D2.4 Measurements and Evaluation approaches

THERAPIST: An autonomous and socially interactive robot for motor and neurorehabilitation therapies

D2.4 Measurements and Evaluation approaches

Resp: Patricia Ferrand Due: M7; M12

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ÍNDICE

RESUMEN EJECUTIVO 1. INTRODUCCIÓN

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TÍTULO DOCUMENTO Measurements and Evaluation approaches

FECHA DE ENTREGA 18/03/2014

AUTOR/ES Patricia Ferrand, José Carlos Pulido

CONTRIBUIDOR/ES German Antonio Escobar, Cristina Suarez Mejias, Francisco J. García, José Carlos González, Fernando Fernández

FECHA VERSIÓN COMENTARIOS

06/05/2014 V0.0 Versión inicial

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https://docs.google.com/document/d/14eGUN3iXQoFMzcttiE-F51xdAzMdkBnE9_vEUna2HJs/edit#heading=h.ucxq1dxeronw

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RESUMEN EJECUTIVO

Este documento explica las métricas clínicas consideradas para el diagnóstico del paciente y evaluación del sistema.

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1. INTRODUCCIÓN

Este documento explica las métricas clínicas consideradas para el diagnóstico del paciente, evaluación del progreso y monitorización del paciente y evaluación del sistema. Se trata de un documento vinculado al protocolo terapéutico definido en el documento del proyecto Dev 2.2 Modelado de Terapias de rehabilitación basadas en Robótica y el catálogo de requisitos recogido en Dev 2.3 Final Report on Requirements. A partir de los cuales se pretende extraer el conjunto de variables a considerar para el modelo de las terapias y la ejecución del caso de uso.

2. VARIABLES CLÍNICAS PARA EL DIAGNÓSTICO Y EVOLUCIÓN DEL PACIENTE

En este apartado se explican cada una de las variables clínicas que consideran los médicos rehabilitadores y terapeutas del HUVR durante el proceso de diagnóstico del paciente. El diagnóstico se realiza en primer lugar antes de comenzar el proceso de rehabilitación. El protocolo terapéutico completo viene definido en el documento del proyecto Dev 2.2 Modelado de Terapias de rehabilitación basadas en Robótica. En primera instancia el médico rehabilitador debe realizar al paciente un conjunto de exploraciones para determinar su grado de discapacidad y movilidad. Las escalas de medida son herramientas que sirven al médico para traducir la condición del paciente a datos numéricos o discretos que son relevantes a la enfermedad y permiten clasificar al paciente. Una vez se conoce el estado del paciente, se pueden establecer los objetivos terapéuticos que el paciente con ayuda del terapeuta deberá trabajar. En esta evaluación primaria se tienen en cuenta las siguientes medidas y escalas para su medición en pacientes con Parálisis Braquial Obstétrica (PBO) y Parálisis Cerebral Infantil (PCI):

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Instrumento o técnica

Paciente

Tipo de dato

Adquisición

Valoración

Objetivo

Balance articular PBO,PCI

Numérico Especialista

Objetiva Evaluar la movilidad del hombro, codo y muñeca.

Nine Hole Peg Test

PBO,PCI


Objetiva Grado de concordancia y precisión de los movimientos.

Escala MRC PBO,PCI

Niveles Especialista

Subjetiva Evaluar la fuerza/balance muscular.

Escala MACS PBO Niveles Especialista

Subjetiva Funcionalidad del miembro superior.

Escala Mallet PBO Niveles Especialista

Objetiva Detectar cambios funcionales del hombro y brazo.

Escala QUEST PCI Numérico Especialista

Objetiva Evaluar patrón de movimiento y calidad función manual

Escala GAS PBO,PCI


Objetiva Método para evaluar la mejora del paciente con respecto a unos objetivos establecidos.

2.1 Balance articular (PBO y PCI)

Se trata de un conjunto de medidas que permiten cuantificar la movilidad del hombro, codo y muñeca a través de la goniometría y mediciones centimétricas. Se realiza una medición activa y otra pasiva. La herramienta para medir utilizada es el goniómetro y para su colocación se debe considerar:

1. El plano sobre el que se va a realizar el movimiento. 2. Los puntos de referencia que se toman. 3. Localizar las posiciones extremas. 4. Situar el centro del goniómetro en el eje de la

articulación. Figura 1. Planos del cuerpo

Para la transcripción de resultados, los valores se agrupan de dos en dos: Flexión (F) / Extensión (E). Abducción (ABD) / Adducción (ADD). Rotación Externa (RE) / Interna (RI).

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Figura 2. Área funcional del hombro.

