Name: 片麻痺腕の機能回復のためのロボットミラーセラピーシステム (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-08-15T15:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 32 s
Description: 学ぶロボットミラーセラピーシステムの構築と運用方法。脳卒中患者の片麻痺腕の機能回復を促進し、感覚皮質への固有受容入力を強化して神経可塑性を向上させる革新的な神経リハビリテーション技術です。

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この作品は、ソウル大学（800から20120444）と工学と医学の大学の大学から学際研究イニシアティブプログラム、ソウル大学（800から20150090）の脳融合プログラムによってサポートされていました。

<ol><li>Hamzei, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+plasticity+induced+by+mirror+training%3A+the+mirror+as+the+element+connecting+both+hands+to+one+hemisphere%5BTitle%5D)+AND+%22Neurorehabil+Neural+Repair%22%5BJournal%5D)">Functional plasticity induced by mirror training: the mirror as the element connecting both hands to one hemisphere.</a> Neurorehabil Neural Repair. 26 (5), 484-496 (2012).</li>
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</ol>

著者らは、開示することは何もありません。

本研究の主な目的は、自動制御アルゴリズムを用いて、片麻痺腕の機能回復のためのリアルタイムミラーロボットシステムを開発することでした。脳卒中後の上肢機能障害の長期的な回復にロボット介在療法の効果は、以前の研究12に有益な証明された、アームロボットの各種13-20を導入されています。しかし、両側の腕の動きを実現上肢ロボットの以前の研究は、ミラー治療14-15の概念とは異なるされており、ミラーを使用することなく機械的な接続を適用しました。したがって、我々の研究は、固有感覚入力を容易にするために、実際のミラーを使用して、自分の仕事の延長することができます。 以前のシステムをアッ​​プグレードするには、私たちは健康的な腕にAHRSセンサを適用し、片麻痺肘や手首にモーターを取り付けることにより、リアルタイムで移動する片麻痺腕を可能にしました。への片麻痺腕から固有感覚入力脳の感覚皮質ミラーロボットシステムを介して向上させることができます。固有感覚の円滑化は、今後の研究では脳機能MRIによって確認される必要があります。 <p...

脳卒中患者のために、片麻痺腕の機能不全は、効果を衰弱しています。両手の活動を実行する能力は、日常生活のために不可欠であるが、片麻痺腕の機能欠損は、多くの場合、脳卒中発症後でも数年残っています。病院内のさまざまな研修プログラムの中で、単純なタスクの動きや受動繰り返しの範囲を増加させるための運動は、片麻痺腕の機能回復にほとんど影響を及ぼしません。このため、日常生活の活動に関連する意味のあるタスク（ADLS）の訓練は病院で作業療法に適用されています。 ミラー療法の効果は、神経リハビリテーション1-4の以前の研究によって証明されました。ミラー療法は、健康なアームを移動させながら、片麻痺腕をリアルタイムで移動しているかのようにミラーを使用することによって錯覚を誘発することにより行われます。これは、感覚運動皮質1の活性化により、脳の神経可塑性を促進することができます。したがって、モトRパワー及び片麻痺腕の機能を向上させることができます。しかし、従来のミラー療法は片麻痺腕が実際に動いていないことが重要制限がでています。 したがって、我々は、閉フィードバック・メカニズムを使用して、従来のミラー療法への単純なアドオンモジュールとしてリアルタイムの2軸ミラーのロボットシステムを開発しました。これは、神経可塑性と片麻痺アーム（ 図1および図2）5-7の機能回復に重要であると考えられる感覚皮質に固有感覚入力を伝えることができます。

