Eine Mensch-Maschine-Schnittstelle Integration von Low-Cost-Sensoren mit einem Neuromuskuläre Elektrostimulation System zur Post-Stroke Balance Rehabilitation

Zusammenfassung

In diesem Artikel wird eine neuartige, kostengünstige Mensch-Maschine-Schnittstelle für ein interaktives Rehabilitationssystem nach einem Schlaganfall vorgestellt. Das System integriert handelsübliche, kostengünstige Sensoren in Richtung eines willentlich getriebenen Elektrotherapie-Paradigmas. Die Proof-of-Concept-Softwareschnittstelle wird an gesunden Freiwilligen demonstriert.

Zusammenfassung

Ein Schlaganfall verursacht wird, wenn eine Arterie Blut vom Herzen zu einem Bereich im Gehirn tragenden platzt oder ein Gerinnsel blockiert den Blutfluss zum Gehirn, wodurch Lieferung von Sauerstoff zu verhindern und Nährstoffen. Etwa die Hälfte der Schlaganfallpatienten werden mit einem gewissen Grad der Behinderung nach links. Innovative Methoden für die restaurative Neurorehabilitation sind dringend langfristige Behinderung zu reduzieren, die erforderlich. Die Fähigkeit des Nervensystems, die Struktur, Funktion und Verbindungen als Antwort auf intrinsische oder extrinsische Reize zu reorganisieren wird neuroplasticity genannt. Neuroplastizität ist in post-Takt Funktionsstörungen beteiligt, sondern auch in der Rehabilitation. Vorteilhaft neuroplastische Veränderungen können mit nicht-invasive Elektrotherapie, wie neuromuskuläre elektrische Stimulation (NMES) und sensorische elektrische Stimulation (SES) erleichtert werden. NMES beinhaltet aufeinander abgestimmte elektrische Stimulation der motorischen Nerven und Muskeln, um sie mit kontinuierlichen kurzen Impulsen von elektrischem Strom während SES invo zu aktivierenlves Stimulation der sensorischen Nerven mit elektrischem Strom in Empfindungen führt, die von kaum wahrnehmbaren zu sehr unangenehm variieren. Hier aktive kortikalen Beteiligung an Rehabilitationsmaßnahmen können die Nicht-invasive Elektrotherapie mit Biosignalen (Elektromyographie (EMG), Elektroenzephalogramm (EEG), Elektrookulogramm (EOG)) durch den Antrieb erleichtert werden, die gleichzeitig aktiven Wahrnehmung und willentliche Anstrengung darstellen. Um dies zu erreichen in einem ressourcenarmen Umgebung, zum Beispiel in niedrigem und mittlerem Einkommen Ländern präsentieren wir eine Low-Cost - Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) durch die jüngsten Fortschritte in der off-the-shelf - Videospiel - Sensor - Technologie nutzen. In diesem Beitrag diskutieren wir die Open-Source-Software-Schnittstelle, die Low-Cost-off-the-shelf-Sensoren für die visuelle auditivem Biofeedback mit nicht-invasive Elektrotherapie integriert Haltungskontrolle während Balance Rehabilitation zu unterstützen. Wir zeigen die Proof-of-Concept an gesunden Freiwilligen.

Einleitung

Eine Folge von durch fokaler zerebraler verursacht neurologische Dysfunktion, spinale oder retinalen Infarkt Schlaganfall ¹ genannt. Der Schlaganfall ist ein globales Gesundheitsproblem und vierthäufigste Ursache für Behinderungen weltweit ^1. In Ländern wie Indien und China, den beiden bevölkerungsreichsten Ländern der Welt wird neurologische Behinderung aufgrund von Schlaganfall wird als versteckte Epidemie ² bezeichnet. Einer der häufigsten medizinischen Komplikationen nach einem Schlaganfall sind Stürze mit einer Inzidenz von bis zu 73% im ersten Jahr nach Schlaganfall ^3. Der nach Schlaganfall Herbst ist multifaktoriell ....

Protokoll

Hinweis: Die Pipeline HMI-Software wurde auf Basis frei verfügbarer Open-Source-Software und off-the-shelf Low-Cost-Videospiel-Sensoren (Details finden Sie unter: https://team.inria.fr/nphys4nrehab/software/ und https: //github.com/NeuroPhys4NeuroRehab/JoVE). Die HMI - Software - Pipeline ist für die Datenerfassung während einer modifizierten funktionalen Reichweite Aufgabe (mFRT) ²¹ in einer VR - basierte Gaming - Plattform für visuomotorische Balance - Therapie (VBT) ⁸ zur Verfügung gestellt.

2a zeigt die Diagnose Eye - Tracker - Setup , wo der Blick Merkmale extrahiert werden offline für die Quant....

Ergebnisse

Abbildung 4 zeigt die Blickkontakt Features , die offline zur Quantifizierung eines arbeitsfähigen Leistung während einer glatten Streben Aufgabe extrahiert wurden. Die folgenden Funktionen wurden wie in Tabelle 1 gezeigt extrahiert:

Merkmal 1 = prozentuale Abweichung zwischen Soll-Stimulus Position und dem Schwerpunkt des Befestigungspunkten des Teilnehmers, wenn der Stimulus Position in hori.......

Diskussion

Ein einfach zu bedienende, klinisch gültige Low-Cost-Tool für Bewegung und Balance-Therapie wird ein Paradigmenwechsel für Neurorehabilitation in einem Low-Ressource-Einstellung sein. Es ist wahrscheinlich eine sehr hohe gesellschaftliche Auswirkungen , da neurologische Erkrankungen wie Schlaganfall zu haben , wird sich dramatisch in Zukunft noch steigen aufgrund der alternden Weltbevölkerung ^2. Es ist daher dringend notwendig, Cyber-Physical Systems zu nutzen, in denen die Fähigkeit, zu überwachen, zu gestal.......

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
NMES-Stimulator	Vivaltis, Frankreich	PhenixUSBNeo	NMES-Stimulator mit EMG-Sensor (Abbildung 2b)
Balance Board	Nintendo, USA	Wii Balance Board	Balance Board (Abbildung 2b)
Motion Capture	Microsoft, USA	XBOX-360	Kinect Motion Capture (Abbildung 2b)
Eye Tracker	Eye Tribe	The Eye Tribe	SmartEye Tracker (Abbildung 2a)
EEG-Datenerfassungssystem	Emotiv, Australien	Emotiv Neuroheadset	Drahtloses EEG-Headset (Abbildung 2b)
Passive EEG-Elektrode	Olimex	EEG-PE	EEG Passive Elektrode für EOG und Referenzen (6 an der Zahl) (Abbildung 2b)
Aktive EEG-Elektrode	Olimex	EEG-AE	EEG-Aktivelektrode (10 an der Zahl) (Abbildung 2b)
Computer mit PC-Monitor	Dell		Datenverarbeitung und visuelles Feedback (Abbildung 2)
Software, EMG-Elektroden, NMES-Elektroden und Kabel