Artykuł metodologiczny

Robotyczny system terapii lustrzanej do funkcjonalnej regeneracji ramion połowiczych

DOI:

10.3791/54521

⸱

15 sierpnia 2016

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Biomedical Engineering, Seoul National University College of Medicine, 2Department of Rehabilitation Medicine, Chungnam National University Hospital, 3Interdisciplinary Program for Bioengineering, Seoul National University Graduate School, 4Department of Rehabilitation Medicine, Seoul National University Hospital, 5Seoul National University College of Medicine, 6Institute of Medical and Biological Engineering, Seoul National University

* These authors contributed equally

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Opracowaliśmy system robota lustrzanego w czasie rzeczywistym do funkcjonalnego odzyskiwania ramion z porażeniem połowiczym za pomocą technologii automatycznego sterowania, przeprowadziliśmy badanie kliniczne na zdrowych osobach i określiliśmy zadania na podstawie informacji zwrotnych od lekarzy rehabilitacji. Ten prosty robot lustrzany może być skutecznie stosowany w terapii zajęciowej u pacjentów po udarze mózgu z połowiczą ręką.

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Terapia lustrzana została przeprowadzona jako skuteczna terapia zajęciowa w warunkach klinicznych w celu funkcjonalnego odzyskania ramienia z porażeniem połowiczym po udarze. Odbywa się to poprzez wywoływanie iluzji za pomocą lustra, tak jakby ramię z porażeniem połowiczym poruszało się w czasie rzeczywistym, poruszając zdrowym ramieniem. Może ułatwiać neuroplastyczność mózgu poprzez aktywację kory sensomotorycznej. Jednak konwencjonalna terapia lustrzana ma krytyczne ograniczenie polegające na tym, że ramię połowicze w rzeczywistości się nie porusza. W związku z tym opracowaliśmy 2-osiowy system robota lustrzanego w czasie rzeczywistym jako prosty moduł dodatkowy do konwencjonalnej terapii lustrzanej wykorzystujący zamknięty mechanizm sprzężenia zwrotnego, który umożliwia ruch ramienia połowiczego w czasie rzeczywistym. Zastosowaliśmy 3 czujniki Attitude and Heading Reference System, 2 bezszczotkowe silniki prądu stałego do stawów łokciowych i nadgarstkowych oraz ram egzoszkieletowych. W studium wykonalności przeprowadzonym na 6 zdrowych osobach zrobotyzowana terapia lustrem była bezpieczna i wykonalna. Następnie wybraliśmy zadania przydatne w czynnościach treningu życia codziennego dzięki informacjom zwrotnym od lekarzy rehabilitantów. Pacjent z przewlekłym udarem mózgu wykazał poprawę w skali oceny Fugla-Meyera i spastyczności zginaczy łokcia po 2-tygodniowym zastosowaniu systemu robota z lustrem. Terapia zwierciadła robotycznego może zwiększyć proprioceptywne wejście do kory czuciowej, co jest uważane za ważne w neuroplastyczności i funkcjonalnym odzyskiwaniu ramion połowiczych. Przedstawiony w niniejszym dokumencie system robota lustrzanego może być łatwo opracowany i skutecznie wykorzystany do rozwoju terapii zajęciowej.

Wprowadzenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dla pacjentów po udarze, dysfunkcja ramienia z porażeniem połowiczym ma wyniszczający wpływ. Zdolność do wykonywania czynności oburęcznych jest niezbędna w codziennym życiu, ale deficyt funkcjonalny ramienia z porażeniem połowiczym często utrzymuje się nawet kilka lat po wystąpieniu udaru. Wśród różnych programów treningowych w szpitalu, ćwiczenia zwiększające zakres ruchu lub bierne powtarzanie prostych zadań mają niewielki wpływ na funkcjonalną regenerację ramienia połowiczego. Z tego powodu szkolenie w zakresie znaczących zadań związanych z czynnościami życia codziennego (ADL) zostało zastosowane w terapii zajęciowej w szpitalach.

Efekty terapii lustrzanej zostały udowodnione przez poprzednie badania w neurorehabilitacji1-4. Terapia lustrzana polega na wywoływaniu iluzji za pomocą lustra, tak jakby ramię z porażeniem połowiczym poruszało się w czasie rzeczywistym, poruszając zdrowym ramieniem. Może ułatwiać neuroplastyczność mózgu poprzez aktywację kory sensomotorycznej1. W ten sposób można poprawić moc motoryczną i funkcję ramienia połowiczego. Jednak konwencjonalna terapia lustrzana ma krytyczne ograniczenie polegające na tym, że ramię połowicze w rzeczywistości się nie porusza.

