Name: A-máquina humana integración de sensores de bajo coste con un sistema de estimulación eléctrica neuromuscular para la Rehabilitación de Balance post-accidente cerebrovascular (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-04-12T13:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 6 s
Description: Aprende a integrar sensores de bajo coste con estimulación eléctrica neuromuscular para la rehabilitación del equilibrio post-ictus. Este método combina tecnología de interfaz humano-máquina con seguimiento ocular y MoBI.

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Las investigaciones realizadas en el marco del Grupo mixto dirigido Programa de Información y Comunicación Ciencia y Tecnología - ICST, apoyada por el CNRS, INRIA, y el horario de verano, bajo el paraguas de CEFIPRA. Los autores desean agradecer el apoyo de los estudiantes, específicamente Rahima Sidiboulenouar, Rishabh Sehgal, y Gorish Aggarwal, hacia el desarrollo de la configuración experimental.

Nota: La tubería de software HMI fue desarrollado en base a software de código abierto libremente disponible y off-the-shelf sensores de videojuegos bajo costo (detalles disponibles en: https://team.inria.fr/nphys4nrehab/software/ y https: //github.com/NeuroPhys4NeuroRehab/JoVE). Se proporciona la tubería de software HMI para la recogida de datos durante una tarea de alcance funcional modificada (mFRT) 21 en una plataforma de juegos basada en realidad virtual para la terapia de equilibrio visuomotor (VBT) 8. La figura 2a muestra la configuración de seguidor de ojos de diagnóstico, donde las características de la mirada se extraen fuera de línea para la cuantificación de post-accidente cerebrovascular función residual de manera que la información visual en VR se puede personalizar en consecuencia. La figura 2b muestra el montaje experimental para VBT. <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/52394/52394fig2.jpg" /> Figura 2: ( <strong&gt; a) Esquema del-máquina humana para la evaluación de los movimientos oculares persecución tras un ictus. (B) Esquema del-máquina humana en la que la interfaz de software se integra sensores de bioseñales y captura de movimiento para registrar los datos de imagen del cerebro / cuerpo móvil con sistema de estimulación eléctrica neuromuscular (EENM) y la estimulación eléctrica sensorial (SES) para la post-accidente cerebrovascular SNEM / SES-terapia asistida equilibrio visomotora. EENM: Estimulación eléctrica neuromuscular, SES: Sensorial estimulación eléctrica, EMG: electromiograma, EEG: electroencefalograma, EOG: electrooculogram, Cop: centro de presión, PC: ordenador personal. Reproducido de 8 y 37. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52394/52394fig2large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> 1. Instalación de software para móviles Cerebro / Imagen de Cuerpo Durante VBT <ol><li> Instalación de controladores para el movimiento del casquillotura (procedimientos de instalación que se proporcionan en https://code.google.com/p/labstreaminglayer/wiki/KinectMocap) <ol><li> Descargar e instalar Kinect Runtime de los http://go.microsoft.com/fwlink/?LinkId=253187 (sensor de captura de movimiento no debe ser conectado a cualquiera de los puertos USB de la computadora). </li><li> Enchufe el sensor de captura de movimiento accionado a un puerto USB a través del cable de interfaz. Los controladores se cargará automáticamente. </li></ol></li><li> Instalación de controladores para el sensor Eye Tracker (procedimientos de instalación que se proporcionan en <a href="http://github.com/esdalmaijer/EyeTribe-Toolbox-for-Matlab">http://github.com/esdalmaijer/EyeTribe-Toolbox-for-Matlab</a> ) <ol><li> Descargar el software desde http://theeyetribe.com, iniciar la aplicación y lanzar la aplicación para instalar el software (sensor Eye Tracker no debe ser conectado a cualquiera de los puertos USB de la computadora). </li><li> Enchufe el sensor Eye Tracker potencia y los controladores se cargará automáticamente. </li></ol></li><li> Insttodos los controladores para la Balance Board (procedimientos de instalación que se proporcionan en el (los procedimientos de instalación que se proporcionan en http://www.colorado.edu/intphys/neuromechanics/cu_wii.html) <ol><li> Descargar y extraer CU_WiiBB.zip de http://www.colorado.edu/intphys/neuromechanics/CU_WiiBB.zip </li><li> Copia la carpeta WiiLab en el directorio Archivos de programa estándar del sistema operativo Microsoft Windows. </li><li> Abra la carpeta WiiLab en el directorio Archivos de programa y ejecutar como administrador el archivo InstallWiiLab.bat para instalar la tabla de equilibrio. </li></ol></li><li> Instalación de controladores para EEG / EOG (procedimientos de instalación que se proporcionan en http://openvibe.inria.fr/how-to-connect-emotiv-epoc-with-openvibe/) <ol><li> Descargar e instalar el SDK de Emotiv http://www.emotiv.com/apps/sdk/209/ </li><li> Descargar e instalar OpenViBE Adquisición Server con labstreaminglayer (LSL) a partir de https://code.google.com/p/labstreaminglayer/downloads/detail?name=OVAS-withLSL-0.14.3-3350-svn.zip distribuida multi-SEsistema de transporte de la señal, la sincronización de tiempo y recopilación de datos Nsor (procedimientos de instalación que se proporcionan en https://code.google.com/p/labstreaminglayer/). </li></ol></li><li> Instalar los controladores para el