Summary
Bu çalışma, el rehabilitasyonu için robot destekli yeni bir görev odaklı programın geliştirilmesini raporlamaktadır. Gelişim süreci hem sağlıklı denekler hem de inme geçiren ve sonraki motor kontrol disfonksiyonundan muzdarip denekler inme denekleri kullanılarak yapılan deneylerden oluşur.
Abstract
Üst ekstremite fonksiyonu bozulmuş hastaların rehabilitasyonu için, özellikle motor kontrol kaybı olan inme hastalarında robot destekli bir el kullanılır. Ancak rehabilitasyon robotlarının kullanımına geleneksel mesleki eğitim stratejilerinin nasıl uygulanabileceği belirsizdir. Yeni robotik teknolojiler ve mesleki terapi kavramları, üst ekstremite fonksiyonu bozulmuş hastaların çeşitli sıkıştırma ve kavrama işlevleri aracılığıyla etkilenen elleriyle nesneleri kavramalarını sağlayan bir protokol geliştirmek için kullanılır. Bunu uygun şekilde yürütmek için beş tür nesne kullandık: bir mandal, dikdörtgen küp, bir küp, bir top ve silindirik bir çubuk. Ayrıca hastaları robotik bir el olan Ayna El,deneğin etkilenen eline takılan ve etkilenmemiş ellerine takılan sensör eldiveninin hareketini takip eden bir dış iskelet el olan Ayna El (çift el hareketi eğitimi (BMT)) ile donattık. Bu çalışmanın iki aşaması vardı. Üç sağlıklı denek ilk olarak eğitim programının fizibilitesini ve kabul edilebilirliğini test etmek için işe alındı. İnme nedeniyle el disfonksiyonu olan üç hasta daha sonra 3 gün üst üste yapılan eğitim programının fizibilite ve kabul edilebilirliğini doğrulamak için işe alındı. Her gün hasta pasif hareket aralığında 5 dakika hareket, 5 dk robot destekli çift yönlü hareket ve beş nesne kullanılarak görev odaklı eğitim sırasında izlendi. Sonuçlar, hem sağlıklı deneklerin hem de robotik el ile birlikte felç geçiren deneklerin nesneleri başarıyla kavrayabildiğini gösterdi. Hem sağlıklı denekler hem de felç geçirenler, fizibilite ve kabul edilebilirlik açısından robot destekli görev odaklı eğitim programı ile iyi performans gösterdiler.
Introduction
En çok (%80) inme hastaları elde bir açık deneyim ve günlük yaşam1ile ilgili olan elle görevleri bağımsız olarak yerine getirmekte güçlük var. Ancak, el ile görevlerin karmaşık doğası, el rehabilitasyonu için görev odaklı bir eğitim programı tasarlamak için önemli bir sorun olduğu anlamına gelir2. Son yıllarda, birçok robotik cihazlar el rehabilitasyonu için geliştirilmiştir3,4, ama robotik cihazlar tarafından desteklenen birkaç eğitim protokolleri bir hastanın gerçek nesnelerle etkileşim sağlar. El fonksiyon rehabilitasyonu için görev odaklı bir eğitim programının inme nedeniyle el fonksiyon bozukluğu yaşayan hastalar için robotik cihazlar kullanılarak nasıl uygulanabileceği tam olarak bilinmemektedir.
Görev odaklı eğitim el fonksiyonu geliştirmek için kullanılır5,6 ve yaygın inme nedeniyle üst ekstremite disfonksiyonu rehabilitasyonuygulanır. Bu nöroplastisiteyi artırmak için kullanılır ve son derece bireysel nörolojik açıkları ve fonksiyoneltalepleri7 bağlıdır. Ancak, görev odaklı eğitim sırasında, el fonksiyonu bozulursa hastalar nesneleri manipüle etmekte zorlanırlar. Buna örnek olarak kötü kavrama veya sınırlı sıkıştırma işlevleri verilebilir. Terapistler ayrıca hastaların parmak hareketlerini tek tek yönlendirmekte zorluk gösterirler, bu da kavrama görevlerinin değişimini sınırlar. Robotik cihazlar böylece açıkça tekrarlayan eğitim sırasında el hareketi rehberlik ederek görev odaklı eğitimin etkinliğini artırmak için gerekli olan2,8.