La notación está en el Sistema Internacional Neutral Cero en el que todos los movimientos angulares se miden a partir de la posición cero. Se buscan puntos de referencia y se miden los dos movimientos del plano. Cada movimiento se recoge entre tres valores: dos hacen referencia a los extremos y el cero. Por ejemplo: 150/0/5. Sería una flexión de 150º que pasa por el cero y hace una extensión de 5º. Otro ejemplo: 150/25/0, significa que hace una flexión de 150º y faltan 25º para llegar a la posición cero (no logra estirar completamente el brazo).

Sector angular es el desplazamiento desde la posición cero y a la posición extrema. Amplitud articular es el sector angular móvil entre las dos posiciones extremas.

Ejemplo 1: 150/40/0. Su amplitud es: 150 40 = 110. Ejemplo 2: 150/0/10. Su amplitud es: 150 + 10 = 160. Ejemplo tabla: (Hombro).

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F/E 180º/0º/45º

ABD/ADD 180º/0º/45º

RE/RI 80º/0º/95º

F.H /E.H 140º/0º/30º

2.2 Nine Hole Peg Test (PBO, PCI) Se trata de una herramienta utilizada para medir el grado de concordancia y precisión de los movimientos. Para ello, se hace uso de un tablero con 9 agujeros de 1,3 cm de profundidad y separados entre sí por 3,2 cm. Viene acompañado de 9 cilindros que encajan en cada uno de los agujeros. Para calcular el tiempo es necesario además un cronómetro. El objetivo es introducir todos los cilindros, de uno en uno en los agujeros en el menor tiempo posible.

En primer lugar se debe identificar la mano dominante del paciente. En caso que sea necesario, se puede dejar hacer un par de rondas de prueba con cada mano. Cuando se inicie la prueba, el paciente deberá comenzar una primera fase con su mano dominante y el tiempo empezará a correr cuando toque el primer cilindro y terminará cuando suelte el último ya colocado. Cuando el paciente haya acabado, comenzará una segunda fase donde repetirá la prueba con la otra mano. Al finalizar el test, el especialista debería recoger los resultados con la fecha y el tiempo que ha tardado en realizar cada fase.

Figura 3. Nine Hole Peg Test Por ejemplo:

Mano dominante: Derecha Izquierda Fecha: 25/03/2014 Mano dominante: 31.4 s Mano no dominante: 32.2 s

2.3 Escala MRC - Medical Research Council (PBO, PCI) La escala MRC permite medir la fuerza y balance muscular. Se trata de una escala fiable para evaluar la debilidad muscular descrita en “Medical Research Council”. Además ayuda a la hora de determinar daños nerviosos periféricos.

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Cuando se haga el estudio, el paciente debe estar en una postura cómoda, relajada y estable que permita trabajar únicamente la parte que se examina. Se deben evitar aquellos movimientos que vengan de otros músculos agonistas al músculo que se desea valorar. La fuerza del paciente está graduada en una escala de 05

Grado 5: fuerza muscular normal contra resistencia completa Grado 4: la fuerza muscular está reducida pero la contracción muscular puede realizar

un movimiento articular contra resistencia Grado 3: la fuerza muscular está reducida tanto que el movimiento articular solo puede

realizarse contra la gravedad, sin la resistencia del examinador. Por ejemplo, la articulación del codo puede moverse desde extensión completa hasta flexión completa, comenzando con el brazo suspendido al lado del cuerpo

Grado 2: movimiento activo que no puede vencer la fuerza de gravedad. Por ejemplo, el codo puede flexionarse completamente solo cuando el brazo es mantenido en un plano horizontal.

Grado 1: esbozo de contracción muscular Grado 0: ausencia de contracción muscular

Escala de graduación clínica empleada en evaluación funcional

Grado 0: normal. Grado 1: sin incapacidad; signos menores sensoriales o arreflexia. Grado 2: leve incapacidad; deambula por >200 m; leve debilidad en uno o más

miembros y alteración sensorial. Grado 3: moderada incapacidad; deambula por >50 m sin apoyo; moderada debilidad

MRC Grado 4 y alteración sensorial. Grado 4: severa incapacidad; capaz de caminar >10 m con apoyo de bastón; debilidad

motora MRC Grado 4 y alteración sensorial. Grado 5: requiere apoyo al caminar 5 m; marcados signos motores y sensoriales. Grado 6: no puede caminar 5 m, capaz de mantenerse de pie sin ayuda y sentarse en

silla de ruedas, capaz de comer en forma independiente. Grado 7: postrado en cama, severa cuadriparesia; fuerza máxima MRC grado 3. Grado 8: respirador y/o severa cuadriparesia; fuerza máxima MRC grado 2. Grado 9: respirador y cuadriplejía. Grado 10: muerte.