estimulador comercial EENM (detalles en http://www.vivaltis.com/gammes/phenix/phenix-usb-neo-50-554-1.html#content). </li></ol> 2. Bajo costo de colocación del sensor de Mobile Brain / Imagen de Cuerpo (mobi): El código abierto Software HMI Pipeline Proporciona Mobile Brain / Imagen de Cuerpo (mobi) 19 con bajo costo Off-the-shelf sensores (Figura 2b), que puede adaptar para otros programas de entrenamiento de la agilidad. <ol><li> Evaluación visual para mobi: <ol><li> Comience por la obtención de una pantalla de proyección para mostrar la retro-alimentación visual en un extremo de la habitación (distancia entre el sujeto 0,6 m recomendado). </li><li> Ajuste la altura de modo que el centro de la pantalla será a nivel de los ojos de los sujetos. </li></ol></li><li> Captura de movimiento para mobi: <ol><li> Coloque el movimiento capture sensor en frente de la pantalla de proyección, y apuntar a el volumen de captura de movimiento. </li><li> Confirmar que el volumen de captura de movimiento es de 1,5 ma 2,5 m por delante del sensor de captura de movimiento. </li></ol></li><li> Balance Board Colocación de mobi: <ol><li> Coloque la tabla de equilibrio en el suelo, alrededor de 2,0 m de distancia desde el sensor de captura de movimiento. </li><li> Deje suficiente espacio alrededor de la tabla de equilibrio para asegurar el movimiento de todo el cuerpo (es decir, durante la tarea de alcance funcional modificada 21). </li></ol></li><li> La colocación del sensor de EEG / EMG / EOG para Mobi <ol><li> Pedir al paciente a sentarse en una silla frente a la captura de movimientos y con los pies en la tabla de equilibrio. </li><li> Coloque la grabación (EMG) la estimulación cum (SNEM / SES) Electrodos de forma bilateral en los músculos gastrocnemio medial (MG) y tibial anterior (TA) del sujeto. Entonces, conectarlos con el estimulador eléctrico inalámbrico del sistema (SNEM / SES). </li><li> Coloque la tapa de electroencefalograma (EEG) sobre el temas la cabeza después de la Internacional 10 - 20 del sistema. A continuación, colocar los electrodos de EEG con pasta conductora en -Fz, C3, Cz, C4, P3, Pz, P4, PO7, Oz, VO8 - antes de conectarlos al auricular inalámbrico EEG. </li><li> Colocar dos electrodos de EEG con pasta conductora por encima y por debajo de uno de los ojos para EOG vertical y colocar dos electrodos con pasta conductora en el canto exterior de cada ojo para EOG horizontal. (Nota: En el caso del sensor Eye Tracker no se utiliza en el tema posterior al accidente cerebrovascular EOG entonces es preferible bilateral). </li><li> Coloque dos electrodos de EEG en lóbulos de las orejas como electrodos de referencia. </li></ol></li></ol> 3. Eye Tracker de evaluación basados ​​después del ictus movimientos de seguimiento de los ojos <ol><li> Pedir al paciente a sentarse con la barbilla apoyada cómodamente en la altura ajustable Chin-Rest. A continuación, elevar el monitor de la computadora a una altura conveniente de tal manera que los ojos se enfrentan a más o menos el centro del monitor de la computadora (Figura 2a). </li><li> Coloque el r Eye Tracker<html> tornillos y las tuercas 50 cm de la barbilla-Rest y pedir al paciente que mire directamente a la pantalla del ordenador para señales visuales. </li><li> EyeTribeWinUI.exe ejecutar en la carpeta &#39;SmartEye&#39; para calibrar el sensor Eye Tracker. Se le pedirá al sujeto que mire a diversos objetivos en el monitor del PC por aproximadamente 2 segundos cada uno. Un proceso de calibración usuario típico tarda aproximadamente 20 segundos en completarse. La (x, y) las coordenadas del punto de vista del sujeto se registran para diferentes objetivos con claves para la calibración. </li><li> Ejecutar &#39;Visual_Stimulus.exe&#39; en la carpeta SmartEye para ejecutar la interfaz basada en la realidad virtual. Posteriormente ejecutar el programa &#39;SmartEye.exe&#39; presente en la carpeta &#39;SmartEye&#39; para adquirir datos de la mirada de los sujetos que se sincroniza con la tarea basada en la realidad virtual. Estos datos se utilizará para la evaluación de post-carrera de movimiento del ojo persecución. </li></ol>2394fig3.jpg &quot;/&gt; Figura 3: (a) Cursor que representa el centro de presión (CP) que necesita ser impulsado volitivamente a la diana con claves durante la terapia de equilibrio visuomotor, (b) protocolo de terapia equilibrio visomotora donde el sujeto dirige el cursor del ordenador a un objetivo periférica impulsado por volitivamente generada excursiones CoP. El reinicio puede ser asistida con estimulación eléctrica neuromuscular (EENM) y sensorial estimulación eléctrica (SES), (c) Montaje experimental para la terapia de equilibrio visuomotor con claves visuales. Reproducido de 8 y 37. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52394/52394fig3large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> 4. SNEM / SES-Assisted visomotora Equilibrio Terapia (VBT) bajo Mobi <ol><li> Conectar el ojo-tracker y equilibrar sensores de a bordo en el equipo retroalimentación visual (Figura 2). <ol><li> Asegúrese de que el sensor Eye Tracker está encendido, conectado a la computadora, y que se ha iniciado por completo. Iniciar el &#39;server.exe EyeTribe&#39; y &#39;EyeTribeWinUI.exe&#39; disponible en la carpeta &#39;VBT&#39; (consulte los pasos 1.3). </li><li> Asegúrese de que el sensor Balance Board está encendido. A continuación, pulse el botón en el sensor Balance Board para hacer visible el mando a distancia en el menú. A continuación, haga clic en el icono de mostrar u ocultar en la barra de tareas del sistema y haga clic en el icono del dispositivo Bluetooth. A continuación, haga clic en la opción &quot;Agregar un dispositivo&quot; y emparejar el sensor Balance Board como un dispositivo Bluetooth sin necesidad de utilizar el código para el equipo retroalimentación visual. Una vez que el sensor de Balance Board se conecta al ordenador retroalimentación visual, abra la carpeta &#39;VBT&#39; y ejecute el archivo WiiBBinterface.m para establecer interfaz de sensor Balance Board Matlab- (consulte los pasos 1.6). </li><li> Asegúrese de que el sensor de captura de movimiento está encendido, conectado al ordenador y que seha iniciado por completo (hay un LED verde en la parte delantera). Abra la carpeta LSL e iniciar el software &#39;Mocap&#39; para comenzar el streaming de los datos de los sensores de captura de movimiento (consulte los pasos 1,6). </li><li> Asegúrese de que los sistemas de adquisición de datos de EEG / EOG están encendidos. A continuación, haga doble clic en el OpenViBE adquisición de servidor withlsl.cmd disponible en la carpeta LSL (consulte los pasos 1,6). En el menú, seleccionar el hardware del sensor correspondiente (es decir, &#39;Emotiv EPOC&#39;) y configurar el módulo, si es necesario, haciendo clic en las &#39;Propiedades&#39; del conductor. A continuación, haga clic en &quot;Conectar&quot; y, a continuación, haga clic en &quot;Jugar&quot; para iniciar el servidor de adquisición. </li></ol></li><li> Calibrar los sensores de VBT <ol><li> Pedir al posterior al accidente cerebrovascular sujetos a pararse en la tabla de equilibrio con arnés de seguridad (y el apoyo parcial del peso corporal, si es necesario). </li><li> Establecer un nivel mínimo de referencia EENM (por ancho de pulso y el nivel actual) necesaria para estar de pie en posición vertical de acuerdo con la observación clínica (es decir.,apoyo del peso corporal cero) 22. Para establecer el nivel mínimo de referencia EENM, se puede ajustar la frecuencia de estimulación a 20 Hz y luego aumentar el ancho de pulso y / o el nivel actual hasta que se logra pie en posición vertical. Aquí, la EENM de extensores de la rodilla se requiere para generar suficiente par para evitar el pandeo de rodilla. </li><li> Pedir al paciente para realizar varios movimientos de alcance que afecta a COM y CoP ubicación. </li><li> Ejecutar el programa &#39;CalibSensors.m&#39; disponible en la carpeta &#39;DataCollect&#39; con el fin de recopilar los datos de calibración de sensores múltiples, mientras que el sujeto realiza varios movimientos por iniciativa propia máximas alcancen en direcciones diferentes que afectan al centro de masa (COM) y centro de presión (CoP) ubicación en la retroalimentación visual. </li></ol></li></ol> 5. Multi-sensor de recopilación de datos de sensores de bajo coste Durante VBT (Figura 2b) <ol><li> Ejecutar el programa &#39;CollectBaseline.m&#39; en la carpeta &#39;DataCollect&#39; para recoger la línea de base de descanso-state, ojos abiertos, los datos de sensores múltiples pidiendo al sujeto reposar durante 2 minutos, mientras que mirando directamente al objetivo de la CoP en el monitor del PC (Figura 3a). </li><li> Conecte la salida de vídeo del ordenador retroalimentación visual a la pantalla de proyección y ejecute el archivo en la carpeta SmartEyeVRTasks.exe &#39;VBT&#39; en el ordenador retroalimentación visual para iniciar la GUI SmartEyeVRTasks. También, ejecute el programa &#39;CollectVBT.m&#39; en la carpeta &#39;DataCollect&#39; para recoger datos de los sensores durante VBT. <ol><li> De pie en posición vertical, llamada la fase de &#39;mantener central&#39;, pedir al paciente para dirigir el cursor, impulsado por la CoP, lo más rápido posible hacia el objetivo periférica presentado al azar como desencadenado por una respuesta visual (Figura 3b). </li><li> Después de esta fase &#39;Mover&#39;, pida al sujeto que mantenga el cursor en la posición objetivo durante 1 segundo durante la fase de &#39;mantener periférica&#39;. </li><li> Después de la fase de &#39;mantener periférica&#39;, el cursor &#39;<html> ; Reset &#39;de vuelta al centro cuando el sujeto tiene que volver de nuevo a pie en posición vertical - la &quot;posición de bloqueo central&#39;. SNEM / SES se activa para el músculo cuando su nivel de EMG pasa por encima de un umbral establecido para ayudar al esfuerzo volitivo requerido para volver a la CoP a la posición de &#39;mantener central&#39;. Nota: La dificultad de la mFRT se puede aumentar al disminuir la ganancia, <img alt="Ecuación 1" src="/files/ftp_upload/52394/52394eq1.jpg" /> , O el aumento de la varianza del ruido, <img alt="Ecuación 2" src="/files/ftp_upload/52394/52394eq2.jpg" /> , Dentro del rango posible de temas específicos: <img alt="Ecuación 3" src="/files/ftp_upload/52394/52394eq3.jpg" /> donde las excursiones de la CoP, <img alt="Ecuación 4" src="/files/ftp_upload/52394/52394eq4.jpg" /> , Conducir el cursor del ordenador, <img alt="Ecuación 5" src="/files/ftp_upload/52394/52394eq5.jpg" /> , En el tiempo discretizado, <img alt="Ecuación 6" src="/files/ftp_upload/52394/52394eq6.jpg" /> , Con paso de tiempo,el 7 &quot;src =&quot; / files / ftp_upload / 52394 / 52394eq7.jpg &quot;/&gt;. </li></ol></li></ol>