Önceki çalışmalarda sadece üst ekstremiteulaşangörevler 3 görev odaklı eğitim için rehabilitasyon robotlar kullanılır. Robot destekli rehabilitasyonun el işlevinde görev odaklı eğitim için nasıl çalıştırılabildiği belirsizdir. Bir dış iskelet el, HWARD, nesneleri kavramak ve serbest bırakmak için parmakları rehberlik etmek için kullanılmıştır8. Ancak, gerekli özgürlük derecelerine göre yoksun olduğu için bu cihaz çeşitli kavrama kalıplarına izin vermez. Son zamanlarda hastanın parmaklarını tek tek hareket ettiren diğer cihazlar geliştirilmiştir9. Ancak, bu cihazlar daha önce nörorehabilitasyon için kullanılmamıştır. Yukarıda bahsedilen robotik cihazların hepsi tek taraflı robotlardır. Buna karşılık, burada sunulan robotik el sistemi etkilenmemiş ve etkilenmemiş ellerin işbirliğine ihtiyaç duyar. Robotik el sistemi, simetrik çift el hareketleri elde etmek için master-slave mekanizması kullanılarak rehabilitasyon amaçlı özel olarak tasarlanmıştır. Sistem bir dış iskelet el (etkilenen el üzerine giyilen), bir kontrol kutusu ve duyusal eldiven (etkilenmemiş el giyilen) oluşur. Dış iskelet elinin her parmak modülü bir serbestlik derecesine sahip bir motor tarafından sürülür ve eklemleri mekanik bir bağlantı sistemi kullanılarak bağlanır. S ve M olmak üzere iki boyut farklı konulara uyacak şekilde tasarlanmıştır. Kontrol kutusu iki tedavi modu, pasif hareket aralığı (PROM) ve hastanın etkilenen elinin dış iskelet el tarafından manipüle edilebildiği ayna güdümlü hareket modları sağlar. PROM modunda, kontrol kutusu dış iskelete giriş komutları gönderirken öznenin elini hareket ettirir ve tam parmak fleksiyonu/uzantısı nı gerçekleştirir. İki mod içerir: tek parmak modu (başparmaktan küçük parmaka sırayla hareket eder) ve beş parmak modu (beş parmak birlikte hareket eder). Ayna güdümlü hareket modunda, ana (sensör eldiveni)-köle (dış iskelet el) mekanizması uygulanır, her parmağın hareketi sensör eldiveni tarafından tespit edilir ve eklem açılarının sinyalleri dış iskelet eli işlemek için kontrol kutusuna iletilir.
Robotik el sistemi donatıldıklarında, deneklere, iki manuel hareket eğitimi (BMT)10olan etkilenmemiş eller tarafından kontrol edilen dış iskelet elinin rehberliğinde etkilenen ellerini hareket ettirmeleri talimatı verildi. Önceki araştırmalara göre, BMT beynin her iki hemisfer benzer nöral yolları etkinleştirmek ve lezyon hemisfer10nöronal fonksiyonun iyileşmesini engelleyen trans-hemisfer inhibisyonu önlemek yapabiliyor . Brunner ve ark.11, alt akut inme hastalarında bmt ile sınıra bağlı hareket terapisi (CIMT) ile karşılaştırıldı. Onlar BMT CIMT daha her iki hemisferde daha fazla sinir ağları etkinleştirmek eğilimindedir önerdi, ve BMT ve CIMT yaklaşımlar arasında el fonksiyonunun iyileştirilmesi önemli bir fark yoktu. Sleimen-Malkoun ve ark.12 de BmT ile inme hastalarının hem paretik ekstremite kontrolü hem de bimanuel kontrolü yeniden kurabildiğini ileri sürmüştür. Diğer bir zamanda, eğitim etkilenen kolu kullanmaya odaklanan iki el ile görevleri de kapsaymalıdır. Ayrıca, günlük yaşam faaliyetleri için her iki elin koordinasyonu gereklidir (ADL)11,12. Bu nedenle, robotik el sistemi giyen hastalar tarafından kavranabilen veya sıkıştırılabilen inme sonrası hastalar ve nesneler için iki manuel robot destekli görev odaklı bir eğitim programı geliştirmek çok önemlidir.