<table><tbody><tr><td>LabVIEW</td><td>ナショナルインスツルメンツ</td><td></td><td>システム開発ソフトウェア</td></tr><tr><td>24 V電源</td><td>XP Power</td><td>MHP1000PS24 24V</td><td>任意の24 V電源はAHRS</td></tr><tr><td>センサーレシーバーE2</td><td>ボックス</td><td>EBRF24GRCV</td><td></td></tr><tr><td>AHRS</td><td>センサーE2ボックス</td><td>EBIMU-9DOFV2</td><td>合計3つのセンサーが必要になります。AHRSセンサーなら誰でも</td></tr><tr><td>EC90フラットモーターモジュール</td>に対応 <td>Maxon</td><td>323772 + 223094 + 453231</td><td>30 Nm以上のギヤードモーターなら何でもいいです。(カスタム加工部品の場合、これらの特定のフラットモーターとギアモジュールが必要ですが、ギア比とエンコーダーは異なる場合があります)&nbsp;</td></tr><tr><td>EC45フラットモーターモジュール</td><td>Maxon</td><td>397172</td><td>10 Nmを超えるギヤードモーターはどれでもかまいません(カスタム機械加工部品の場合、同じギアモジュールを使用する必要がありますが、ギア比、モーター、エンコーダーが異なる場合があります)</td></tr><tr><td>EPOS2 70/10コントローラー</td><td>Maxon</td><td>375711</td><td>これはEPOS 24/5コントローラーに置き換えることができます</td></tr><tr><td>EPOS2 24/5コントローラー</td><td>Maxon</td><td>367676</td><td></td></tr><tr><td>コネクタとケーブルセット</td><td>Maxon</td><td>381405 + 384915 + 275934 + 354045</td><td>これらのケーブルも作ることができます。コネクタと対応するワイヤ情報は、「300583-Hardware-Reference-En.pdf」および「300583-Cable-Starting-Set-En.pdf」にあります</td></tr> <tr><td>カップリング - オールダム、止めねじタイプ</td><td>ミスミ</td><td>MCORK30-10-12</td><td>タイプは異なる場合があります</td></tr><tr><td>カップリング - 高剛性、オールダム、 止めねじタイプ</td><td>ミスミ</td><td>MCOGRK34-12-12</td><td>タイプは異なる場合があります</td></tr><tr><td>シャフトカラー</td><td>ミスミ</td><td>SCWDM10-B &nbsp;</td><td>4セット必要になります</td></tr><tr><td>シャフトカラー</td><td>ミスミ</td><td>SDBJ10-8</td><td></td></tr><tr><td>精密リニアシャフト</td><td>ミスミ</td>2セット必要になります<td>。PSSFG10-200</td><td>直径10 mmのストレートシャフトで、長さが200 mm以上であれば何でもかまいません。</td></tr><tr><td>ハウジング付き軸受</td><td>ミスミ</td><td>BGRAB6801ZZ</td><td></td></tr><tr><td>エルボモーター力分散シャフト&nbsp;</td><td>カスタム加工3D</td><td>CAD&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>ロアエルボーサポート</td><td>カスタム加工</td><td>部品図面エル</td><td></td></tr><tr><td>ボールーフトップフレーム</td><td>カスタム加工</td><td>部品図面</td><td></td></tr><tr><td>サポートウォール</td><td>カスタム加工</td><td>部品図面</td><td>2フレームが必要になります。</td></tr><tr><td>エルボカップリング中空シリンダーカバー&nbsp;</td><td>カスタム加工部品</td><td>図面</td><td></td></tr><tr><td>手首モーター力分散シャフト</td><td>カスタム加工</td><td>部品図面</td><td></td></tr><tr><td>手首屋上フレーム</td><td>カスタム加工部品</td><td>図面</td><td></td></tr><tr><td>上部手首カップリング中空シリンダーカバー</td><td>カスタム加工</td><td>部品図面</td><td></td></tr><tr><td>下部手首カップリング中空シリンダーカバー</td><td>カスタム加工</td><td>部品図</td><td></td></tr><tr><td>ジョイントムーブメントリミッター</td><td>カスタム加工</td><td>部品図面</td><td></td></tr><tr><td>ハンドル</td><td>3Dプリント</td><td>部品図面</td><td></td></tr><tr><td>上肘サポート</td><td>3Dプリント</td><td>部品図</td><td></td></tr><tr><td>摩擦低減リング</td><td>3Dプリント</td><td>部品図面</td><td></td></tr><tr><td>アクリルミラー</td><td>カスタムレーザー切断</td><td>部品図面</td><td></td></tr><tr><td>タスクテーブル</td><td>カスタム加工</td><td>部品図面</td><td></td></tr><tr><td>シリコーンスポンジ</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>DOFリミッター</td><td>3Dプリント</td><td>部品図面</td><td></td></tr><tr><td>DOFリミッター蓋</td><td>3Dプリント</td><td>部品図面</td><td></td></tr><tr><td>Healthyarmハンドル</td><td>3Dプリント</td><td>部品図面</td><td></td></tr><tr><td>ボールローラー - プレスフィット</td><td>ミスミ</td><td>BCHA18</td><td></td></tr><tr><td>ゴールポスト</td><td>3Dプリント</td><td>部品図面</td><td></td></tr><tr><td>サークルトレース</td><td>3Dプリント</td><td>部品図面</td><td></td></tr><tr><td>角度付きアシスト</td><td>3Dプリント</td><td>部品図面</td><td>オプション</td></tr><tr><td>湾曲アシスト</td><td>3Dプリント</td><td>部品図面</td><td>オプション</td></tr><tr><td>プレーンアシスト</td><td>3Dプリント</td><td>部品図面</td><td>オプション</td>タスク</tr><tr><td>ボード</td><td>カスタムレーザー切断</td><td>部品図</td><td></td></tr></tbody></table>