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2.4 Escala MACS - Manual Ability Classification System (PBO, PCI) El Sistema de Clasificación de la Habilidad Manual (MACS) describe cómo los niños con parálisis cerebral (de 4 a 18 años) usan sus manos para manipular objetos en las actividades diarias. Se trata de una descripción funcional que complementa el diagnóstico del paciente.

MACS describe cinco niveles. Los niveles se basan la capacidad del niño para autoiniciar la habilidad para manipular objetos y su necesidad de asistencia o de adaptación para realizar actividades manuales en la vida cotidiana: jugar, comer, vestirse, etc. Los objetos a manipular van acorde a la edad del paciente.

NIVEL I. Manipula objetos con facilidad y logrando el objetivo En su mayoría, limitaciones en la facilidad para realizar tareas manuales que requieren velocidad y precisión. Sin embargo ninguna de esas limitaciones limita la independencia en AVD. NIVEL II. Manipula la mayoría de los objetos, pero con menos habilidad o rapidez Puede evitar algunas actividades o realizarlas con dificultad. Pueden emplearse formas alternativas de ejecución Normalmente no hay limitación en la independencia para las AVD. Diferencias entre el nivel I y el II

Los niños del nivel I tienen dificultad en la manipulación de objetos muy pequeños, pesados o frágiles, que requieren un control fino minucioso o excelente coordinación de manos. Dificultades en la ejecución de situaciones nuevas o desconocidas.

Los niños del nivel II realizan lo mismo que los del nivel I pero con menor calidad y rapidez. Las diferencias funcionales entre las manos pueden limitar la efectividad de la ejecución. Tratan de simplificar la manipulación de los objetos, por ej., usando una superficie de apoyo, en vez de manipular los objetos con ambas manos.

NIVEL III. Manipula los objetos con dificultad; necesita ayuda para preparar y/o modificar las actividades. La ejecución es lenta y los resultados deficientes en calidad o cantidad. Las actividades se realizan independientemente de si han sido organizadas o adaptadas. Diferencias entre el nivel II y el III.

Los niños del nivel II manipulan la mayoría de los objetos, sin embargo la calidad de la ejecución es lenta o reducida.

Los niños del nivel III necesitan ayuda para preparar la actividad y/o requieren ajustes del entorno porque su habilidad manipulativa o para alcanzar los objetos es limitada. No pueden ejecutar ciertas actividades y su grado de independencia depende del apoyo ofrecido desde el entorno.

NIVEL IV. Manipula solo algunos objetos seleccionados fáciles de manejar y en situaciones adaptadas. Ejecuta parte de las actividades con esfuerzo y con resultados limitados. Requiere apoyo contínuo y asistencia y/o adaptación del equipo, incluso para logros parciales de la actividad.

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Diferencias entre los niveles III y IV En el nivel III, los niños pueden ejecutar actividades seleccionadas si la situación se

prepara de antemano y con supervisión y tiempo suficiente. Los niños del nivel IV necesitan ayuda contínua durante las actividades, y pueden

participar, en el mejor de los casos, solo en alguna parte de la actividad.

NIVEL V. No manipula objetos y tiene limitación severa de la habilidad para realizar acciones incluso sencillas. Requiere asistencia total. Diferencias entre los niveles IV y V

Los niños del nivel IV ejecutan parte de una actividad, aunque con ayuda contínua. En el nivel V pueden quizá participar con un simple movimiento en situaciones especiales,

por ej., presionar un simple botón.

2.5 Escala Mallet (PBO) Se trata de un sistema de calificación para documentar cambios funcionales del hombro examinando el movimiento global de la extremidad en niños mayores de 2 años con PBO (requiere cooperación del paciente). Gradúa de I a V e incluye abducción activa, rotación externa, manonuca, manoespalda y manoboca.

Grado 1: Hombro flácido Grado 2: Abducción menor a 30º, rotación externa de 0º, con incapacidad para llevar la

mano a la región posterior del cuello y a la espalda y al llevar la mano a la boca se hace con movimiento tipo trompeta

Grado 3: Abducción activa entre 30° y 90º, rotación externa hasta 20º, dificultad para llevar la mano a la región posterior del cuello, y a la espalda y al llevar la mano a la boca se hace con movimiento de trompeta parcial

Grado 4: Abducción activa mayor de 90º, rotación externa mayor de 20º, la mano

alcanza la región posterior del cuello, la espalda y la boca fácilmente

Grado 5: Hombro normal

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Figura 4. Escala Mallet

2.6 Escala QUEST - Quality of Upper Extremity Skills Test (PCI) Escala diseñada para evaluar los patrones de movimiento y la calidad de la función manual en niños con parálisis cerebral entre 18 meses y 8 años con disfunción neuromotora y espasticidad. La función manual es evaluada a través de cuatro dominios que contienen un total de 36 actividades:

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1. Movimientos disociados. 2. Agarre. 3. Apoyo. 4. Reacciones posturales.