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</ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

Una herramienta de bajo costo clínicamente válida fácil de usar, para la terapia de movimiento y el equilibrio será un cambio de paradigma para la neurorrehabilitación en un entorno de bajos recursos. Es probable que tenga un alto impacto en la sociedad ya que los trastornos neurológicos tales como derrames cerebrales aumentarán drásticamente en el futuro debido al envejecimiento de la población mundial 2. Existe, por tanto, una necesidad apremiante de aprovechar los sistemas físicos cibernéticos, donde la po...

Un episodio de disfunción neurológica causada por cerebral focal, la médula, o infarto de retina se denomina accidente cerebrovascular 1. El ictus es un problema de salud mundial y la cuarta causa principal de discapacidad en todo el mundo 1. En países como India y China, los dos países más poblados del mundo, la discapacidad neurológica debida a un accidente cerebrovascular ha sido catalogada como epidemia oculta 2. Una de las complicaciones médicas más comunes después de un derrame cerebral son las caídas con una incidencia de hasta un 73% en el primer año posterior al accidente cerebrovascular 3. La caída posterior al accidente cerebrovascular es multifactorial e incluye tanto los factores espinales y supraespinales como el equilibrio y la negligencia visuoespacial 4. Una revisión realizada por Geurts y sus colegas 5 identificados 1) afectada en múltiples direcciones de peso máxima mueva durante la bipedestación, 2) baja velocidad, 3) imprecisión direccional, y 4) las pequeñas amplitudes de las oscilaciones del peso plano frontal submáximos individuales y cíclicos como el equilibrio factores de ri caídask. La consecuente impacto en las actividades de la vida diaria puede ser importante ya que las obras anteriores han demostrado que el equilibrio se asocia con la capacidad ambulatoria y la independencia de la función motora gruesa 5, 6. Por otra parte, Geurts y sus colegas sugirieron que la integración 5 supraespinal multisensorial (y la coordinación muscular 7), además de la fuerza muscular es fundamental para la recuperación de equilibrio que no existe en los protocolos actuales. Hacia la integración multisensorial, nuestra hipótesis 8 en electroterapia no invasiva volitivamente accionado (NMES / SES) es que este comportamiento de adaptación puede ser en forma y facilitado por la modulación de la percepción activa de entradas sensoriales durante el movimiento con ayuda de SES NMES / de la extremidad afectada de tal manera que la cerebro puede incorporar esta información en la posterior salida de movimiento mediante la contratación de las vías motoras alternos 9, si es necesario. Para lograr volitivamente impulsado el entrenamiento del equilibrio con ayuda de SES SNEM / en un recurso-poor ajuste, un ser humano-máquina de bajo costo (HMI) fue desarrollado mediante el aprovechamiento de software de código abierto disponible y los últimos avances en tecnología de sensores de videojuegos off-the-shelf de retro-alimentación visual-auditivo. EENM consiste en la estimulación eléctrica coordinada de los nervios y músculos que se ha demostrado para mejorar la fuerza muscular y reducir la espasticidad 10. Además, SES consiste en la estimulación de los nervios sensoriales con corriente eléctrica para evocar sensaciones donde el trabajo preliminar publicada el 11 demostraron que la estimulación subsensorial aplica sobre los músculos tibial anterior solo es eficaz en la atenuación de la oscilación postural. En este caso, el operador hará posible la integración sensorial-motriz durante la terapia de equilibrio posterior al accidente cerebrovascular interactivo donde volitivamente-driven SNEM / SES para los músculos del tobillo actuarán como un amplificador muscular (con EENM), así como mejorar la retroalimentación aferente (con SES) a asistir a las estrategias de los tobillos sanos 12,13,14 para mantener la posición vertical durante balancea posturales. Esto esbasado en la hipótesis presentada en Dutta et al. 8 que un aumento de la excitabilidad corticoespinal de los músculos del tobillo que se han efectuado a través de electroterapia no invasiva puede prestar a una mejora de la modulación supraespinal de rigidez del tobillo. De hecho, el trabajo previo ha demostrado que NMES / SES provoca cambios duraderos en la excitabilidad corticoespinal, posiblemente como resultado de la co-activación de motor y fibras sensoriales 15,16. Por otra parte, Khaslavskaia y Sinkjaer 17 mostraron en los seres humanos que el motor de accionamiento simultáneo cortical presente en el momento de la EENM / SES realzado la excitabilidad cortical motora. Por lo tanto, impulsada volitivamente-SNEM / SES puede inducir la neuroplasticidad a corto plazo en los reflejos espinales (por ejemplo, Ia inhibición recíproca 17) donde las neuronas corticoespinal que se proyectan a través de las vías descendentes a un grupo de neuronas motoras dado pueden inhibir la piscina motoneuronas antagónica a través de interneuronas Ia-inhibitorios en los seres humanos 18, como se muestra en la Figura 1, hacia una oparadigma de condicionamiento perant (véase Dutta et al. 8). <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/52394/52394fig1.jpg" /> Figura 1: El concepto (. Detalles en Dutta et al 21) subyacente interfaz hombre-máquina interactiva (HMI) para conducir el centro de presión (CoP) del cursor a la meta con claves para mejorar la coordinación de los músculos del tobillo bajo la estimulación eléctrica neuromuscular volitivamente conducido (SNEM) -assisted terapia de equilibrio visuomotor EEG:. electroencefalografía, MN: α-motoneurona, IN: interneuronas inhibidoras de Ia, EMG: electromiograma, GRD: ganglio de la raíz dorsal. Reproducido de 8 y 37. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52394/52394fig1large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> El antero-posterior (AP) desplazamientos en el centro de masa (COM) se llevan a cabopor flexores plantares del tobillo (tales como los músculos gastrocnemio medial y sóleo) y flexores dorsales (tales como el músculo tibial anterior), mientras que medio-lateral (ML) desplazamientos se llevan a cabo por inversores de tobillo (tales como el músculo tibial anterior) y eversores (como peroneo largo y corto músculos). En consecuencia, relacionadas con la apoplejía impedimentos tobillo incluyendo debilidad del tobillo dorsiflexor músculos y aumento de la espasticidad de los músculos flexor plantar del tobillo conducen a un deterioro del control postural. Aquí, los programas de entrenamiento de la agilidad 6 se puede aprovechar en una realidad virtual (VR) plataforma de juegos basada en que desafían el equilibrio dinámico donde las tareas se incrementan progresivamente en dificultad que puede ser más eficaz que el programa de ejercicios de estiramiento estático / de desplazamiento de peso en la prevención de caídas 6. Por ejemplo, los sujetos pueden realizar volitivamente impulsado AP asistida SNEM / SES y los desplazamientos ML durante una dinámica de equilibrio tarea visomotora, donde la dificultad se puede aumentar progresivamente a ameliorate problemas tras un ictus tobillo específica de control en el cambio de peso durante la bipedestación. Hacia volitivamente impulsado la terapia asistida equilibrio SNEM / SES en un entorno pobre en recursos, presentamos un operador de bajo costo para Mobile Brain / Imagen de Cuerpo (mobi) 19, hacia la retro-alimentación visual-auditiva que también puede ser utilizado para la recolección de datos de baja sensores de costes para la exploración de datos fuera de línea en MobiLab (véase Ojeda et al. 20).