Dlatego opracowaliśmy 2-osiowy system robota lustrzanego w czasie rzeczywistym jako prosty moduł dodatkowy do konwencjonalnej terapii lustrzanej, wykorzystujący mechanizm zamkniętego sprzężenia zwrotnego. Może to przekazywać proprioceptywne dane wejściowe do kory czuciowej, która jest uważana za ważną w neuroplastyczności i funkcjonalnym powrocie do zdrowia ramienia połowiczego (ryc. 1 i 2) 5-7.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wszystkie procedury zostały sprawdzone i zatwierdzone przez Instytucjonalną Komisję Rewizyjną Narodowego Szpitala Uniwersyteckiego w Seulu.

1. Zadania terapii lustrzanej

  1. Przykłady zadań 2-wymiarowej terapii lustrzanej (ryc. 3)
    1. Swobodnie poruszaj zdrową ręką, patrząc w lustro około 5 minut na rozgrzewkę.
      UWAGA: Można użyć metronomu, aby pacjent mógł ćwiczyć ruch zdrowej ręki w rytmiczny sposób.
    2. Po zdrowej stronie drybluj i umieść małą bilę w wybranym dołku podobnie jak w bilardzie na około 5 minut (zadanie "Piłka w dołkach"). Drybluj i umieść małą piłkę w bramce podobnej do piłki nożnej na około 5 minut (zadanie "Gra w piłkę nożną").
    3. Za pomocą ponumerowanych naklejek umieszczonych na stole przesuń uchwyt po zdrowej stronie w kolejności numerycznej i wróć w odwrotnym kierunku (zadanie "Śledzenie kropek"). Powtarzaj przez około 5 minut.
    4. Używając dowolnego przedmiotu w życiu codziennym, takiego jak kubek, używając uchwytu po zdrowej stronie, popchnij go w wybrane miejsce (zadanie "Przesuwanie kubka"). Powtarzaj przez około 5 minut.