片麻痺腕の機能回復のためのロボットミラーセラピーシステム

Robotic Mirror Therapy System for Functional Recovery of Hemiplegic Arms

ミラー療法は、脳卒中後の片麻痺腕の機能回復のための臨床設定において効果的な作業療法として行われてきました。これは、健康なアームを移動させながら、片麻痺腕をリアルタイムで移動しているかのようにミラーを使用することによって錯覚を誘発することにより行われます。これは、感覚運動皮質の活性化を介して脳の神経可塑性を促進することができます。しかし、従来のミラー療法は片麻痺腕が実際に動いていないことが重要制限がでています。したがって、我々は、簡単なアドオンモジュールを従来のミラー療法の閉フィードバック機構を使用して、片麻痺腕のリアルタイムの動きを可能にするようにリアルタイム2軸ミラーのロボットシステムを開発しました。私たちは3姿勢とリファレンスシステムセンサー、肘と手首の関節のための2のブラシレスDCモータ、および外骨格フレームを見出しを使用していました。 6健常者に関するフィージビリティ・スタディでは、ロボットミラー療法は安全かつ実現可能でした。我々はさらにDAIの活動のための有用なタスクを選択しますlyがリハビリ医師からのフィードバックを通じて訓練を生きています。慢性脳卒中患者は、ミラーロボットシステムの2週間の塗布後にFugl-Meyerの評価尺度と肘屈筋痙縮の改善を示しました。ロボット鏡治療は神経可塑性および片麻痺腕の機能回復に重要であると考えられている感覚皮質に固有感覚入力を高めることができます。本明細書に提示ミラーロボットシステムを容易に開発し、作業療法を進めるために有効に利用することができます。

6人の健康な被験者は、被験者ごとに平均106秒で取った（ 図17に示すように 、健康な手に付着したペンで交互に二つの小さなボードに触れて）10回「タスクをマーキングペン」を実施しました。有害事象は観察されなかった、およびロボット鏡治療が可能であることが証明されました。 また、リハビリテーション医師に臨床試験を行いました。我々は、効果的なロボットミラー作業療法のための適切なタスクを決定するために、専門家の意見を求めました。 6リハビリテーション医からのフィードバックにより、ミラーロボットによって誘発される錯覚の程度は、「穴にボール」の最高だったとタスク（7.2数値評価尺度上の10のうちそれぞれについて[NRS]）」カップを動かす」、続いて「サッカーゲーム」（7.0 / 10）とタスク（6.5 / 10）「トレーシングドット &quot;。時の両腕の間の移動の同期について「カップを動かす...

私たちは、リハビリテーション医師からのフィードバックを通じて健康な被験者に関する臨床研究、および決定タスクを実施し、自動制御技術を使用して、片麻痺腕の機能回復のためのリアルタイムミラーロボットシステムを開発しました。この単純なミラーロボットは、片麻痺腕で脳卒中患者の作業療法に効果的に適用することができます。

Mirror therapy has been performed as effective occupational therapy in a clinical setting for functional recovery of a hemiplegic arm after stroke. It is ...