Bu çalışmada, çeşitli kavrama nesneleri, mesleki terapinin ihtiyaçlarına ve rehabilitasyon robotlarının mekanik özelliklerine göre tasarlanmıştır. İnme nedeniyle distal üst ekstremite disfonksiyonu olan hastalar için robotik rehabilitasyon cihazları kullanılarak görev odaklı bir eğitim protokolü geliştirilmiştir. Bu çalışmanın amacı, dış iskelet robotu ve yeni tasarlanmış kavrama nesneleri kullanarak görev odaklı eğitim programının fizibilitesini ve kabul edilebilirliğini araştırmaktır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Eğitim protokolü ve bilgilendirilmiş onay belgesi, Chang Gung Tıp Vakfı Kurumsal İnceleme Kurulu tarafından gözden geçirildi ve onaylandı. Çalışmanın ayrıntıları ve prosedürler her konuya açıkça açıklanmıştır.
1. Üç sağlıklı yetişkin işe
- Tarama işlemini aşağıdaki dahil etme kriterlerini kullanarak gerçekleştirin: (1) yaş 20-60 yaş, (2) önceden imzalanmış bilgilendirilmiş onam, (3) üst ekstremitelerde normal fonksiyon, (4) Mini-Mental Durum Muayenesi (MMSE) puanı (24).
- Deneme 1' i gerçekleştirin: nesneleri robotik el sistemini takmadan manipüle etmek.
- Konunun sağlam bir sırtı ve koldaya oturmaması için talimat ver. Konuyu bir masanın önüne oturtun. Deneğin baskın olmayan tarafının yanında durun.
- 5 dakika için tasarlanmış nesneleri işlemek için nasıl konu öğretmek. Peg almak için bir palmar prehension dahil, dikdörtgen küp almak için yanal bir prehension, küp almak için üç noktalı bir chuck, topu almak için küresel bir kavrayışa, ve silindirik bir kavrayışa silindirik çubuk almak için.
NOT: Nesneler Şekil 1A'dagösterilmiştir. Deneysel kurulum Şekil 1B'degösterilmiştir. Denekler her nesne için belirli kavrama kalıplarını öğrendiler. Kavrama deseni Şekil 2'degösterilmiştir. - Deneğin ellerinin önüne iki üs yerleştirin. Manipülasyona yardımcı olmak için rehabilitasyonda kullanılan her nesneyi bu üslerin üzerine yerleştirin. Tüm nesneler için aşağıdaki dizileri 20 kez tekrarlayın. Deneklerden tabanın başlangıç alanındaki nesneleri kavramalarını, kaldırmalarını ve orta hatta taşımalarını ve baskın olmayan ellerini kullanarak serbest bırakmalarını isteyin.
- Aynı zamanda, bu 20 deneme için başarı oranını ölçün. Bu işlemi 3 gün üst üste gerçekleştirin. Başarı oranı 20 deneme de başarılı manipülasyon sayısı x% 100. Başarılı manipülasyon, deneklerin nesnelere göre belirli kavrama deseni ile ve onları düşürmeden dizileri tamamlayabilmeleri olarak tanımlanır.
- Yürütme Deneme 2: robotik el sistemi kullanarak nesneleri manipüle (Şekil 3).
NOT: Robotik el sisteminin mekanizmaları aşağıdaki gibidir. Dış iskelet elinde, her parmak modülündeki eklemler mekanik bağlantı ile tasarlanmıştır ve 10 mm/s sabit hıza sahip tek bir doğrusal aktüatör tarafından tahrik edilir. Dış iskeletin her parmak modülünde farklı hareket aralıkları vardır (başparmak: MCP= 0° ila 55°, DIP= 0° ila 70°; indeks ve orta parmaklar: MCP= -10° ila 55°, PIP=0° ila 35°, DIP=0° ila 35°; halka ve küçük parmaklar: MCP= -5° ila 55°, PIP= 0°35 DIP, 0°35° ° ° Sensör eldiveninde, her parmak modülü eklem açısını ölçen ve kablolar aracılığıyla kontrol kutusuna giriş sinyalleri gönderen esnek bir sensörle takılır.- Sensör eldiven kurulumu (Şekil 1B,b)
- Sensör eldivenini nesnenin baskın eline tonuyla tonuyla tonuyla tonuyla tonuyla. Bileği sabitlemek için Cırt cırt kullanın.
- Dış iskelet kurulumu (Şekil 1B,b)
- Baskın olmayan eli sarmak için temiz bir ped kullanın. Velcro snugly bağlayın.
- Başparmak açma açısının ayarını sağlamak için dış iskelet elin başparmak mekanizmasını gevşetin. Baskın olmayan eli dış iskelet eline yerleştirin. Velcro'yu bağlama halkası aracılığıyla avuç içine bağlayın. Parmak işaretparmağıile başlayıp başparmakla bitirerek parmakları birer birer sabitle.