Cada actividad se valorará con un signo V si el paciente es capaz de completar la actividad (2 puntos). Con una X si no puede completar la actividad (1 punto) y con un NT si no se puede valorar. La puntuación se sumará al final de cada sección del test. El paciente recibirá una puntuación en porcentaje para los cuatro dominios de la escala QUEST. A mayor porcentaje, mayor calidad de movimiento. La valoración final puede tomar valores negativos en el caso de que todas las posturas de las actividades sean atípicas y la máxima puntuación es de 100. Referencia del manual:

DeMatteo, C., Law, M., Russell, D., Pollock, N., Rosenbaum, P., & Walter, S. (1992). QUEST: Quality of Upper Extremity Skills Test. Hamilton, ON: McMaster University, Neurodevelopmental Clinical Research Unit.

2.7 GAS - Goal Attainment Scaling (PBO, PCI) La escala GAS es un método para evaluar la mejora y progreso del paciente sobre una serie de objetivos individuales establecidos entre el médico y paciente. Estos objetivos establecen un compromiso con el paciente. En la práctica, cada paciente tendrá sus propios objetivos y una puntuación normalizada de acuerdo a la valoración que se realiza sobre cada uno de estos objetivos. De este modo, la escala permite hacer un análisis estadístico sobre los resultados de los pacientes.

2. VARIABLES REGISTRADAS DURANTE LAS SESIONES DE TERAPIA

Fase de ejercicios

Valores mínimos a alcanzar de cada meta por sesión. Medidas para evaluar la mejora de cada uno de los ejercicios:

Grados angulares alcanzados. Tiempo empleado. Veces que no ha terminado cada ejercicio.

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Porcentaje general de la correcta realización de los ejercicios.

Fase de juegos

Puntuaciones obtenidas en los juegos. Número de veces que realiza cada juego. Veces que no ha terminado cada juego. Tiempo empleado en cada juego.

4. CRITERIOS DE EVALUACIÓN DEL SISTEMA

Siguiendo la taxonomía propuesta en el artículo “Benchmarks for evaluating socially assistive robotics” de D. FeilSeifer, K. Skinner y M. J. Mataric, se pueden considerar los siguientes criterios para evaluar el sistema: Evaluación del robot

Seguridad Escalabilidad Autonomía Compromiso con las tareas y el usuario.

Evaluación de la interacción social (HRI) T. Fong en “A survey of socially interactive robots” propone una taxonomía basada en propiedades que los robots sociales interactivos tienen. Por tanto, se puede hacer una evaluación de la interacción en función de dichas propiedades:

A. Apariencia e incorporación (embodiment) B. Sentimiento y emoción. C. Diálogo. D. Rol y personalidad. E. Percepción orientada al humano. F. Modelo de usuario. G. Aprendizaje del contexto social. H. Intencionalidad.

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Evaluación de la asistencia. Impacto sobre los pacientes y su calidad de vida. Impacto sobre los terapeutas y rehabilitadores.

5. CONCLUSIONES

Este documento presenta el conjunto de medidas y técnicas clínicas que se utilizan para el estudio y diagnóstico del paciente. Esta primera parte se encuentra en revisión por el Hospital Universitario Virgen del Rocio (HUVR) con el objetivo de corregir y ampliar el documento. En la versión actual del documento, el punto 3 esboza qué variables se quieren monitorizar durante la ejecución de la terapia (fase de ejercicios y fase de juegos). El último punto del documento explica a través de una taxonomía qué parámetros se quieren utilizar para la evaluación del robot, de la interacción y de la calidad de la asistencia. Este documento irá madurando en función de sucesivas actualizaciones sobre el catálogo de requisitos y nuevas consideraciones del HUVR.

REFERENCIAS

GLOSARIO DE FIGURAS Y TABLAS

ACRÓNIMOS

PCI Parálisis Cerebral Infantil PBO Parálisis Braquial Obstétrica HUVR Hospital Universitario Virgen del Rocio

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Documents

D2.4 Measurements and Evaluation approaches