Het gebruik van robotica bij MS patiënten sneller revalideren met behulp van technologie

1. Prof. Dr. Peter Feys
BIOMED,Uhasselt & REVAL,PHL
Prof. Dr. Karin Coninx
EDM, Uhasselt
Het gebruik van robotica bij MS & CVA:
sneller revalideren van de arm
met behulp van technologie.
ZORGIDEE: INNOVATIES IN DE ZORG
Uhasselt (Campus Diepenbeek) - Maandag 13 december 2010

2. Presentation Content
DUO presentatie
Prof. Dr. Peter Feys (REVAL, PHL / BIOMED, Uhasselt)
- Rationale voor trainen van de arm
- Huidig aanbod van technologie
- Interregionaal Project “Revalidatierobotica II”
- Klinisch trainingsconcept
Prof. Dr. Karin Coninx (EDM, Uhasselt)
- Revalidatierobotsysteem
- Concept van de virtuele leeromgeving
- Voorbeeld van applicaties voor training en evaluatie
- Toekomstige ontwikkelingen

3. Why rehabilitation technology
for the arm in Multiple Sclerosis?
Multiple Sclerosis (MS)
• a chronic, progressive disease of the CNS
• a major cause of disability among (young) adults
• prevalence MS in Belgium: approximately 1/1000
• In the ARM
Symptoms of muscle weakness, spasticity, incoordination, …
• In MS,
about ¾ are confronted with reduced manual dexterity
while ½ experience substantial impact on activities of daily life.
[Johansson et al., 2007, Journal of Neurology]

4. Prevalence of arm dysfunction in MS
MILD MODERATE SEVERE
67% 93%
KATZ 15% 59%
ADL Index,
Instrumental
98%
96%
219 MS patients
[Johansson et al., 2007, Journal of Neurology]

5. Why rehabilitation technology
for the arm in Multiple Sclerosis?
Multiple Sclerosis (MS)
• Bilateral symptoms
dysfunction of the arm leads to reduced independence in performing
activities of daily life (ADL), and high economic cost due to
dependency [Kobelt et al., 2006, Journal]
• Multiple symptoms may occur
Motor, Sensory, Visual, Cognitive, ….
Motor systems in leg, trunk, arm, eyes
 Lack of therapy time  Therapy intensity & specificity
dedicated to the arm
due to multiplicity of symptoms

6. MS, as chronic progressive disease:
TRAINING POTENTIAL?
Systematic REVIEWS & META-ANALYSES regarding EXERCISE THERAPY
Rietberg et al (2005) Cohrane Review; Khan et al (2007) Cochrane Review; Dalgas et al (2008) Mult
Scler; Motl et al (2008) Mult Scler; Snook et al(2009) Clin Rehab, Snook et al (2009) NNR..
Impairment Activity Participation
Muscle strength, Walking Self-efficacy
Endurance, Functional mobility Quality of Life
Energy/less fatigue

7. Why rehabilitation technology
for the arm in CVA?
• STROKE, a major cause of disability
Fe. The Netherlands:
Incidence: 16,2/10000
Prevalence: 25.000
Increased incidence is expected due to ageing population, putting a
stress on health care services
• Arm recovery is generally poor:
about 65% is unable to incoorporate arm in daily function
arm motor function explains 50% of variance in functional autonomy
• Bimodal distribution of arm paresis
Mild Motricity Index >19/item (MRC 3), finger movements
Severe
Truelsena et al (2005) Eur J Neurol.
Lum et al, 2009, Top Stroke Rehab
Platz et al, 2009, NNR

8. Interreg IV programma: partners in
“REVALIDATIEROBOTICA II” project (oct 2008-2011)

9. Projectconsortium “Revalidatierobotica I&II”
• PHL, REVAL - Studiecentrum voor
revalidatieonderzoek.
• Universiteit Hasselt, EDM - Expertisecentrum
voor Digitale Media. INTERREG III
• Universiteit Maastricht, Departement AJ 2007-8
Bewegingswetenschappen
• Revalidatie & MS Centrum Overpelt
• Technische Universiteit Eindhoven, Faculteit
Technologie Management.
INTERREG IV
• Katholieke Universiteit Leuven, Clinial Motion AJ 2008-11
Laboratory.
• Revalidatiecentrum Blixembosch
• Adelante, Hoensbroek