<table><tbody><tr><td>Estimulador NMES</td><td>Vivaltis, Francia</td><td>PhenixUSBNeo</td><td>estimulador NMES con sensor EMG (Figura 2b)</td></tr><tr><td>Tabla de equilibrio</td><td>Nintendo, EE. UU</td>. <td>Tabla de equilibrio de Wii</td><td>Tabla de equilibrio (Figura 2b)</td></tr><tr><td>Captura de movimiento</td><td>Microsoft, EE. UU</td>. <td>XBOX-360 Kinect Captura de</td><td>movimiento (Figura 2b)</td></tr><tr><td>Eye Tracker&nbsp;</td><td>Eye Tribe</td><td>The Eye Tribe</td><td>SmartEye Tracker (Figura 2a)</td></tr><tr><td>Sistema de adquisición de datos EEG</td><td>Emotiv, Australia</td><td>Emotiv Neuroheadset</td><td>Auriculares inalámbricos para EEG (Figura 2b)</td></tr><tr><td>Electrodo pasivo para EEG</td><td>Olimex</td><td>EEG-PE</td><td>Electrodo pasivo para EOG y referencias (6 en número) (Figura 2b)Electrodo</td></tr> <tr><td>activo de EEG</td><td>Olimex</td><td>EEG-AE</td><td>Electrodo activo de EEG (10 en número) (Figura 2b)</td></tr><tr><td>Computadora con monitor de PC</td><td>Dell Procesamiento</td><td></td><td>de datos y retroalimentación visual (Figura 2)</td></tr><tr><td>Software, electrodos EMG, electrodos NMES y cables</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

a-máquina humana integración de sensores de bajo coste con un sistema de estimulación eléctrica neuromuscular para la rehabilitación de balance post-accidente cerebrovascular

A Human-machine-interface Integrating Low-cost Sensors with a Neuromuscular Electrical Stimulation System for Post-stroke Balance Rehabilitation

Un accidente cerebrovascular se produce cuando una arteria que lleva sangre desde el corazón a un área en el cerebro estalla o un coágulo obstruye el flujo de sangre al cerebro impidiendo de este modo la entrega de oxígeno y nutrientes. Aproximadamente la mitad de los supervivientes del accidente cerebrovascular se quedan con algún grado de discapacidad. Se necesitan con urgencia metodologías innovadoras para la neurorrehabilitación reparadora para reducir la discapacidad a largo plazo. La capacidad del sistema nervioso para reorganizar su estructura, función y conexiones como respuesta a los estímulos intrínsecos o extrínsecos se llama neuroplasticidad. La neuroplasticidad está implicado en los trastornos funcionales tras un ictus, sino también en la rehabilitación. neuroplastic cambios beneficiosos pueden ser facilitadas con electroterapia no invasivos, tales como la estimulación eléctrica neuromuscular (EENM) y la estimulación eléctrica sensorial (SES). EENM consiste en la estimulación eléctrica coordinada de los nervios motores y los músculos para activarlos con pulsos cortos de corriente eléctrica continua mientras SES invoIves estimulación de los nervios sensoriales con corriente eléctrica resultante en las sensaciones que varían desde apenas perceptible a muy desagradable. En este caso, la participación cortical activo en los procedimientos de rehabilitación puede ser facilitada por la conducción de la electroterapia no invasiva con bioseñales (electromiografía (EMG), electroencefalograma (EEG), electrooculogram (EOG)) que representan la percepción simultánea activa y el esfuerzo volitivo. Para lograr esto en un entorno pobre en recursos, por ejemplo, en los países de ingresos bajos y medianos, se presenta un bajo costo humano-máquina (HMI) mediante el aprovechamiento de los avances recientes en la tecnología de sensores de videojuegos off-the-shelf. En este trabajo, se discute la interfaz de software de código abierto que integra sensores de bajo coste off-the-shelf de retro-alimentación visual-auditivo con electroterapia no invasivo para ayudar al control postural durante la rehabilitación equilibrio. Se demuestra la prueba de concepto en voluntarios sanos.

