Prof. Dr. Peter Feys BIOMED,Uhasselt & REVAL,PHL

Prof. Dr. Karin ConinxEDM, Uhasselt

Het gebruik van robotica bij MS & CVA: sneller revalideren van de armmet behulp van technologie.

ZORGIDEE: INNOVATIES IN DE ZORGUhasselt (Campus Diepenbeek) - Maandag 13 december 2010

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

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 ARMSymptoms 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]

Why rehabilitation technologyfor the arm in Multiple Sclerosis?

Prevalence of arm dysfunction in MS

MILD MODERATE SEVERE

219 MS patients[Johansson et al., 2007, Journal of Neurology]

67% 93%

98%

15% 59%

96%

KATZADL Index,Instrumental

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 occurMotor, Sensory, Visual, Cognitive, ….Motor systems in leg, trunk, arm, eyes

Lack of therapy time Therapy intensity & specificitydedicated to the arm due to multiplicity of symptoms

Why rehabilitation technologyfor the arm in Multiple Sclerosis?

MS, as chronic progressive disease:TRAINING POTENTIAL?

Impairment Activity Participation

Muscle strength,

Endurance,

Energy/less fatigue

Walking

Functional mobility

Self-efficacy

Quality of Life

Systematic REVIEWS & META-ANALYSES regarding EXERCISE THERAPYRietberg et al (2005) Cohrane Review; Khan et al (2007) Cochrane Review; Dalgas et al (2008) MultScler; Motl et al (2008) Mult Scler; Snook et al(2009) Clin Rehab, Snook et al (2009) NNR..

Why rehabilitation technologyfor the arm in CVA?

• STROKE, a major cause of disabilityFe. The Netherlands:

Incidence: 16,2/10000Prevalence: 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 functionarm motor function explains 50% of variance in functional autonomy

• Bimodal distribution of arm paresisMild Motricity Index >19/item (MRC 3), finger movementsSevere

Truelsena et al (2005) Eur J Neurol.Lum et al, 2009, Top Stroke RehabPlatz et al, 2009, NNR

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

Projectconsortium

• PHL, REVAL - Studiecentrum voor

revalidatieonderzoek.

• Universiteit Hasselt, EDM - Expertisecentrum

voor Digitale Media.

• Universiteit Maastricht, Departement

Bewegingswetenschappen

• Revalidatie & MS Centrum Overpelt

• Technische Universiteit Eindhoven, Faculteit

Technologie Management.

• Katholieke Universiteit Leuven, Clinial Motion

Laboratory.

• Revalidatiecentrum Blixembosch

• Adelante, Hoensbroek

INTERREG IIIAJ 2007-8

INTERREG IVAJ 2008-11

“Revalidatierobotica I&II”

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 ?

Projectdoelstellingen Interreg III & IVbij 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&

Projectdoelstellingen Interreg IV bij personen met beperkte armfunctie

Revalidatierobotica Bewegingsregistratie

Kennisverbreding CVA

Kennisverdieping MS

&

Bewegingsregistratie

• Draagbaar systeem,

bruikbaar in ZH en thuis

• Meten van

– Bewegingskwaliteit

hoe wordt een beweging

uitgevoerd?

– Bewegingskwantiteit van

specifieke bewegingen

voor/na interventies

Projectdoelstellingen Interreg IV bij personen met beperkte armfunctie

Revalidatierobotica Bewegingsregistratie

Kennisverbreding CVA

Kennisverdieping MS

&

HARDWAREHaptic 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

• Haptic Master

• Gimbal (MOOG)

Aangepaste connectie

• Sling (FOCAL)

Extra anti-zwaartekracht ondersteuning

voor patiënten met

ernstige parese van de arm

HARDWARE

17

HARDWARE

SOFTWARE

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)

Virtuele Leeromgeving: Wat oefenen?

Activities, composed of skill components

• Lift

• Push

• Pull

• Transport

• Rub

• Turn

• Reach

Virtuele Leeromgeving: Skill Componenten

PRACTICE at

• A Level

• isolated skill components

• focus on aROM/coordination

• repetitive

• B Level

• Multiple skill components

• Higher precision requirements in visual

& interactive haptic environment

• More choices (order/colours/…)

• D Level

more complex games / fun

21

• Printscreen therapeut interface + patient interface

22

MOEILIJKHEIDSGRADEN op A-levelTelkens 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

Meer geavanceerde

games en interfaces

voor patienten

• Foto video

EVALUATIE

&

Feedback

Timing

• Conceptbepaling– Virtuele omgeving & trainingsopbouw– Interface voor patiënt en therapeut, uitkomstmaten

• Software ontwikkeling – Virtuele leeromgeving GEBRUIKERSTESTS – GebruikersInterface

• Aanpassing Hardware– Gimbal & Sling GEBRUIKERSTESTS

• Pilootstudies & Effectiviteitsstudies• Integratie revalidatierobot X MMAAS• Aanzet tot personalisatie & social gaming• Valorisatie

2008

2009

2010

2011

Prototype Social Gaming

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

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!

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

• …

Met dank voor uw aandacht.

Meer informatie:Peter.Feys@uhasselt.be / pfeys@mail.phl.beKarin.Coninx@uhasselt.be