2. Elementy systemu robota lustrzanego

  1. Ustawienia czujnika AHRS
    1. Zdobądź 3 dostępne na rynku czujniki AHRS.
      UWAGA: Czujniki AHRS składają się z czujnika iskrownika, akcelerometru i czujników żyroskopowych (łącznie 9-osiowych).
    2. Podłącz czujnik AHRS do komputera za pomocą złącza USB.
    3. Użyj hiperterminala lub innego oprogramowania komunikacyjnego, aby skonfigurować ogólne ustawienia czujnika.
    4. Dla każdego czujnika AHRS ustaw komunikację RS232 i wybierz port COM. Następnie ustaw szybkość transmisji na 115 200 bitów na sekundę, bity danych na 8, parzystość na none, bity stopu na 1 i kontrolę przepływu na none.
      1. Aby sprawdzić port COM, kliknij przycisk home w lewym dolnym rogu. Kliknij prawym przyciskiem myszy na komputerze. Następnie kliknij przycisk Właściwości. Kliknij opcję Menedżer urządzeń. Rozwiń kartę Port (COM i LPT), klikając ją.
    5. Po nawiązaniu komunikacji ustaw kanał na 100 i przypisz identyfikatory dla każdego czujnika.
      UWAGA: Niektóre czujniki mogą wymagać kalibracji akcelerometru, żyroskopu i magnetometru przed użyciem.
    6. Ustaw format wyjściowy jako kwaterniony i ustaw czujniki tak, aby wyświetlały rezerwę baterii.
      UWAGA: Kwaterniony są używane do przyspieszenia obliczeń, a także do wyeliminowania osobliwości blokady gimbala.
  2. Ustawienia bezszczotkowego silnika prądu stałego
    1. Przygotuj 2 wysokowydajne bezszczotkowe silniki prądu stałego i sterowniki.
    2. Dla każdego kontrolera podłącz zasilający do zasilacza. Podłącz również silnika, czujnika Halla i enkodera do silnika.
    3. Podłącz CAN-CAN do innego sterownika.
      UWAGA: CANopen służy do komunikacji między urządzeniami.
    4. Ustaw identyfikator węzła dla każdego kontrolera, aby rozróżnić urządzenia.
    5. Podłącz USB do komputera w celu ogólnej konfiguracji.
    6. Włącz zasilanie, aby zasilić sterowniki i silniki.
    7. Użyj dostarczonego przez producenta silnika oprogramowania do konfiguracji systemu, aby skonfigurować i dostroić silnik, czujnik Halla i enkoder.
      UWAGA: Limity kąta i pozycja wyjściowa muszą być skonfigurowane w celu zapewnienia bezpiecznej pracy.
  3. Montaż ramy i silników
    UWAGA: Każda część wykonana na zamówienie jest wymieniona w cudzysłowie. Proszę zapoznać się z Tabelą Materiałów i Wyposażenia oraz od Rysunku 4 do Rysunku 13.
    1. W przypadku silnika z przegubem łokciowym umieść jeden z korpusów sprzęgła z rowkiem wpustowym na wale silnika i zabezpiecz go śrubą dociskową z gniazdem sześciokątnym M5 (Rysunek 4).
    2. Przymocuj "Pustą pokrywę cylindra sprzęgła kolankowego" do silnika kolanka za pomocą 4 z gniazdowym M5 (10 mm) i umieść część buforową złączy (środkowa część suwakowa) na górze korpusu sprzęgła, który został przymocowany w kroku 2.3.1 (Rysunek 4).
    3. Podłącz łożysko kulkowe do "Łokciowej ramy dachowej" i zabezpiecz je 4 z gniazdowym M4 (8 mm) (Rysunek 5).
    4. Podłącz "Wałek rozpraszający siłę silnika łokciowego" do "Dolnego wspornika łokcia" i zabezpiecz go 4x z gniazdowym M3 (6 mm). Następnie umieść "Górną podpórkę łokcia" na "Dolnej podparcie łokcia" i zabezpiecz ją za pomocą 8 z gniazdowym M3 (12 mm) (Rysunek 6).
    5. Umieść zespół z kroku 2.3.4 na górze, zespół z kroku 2.3.3 pośrodku, a ostatnią część korpusu sprzęgu na dole. Połącz wszystko ze sobą i zabezpiecz korpus sprzęgła dociskowymi z gniazdem sześciokątnym M5 (10 mm) (Rysunek 7).
    6. Zabezpiecz montaż w kroku 2.3.5 i montaż w kroku 2.3.2 za pomocą 4 z gniazdowym M5 (15 mm) (Rysunek 7). Obróć zespół w kroku 2.3.2, aby zabezpieczyć wszystkie 4 punkty.
    7. Zabezpiecz "Pustą pokrywę cylindra dolnego złącza nadgarstka" z silnikiem nadgarstka za pomocą 4 z gniazdowym M4 (10 mm). Następnie umieść jeden z korpusów sprzęgła z rowkiem wpustowym na wale silnika i zabezpiecz go za pomocą dociskowych z sześciokątnym M4; następnie umieścić część buforową sprzęgieł na górze korpusu sprzęgu (rysunek 8).
    8. Przymocuj "Pierścień redukujący tarcie" na górze "Ramy dachowej nadgarstka" za pomocą taśmy dwustronnej lub dowolnego rodzaju kleju (Rysunek 9).
    9. Podłącz "Wałek rozpraszający siłę silnika nadgarstka" do "Uchwytu" i zabezpiecz go za pomocą 4 z gniazdowym M2.5 (4 mm) (Rysunek 10).
    10. Umieść zespół w kroku 2.3.9 na górze, zespół w kroku 2.3.8 pośrodku, a ostatnią część korpusu sprzęgu na dole. Połącz wszystkie razem i zabezpiecz korpus sprzęgła dociskowymi z gniazdem sześciokątnym M4 (10 mm) (Rysunek 10).
    11. Zabezpiecz "Wrist motor2roof2" za pomocą zespołu w kroku 2.3.10 za pomocą 4 z gniazdowym M3 (Rysunek 11).
    12. Zabezpiecz montaż w kroku 2.3.11 i montaż w kroku 2.3.7 za pomocą 4 z gniazdowym M3 (15 mm) (Rysunek 11).
    13. Zamocuj 2 "ograniczniki ruchu przegubu" i 2 kołnierze wału za pomocą 4 z gniazdowym M4 (15 mm) (Rysunek 12A).
    14. Użyj kołnierzy wału, aby zabezpieczyć wały i "ramę dachową nadgarstka" za pomocą 8 z gniazdowym M3 (8 mm) (Rysunek 12B).
    15. Wsunąć pierścienie wału w zespole 2.3.13 do wałów w zespole 2.3.14 i zabezpieczyć dodatkowe pierścienie wału za pomocą "Dolnego wspornika łokcia" za pomocą 4 z gniazdowym M4 (15 mm). Następnie połącz dwie części i zabezpiecz dźwignią (Rysunek 13A).
    16. Przymocuj "Ścianę nośną" do zespołu w kroku 2.3.15 za pomocą 6 z gniazdowym M4 (15 mm) (Rysunek 13B). Zabezpiecz podstawę stołu i zespół w kroku 2.3.16 za pomocą 6 z gniazdowym M6 (15 mm) (Rysunek 13C).