10. Status 2007 & 2008: Technologie-geassisteerde revalidatie bij CVA
Robot-geassisteerde arm revalidatie leidt tot verbetering van de
motorische functie, maar vaak NIET op ADL niveau!
Reviews Kwakkel et al (2008), NNR - Mehrholz et al (2009), Stroke…
INTERREG III en IV projecten:
- Hoe kunnen robot-systemen (virtuele leeromgevingen) verbeterd worden ?
- Hoe kan de kwaliteit van armbewegingen gemeten worden ?

11. Projectdoelstellingen Interreg III & IV
bij personen met MS en beperkte armfunctie, tgv spierzwakte
1. Gebruik van robots & virtuele leeromgeving bij armrevalidatie
2. Meten van de kwaliteit van armbewegingen (ambulant)
Revalidatierobotica & Bewegingsregistratie

12. Projectdoelstellingen Interreg IV
bij personen met beperkte armfunctie
Kennisverdieping MS
Revalidatierobotica & Bewegingsregistratie
Kennisverbreding CVA

13. Bewegingsregistratie
• Draagbaar systeem,
bruikbaar in ZH en thuis
• Meten van
– Bewegingskwaliteit
hoe wordt een beweging
uitgevoerd?
– Bewegingskwantiteit van
specifieke bewegingen
voor/na interventies

14. Projectdoelstellingen Interreg IV
bij personen met beperkte armfunctie
Kennisverdieping MS
Revalidatierobotica & Bewegingsregistratie
Kennisverbreding CVA

15. HARDWARE
Haptic Master
• Ruime workspace
• 3D
• Sterke krachtenterugkoppeling
– verplaatsen van arm
– optimaal pad
– voorwerpen met gewicht
– reële contouren van omgeving
Proprioceptieve feedback
Software na beperkte aanpassing
ook geldig voor Phantom/Falcon

16. HARDWARE
• Haptic Master
• Gimbal (MOOG)
Aangepaste connectie
• Sling (FOCAL)
Extra anti-zwaartekracht
ondersteuning
voor patiënten met
ernstige parese van de arm

17. SOFTWARE
HARDWARE
17

18. Virtuele Leeromgeving: Wat oefenen?
Identify training preferences
by using the Motor Activity Log (MAL)
Stroke:
Timmermans et al (2009) Disabil & Rehab
MS: Adapted version (bilateral impairment)
Interreg : 17 MS patients with arm paresis
Lamers, Timmermans et al (in preparation)

19. Virtuele Leeromgeving: Wat oefenen?

20. Virtuele Leeromgeving: Skill Componenten
Activities, composed of skill components
• Lift PRACTICE at
• A Level
• Push • isolated skill components
• Pull • focus on aROM/coordination
• repetitive
• Transport • B Level
• Rub • Multiple skill components
• Higher precision requirements in visual
• Turn & interactive haptic environment
• More choices (order/colours/…)
• Reach • D Level
more complex games / fun

21. 21

22. • Printscreen therapeut interface + patient
interface
22

23. MOEILIJKHEIDSGRADEN op A-level
Telkens pre-set van 5 gradaties
Basis
– Grootte van de workspace
– Patronen: richting van beweging
– Feedback (auditief / visueel)
Haptisch
– Aantrek objecten (naar doel / ideale baan, …)
– Gewicht “cursor”
Volume
– Sets
– Herhalingen
– Tijd

24. 24

25. Meer geavanceerde
games en interfaces
voor patienten

26. EVALUATIE
• Foto video &
Feedback

27. Timing
2008 • Conceptbepaling
– Virtuele omgeving & trainingsopbouw
2009 – Interface voor patiënt en therapeut, uitkomstmaten
• Software ontwikkeling
– Virtuele leeromgeving GEBRUIKERSTESTS
– GebruikersInterface
2010
• Aanpassing Hardware
– Gimbal & Sling GEBRUIKERSTESTS
• Pilootstudies & Effectiviteitsstudies
2011 • Integratie revalidatierobot X MMAAS
• Aanzet tot personalisatie & social gaming
• Valorisatie