La Figura 4 muestra las características de la mirada del ojo que fueron extraídos fuera de línea para la cuantificación de un rendimiento sano durante una tarea de búsqueda suave. Las siguientes características se extrajeron como se muestra en la Tabla 1: Característica 1 = porcentaje de desviación entre la posición estímulo objetivo y el centroide de los puntos de fijación de los participante...

En este artículo se presenta una novedosa interfaz hombre-máquina de bajo costo para un sistema interactivo de rehabilitación del equilibrio después de un accidente cerebrovascular. El sistema integra sensores de bajo costo listos para usar hacia el paradigma de electroterapia impulsado por la voluntad. La interfaz de software de prueba de concepto se muestra en voluntarios sanos.

A-máquina humana integración de sensores de bajo coste con un sistema de estimulación eléctrica neuromuscular para la Rehabilitación de Balance post-accidente cerebrovascular

A stroke is caused when an artery carrying blood from heart to an area in the brain bursts or a clot obstructs the blood flow to brain thereby preventing ...

El objetivo general de este procedimiento es aplicar la tecnología de sensores de videojuegos a una interfaz cerebro-máquina de bajo costo para la rehabilitación del equilibrio. Esto se logra primero configurando el equipo y el software de imagen cerebral corporal móvil, o MoBI. El segundo paso consiste en colocar los sensores MoBI en el cuerpo para capturar datos fisiológicos.A continuación, se utiliza un rastreador ocular para evaluar los movimientos oculares de seguimiento visual tras un accidente cerebrovascular. El rastreo ocular mostrará que los índices relacionados con la mirada pueden ayudar a delimitar los déficits oculomotores post-accidente cerebrovascular, lo cual puede ser relevante para la planificación de la terapia visuomotora del equilibrio. Luego, se calibran sensores para la estimulación eléctrica neuromuscular, o NMES, utilizados en la terapia visuomotora del equilibrio bajo MoBI.El paso final consiste en recopilar datos multisensoriales de sensores de bajo costo durante la terapia visuomotora del equilibrio. Estamos ampliando esta tecnología para nuestra rehabilitación domiciliaria dirigida a pacientes con accidente cerebrovascular que sufren pérdida del equilibrio. Nuestro sistema incluye el seguimiento de la mirada, un pronóstico dual y un espectro de la mirada como componente importante en la terapia visuomotora del equilibrio.Por lo tanto, esta tecnología de cambio de paradigma registra cómo el sistema visual, el sistema motor y los sistemas de equilibrio funcionan conjuntamente tras un accidente cerebrovascular y trata de rehabilitarlos mediante entrenamiento. En principio, esta técnica puede utilizarse en otras condiciones, como el trastorno del espectro autista, el parkinsonismo, el traumatismo craneoencefálico y también las alteraciones psicomotoras debidas a la depresión. Todos estos trastornos pueden rehabilitarse con este sistema de entrenamiento.Comience obteniendo una pantalla de proyección para mostrar la retroalimentación visual biológica. Ajuste la altura para que el centro de la pantalla quede al nivel de los ojos del sujeto. Luego, coloque el sensor de captura de movimiento frente a la pantalla de proyección y apúntelo hacia el volumen de captura de movimiento.Confirme que el volumen de captura de movimiento tenga entre 1,5 y 2,5 metros de profundidad frente al sensor de captura de movimiento. A continuación, coloque la plataforma de equilibrio en el suelo, aproximadamente a 2,0 metros de distancia del sensor de captura de movimiento. Deje suficiente espacio alrededor de la plataforma de equilibrio para garantizar el movimiento completo del cuerpo.Para comenzar la colocación de sensores para la electromiografía, o EMG, en el sistema de NMES, pida al sujeto que se siente en una silla. Coloque los electrodos de EMG y NMES bilateralmente sobre los músculos Gastrocnemio Medial y Tibial Anterior del sujeto. Luego, conecte los electrodos al sistema inalámbrico simulador de NMES.A continuación, coloque el casco de electroencefalograma, o EEG, en la cabeza del sujeto siguiendo el sistema internacional 10-20. Utilice pasta conductora para adherir los electrodos al cuero cabelludo, como se observa aquí, antes de conectarlos al casco inalámbrico de EEG. Coloque dos electrodos pasivos de EEG por encima y por debajo de un ojo para captar el electrooculograma vertical, o EOG.Agregue otros dos en la periferia externa de cada ojo para capturar el EOG horizontal. Finalmente, coloque dos electrodos pasivos de EEG en los lóbulos de las orejas del sujeto para utilizarlos como electrodos de referencia de EEG. Comience colocando el rastreador ocular justo debajo del monitor de computadora de retroalimentación visual y conéctelo a la computadora de retroalimentación visual mediante un puerto USB 3.Luego, pida al sujeto que se siente frente al escritorio a una distancia de 50 centímetros del rastreador ocular y ajuste el monitor del ordenador de retroalimentación visual para que los ojos del sujeto queden en el centro de la pantalla. En el ordenador de retroalimentación visual, abra el servidor Eye Tribe y el programa Eye Tribe When-You-Eye para verificar si los ojos del sujeto son detectados por la interfaz gráfica y para realizar posteriormente la rutina de calibración del rastreador ocular. A continuación, pida al sujeto que mire directamente hacia el monitor del ordenador de retroalimentación visual para recibir las indicaciones visuales.Ejecute la rutina de calibración del rastreador ocular haciendo clic en la pestaña de calibración en el Gooey. Ejecute el archivo de punto del estímulo visual subrayado en la carpeta smart eye para activar la interfaz basada en realidad virtual. Posteriormente, ejecute el programa de punto smart eye dot exc presente en la