3. Projektowanie systemu robota lustrzanego

  1. Model matematyczny do automatycznego sterowania
    1. Zestaw modelu dynamicznego do automatycznej kontroli ruchu kończyn górnych (ryc. 14).
      UWAGA: Dynamiczny model ruchu kończyn górnych człowieka można wyrazić za pomocą kinematyki stawów i łączników. W związku z tym, korzystając z równania dla manipulatora robota, modelowanie można uzyskać, jak pokazano poniżej:
      figure-protocol-1
      UWAGA: (figure-protocol-2: Wektor położenia połączenia, figure-protocol-3: Wektor prędkości stawu, figure-protocol-4: Wektor przyspieszenia stawu, H: Macierz bezwładności, F: Macierz Coriolisa i siły odśrodkowej, G:Wektor sił grawitacyjnych, E: Macierz momentu obrotowego spowodowana oddziaływaniem z otoczeniem, figure-protocol-5: Wektor sił uogólnionych przyłożonych do stawów) Połowicze i zdrowe ramię wykazują różne aspekty ruchu. Oznacza to, że ramię połowicze nie może poruszać się w czasie z powodu sparaliżowanych mięśni lub nie może zapewnić wystarczającego momentu obrotowego potrzebnego do ruchu. Dlatego system został zaprojektowany w taki sposób, aby trening rehabilitacyjny mógł być wykonywany poprzez normalny ruch przez ramię połowicze; Innymi słowy, robot rehabilitacyjny jest przymocowany do ramienia pacjenta z połowiczym ramipfgią w celu wykonywania ruchów ze zdrowego ramienia i można go w prosty sposób sformułować w następujący sposób:
      Ruch robota rehabilitacyjnego) = (Zdrowy ruch ramienia) - (połowiczy ruch ramienia).
    2. Za pomocą robota rehabilitacyjnego przymocuj sparaliżowaną rękę pacjenta do manipulatora i obserwuj dodatkowy moment obrotowy i opóźnienie czasowe spowodowane tym, że sparaliżowane ramię powoduje błędy w całym systemie. Wykryj to za pomocą manipulatora po stronie porażenia połowiczego.
    3. Zmierz błędy (s(t): błąd śledzenia) jako równanie matematyczne:
      figure-protocol-6
      UWAGA: (s: Błąd śledzenia, figure-protocol-7: Dodatnia macierz określonych parametrów projektowych, figure-protocol-8: Błąd między pozycją pożądaną a rzeczywistą, figure-protocol-9: Błąd między prędkością pożądaną a rzeczywistą) Powyższy błąd śledzenia można połączyć z dynamicznym modelem ruchu kończyny górnej człowieka i można go wyrazić jako:
      figure-protocol-10
      UWAGA: (KD : Wartość zysku pochodnej z kompensacją sprzężenia zwrotnego, która zmienia się w czasie, figure-protocol-11: Macierz błędów bezwładności, figure-protocol-12: Macierz błędów Coriolisa i siły odśrodkowej)
    4. Aby sterować każdym stawem robota rehabilitacyjnego, użyj dynamiki Lagrange'a8. Dynamiczne równanie ruchu dla każdego stawu to:
      figure-protocol-13
      UWAGA: (D: Macierz współczynników, figure-protocol-14: Macierz bezwładności siłownika) Współczynnik D w powyższym równaniu wpływa na moment obrotowy między przegubami z efektem sprzężenia bezwładnościowego między przegubami8. Model sterowania automatycznego wykorzystujący ten model matematyczny można zilustrować za pomocą schematu blokowego na rysunku 14.
  2. Protokół programowy (Rysunek 15)
    1. Po uruchomieniu programu nawiąż komunikację z silnikami i czujnikami oraz zainicjuj wartości. Gdy silniki i czujniki znajdą się w pozycji wyjściowej (patrz 4.1.3), przejdź do głównej pętli.
      UWAGA: Dla częstotliwości próbkowania pętli głównej zalecamy 50 - 200 próbek/sek. Aby uzyskać maksymalne opóźnienie, zalecamy maksymalnie 2 sekundy. Ponadto, w przypadku ograniczeń momentu obrotowego, zalecamy regulację wartości prądu silnika za pomocą oprogramowania, tak aby silnik łokciowy mógł wywierać 25 - 40 Nm, a silnik nadgarstkowy mógł wywierać 10 - 20 Nm.