本手順の全体的な目的は、片麻痺上肢の機能回復を目的としたリアルタイム・ロボットミラーセラピーシステムを導入することです。この手法は、高度な作業療法によって片麻痺上肢の機能回復が可能であることを示すことで、トランスレーショナルな神経リハビリテーション生物医学工学研究における重要な疑問への回答に寄与します。このロボットミラーセラピーの主な利点は、感覚皮質への固有受容感覚入力を強化できることであり、これは脳卒中患者の脳可塑性において非常に重要です。ソフトウェアプロトコルの開発、およびフレームとモーターの組み立てが複雑であったため、この手法を初めて行う方は苦労する可能性があります。私たちがこの手法を考案したきっかけは、従来の神経リハビリテーションにおいて、片麻痺側の腕が実際には動いていないという限界を目の当たりにしたことでした。ロボットミラーセラピーのセンサー設定、組み立て、およびセットアップを習得するのは困難であるため、本手法を視覚的に提示することが極めて重要です。まず、3つの姿勢方位基準システム（AHRSセンサー）を用意し、USBコネクタを使用して1つずつコンピュータに接続します。通信ソフトウェアを使用して、コンピュータ上でセンサーの基本設定を行います。各センサーをRS 232に設定してください。COMポートを選択します。次に、ボーレートを115,200 bpsに設定し、データビットを8ビットに設定します。パリティはなしに設定します。ストップビットは1に設定します。フロー制御はなしに設定します。COMポートを確認するには、左下隅にあるホームボタンをクリックします。コンピューターを右クリックし、プロパティ、デバイスマネージャーを選択して、ポートタブをクリックして展開します。通信が確立されると、ハイパーターミナルにセンサーの読み取り値が表示されます。次に、チャネルを設定し、各センサーに異なるIDを割り当てます。構成の設定、COMポートの確認、およびチャネルとIDの割り当てを、各センサーに対して繰り返します。最後に、出力形式をクォータニオンに設定します。センサーをバッテリー残量表示に設定します。キー溝付きのカップリングボディの片方をモーターシャフトに取り付け、肘関節モーターの組み立てを開始します。その後、M5六角穴付きボルトを使用して固定します。4本の10 mm M5六角穴付きボルトを使用して、エルボカップリング中空シリンダーカバーをエルボモーターに固定します。次に、1つ目のカップリングボディの上に2つ目のバッファーカップリングボディを配置します。その後、ボールベアリングをエルボルーフフレームに挿入し、4本の8 mm M4六角穴付きボルトで固定します。次に、エルボーモーター力分散シャフトをエルボー下部サポートに差し込み、6 mmのM3六角穴付きボルト4本で固定します。続いて、エルボー下部サポートの上にエルボー上部サポートを配置し、12 mmのM3六角穴付きボルト8本を使用して固定します。最上部にパーツC、中央にパーツB、最下部に別のカップリングボディを配置してください。これらを結合させ、10 mmのM5六角穴付きボルト1本でカップリングボディを固定します。次に、15 mmのM5六角穴付きボルト4本を使用して、このアセンブリの底部にパーツAを取り付けます。続いて、10 mmのM4六角穴付きボルト4本を用いて、下腕カップリング中空シリンダーカバーをリストモーターに固定します。次に、モーターシャフトにカップリングボディを取り付けます。M4六角穴付きボルト1本で固定し、その上にバッファカップリングボディを重ねます。手首ルートトップフレームの上部に、両面テープで摩擦低減リングを取り付けます。次に、手首モーター力分散シャフトをハンドルに差し込み、4本のM2.5六角穴付きボルトで固定します。上部にパーツF、中央にパーツE、下部にカップリングボディを結合します。カップリングボディを10 millimeterのM4六角穴付きボルトで固定します。4本の10 mm M3六角穴付きボルトを使用して、このアセンブリの底部に手首上部カップリング中空シリンダーカバーを取り付けます。次に、4本の15 mm六角穴付きボルトを使用して、手首上部カップリング中空シリンダーカバーの底部にパーツDを固定します。続いて、安全のためにスポンジで巻いた2つの関節可動域制限装置と、レバー付きの2つのシャフトカラーを、4本の15 mm M4六角穴付きボルトで固定します。次に、部品Gのシャフトカラーをシャフトにスライドさせ、2つの通常のシャフトカラーと8本の8 mm M3六角穴付きボルトを使用して、シャフトと手首屋根フレームを一緒に固定します。さらに、4本の15 mm M4六角穴付きボルトを使用して、下肘サポートで追加のシャフトカラーを固定します。その後、2つの部品を接合し、レバーで固定します。最後に、6本の15 millimeter M4六角穴付きボルトを使用してサポートウォールをアセンブリに取り付け、6本の15 millimeter M6六角穴付きボルトを使用してテーブルスタンドを固定します。まず、参加者の健側にあるハンドル、手首フレーム、およびプラットフォームの端にAHRSセンサを配置し、ロボットの向きと平行になるように調整します。その後、コンピュータでリハビリテーションソフトウェアを起動します。患者側切り替えボタンをクリックして、片麻痺側を選択します。関節角度の制限を次のように設定します：肘屈曲を 50 degrees 未満、肘伸展を minus 70 degrees 超、手関節屈曲を 80 degrees 未満、手関節伸展を minus 60 degrees 超に設定します。次に、肘モーターの速度値を 0 から 22.5 RPM の間に設定します。手首モーターの速度値を0から33 RPMの間で指定し、最大加速および減速値も同様に設定します。次に、すべてのAHRSセンサーをオンにします。その後、プログラムの左上隅にある矢印ボタンをクリックして、プログラムを実行します。「名前を付けて保存」のプロンプトが表示されたら、結果データのファイル名を入力し、OKを押します。最後に、ロボットと健常腕が、両手が身体から離れ互いに平行である初期位置にある状態で、キャリブレーションボタンを押してセンサー値をゼロにリセットします。参加者に対し、健常腕を用いて一連のミラーセラピー課題（穴にボールを入れる課題、サッカーゲーム、点なぞり、およびコップ移動課題）を行うことを説明し、開始してください。ボール穴入れタスクでは、ビリヤードのように、小さなボールを選択した穴に入れます。同様に、サッカーゲームでは、実際のサッカーの試合のように、小さなボールをドリブルしてゴールに入れます。次に、ドットトレースタスクでは、テーブル上に配置された番号付きのステッカーをガイドとして、ハンドルを番号順に繰り返し移動させます。その後、逆方向に戻します。最後に、カップ移動タスクとして、ハンドル付きのカップを掴み、選択した場所まで押し出します。5分が経過するまでこれを繰り返します。ここでは、19か月前に右基底核出血を発症し、2週間のロボットミラーセラピーを受けた患者の結果を示します。片麻痺側上肢のFugl-Meyer評価は、10回のセッション後に12から17へと改善しました。さらに、痙縮を測定する肘屈筋のmodified Ashworth scaleは、グレード2から1+へと減少しました。そして、左側方のピンチ力は0から3ポンドまで増加させました。習得すれば、適切に実施した場合、ロボットミラーセラピーは40分で完了できます。この手順を実施する際は、両腕の同期感という錯覚がミラーセラピーにとって不可欠であることを理解しておくことが重要です。本手順の開発により、脳卒中などの脳病変患者における固有受容感覚を向上させるための高度な作業療法の効果を検討し、神経リハビリテーション分野の研究を促進することが期待されます。このビデオを視聴することで、片麻痺腕の機能回復を目的としたリアルタイム・ロボットミラーセラピーシステムの作製および実施方法について、十分に理解できるはずです。