- Daha sonra, velcro bağlantı halkası ile bilek paralel sabitle. Başparmağı rahat bir açıya ayarlayın ve ardından başparmak mekanizmasını sıkın.
- Kontrol kutusu kurulumu (Şekil 1A,c)
- Dış iskelet el ve sensör eldiveni için kabloları sırasıyla dış iskelet el ve sensör eldivenindeki soketlere takın. Bundan sonra, dış iskelet el ve sensör eldiveni için kabloları kontrol kutusundaki sokete takın. Son olarak, güç kablosunu kontrol kutusuna takın ve doğru voltajla bir prizye bağlayın.
- Isınma oturumu (PROM modu)
- Kontrol kutusunu açın ve modu Beş Parmakolarak ayarlayın. Bu mod dış iskelet elinin öznenin parmaklarını pasif olarak hareket ettirmesine olanak tanır. 2,5 dakika boyunca dış iskelet el tarafından yönlendirilen bir kavrama ve serbest bırakma görevi gerçekleştirmek için konu isteyin.
- Modu Tek Parmak'a çevirin ve dış iskelet elin deneğin parmaklarını tek tek ve pasif olarak hareket ettirin. Dış iskelet el tarafından yönlendirilen, 2,5 dakika boyunca tek tek parmakları uzatmak ve geri çekmek için konu isteyin.
- Robot destekli iki manuel hareket oturumu gerçekleştirin.
- Modu Mirror'açevirin. Bu modda, sensör eldivenini takan baskın elin hareketi dış iskelet elin hareketlerini kontrol eder. Sensör eldiveni tarafından yapılan herhangi bir hareket taklit edilir ve dış iskelet el tarafından yansıtılır. Örneğin, sensör eldiveninin işaret parmağının fleksiyonu dış iskeletin işaret parmağının fleksiyonuna karşılık gelir.
- 2,5 dakika boyunca kavrama ve serbest bırakma görevi yerine getirmesi için deneğe talimat ver ve sensör eldivenini giyerken 2,5 dakika daha bireysel parmak hareketleri yapın. Bu eylem, öznenin gerekli görevleri yerine getirirken baskın olmayan elini yönlendiren dış iskelet eliyle yansıtılır.
- Sensör eldiven kurulumu (Şekil 1B,b)
- Görev yönelimli oturumu gerçekleştirin.
- 5 dakika boyunca robot el sistemi kullanarak tasarlanmış nesneleri işlemek için nasıl konu öğretmek.
- Deneğin ellerinin önüne iki üs yerleştirin. Manipülasyona yardımcı olmak için rehabilitasyonda kullanılan her nesneyi bu üslerin üzerine yerleştirin. Tüm nesneler için aşağıdaki dizileri 20 kez tekrarlayın. Nesnelerden nesneyi tabanın başlangıç alanında kavramalarını isteyin, kaldırın ve robotik el sistemini kullanarak orta hatta taşıyın ve serbest bırakın.
- Aynı zamanda, bu 20 deneme için başarı oranını ölçün. Bu işlemi 3 gün üst üste gerçekleştirin. Başarı oranı 20 deneme de başarılı manipülasyon sayısı x% 100. Başarılı manipülasyon, deneklerin robotik el sistemini kullanarak ve onları düşürmeden belirli kavrama deseni ile sekansları tamamlayabilmeleri olarak tanımlanır.
NOT: Başarı oranı, sağlıklı konularda iki el ile robotik el sisteminin fizibilitesini değerlendirmek için kullanılacaktır.
2. Eğitim programının uygulanabilirliğini belirlemek için üç inme hastası işe
- Tarama işlemini aşağıdaki dahil etme kriterlerini kullanarak gerçekleştirin: (1) yaş 20-60 yaş; (2) imzalı bilgilendirilmiş onay; (3) tek taraflı inme tanısı - 1 ay (4) Modifiye Ashworth Ölçeği (MAS) puanı ,2; (5) Brunnstrom sahne (2; (6) MMSE puanı ,24.
- Yürütme Deneme 1: robotik el sistemi kullanmazken nesneleri manipüle (Şekil 2).
- Denek bir sandalyede dik otursun sağlam bir sırt ve kolçakları olmadan. Konuyu bir masanın önüne oturtun. Deneğin etkilenen tarafının yanında durun. Etkilenen kolunu desteklemek için nesnenin dirseğinin ve dış iskeletelin altına bir sapan yerleştirin.