    2. Ponieważ nie jest przerywany przez przycisk stop, należy w sposób ciągły odczytywać aktualne wartości położenia czujników położenia i układu odniesienia kursu (AHRS), aby przesłać je do silników.
      UWAGA: Dane wyjściowe są w kwaternionach i powinny być prawidłowo przekształcone w żądany kąt ruchu robota. Wybierz jedną z ramek współrzędnych czujnika jako odniesienie i zresetuj pozostałe ramki współrzędnych czujnika. Mając obliczone klatki jako odniesienie, użyj kinematyki odwrotnej, aby uzyskać końcowe wyjściowe kąty odchylenia.
    3. Ponieważ nie jest przerywany przez przycisk stop, należy stale sprawdzać położenie silników i aktualizować wartości, aby wykonać ruch do żądanej pozycji dostarczonej przez czujniki AHRS.
      UWAGA: Pozycja silnika jest dostarczana przez enkoder silnika, który można sprawdzić w oprogramowaniu za pomocą polecenia biblioteki oprogramowania dostarczonego przez firmę silnikową.
    4. W międzyczasie rejestruj wszystkie kąty i prędkości kątowe z czujników AHRS.
    5. Po wykonaniu zadań i naciśnięciu przez użytkownika przycisku stop wyjdź z pętli i zakończ pracę robota, przesuwając go do pozycji wyjściowej.
  3. Graficzny interfejs użytkownika (GUI) (Rysunek 16)
    1. Dodaj funkcje "błąd wejść" i "błąd wyjść", aby wykrywać i debugować błędy podczas wykonywania.
    2. Dodaj przycisk po stronie pacjenta, aby wybrać stronę obsługi robota (strona pacjenta z niedowładem).
    3. Skonstruuj pole informacyjne dla pacjenta, aby zidentyfikować pacjentów.
    4. Dodaj wskaźniki stanu silnika.
    5. Dodaj elementy sterujące ograniczeniem kąta dla bezpieczeństwa.
    6. Skonfiguruj maksymalną prędkość, przyspieszenie i opóźnienie dla każdego silnika, aby zapobiec urazom mięśni i ścięgien z powodu sztywności kończyny górnej.
      UWAGA: System odzwierciedla przyspieszanie i zwalnianie ramienia połowiczego.
    7. Dodaj wskaźniki, aby pobrać pozycję i prędkość silnika oraz wprowadzić bieżące informacje.
    8. Zbuduj kontrolę nazw zasobów VISA, aby ustanowić komunikację między czujnikami AHRS a systemem.
    9. Dodaj funkcję kalibracji, aby wyeliminować skumulowane błędy dryftu czujnika.
    10. Ułóż wskaźnik dla czujników, aby pobrać informacje o czujniku.
      UWAGA: Informacje o czujniku obejmują kąty połączeń (kąt między dwoma kolejnymi czujnikami) i rezerwę baterii.
  4. Przezwyciężanie spastyczności ramienia podczas pracy robota lustrzanego
    1. Wybierz silniki, które mogą wytworzyć wystarczający moment obrotowy, aby przezwyciężyć spastyczność dla każdego złącza.
      UWAGA: Silnik nadgarstkowy powinien mieć moment obrotowy wyższy niż 10 Nm, a silnik łokciowy wyższy niż 25 Nm.
    2. Aby mocno przenieść ruch robota na ramię pacjenta, użyj pasków wykonanych z półelastycznego materiału do zamocowania przedramienia w egzoszkielecie robota.
      UWAGA: Zalecane są paski półelastyczne, takie jak paski z elastycznej tkaniny lub elastyczne plecione paski poliestrowo-nylonowe. Jeśli paski są zbyt elastyczne, nie utrzymają ramienia na miejscu. Jeśli paski w ogóle nie są elastyczne, w przypadku dużego stopnia spastyczności łokcia mogą wystąpić urazy mięśni lub ścięgien.
    3. Aby odizolować ruchy łokci i nadgarstków, użyj 2 solidnych ramek połączonych z kołnierzem cholewki, aby zamocować nadgarstek poprzez ściśnięcie go w ramkach.
      UWAGA: Kołnierze cholewki służą do zapobiegania urazom mięśni i ścięgien, jeśli sztywność nadgarstka jest nadmierna.
    4. Użyj pasków wokół uchwytu, aby przymocować rękę do robota.