carpeta smart eye para adquirir los datos de la mirada del sujeto sincronizados con la tarea basada en realidad virtual.Pida al sujeto que siga los estímulos visuales fijos y móviles en diversas posiciones de la pantalla de computadora de retroalimentación visual para evaluar los movimientos oculares de seguimiento después del accidente cerebrovascular. Primero, conecte el rastreador ocular y los sensores de la plataforma de equilibrio a la computadora de retroalimentación visual. Encienda la plataforma de equilibrio, o sensor BB.Pulse el botón del sensor BB para que el dispositivo remoto sea detectable en el menú. Haga clic en el icono de mostrar u ocultar en la barra de tareas del sistema y haga clic en el icono del dispositivo Bluetooth. A continuación, haga clic en la opción de dispositivo agregado y empareje el BB como un dispositivo Bluetooth sin utilizar el código con la computadora de retroalimentación visual.Una vez que la tabla de equilibrio esté conectada al ordenador con retroalimentación visual, abra la carpeta VBT y ejecute el archivo We BB interface dot m para establecer la interfaz Matt lab BB. Pida al sujeto que se suba a la tabla de equilibrio. Haga clic en Aceptar para comenzar la calibración, luego introduzca el peso del sujeto y haga clic nuevamente en Aceptar.A continuación, conecte y encienda el sensor de captura de movimiento en la computadora de adquisición de datos y asegúrese de que haya iniciado completamente, lo cual se indica mediante la luz verde. Abra la carpeta LSL e inicie el software de captura de movimiento para comenzar la transmisión de los datos del sensor. Encienda los sistemas de adquisición de datos EEG y EOG conectados a la computadora de adquisición de datos.Para hacer esto, primero abra la carpeta LSL y abra el servidor de adquisición open vibe con LSL dot cmd. Finalmente, seleccione emotive EPOC desde el menú para EEG y EOG y configure el módulo haciendo clic en propiedades del controlador. A continuación, haga clic en conectar y luego en reproducir para iniciar el servidor de adquisición.Comience pidiendo al sujeto que se pare sobre la plataforma de equilibrio y coloque un arnés de seguridad. Establezca un nivel mínimo de NMES para la postura erecta ajustando la frecuencia de estimulación a 20 hertz. Luego, aumente el ancho del pulso y el nivel de corriente en el software de NMES instalado en la computadora de adquisición de datos hasta lograr la postura erecta.Para el VBT asistido con estimulación eléctrica neuromuscular (NMES), pida al sujeto que se siente en una silla, frente al sensor de captura de movimiento, con los pies sobre la plataforma de equilibrio. Ejecute el programa calib sensors en la carpeta de recolección de datos para obtener datos de calibración de múltiples sensores. Finalmente, pida al sujeto que realice movimientos máximos de alcance autoiniciados en diferentes direcciones que afecten la ubicación del centro de masa en la retroalimentación visual.Comience ejecutando el programa de recopilación de la línea base en la carpeta de recopilación de datos para obtener los datos basales del estado de reposo con los ojos abiertos, mediante sensores múltiples. Para ello, pida al sujeto que permanezca inmóvil durante dos minutos y mire fijamente al centro de masa en la ubicación de la retroalimentación visual. Luego, ejecute el programa de VBT recopilado en la carpeta de recopilación de datos para obtener los datos de los sensores durante la VBT.Conecte la salida de video del ordenador de retroalimentación visual a la pantalla de proyección y ejecute el archivo ejecutable de las tareas smart IVRT en la carpeta VBT del ordenador de retroalimentación visual para iniciar la interfaz gráfica de usuario (Gooey) de las tareas smart IVRT. A continuación, pida al sujeto que preste atención a las indicaciones auditivas y visuales en la pantalla del ordenador y dirija el cursor lo más rápido posible hacia objetivos periféricos presentados aleatoriamente. Tras la Fase de Movimiento, solicite al sujeto que mantenga el cursor en la ubicación del objetivo durante un segundo.Tras la fase de sujeción periférica, solicite al sujeto que regrese a la posición de sujeción central mientras el sistema adquiere las dos coordenadas d de la posición del centro de presión y las dos coordenadas d de los datos de mirada. Las características de la mirada ocular se recopilaron con el rastreador ocular para cuantificar el rendimiento del sujeto durante una tarea de persecución suave, con el fin de comparar posteriormente con los datos de VBT tras un accidente cerebrovascular. Luego, para el VBT, se utilizó el protocolo modificado de la tarea de alcance funcional para cuantificar la capacidad del sujeto de desplazar voluntariamente su posición del centro de presión lo más rápidamente posible sin perder el equilibrio, mientras recibía retroalimentación visual.Aquí, los datos de EOG muestran que durante el VBT, la relación FD, o relación de la duración de la fijación en el objetivo y la duración de la fijación en el cursor, aumentó mientras que el error cuadrático medio normalizado disminuyó. Al intentar este procedimiento, es muy importante considerar la seguridad y la comodidad del paciente con accidente cerebrovascular. Se espera que un sistema de rehabilitación del equilibrio basado en realidad virtual sea capaz de abordar los trastornos del equilibrio en pacientes con accidente cerebrovascular.Por lo tanto, tras seguir este procedimiento, otras medidas clínicas adicionales, como la evaluación clínica del equilibrio y la movilidad, pueden estar lejos de permitir conocer de forma integral cómo se comparan las medidas cuantitativas con otros parámetros clínicos estándar, de modo que podamos obtener una imagen completa del déficit funcional de un paciente con accidente cerebrovascular y abordar este problema de manera integral en la rehabilitación.