- 5 dakika için tasarlanmış nesneleri işlemek için nasıl konu öğretmek. Peg almak için bir palmar prehension dahil, dikdörtgen küp almak için yanal bir prehension, küp almak için üç noktalı bir chuck, topu almak için küresel bir kavrayışa, ve silindirik bir kavrayışa silindirik çubuk almak için.
- Deneğin ellerinin önüne iki üs yerleştirin. Manipülasyona yardımcı olmak için rehabilitasyonda kullanılan her nesneyi bu üslerin üzerine yerleştirin. Etkilenen elini 20 kez kullanarak deneğe beş farklı nesneyi manipüle etmesini isteyin. Gerekirse üst kolunu hareket ettiren deneği destekleyin.
- Aynı zamanda, bu 20 deneme için başarı oranını ölçün. Bu işlemi 3 gün üst üste gerçekleştirin.
- Yürütme Deneme 2: robotik el sistemi kullanarak nesneleri manipüle (Şekil 3).
- Dış iskelet elini nesnenin etkilenen eline ve sensör eldivenini etkilenmemiş ele töşeyin. Adımları 1.3.1-1.3.3'e tekrarlayın. Etkilenen kolunu desteklemek için nesnenin dirseğinin ve dış iskeletelin altına bir sapan yerleştirin.
- Isınma oturumu (PROM modu) yapın.
- Kontrol kutusunu açın ve modu Beş Parmakolarak ayarlayın. 2,5 dakika boyunca dış iskelet el tarafından yönlendirilen bir kavrama ve serbest bırakma görevi gerçekleştirmek için konu isteyin.
- Modu Tek Parmak'ageçirin. Dış iskelet el tarafından yönlendirilen, 2,5 dakika boyunca tek tek parmakları uzatmak ve geri çekmek için konu isteyin.
- Modu Mirror'açevirin. 2,5 dakika boyunca kavrama ve serbest bırakma görevi yerine getirmesi için deneğe talimat ver ve sensör eldivenini giyerken 2,5 dakika daha bireysel parmak hareketleri yapın. Bu eylem, gerekli görevleri yerine getirirken öznenin etkilenen el inrehberlik dış iskelet el tarafından yansıtılır.
- Görev odaklı bir oturum gerçekleştirin.
- 5 dakika boyunca robot el sistemi kullanarak tasarlanmış nesneleri işlemek için nasıl konu öğretmek.
- Deneğin ellerinin önüne iki üs yerleştirin. Manipülasyona yardımcı olmak için rehabilitasyonda kullanılan her nesneyi bu üslerin üzerine yerleştirin. Tüm nesneler için aşağıdaki dizileri 20 kez tekrarlayın. Deneklerden tabanın başlangıç alanındaki nesneleri kavramalarını isteyin, kaldırın ve orta hatta taşıyın ve robotik el sistemini kullanarak serbest bırakın.
- Aynı zamanda, bu 20 deneme için başarı oranını ölçün. Bu işlemi 3 gün üst üste gerçekleştirin. Başarı oranı 20 deneme de başarılı manipülasyon sayısı x% 100. Başarılı manipülasyon, deneklerin robotik el sistemini kullanarak ve onları düşürmeden belirli kavrama deseni ile sekansları tamamlayabilmeleri olarak tanımlanır.
NOT: İnme hastalarında robotik el sisteminin fizibilitesini değerlendirmek için başarı oranı kullanılacaktır.
3. Hasta değerlendirmesi
- Kabul edilebilirliği değerlendirmek için, her oturumun sonunda aşağıdaki soruları sorun: (1) robotik el sistemi nesneleri işlemek için yararlı oldu? (2) eğitim programı sırasında veya sonrasında herhangi bir olumsuz olay oldu mu?
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Bu çalışmaya üç sağlıklı denek ve üç inme sonrası denek olmak üzere toplam altı denek alındı. Her iki grubun demografik verileri Ek Tablo 1'degösterilmiştir. Sağlıklı grubun yaş ortalaması 28 (dağılım: 24-30), hasta grubunun yaş ortalaması ise 49 (40-57) idi. Hasta grubunun ortalama değerlendirme sonuçları aşağıdaki gibidir: (1) MMSE=27 (26-29), (2) FMA=11.3 (6-15), (3) MAS=1, (4) Brunnstrom evre=2.
