bauer, Ghassan Al-Absi, Szabolcs Dávid, Gábor Fazekas: Testing the Limit Range of Motion Safety Function of Upper Limb Rehabilitation Robots with an Anthropometrically Adjustable and Sensorized Dummy Limb, 2022 International Conference on Rehabilitation Robotics (ICORR), 2022
Ibolya Tavaszi, András Tóth, Tamás Pilissy, Márk Bauer, Zsolt Hodosán, Gábor Stépán, Bálint Magyar, Gábor Fazekas: Robotic Fingers in Reach-to-Grasp Tasks of Rehabilitation, Periodica Polytechnica Mechanical Engineering, 66(4), 273–281, 2022
Márk Bauer, Máté Vizi, Péter Galambos, Tibor Szalay: Direct Drive Hand Exoskeleton for Robot-assisted Post Stroke Rehabilitation, Acta Polytechnica Hungarica, 18(5), 37–54., 2021
José Saenz, Jule Bessler-Etten, Marcello Valori, Gerdienke B. Prange-Lasonder, Irene Fassi, Catherine Bidard, Aske Bach Lassen, Imre Paniti, Andras Toth, Tobias Stuke, Sebastian Wrede, Kurt Nielsen: An Online Toolkit for Applications Featuring Collaborative Robots Across Different Domains, IEEE Transactions on Human-Machine Systems, 2022
Tamás Szigeti, György Herke, András Tóth: Felső végtag kinematikai modelljének rekonstrukciója kétkaros rehabilitációs robot szerszámkoordináta-rendszerei alapján, XXVIII. Nemzetközi Gépészeti Konferencia – OGÉT 2020, 2020




 

Projekt eseményei

  
2019-04-09 08:43:48
Résztvevők változása



vissza »