Name: A-máquina interface humana Integrando sensores de baixo custo com uma estimulação do sistema neuromuscular eléctrico para pós-AVC Reabilitação Balance (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-04-12T13:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 6 s
Description: Aprenda a desenvolver uma interface de baixo custo para reabilitação do equilíbrio pós-AVC utilizando sensores de videogame e estimulação neuromuscular elétrica. Este método integra tecnologia acessível para melhorar resultados terapêuticos.

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A pesquisa conduzida no contexto da Estratégia Conjunta alvo Programa em Informação e Ciência e Tecnologia Comunicação - ICST, apoiado por CNRS, Inria e DST, sob a égide do CEFIPRA. Os autores gostariam de agradecer o apoio dos estudantes, especificamente Rahima Sidiboulenouar, Rishabh Sehgal, e Gorish Aggarwal, para o desenvolvimento da configuração experimental.

Nota: O gasoduto software HMI foi desenvolvido com base em software open-source disponível gratuitamente e off-the-shelf sensores de jogos de vídeo de baixo custo (detalhes disponíveis em: https://team.inria.fr/nphys4nrehab/software/ e https: //github.com/NeuroPhys4NeuroRehab/JoVE). O gasoduto software HMI é fornecido para coleta de dados durante uma tarefa alcance funcional modificado (mFRT) 21 em uma plataforma de jogos baseados VR para a terapia de equilíbrio visuomotor (VBT) 8. A Figura 2a mostra a configuração do rastreador de olho de diagnóstico, onde os recursos de gaze são extraídos offline para a quantificação de função residual pós-derrame de modo a que o feedback visual em VR pode ser personalizadas em conformidade. A Figura 2b mostra a instalação experimental para VBT. <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/52394/52394fig2.jpg" /> Figura 2: ( <strong&gt; a) esquemático da máquina de interface humana para a avaliação da pós-AVC movimentos de perseguição oculares. (B) Representação esquemática do-machine interface humana, onde a interface de software integra sensores Biosignal e captura de movimento para gravar dados de imagem cerebral / body móveis com sistema de estimulação elétrica neuromuscular (EENM) e estimulação elétrica sensorial (SES) para pós-AVC EENM / SES-terapia assistida equilíbrio visuomotor. NMES: estimulação elétrica neuromuscular, SES: estimulação sensorial Elétrica, EMG: eletromiograma, EEG: eletroencefalograma, EOG: eletrooculograma, CoP: centro de pressão, PC: computador pessoal. Reproduzido de 8 e 37. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52394/52394fig2large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> Instalação 1. Software for Mobile Cérebro / Imagem Corporal Durante VBT <ol><li> Instalação de drivers para o Cap Movimento(procedimentos de instalação fornecidos pelo https://code.google.com/p/labstreaminglayer/wiki/KinectMocap) ture <ol><li> Baixe e instale o Kinect Runtime a partir http://go.microsoft.com/fwlink/?LinkId=253187 (sensor de captura de movimento não deve ser conectado a qualquer uma das portas USB do computador). </li><li> Ligue o Sensor de Movimento de captura alimentado a uma porta USB através do cabo de interface. Os drivers são carregados automaticamente. </li></ol></li><li> Instalar drivers para o Olho Rastreador Sensor (procedimentos de instalação fornecidos pelo <a href="http://github.com/esdalmaijer/EyeTribe-Toolbox-for-Matlab">http://github.com/esdalmaijer/EyeTribe-Toolbox-for-Matlab</a> ) <ol><li> Faça o download do software a partir http://theeyetribe.com, inicie o aplicativo e inicie o aplicativo para instalar o software (sensor Eye Rastreador não deve ser conectado a qualquer uma das portas USB do computador). </li><li> Ligue o alimentado Eye Rastreador Sensor e os drivers são carregados automaticamente. </li></ol></li><li> Insttodos os drivers para o Balance Board (procedimentos de instalação fornecidas pelo (procedimentos de instalação fornecidos pelo http://www.colorado.edu/intphys/neuromechanics/cu_wii.html) <ol><li> Faça o download e extrair CU_WiiBB.zip de http://www.colorado.edu/intphys/neuromechanics/CU_WiiBB.zip </li><li> Copie a pasta WiiLab para o diretório de Arquivos de Programas padrão do sistema operacional Microsoft Windows. </li><li> Abra a pasta WiiLab no diretório Arquivos de Programas e executar como administrador do arquivo InstallWiiLab.bat para instalar o Balance Board. </li></ol></li><li> Instalar drivers para EEG / EOG (procedimentos de instalação fornecidos pelo http://openvibe.inria.fr/how-to-connect-emotiv-epoc-with-openvibe/) <ol><li> Baixe e instale Emotiv SDK a partir http://www.emotiv.com/apps/sdk/209/ </li><li> Baixe e instale OpenViBE Aquisição Server com labstreaminglayer (LSL) de