Adım 1'de, sağlıklı gruptaki denekler (n=3) robotik el sistemi olan ve olmayan tüm nesneleri mükemmel bir şekilde manipüle ettiler (Ek Tablo 2-6). Şekil 4'tegösterildiği gibi robotik el olmadan 3 gün boyunca ortalama başarı oranları aşağıdaki gibidir: peg=100±0% (ortalama ± S.D.); dikdörtgen küp=%100±0; küp=100±0%; ball=100±0%ve silindirik çubuk =%100±0. Şekil 4'tegösterildiği gibi robotik el kullanılarak 3 gün boyunca ortalama başarı oranları aşağıdaki gibidir: peg=100±0%; dikdörtgen küp=%100±0; küp=100±0%; ball=100±0%ve silindirik çubuk =%100±0. Sonuçlar, sağlıklı grupta robotik el sisteminin fizibilitesini destekledi.
Adım 2'de, tüm hastalar (n=3) robotik el sistemi olmadan nesneleri manipüle etmede güçlükler sergilemiş(Ek Tablo 2-6),tüm nesneler için %0±0 başarı oranları göstermiş, ancak robotik el sistemini kullandıklarında başarı oranları önemli ölçüde artmıştır(Şekil 4). Bilabil inbaşarı oranları şunlardır: peg=98.89±1.92%, dikdörtgen küp =%97.78±3.84, küp=97.78±2.55%, ball=99.44±0.96%, ve silindirik bar=%100±0. Hastalarda robotik el sistemini kullanırken başarı oranları sağlıklı deneklere benzerdi. Sonuçlar inme hastalarında robotik el sisteminin fizibilitesini destekledi.
Adım 3'te, tüm hastalar robotik el sisteminin nesneleri manipüle etmeye yardımcı olduğunu bildirdiler. Buna ek olarak, tüm denekler herhangi bir olumsuz olay bildirmeden 3 gün üst üste prosedürü tamamladı. Sonuçlar eğitim programının kabul edilebilirliğini destekledi.
Şekil 1: Deneysel nesneler ve tasarım.
( A ) Tasarlanmış nesneler:(a)peg (baş: 4,5 cm çapında, gövde: 3 cm çapında, BRS=3), (b) dikdörtgen küp (1 cm x 4 cm x 4 cm, BRS=4), (c) küp (4 cm3, BRS=4), (d) top (6 cm çap, BRS=5), (e) silindirik çubuk (4 cm çap, BRS=5) ve f tabanı( (B) Deneysel kurulum: (a) Askı, (b) dış iskelet el ve (c) kontrol kutusu. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2: Robotik el sistemi kullanmadan nesneleri manipüle eden denekler Lütfen bu figürün daha büyük bir sürümünü görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 3: Robotik el sistemi kullanarak nesneleri manipüle eden denekler Lütfen bu figürün daha büyük bir sürümünü görüntülemek için buraya tıklayın.
Şekil 4: Kavrama görevlerinin sonuçları.
Sonuçlar robot (Non-Robot durumu) kullanmadan sağlıklı ve hasta grupları (Mann-Whitney U testi) arasında bir fark gösterdi, ancak fark artık robot (Robot durumu) ile gözlendi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Tablo 1. Bu tabloyu indirmek için lütfen buraya tıklayınız.
Ek Tablo 2. Bu tabloyu indirmek için lütfen buraya tıklayınız.
Ek Tablo 3. Bu tabloyu indirmek için lütfen buraya tıklayınız.
Ek Tablo 4. Bu tabloyu indirmek için lütfen buraya tıklayınız.
Ek Tablo 5. Bu tabloyu indirmek için lütfen buraya tıklayınız.
Ek Tablo 6. Bu tabloyu indirmek için lütfen buraya tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Bu çalışmanın sonuçları şunları göstermiştir: (1) her iki grup da robotik el sistemi ile sağlanan nesneleri başarıyla kavrayabildi. Bu görevi, önerilen robot destekli görev odaklı eğitim programının fizibilitesini doğrulayan yaklaşık %100 başarı oranıyla tamamlayabildiler. (2) Çalışma süresi boyunca yaralanma veya advers olaylar bildirilmemiş ve tüm hastalar robotik el sisteminin nesneleri manipüle etmeye yardımcı olduğunu bildirmiştir. Bu robotik el sistemi ve eğitim programının kabul edilebilirliğini doğruladı.