4. Kliniczne zastosowanie systemu robota lustrzanego

  1. Przeprowadzanie terapii zwierciadłem robota
    1. Dostosuj wysokość i szerokość stołu zadań do stanu pacjenta.
    2. Ustaw lustro w linii środkowej między oboma ramionami i ustaw je na stole lub platformie.
    3. Umieść czujniki AHRS na uchwycie, ramie nadgarstka i krawędzi platformy po zdrowej stronie, wyrównując równolegle do orientacji robota.
      UWAGA: Wewnętrzna oś odchylenia czujnika powinna być skierowana do góry.
    4. Uruchom oprogramowanie terapeutyczne w komputerze.
    5. Wybierz stronę porażenia połowiczego, klikając przycisk przełącznika Po stronie pacjenta.
    6. Ustaw maksymalne limity kąta połączenia zgodnie ze stanem stawu pacjenta. Aby zapewnić bezpieczną pracę, użyj limitu zgięcia łokcia mniejszego niż 50º, limitu wyprostu łokcia większego niż -70º, limitu zgięcia nadgarstka mniejszego niż 80º i limitu wyprostu nadgarstka większego niż -60º.
      UWAGA: Znaki plus i minus są automatycznie korygowane, a limity są również korygowane, jeśli nie mieszczą się na poziomie oprogramowania.
    7. Ustaw maksymalną prędkość, przyspieszenie i opóźnienie. Dla tych wartości należy użyć wartości prędkości z zakresu od 0 do 22.5 obr./min dla silnika łokciowego i wartości prędkości z zakresu od 0 do 33 obr./min dla silnika nadgarstkowego.
      UWAGA: W przypadku konwencjonalnej terapii lustrzanej ustaw wszystkie wartości na zero, aby unieruchomić robota.
    8. Wypełnij informacje o pacjencie.
    9. Włącz wszystkie czujniki AHRS przed uruchomieniem programu.
    10. Uruchom program, klikając przycisk strzałki w lewym górnym rogu programu.
    11. Gdy pojawi się monit "zapisz jako", wpisz odpowiednie nazwy plików dla danych wynikowych w polu ciągu i naciśnij ok.
    12. Gdy robot i zdrowe ramię znajdują się w pozycji początkowej (obie ręce z dala od ciała i równolegle do siebie), naciśnij przycisk kalibracji, aby zainicjować wartości czujnika do zera dla pozycji początkowej.
      UWAGA: Zobacz kroki 1.1.1 - 1.1.4, aby zapoznać się z wskazówkami używanymi w tym zadaniu.
    13. Naciśnij przycisk STOP, gdy wszystkie zadania zostaną zakończone.
      UWAGA: W przypadku zrobotyzowanej terapii lustrzanej inżynier biomedyczny powinien pełnić rolę głównego koordynatora, a terapeuta zajęciowy powinien pomagać pacjentowi.
  2. Badanie kliniczne przeprowadzone na zdrowych ochotnikach
    1. Przeprowadź badanie kliniczne na zdrowych ochotnikach, aby potwierdzić bezpieczeństwo i wykonalność8. Przekaż instrukcję ("Nie poruszaj samodzielnie ręką z porażeniem połowiczym.") badanym, aby wykonywali całkowicie bierne ruchy ramienia połowiczego.
    2. Połóż oba przedramiona na ramkach, a dłonie na uchwytach. Następnie przymocuj przedramiona paskami.
  3. Ocena efektów terapeutycznych
    1. Przed terapią przeprowadź oceny funkcjonalne, takie jak skala oceny Fugla-Meyera9, zmodyfikowana skala Ashwortha10, zmodyfikowany indeks Barthela11, test funkcji ręki Jebsena, pomiar siły ręki, test zaniedbania połowiczego i test potencjału wywołanego motorycznie dla pacjentów.
    2. Przeprowadzenie badania klinicznego dla pacjentów po udarze mózgu za pomocą 2-wymiarowego robota lustrzanego przez 30 - 60 minut dziennie. Przekaż pacjentom instrukcję ("Nie ruszaj samodzielnie ręką z porażeniem połowiczym.").
    3. Po zakończeniu ostatniej sesji należy przeprowadzić kontrolną ocenę funkcjonalną.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Sześć zdrowych osób przeprowadziło 'zadanie zaznaczania długopisem' (dotykanie na przemian dwóch małych tablic długopisem przyczepionym do zdrowej ręki, jak pokazano na rysunku 17) 10 razy, co zajmowało średnio 106 sekund na osobę. Nie zaobserwowano żadnego zdarzenia niepożądanego, a zrobotyzowana terapia lustrzana okazała się wykonalna.