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選択的神経伝達を受ける上肢切断者に対する治療介入

現在のプロトコルは、VRベースのデジタル職業訓練システムが、脳卒中後の認知障害および上肢機能障害患者のリハビリテーションをどのように強化するかを概説しています。...

デジタル職業訓練システムを用いた脳卒中後の認知機能と上肢リハビリテーション訓練

このプロトコルは、4つのモードを通じてインテリジェントなフィードバックを提供する上肢リハビリテーションロボットについて説明しています。これらのモードは、上肢の機能と柔軟性を強化し、それによって患者の生活の質を向上させます。...

上肢リハビリテーションロボットによる脳卒中の上肢機能と運動能力の向上

この実験プロトコルは、上肢の機能障害を持つ脳卒中患者のためのデュアル上肢タスク指向ロボットシステムの使用を概説しています。この知見は、このシステムが脳卒中患者の上肢機能や日常生活動作を有意に改善できることを示しています。...

脳卒中患者における上肢の機能回復のための二重上肢タスク指向ロボットシステムの応用

本研究では、脳波患者向けのブレイン・コンピュータ・インターフェース(BCI)システムを導入し、脳波と眼電図の信号を組み合わせて上肢のロボットハンドを制御し、日常生活の活性化を図るシステムを紹介します。評価には、ベルリン脳卒中二手動試験(BeBiTS)を使用しました。...

脳卒中患者の日常生活向上のためのブレイン・コンピュータ・インターフェース制御上肢ロボットシステム

本プロトコルは、脳卒中後の片麻痺リハビリテーションにおけるベッドサイド下肢リハビリテーションロボットの臨床的有効性と患者の快適さを評価することを目指し、ランダム化比較試験を通じて従来の手技療法と比較します。...

脳卒中リハビリテーションにおけるベッドサイド下肢リハビリテーションロボットの応用:ランダム化比較試験

学ぶロボットミラーセラピーシステムの構築と運用方法。脳卒中患者の片麻痺腕の機能回復を促進し、感覚皮質への固有受容入力を強化して神経可塑性を向上させる革新的な神経リハビリテーション技術です。

片麻痺腕の機能回復のためのロボットミラーセラピーシステム

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