Bu gerçek nesneler8,13,14ile etkileşim için ikili bir robot el sistemi kullanan ilk protokoldür. El fonksiyonuna bağlı olarak günlük aktiviteler karmaşıktır15, özellikle bimanual görevleri12, pantolon koyarak veya bir havlu sıkma gibi. Farklı kavrama kalıplarını iki el ile uygulayarak içeren eğitim programının deneklerin el fonksiyonlarını kolaylaştırmasını ve gerçek ADL performansını artıracağını öneriyoruz. Bu çalışmanın nesneleri fizibilite, stabilite ve elastikiyet göz önünde bulundurularak tasarlanmıştır. Özellikle, nesnelerin şekilleri, boyutları ve malzemeleri dış iskelet elin sert eklem pozisyonlarına uyacak ve yeterli duyusal geri bildirime izin verecek şekilde tasarlanmıştır. Buna ek olarak, her şekil farklı bir kavrama deseni "Brunnstrom aşamasında özetlenen eğitmek için tasarlanmıştır." Terapistlere görevin zorluğunu derecelendiren yapılandırılmış bir sistem verir. Ayrıca, robotik el sistemi, ağır el fonksiyonu bozulmuş olan hastalara (brunnstrom evre ≤2) uygulanabilir. Dış iskelet robotik el yardımı ile motor deneyimi ve duyusal girdi elde edebilirsiniz.
Robotik el sisteminin çeşitli sınırlamaları vardır. Dış iskelet elinin hareket hızı sabittir ve sensör eldiveninin hareket hızıyla tam olarak eşleşemez. Bu, BmT'nin etkilerini etkileyebilir ve eğitim görevlerinin varyasyonunu sınırlayabilir. Küçük boyutlu dış iskelet el bazı denekler için çok büyük olabilir, çünkü bir erkeğin eline göre tasarlanmıştır. Dış iskelet el sadece parmak hareketi özgürlük bir dereceye sahiptir ve başparmak konumu sabittir, hangi parmakların üç boyutlu hareketi yasaklar ve gerçek hayattaki nesnelerle etkileşim zorluk artar. Dış iskelet elinin ağırlığı inme hastaları için bir yüktür. Onlar robotik el ile bağımsız olarak ulaşmada zorluk gösterdi, bu yüzden kol ve ön koluygulanan bir süspansiyon sistemi etkilenen üst ekstremite proksimal kısmını desteklemek ve el eğitim programına yardımcı olmak için gereklidir.
Gerçekten iki el ile aynalı hareketler elde etmek için sensör eldiveni ve dış iskelet el arasındaki simetriyi geliştirmek önemlidir. Daha küçük ellere uyacak şekilde ekstra fiksasyon uygulanmalıdır. Dış iskelet el rafine bir sürümü robotik el çok boyutlu hareketleri ve karmaşık el eğitim görevleri gerçekleştirmek için izin vermek için daha ayarlanabilir eklemler ile donatılmış olmalıdır. Ayrıca, terapistler tarafından uzaktan planlanan rehabilitasyon programları ile robotik el sisteminin taşınabilir bir türü ev tabanlı rehabilitasyon programlarında uygulanabilir.
Konu eklemede, eğitim protokolünün genelleştirilmesini etkileyebilecek çeşitli sınırlamalar vardı. Bu eğitim programının fizibilite ve kabul edilebilirliğini değerlendirmek için bir pilot çalışma dır ve bu nedenle örnek boyutu çok küçüktür. İnme hastalarının fonksiyonel özellikleri oldukça homojendir, MAS = 1, Bunnstrom evre = 2 ve FMA skoru 6 ile 15 arasında değişmektedir. Bu hastaların etkilenen ellerinde ciddi motor bozukluğu vardır, bu nedenle, sistemi kullanarak güçlendirme sonrasında, önceki durumlarına göre motor performansında önemli bir iyileşme yaşadılar, bu özellik robotik sistemimizin etkisini abartabilir. Buna ek olarak, etkilenen ellerin robotik sistem tarafından hareketini kolayca yönlendirmek için daha düşük spastisite li denekler aldık, ancak bu cihazlar güçlü spastisite olan hastalar için uygun olmayabilir. Fizibilite ve kabul edilebilirlik çalışması olarak tedavi sonrası değerlendirmeler yapmadık. Bu çalışmadan sonra, robotik destekli görev odaklı eğitim programının etkilerini karakterize etmek için randomize kontrollü bir çalışma gerçekleştireceğiz.