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Research

Investigación

JoVE Journal

Neuroscience

Neurociencia

Desarrollo de un sistema cerebro-máquina efectiva (IMC) para la restauración y rehabilitación de la locomoción bípeda requiere decodificación precisa de la intención del usuario. Aquí se presenta un nuevo protocolo experimental y la técnica de recogida de datos para la adquisición simultánea no invasiva de la actividad neuronal, la actividad muscular, y de todo el cuerpo cinemática durante diversas tareas y condiciones de locomoción.

Electroencefalografía simultánea del cuero cabelludo (EEG), electromiografía (EMG) y de todo el cuerpo de grabación inercial segmentaria para Multi-modal Neural Decodificación

Ha sido desarrollada y montado una plataforma de sentarse pasivamente que desestabiliza la posición sentada en los seres humanos. Durante la tarea del usuario estabilizador, una unidad de medición inercial registra movimiento del dispositivo y elementos vibrantes entregan retroalimentación basado en resultados para el asiento. El dispositivo portátil y versátil puede utilizarse en rehabilitación, evaluación y paradigmas de formación.

Un dispositivo de retroalimentación vibrotáctil evaluación equilibrio sentado y formación

Individuos con inestabilidad crónica del tobillo (CAI) exhiben deficiencia de control postural y retraso en la activación muscular de las extremidades inferiores. La posturografía dinámica computarizada combinada con la electromiografía superficial proporciona información sobre la coordinación de los sistemas visual, somatosensorial y vestibular con regulación de activación muscular para mantener la estabilidad postural en individuos con CAI.

Evaluación del control postural y la activación muscular de las extremidades inferiores en individuos con inestabilidad crónica del tobillo

Este protocolo describe el proceso para realizar una evaluación neurofisiológica de los músculos de las extremidades inferiores, tibial anterior y sóleo, en posición de pie utilizando TMS en personas después del accidente cerebrovascular. Esta posición proporciona una mayor probabilidad de provocar una respuesta TMS posterior al accidente cerebrovascular y permite el uso de un poder estimulador reducido durante las evaluaciones neurofisiológicas.

Evaluación neurofisiológica de pie de los músculos de las extremidades inferiores después del accidente cerebrovascular

Este manuscrito proporciona un método innovador para desarrollar una interfaz nerviosa periférica biológica denominada Interfaz nerviosa periférica regenerativa del manguito muscular (MC-RPNI).  Esta construcción quirúrgica puede amplificar las señales eferentes motoras de su nervio periférico asociado para facilitar la detección precisa de la intención motora y el control potencial de los dispositivos de exoesqueleto.

La interfaz nerviosa periférica regenerativa del manguito muscular para la amplificación de señales nerviosas periféricas intactas

Se estima que 1 de cada 6 personas en todo el mundo sufrirá un accidente cerebrovascular a lo largo de su vida, lo que le causará una discapacidad a largo plazo, cuyos mecanismos de rehabilitación aún no se conocen bien. Este estudio propone un protocolo para evaluar la activación cerebral mediante espectroscopia funcional de infrarrojo cercano (fNIRS) durante una sesión de terapia robótica de miembros inferiores.

Un experimento que utiliza espectroscopía funcional de infrarrojo cercano y movimientos de apuntamiento multiarticular asistidos por robots de la extremidad inferior

Este protocolo describe un robot de rehabilitación de extremidades superiores que proporciona retroalimentación inteligente a través de cuatro modos. Estos modos mejoran la función y la flexibilidad de las extremidades superiores, mejorando así la calidad de vida de los pacientes.

Mejora de la función de las extremidades superiores y las habilidades motoras después de un accidente cerebrovascular a través de un robot de rehabilitación de extremidades superiores

Este protocolo experimental describe el uso de un sistema robótico dual orientado a tareas en la extremidad superior para pacientes con accidente cerebrovascular con disfunción de la extremidad superior. Los hallazgos indican que este sistema puede mejorar significativamente la función de las extremidades superiores y las actividades de la vida diaria de los pacientes con accidente cerebrovascular.

Aplicación de un sistema robótico dual orientado a tareas en la extremidad superior para la recuperación funcional de la extremidad superior en pacientes con ictus

Este estudio presenta un sistema de interfaz cerebro-computadora (BCI) para pacientes con accidente cerebrovascular, que combina señales de electroencefalografía y electrooculografía para controlar una mano robótica de la extremidad superior, mejorando las actividades diarias. En la evaluación se utilizó el Test Bimanual de Berlín para el Ictus (BeBiTS).

Sistema robótico de extremidades superiores controlado por interfaz cerebro-computadora para mejorar las actividades diarias en pacientes con accidente cerebrovascular

Este protocolo tiene como objetivo evaluar la eficacia clínica y la comodidad del paciente al utilizar robots de rehabilitación de extremidades inferiores al lado del paciente para la rehabilitación de hemiplejia post-ictus, comparando los resultados con los de la terapia manual tradicional mediante ensayos controlados aleatorizados.

Aplicación de robots de rehabilitación de extremidades inferiores en la rehabilitación de accidentes cerebrovasculares: un ensayo controlado aleatorizado

Aprende a integrar sensores de bajo coste con estimulación eléctrica neuromuscular para la rehabilitación del equilibrio post-ictus. Este método combina tecnología de interfaz humano-máquina con seguimiento ocular y MoBI.

A-máquina humana integración de sensores de bajo coste con un sistema de estimulación eléctrica neuromuscular para la Rehabilitación de Balance post-accidente cerebrovascular (Video) | JoVE Journal

A-máquina humana integración de sensores de bajo coste con un sistema de estimulación eléctrica neuromuscular para la Rehabilitación de Balance post-accidente cerebrovascular

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