Ponadto przeprowadzono badanie kliniczne na lekarzach rehabilitacji. Popros...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Głównym celem tego badania było opracowanie systemu robota lustrzanego w czasie rzeczywistym do funkcjonalnego odzyskiwania ramienia z porażeniem połowiczym przy użyciu algorytmu automatycznego sterowania. Wpływ terapii wspomaganej robotem na długotrwałą regenerację kończyn górnych po udarze okazał się korzystny we wcześniejszych badaniach12 i wprowadzono różne rodzaje robotów ramieniowych13-20. Jednak wcześniejsze badania robotów kończyn górnych, które realizowały obustronne ruchy ramion, wykorzyst...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ta praca była wspierana przez Program Fuzji Mózgu Uniwersytetu Narodowego w Seulu (800-20120444) oraz Program Interdyscyplinarnych Inicjatyw Badawczych z College of Engineering i College of Medicine, Seoul National University (800-20150090).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
LabVIEWNational Instruments Oprogramowaniedo projektowania systemów
Zasilacz 24 VXP PowerMHP1000PS24 24VKażdy zasilacz 24 V powinien wystarczyć
odbiornik czujnika AHRSE2boxEBRF24GRCV
czujniki AHRSE2boxEBIMU-9DOFV2Będziesz potrzebował łącznie 3 czujników. Wszelkie czujniki AHRS zrobią
silnika płaskiego EC90Maxon323772 + 223094 + 453231Każdy motoreduktor o momencie obrotowym wyższym niż 30 Nm powinien wystarczyć. (W przypadku naszych niestandardowych części obrabianych będziesz potrzebować tego konkretnego płaskiego silnika i modułu przekładni, ale przełożenie i enkoder mogą się różnić) 
Moduł silnika płaskiego EC45Maxon397172Każdy motoreduktor o momencie obrotowym wyższym niż 10 Nm powinien wystarczyć (w przypadku naszych niestandardowych części obrabianych należy użyć tego samego modułu przekładni, ale przełożenie, silnik i enkoder mogą się różnić)
Sterownik EPOS2 70/10Maxon375711Można go zastąpić sterownikiem EPOS 24/5
Sterownik EPOS2 24/5 Maxon367676
Złącze i zestawMaxon381405 + 384915 + 275934 + 354045Możesz również wykonać te. Złącza i odpowiednie informacje o przewodach można znaleźć w "300583-Hardware-Reference-En.pdf" i "300583-Cable-Starting-Set-En.pdf"
Sprzęgło - Oldham, śruba ustalająca TypMisumiMCORK30-10-12Typ może się różnić
Sprzęgło - Wysoka sztywność, Oldham,
Typ ustalającej		Typ MisumiMCOGRK34-12-12może się różnić
Kołnierze wałuMisumiSCWDM10-B  Będziesz potrzebował 4 zestawów
Kołnierze wałuMisumiSDBJ10-8Będziesz potrzebował 2 zestawów
precyzyjnych wałów liniowychMisumi  PSSFG10-200Każdy prosty wał o średnicy 10 mm i długości co najmniej 200 mm powinien 
Łożyska z oprawamiMisumiBGRAB6801ZZ
Kolano wału dyspersji siły napędowej obrabiany na zamówienie 
Dolne podparcie łokciazamówienie obrabianerysunki
Łokciowa rama dachowaniestandardowa obrabiana maszynowoRysunki
Ściana nośnaNiestandardowe rysunkiczęściobrabiane Będziesz potrzebował 2 ramek.
Sprzęgło kolankowe pusta pokrywa cylindra niestandardowe obrabianerysunki
Wałek dyspersyjny siły silnika nadgarstkaniestandardowo obrabianerysunki
Rama dachowa nadgarstkaobrabianerysunki
Sprzęgło górnego nadgarstka pusta osłona cylindraniestandardowe obrabianerysunki
Dolne sprzęgło nadgarstka pusta osłona cylindraobrabianerysunki części
Ogranicznik ruchu stawuniestandardowa obrabiana maszynaRysunki
UchwytRysunkidrukowane w 3D
Podparcie górnego łokciaRysunkidrukowane w 3D
Pierścień redukcyjny tarciaRysunkidrukowane w 3D
Lustro akryloweniestandardowe cięcie laseroweRysunki części
Zadanie stółobrabiany na zamówienieRysunki
Gąbka
Ogranicznik głębi ostrościRysunki części drukowane w 3DPokrywy
ogranicznika ostrościRysunkidrukowane w 3D
Uchwyt HealthyarmRysunkidrukowane w 3D
Rolki kulkowe - Pasowanie wciskaneMisumiBCHA18
Goalpostczęścidrukowane w 3D
Śledzenie okręguRysunkidrukowane w 3D
Kątowe wspomaganieRysunki częścidrukowane w 3DOpcjonalne
zakrzywione rysunkiczęścidrukowane w 3DOpcjonalne
drukowane w 3DOpcjonalnie
Tablica zadańniestandardowe cięcie laseroweRysunki
moduł CAD 3D na częściczęściczęściczęści niestandardowe częściczęści niestandardowe częściczęści części części częścisilikonowaczęści części Rysunki części rysunki części części