28. Prototype
Social Gaming

29. Verwachte resultaten
Toename van...
• therapiemogelijkheden voor personen met een ernstige parese
• therapietijd voor de patiënt, die semi-autonoom kan oefenen
• een beter inzicht in de (verandering van de)
bewegingsmogelijkheden van de patiënt

30. Innovatie in revalidatierobotica?
•Analytische benadering en zeer systematische opbouw van de
training, met focus op verbetering van activiteiten
• Innovatieve & wetenschappelijke aanpak, gericht op
efficiente verbetering van de revalidatie en levenskwaliteit
via hedendaagse visuele en haptische ICT middelen
•Gebruikersgericht ontwikkeld, met een multidisciplinair team,
met formele gebruikersexperimenten en klinische studies
•Kwaliteitsvolle zorg: Patient en Therapeut staan centraal bij
ontwikkeling en evaluatie van de technologie
•Potentieel om de aanpak door te trekken naar de thuissituatie,
voor follow-up en onderhoudstraining, kostenbesparing...
• Toekomstgerichte benadering!

31. Beschikbare Proceedings
• Feys, P., Alders, G., Gijbels, D., De Boeck, J. , De Weyer, T., Coninx, K., Raymaekers, C., Annegarn, J., Meijer, K.,
Savelberg, H., Truyens, V. and Thijs, M.,(2008) Robot-aided rehabilitation of the upper limb in persons with
Multiple Sclerosis: A usability and effectiveness study. ACM IEEE Human-Robot Interaction Conference
HRI08, workshop “Robotic Helpers: User Interaction, Interfaces and Companions in Assistive and Therapy
Robotics” p49-52. [lezing door G. Alders]
• Coninx, Karin, Raymaekers, Chris, De Boeck, Joan, De Weyer, Tom, Alders, Geert, Gijbels, Domien, Op't Eijnde,
Bert and Feys, Peter (2008): Using the Phantom Device for Rehabilition of the Arm in MS Patients: a Case
Study. In: Proceedings of 6th International Conference on Methods and Techniques in Behavioral Research
(Measuring Behavior 2008) August 26-29, 2008, Maastricht, The Netherlands. pp. 148-149, ISBN 978-90-
74821-81-0.
• De Boeck, J., De Weyer, T., Raymaekers, C., Coninx, K., Alders, G., Gijbels, D, Feys, P. (2008). The learning effect
of force feedback enabled robotic rehabilitation of the upper limbs in persons with MS – a pilot study. In:
Proceedings of the 5th International Conference on Enactive Interfaces (ENACTIVE08). p. 117-122.
• Peter Feys, Geert Alders, Domien Gijbels, Karin Coninx, Chris Raymaekers, Joan De Boeck, Tom Deweyer,
Veronik Truyens, Patric Groenen, Hans Savelberg, Kenneth Meijer, Bert Eijnde O Arm Training in Multiple
Sclerosis Using Phantom: Clinical Relevance of Robotic Outcome Measures. ICORR International Conference
on Rehabilitation Robotics 2009: Reaching users and community, Kyoto, Japan, IEEE-ICORR p576-581.
• Vanacken L, Notelaers S, Raymaekers C, Coninx K, van den Hoogen W, Ijsselsteijn W, Feys P (2010). Game-
based collaborative training for arm rehabilitation of MS patients: a proof-of-concept game. Gamedays 2010
Conference in Darmstadt (Germany, 25-26/3/2010), p 65-75 (ISBN 978-928876-23-0).
• Sofie Notelaers, Tom De Weyer, Chris Raymaekers, Karin Coninx, Hanne Bastiaens, Ilse Lamers, "Data
Management for Multimodal Rehabilitation Games,International Workshop on Database and Expert Systems
Applications, pp. 137-141, 2010 Workshops on Database and Expert Systems Applications, 2010: Bilbao
30/8-3/9/2010. ISBN: 978-0-7695-4174-7
• …

32. Met dank voor uw aandacht.
Meer informatie:
Peter.Feys@uhasselt.be / pfeys@mail.phl.be
Karin.Coninx@uhasselt.be