Bu çalışmada robot destekli yeni bir el rehabilitasyon programı geliştirildi. Oluşturulan protokol, programın fizibilitesini ve kabul edilebilirliğini değerlendirirken prosedürlerin kurulum ve gereksinimlerini kapsamlı bir şekilde kapsamaktadır. Programın uygulanabilir, kabul edilebilir ve güvenli olduğu sonucuna varıldı. Programın sonuçları, eğitim protokolü ve robot destekli rehabilitasyon için özel olarak tasarlanmış nesnelerin inme hastaları için nörorehabilitasyon için uygun olduğunu göstermiştir. Bu bulguları doğrulamak için, randomize kontrollü bir çalışma eğitim programının terapötik etkisini belirlemek için gereklidir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar çıkar çatışması olmadığını beyan etmezler.
Acknowledgments
Bu proje Chang Gung Tıp Vakfı tarafından hibe BMRP390021 ve Bilim ve Teknoloji Bakanlığı tarafından hibe MOST 107-2218-E-182A-001 ve 108-2218-E-182A-001 hibe ile desteklenmiştir.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Control Box | Rehabotics Medical Technology Corporation | HB01 | The control box includes a power supply, sensor glove signal receiver, motor signal transmitter, and exoskeletal hand motion mode selection unit. |
| Exoskeletal Hand | Rehabotics Medical Technology Corporation | HS01 | It is a wearable device causing the patient's fingers to move and is driven by an external motor and mechanical assembly. |
| Sensor Glove | Rehabotics Medical Technology Corporation | HM01 | Worn on the patient's unaffected side hand. The sensors in the sensor glove will detect flexing and extension of the hand, and this data will be used to control the exoskeletal hand when in bimanual mode. |
References
- Hung, C. S., et al. The effects of combination of robot-assisted therapy with task-specific or impairment-oriented training on motor function and quality of life in chronic stroke. PM & R: The Journal of Injury, Function, and Rehabilitation. 8 (8), 721-729 (2016).
- SangWook, L., Landers, K. A., Hyung-Soon, P. Development of a biomimetic hand exotendon device (BiomHED) for restoration of functional hand movement post-stroke. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 22 (4), 886-898 (2014).
- Johnson, M. J., Wisneski, K. J., Anderson, J., Nathan, D., Smith, R. O. Development of ADLER: The Activities of Daily Living Exercise Robot. Proceedings of IEEE/RAS-EMBS International Conference. , Pisa, Italy. (2006).
- Pignolo, L.
- Timmermans, A. A., Spooren, A. I., Kingma, H., Seelen, H. A. Influence of task-oriented training content on skilled arm-hand performance in stroke: a systematic review. Neurorehabilitation and Neural Repair. 24 (9), 858-870 (2010).
- Schweighofer, N., Choi, Y., Winstein, C., Gordon, J.
- Almhdawi, K. A., Mathiowetz, V. G., White, M., delMas, R. C. Efficacy of occupational therapy task-oriented approach in upper extremity post-stroke rehabilitation. Occupational Therapy International. 23 (4), 444-456 (2016).
- Takahashi, C. D., Der-Yeghiaian, L., Le, V. H., Cramer, S. C. A robotic device for hand motor therapy after stroke. Proceedings of 9th International Conference on Rehabilitation Robotics. , Chicago, IL. (2005).
- Villafañe, J. H., et al. Efficacy of short-term robot-assisted rehabilitation in patients with hand paralysis after stroke: a randomized clinical trial. Hand (NY). 13 (1), 95-102 (2018).
- Cauraugh, J. H., Lodha, N., Naik, S. K., Summers, J. J. Bilateral movement training and stroke motor recovery progress: a structured review and meta-analysis. Human Movement Science. 29 (5), 853-870 (2010).
- Brunner, I. C., Skouen, J. S., Strand, L. I. Is modified constraint-induced movement therapy more effective than bimanual training in improving arm motor function in the subacute phase post stroke? A randomized controlled trial. Clinical Rehabilitation. 26 (12), 1078-1086 (2012).
- Sleimen-Malkoun, R., Temprado, J. J., Thefenne, L., Berton, E. Bimanual training in stroke: how do coupling and symmetry-breaking matter. BMC Neurology. 11, 11 (2011).
- Yue, Z., Zhang, X., Wang, J. Hand rehabilitation robotics on poststroke motor recovery. Behavioural Neurology. 2017, 1-20 (2017).
- Dovat, L., et al. HandCARE: a cable-actuated rehabilitation system to train hand function after stroke. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 16 (6), 582-591 (2008).
- Yoo, C., Park, J. Impact of task-oriented training on hand function and activities of daily living after stroke. Journal of Physical Therapy Science. 27 (8), 2529-2531 (2015).