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Hamzei, F., et al. Functional plasticity induced by mirror training: the mirror as the element connecting both hands to one hemisphere. Neurorehabil Neural Repair. 26 (5), 484-496 (2012).
  2. Thieme, H., Mehrholz, J., Pohl, M., Behrens, J., Dohle, C. Mirror therapy for improving motor function after stroke. Cochrane Database Syst Rev. 3, CD008449(2012).
  3. Dohle, C., et al. Mirror therapy promotes recovery from severe hemiparesis: a randomized controlled trial. Neurorehabil Neural Repair. 23 (3), 209-217 (2009).
  4. Pervane Vural, S., Nakipoglu Yuzer, G. F., Sezgin Ozcan, D., Demir Ozbudak, S., Ozgirgin, N. Effects of Mirror Therapy in Stroke Patients With Complex Regional Pain Syndrome Type 1: A Randomized Controlled Study. Arch Phys Med Rehabil. 97 (4), 575-581 (2016).
  5. De Santis, D., et al. Robot-assisted training of the kinesthetic sense: enhancing proprioception after stroke. Front Hum Neurosci. 8, 1037(2015).
  6. Smorenburg, A. R., Ledebt, A., Deconinck, F. J., Savelsbergh, G. J. Practicing a matching movement with a mirror in individuals with spastic hemiplegia. Res Dev Disabil. 34 (9), 2507-2513 (2013).
  7. Semrau, J. A., Herter, T. M., Scott, S. H., Dukelow, S. P. Robotic identification of kinesthetic deficits after stroke. Stroke. 44 (12), 3414-3421 (2013).
  8. Niku, S. Chapter 4, Dynamic Analysis and Forces. Introduction to Robotics: Analysis, Systems, Applications. , Prentice Hall. (2001).
  9. Sanford, J., Moreland, J., Swanson, L. R., Stratford, P. W., Gowland, C. Reliability of the Fugl-Meyer assessment for testing motor performance in patients following stroke. Phys Ther. 73 (7), 447-454 (1993).
  10. Bohannon, R. W., Smith, M. B. Interrater reliability of a modified Ashworth scale of muscle spasticity. Phys Ther. 67 (2), 206-207 (1987).
  11. Shah, S., Vanclay, F., Cooper, B. Improving the sensitivity of the Barthel Index for stroke rehabilitation. J Clin Epidemiol. 42 (8), 703-709 (1989).
  12. Lo, A. C., et al. Robot-assisted therapy for long-term upper-limb impairment after stroke. N Engl J Med. 362 (19), 1772-1783 (2010).
  13. Ho, N. S., et al. An EMG-driven exoskeleton hand robotic training device on chronic stroke subjects: task training system for stroke rehabilitation. IEEE Int Conf Rehabil Robot. , 5975340(2011).
  14. Hesse, S., Schulte-Tigges, G., Konrad, M., Bardeleben, A., Werner, C. Robot-assisted arm trainer for the passive and active practice of bilateral forearm and wrist movements in hemiparetic subjects. Arch Phys Med Rehabil. 84 (6), 915-920 (2003).
  15. Lum, P. S., et al. MIME robotic device for upper-limb neurorehabilitation in subacute stroke subjects: A follow-up study. J Rehabil Res Dev. 43 (5), 631-642 (2006).
  16. Yang, C. L., Lin, K. C., Chen, H. C., Wu, C. Y., Chen, C. L. Pilot comparative study of unilateral and bilateral robot-assisted training on upper-extremity performance in patients with stroke. Am J Occup Ther. 66 (2), 198-206 (2012).
  17. Nef, T., Mihelj, M., Riener, R. ARMin: a robot for patient-cooperative arm therapy. Med Biol Eng Comput. 45 (9), 887-900 (2007).
  18. Ozkul, F., Barkana, D. E., Demirbas, S. B., Inal, S. Evaluation of proprioceptive sense of the elbow joint with RehabRoby. IEEE Int Conf Rehabil Robot. , 5975466(2011).
  19. Pehlivan, A. U., Celik, O., O'Malley, M. K. Mechanical design of a distal arm exoskeleton for stroke and spinal cord injury rehabilitation. IEEE Int Conf Rehabil Robot. , 5975428(2011).
  20. Zhang, H., et al. Feasibility studies of robot-assisted stroke rehabilitation at clinic and home settings using RUPERT. IEEE Int Conf Rehabil Robot. , 5975440(2011).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Rehabilitacja ko czyny g rnej w hemiplegiiczujniki AHRSbezszczotkowe silniki pr du sta egoramy egzoszkieletoweskala Fugl Meyerspastyczno zginaczy okciabod ce proprioceptywnekora sensoromotorycznarehabilitacja po udarze

Powiązane artykuły