バイマニュアル外骨格ロボットハンドを用いた新規タスク指向リハビリテーションプログラムの開発

Summary

本研究では、手のリハビリテーションのための新しいロボット支援タスク指向プログラムの開発を報告する。発達過程は、脳卒中を起こし、その後の運動制御機能障害に苦しんだ健康な被験者と被験者の両方を用いた実験から成る。

Abstract

ロボット支援手は、特に運動制御を失った脳卒中患者のために、上肢機能障害を有する患者のリハビリテーションに使用される。しかし、従来の職業訓練戦略をリハビリテーションロボットの使用にどのように適用できるかは不明である。新しいロボット技術と作業療法の概念は、障害のある上肢機能を有する患者が様々なピンチや把握機能を通じて影響を受ける手を使って物体を把握することを可能にするプロトコルを開発するために使用される。これを適切に行うために、ペグ、長方形の立方体、立方体、ボール、円筒形の棒の5種類のオブジェクトを使用しました。また、被験者の影響を受けた手に取り付けられ、影響を受けない手に取り付けられたセンサーグローブの動きに従うロボットハンド、ミラーハンドを装備しました(バイマニュアル運動トレーニング(BMT))。この研究は2つの段階を持っていました。トレーニングプログラムの実現可能性と受容性をテストするために、3人の健康な被験者が最初に募集されました。その後、脳卒中による手機能障害を有する3人の患者を募集し、3日間連続して実施されたトレーニングプログラムの実現可能性と受容性を確認した。毎日、患者は、運動の受動的な範囲での動きの5分、ロボット支援バイマニュアルの動きの5分、および5つのオブジェクトを使用してタスク指向のトレーニングの間に監視されました。その結果、ロボットの手と一緒に脳卒中を患った健康な被験者と被験者の両方が、物体を正常に把握できることを示した。健康な被験者と脳卒中を患った人の両方が、実現可能性と受容性の面でロボット支援タスク指向のトレーニングプログラムでうまくいった。

Introduction

最も多く (80%)脳卒中患者は手に赤字を経験し、日常生活に関連する手動タスクを独立して実行するのが困難^{です 1}.しかし、手作業の複雑な性質は、手のリハビリテーションのためのタスク指向のトレーニングプログラムを設計することは重要な課題であることを意味^{します 2}.近年、手のリハビリテーション^33、44のために多くのロボットデバイスが開発されていますが、ロボットデバイスによって支援されるトレーニングプロトコルはほとんどありません。脳卒中による手の機能不全を経験した患者にロボットデバイスを使用して、手機能リハビリテーションのためのタスク指向のトレーニングプログラムをどのように適用できるかは正確には不明です。

タスク指向のトレーニングは、手の機能^55、66を改善するために使用され、脳卒中による上肢機能不全のリハビリテーションに一般的に適用されます。これは、神経可塑性を高めるために使用され、個々の神経学的欠陥と機能的要求^に大きく依存しています 7 .しかし、タスク指向のトレーニング中に、手の機能が損なわれると、患....

Protocol

トレーニングプロトコルとインフォームドコンセント文書は、チャンガン医療財団の機関審査委員会によって審査され、承認されました。研究の詳細と手順は、各科目に明確に説明されました。

1. 健康成人3名の募集

1. (1)20~60歳、(2)既にインフォームド・コンセントに署名済み、(3)上肢の正常機能、(4)ミニメンタル状態検査(MMSE)スコア≧24を用いてスクリーニング処理を行う。
2. トライアル1を実施する:ロボットハンドシステムを着用せずにオブジェクトを操作する。
   1. 被験者に、しっかりとした背中とアームレストのない椅子に直立して座るように指示する。表の前に被写体を座る。被験者の非支配的な側の側に立ちます。
   2. 5分間設計されたオブジェクトを操作する方法を被験者に教える.ペグを拾うためのパルマーの先触れ、長方形の立方体を拾うための横の先入観、立方体を拾うための3点チャック、ボールを拾うための球状の把握、円筒形の棒を拾うための円筒形の把握を含める。
      注: オブジェクトは図1Aに示されています。実験用のセットアップを図 1Bに示します。被験者は各オブジェクトの特定の把握パターンを学びました。把握パターンを図 2に示します。
   ....

Results

この研究には、3人の健康な被験者と3人の脳卒中後の被験者を含む合計6人の被験者が登録された。両グループの人口統計データを補足表 1に示します。健康なグループの平均年齢は28歳(範囲:24~30歳)であったのに対し、患者群の平均年齢は49歳(40~57歳)であった。患者群の平均評価スコアは、(1) MMSE=27 (26-29)、(2) FMA=11.3 (6-15)、(3) MAS=1、(4) ブルンストロームステージ=2であった。

ステップ1では、健康なグループ(n=3)の被験者がロボットハンドシステムの有無にかかわらず、すべてのオブジェクトを完全に操作しました(補足表2-6)。図 4に示すように、ロボットハンドのない 3 日間の平均成功率は、peg=100±0% (平均 ± S.D.) です。長方形の立方体=100±0%;立方体=100±0%;ボール=100±0%、円筒棒=100±0%。図 4.......

Discussion

この研究の結果は、(1)両方のグループがロボットハンドシステムで提供された物体を正常に把握できることを示した。彼らは、提案されたロボット支援タスク指向のトレーニングプログラムの実現可能性を検証する、ほぼ100%の成功率でこのタスクを完了することができました。(2)研究期間中に傷害や有害事象の報告はなく、すべての患者はロボットハンドシステムが物体を操作するのに役立つと報告した。ロボットハンドシステムとトレーニングプログラムの受容性を確認しました。

これは、2 国間のロボットハンドシステムを使用して、実際のオブジェクト^{88、13、1413,}と対話する最初^{のプロトコルです}。手の機能に応じて日常の活動は、複雑な^15、特にバイマニュアルタスク^12、例えばズボンを着用したり、タオルを絞りなどである。我々は、異なる把.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
コントロールボックス	リハボティクス・メディカル・テクノロジー・コーポレーション	HB01	コントロールボックスには、電源、センサーグローブ信号受信機、モーター信号送信機、外骨格ハンドモーションモード選択ユニットが含まれています。
Exoskeletal Hand	Rehabotics Medical Technology Corporation	HS01	患者の指を動かすウェアラブルデバイスで、外部モーターと機械アセンブリによって駆動されます。
センサーグローブ	リハボティクス・メディカル・テクノロジー・コーポレーション	HM01	患部のない側の手に装着します。センサーグローブのセンサーは、手の屈曲と伸展を検出し、このデータは、バイマニュアルモードのときに外骨格の手を制御するために使用されます。