https://code.google.com/p/labstreaminglayer/downloads/detail?name=OVAS-withLSL-0.14.3-3350-svn.zip para distribuídos multi-SEsistema de transporte de sinal, sincronização de tempo e coleta de dados nsor (procedimentos de instalação fornecidos pelo https://code.google.com/p/labstreaminglayer/). </li></ol></li><li> Instalar os drivers para o NMES estimulador comercial (detalhes no http://www.vivaltis.com/gammes/phenix/phenix-usb-neo-50-554-1.html#content). </li></ol> 2. Low-cost Sensor Placement for Mobile Cérebro / Imagem Corporal (MOBI): A Open-source HMI Software Pipeline Fornece Móvel Cérebro / Imagem Corporal (MOBI) 19 com Low-Cost Off-the-shelf sensores (Figura 2b), que pode ser adaptado para outros programas de treinamento de agilidade. <ol><li> Feedback visual para Mobi: <ol><li> Começar pela obtenção de uma tela de projecção para exibir o biofeedback visual na uma extremidade da sala (distância do objecto 0,6 m recomendado). </li><li> Ajuste a altura de modo que o centro da tela será ao nível dos olhos dos sujeitos. </li></ol></li><li> Captura Proposta Mobi: <ol><li> Coloque o ca de movimentopture sensor na frente da tela de projeção, e apontar para o volume de captura de movimento. </li><li> Confirmar que o volume de captura de movimento é de 1,5 m para 2,5 m na frente do sensor de captura de movimento. </li></ol></li><li> Balance Board Placement para Mobi: <ol><li> Coloque o Balance Board no chão, cerca de 2,0 m de distância do sensor de captura de movimento. </li><li> Deixe espaço suficiente ao redor do Balance Board para garantir um movimento de corpo inteiro (ou seja, durante a tarefa alcance funcional modificado 21). </li></ol></li><li> Colocação EEG / EMG / EOG Sensor para Mobi <ol><li> Peça ao sujeito para se sentar em uma cadeira de frente para a captação de movimento e com os pés no Balance Board. </li><li> Coloque a gravação (EMG) estimulação cum (EENM / SES) eléctrodos bilateralmente sobre os músculos gastrocnêmio medial (MG) e tibial anterior (TA) do assunto. Em seguida, conectá-los ao estimulador elétrico sem fio sistema (EENM / SES). </li><li> Coloque a tampa de eletroencefalograma (EEG) sobre o assuntocabeça s seguindo o Internacional 10 - sistema 20. Em seguida, coloque os eletrodos de EEG com pasta condutora de -Fz, C3, Cz, C4, P3, Pz, P4, PO7, Oz, PO8 - antes de os ligar o fone de ouvido EEG sem fio. </li><li> Coloque dois eletrodos de EEG com pasta condutora acima e abaixo de um dos olhos para EOG vertical e colocar dois eletrodos com pasta condutora no canto externo do olho de cada olho para EOG horizontal. (Nota: No caso do sensor Eye Tracker é não utilizado no assunto pós-AVC EOG seguida bilateral é preferível). </li><li> Coloque dois eletrodos de EEG em lóbulos das orelhas como eletrodos de referência. </li></ol></li></ol> Avaliação com base 3. Eye Rastreador de pós-AVC movimentos de perseguição oculares <ol><li> Peça ao sujeito para se sentar com o queixo descansando confortavelmente na Chin-Rest altura ajustável. Em seguida, aumentar o monitor de computador a uma altura conveniente, de tal modo que os olhos são mais ou menos em frente ao centro do monitor do computador (Figura 2a). </li><li> Coloque o Eye Rastreador r<html> minuciosa- 50 cm do Chin-Rest e pedir o assunto para olhar diretamente para o monitor do computador para pistas visuais. </li><li> Execute EyeTribeWinUI.exe na pasta &quot;SmartEye &#39;para calibrar o sensor Eye Tracker. O assunto será convidado a olhar para vários alvos no monitor do PC por cerca de 2 segundos cada um. Um processo de calibração do usuário típico leva cerca de 20 segundos para ser concluído. O (x, y) coordenadas do ponto olhar do sujeito são registrados para diferentes alvos cued para calibração. </li><li> Run &#39;Visual_Stimulus.exe&#39; na pasta SmartEye para executar a interface baseada na realidade virtual. Posteriormente executar o programa &#39;SmartEye.exe &quot;presente na pasta&quot; SmartEye&#39; para adquirir dados olhar olho do sujeito que está sincronizada com a tarefa baseada na realidade virtual. Esta informação será usada para a avaliação de pós-curso de movimento busca olho. </li></ol>2394fig3.jpg &quot;/&gt; Figura 3: (A) do cursor que representa o centro de pressão (COP) que necessita de ser impulsionado volitivamente ao alvo com pistas durante a terapia equilíbrio visuomotora, (b) protocolo de equilíbrio visuomotor terapia em que o sujeito dirige o cursor do computador a um alvo periférico dirigido por volitivamente gerado excursões CoP. A reposição pode ser assistido com Estimulação Elétrica Neuromuscular (EENM) e estimulação elétrica sensorial (SES), (c) Instalação experimental para a terapia de equilíbrio visuomotor visualmente-cued. Reproduzido de 8 e 37. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52394/52394fig3large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> 4. EENM / SES-Assisted visuomotor Balance Therapy (VBT) sob Mobi <ol><li> Ligue o olho-tracker e equilibrar sensores de tabuleiro para o computador feedback visual (Fifigura 2). <ol><li> Certifique-se de que o sensor Eye Tracker é ligado, conectado ao computador, e que foi totalmente inicializado. Comece o &#39;server.exe EyeTribe&#39; e &#39;EyeTribeWinUI.exe&#39; disponível na pasta &#39;VBT&#39; (veja os passos 1.3). </li><li> Certifique-se de que o sensor Balance Board é ligado. Em seguida, pressione o botão no sensor Balance Board para fazer o controle remoto detectável no menu. Em seguida, clique no ícone Mostrar ou ocultar na barra de tarefas do sistema e clique no ícone do dispositivo Bluetooth. Em seguida, clique na opção de &#39;Adicionar um dispositivo&#39; e emparelhar o sensor Balance Board como um dispositivo Bluetooth sem usar o código para o computador feedback visual. Uma vez que o sensor Balance Board é conectado ao computador feedback visual, abra a pasta &#39;VBT&#39; e execute o arquivo WiiBBinterface.m para estabelecer interface do sensor Matlab- Balance Board (veja as etapas 1.6). </li><li> Certifique-se de que o sensor de captação de movimento está ligado, conectado ao computador e quefoi totalmente arrancado (há um LED na parte frontal verde). Abra a pasta LSL e começar software &#39;Mocap&#39; para iniciar o streaming dos dados do sensor de captura de movimento (veja as etapas 1,6). </li><li> Certifique-se de que os sistemas de aquisição de dados EEG / EOG estão ligados. Em seguida, dê um duplo clique sobre o openvibe-aquisição-server-withlsl.cmd disponível na pasta LSL (veja as etapas 1,6). No menu, selecione o respectivo hardware sensor (ou seja, &#39;Emotiv EPOC) e configurar o módulo, se necessário, clicando em &quot;Propriedades Driver&#39;. Em seguida, clique em &quot;Connect&quot; e clique em &quot;Play&quot; para iniciar o servidor de aquisição. </li></ol></li><li> Calibrar os Sensores para VBT <ol><li> Pergunte ao pós-AVC sujeitos a ficar sobre o Balance Board com cinto de segurança (e suporte parcial de peso corporal, se necessário). </li><li> Definir um nível mínimo NMES linha de base (por largura de pulso e nível atual) necessários para a posição vertical de acordo com a observação clínica (ie.,suporte de peso corporal zero) 22. Para definir o nível mínimo NMES linha de base, pode-se definir a frequência de estimulação a 20 Hz e, em seguida, aumentar a largura de pulso e / ou o nível atual até que pé na posição vertical é alcançado. Aqui, EENM dos extensores de joelho é necessária para gerar torque suficiente para evitar flambagem joelho. </li><li> Peça ao sujeito para executar vários movimentos de alcance que afeta COM e CoP localização. </li><li> Execute o programa &#39;CalibSensors.m&#39; disponível na pasta &#39;DataCollect&#39; a fim de recolher dados de calibração multi-sensores enquanto a pessoa executa vários movimentos auto-iniciadas máximas de alcance em diferentes direções que afetam centro de massa (COM) e centro de pressão (CoP) local no feedback visual. </li></ol></li></ol> Recolha de Dados 5. multi-sensor de sensores de baixo custo Durante VBT (Figura 2b) <ol><li> Execute o programa &#39;CollectBaseline.m&#39; na pasta &#39;DataCollect&#39; para recolher descanso da linha de base-state, olhos abertos, multi-sensores de dados por pedir o assunto para ficar parado por 2 min, enquanto olhando diretamente para o alvo CoP no monitor do PC (Figura 3a). </li><li> Ligue a saída de vídeo do computador feedback visual para a tela de projeção e executar o arquivo SmartEyeVRTasks.exe na pasta &#39;VBT&#39; no computador feedback visual para o lançamento do SmartEyeVRTasks GUI. Além disso, executar o programa &#39;CollectVBT.m&#39; na pasta &#39;DataCollect&#39; para coletar dados do sensor durante VBT. <ol><li> De pé, chamada de fase &#39;hold Central &quot;, pergunte o assunto para orientar o cursor, impulsionado pelo CoP, o mais rápido possível em direção alvo periférico apresentadas aleatoriamente como estimulados pela feedback visual (Figura 3b). </li><li> Após esta fase &#39;Move&#39;, pergunte o assunto para manter o cursor no local de destino por 1 segundo durante a fase de &#39;hold periférica &quot;. </li><li> Após a fase de &quot;Peripheral hold &#39;, o cursor&#39;<html> ; Reset &quot;volta para o centro quando o assunto precisa voltar para em pé na posição vertical - a&quot; posição de espera Central &#39;. NMES / SES é acionado para o músculo quando o seu nível de EMG vai acima de um limiar de conjunto para ajudar o esforço volitivo obrigado a devolver o CoP para a posição &#39;hold Central&#39;. Nota: A dificuldade da mFRT pode ser aumentada ao diminuir o ganho, <img alt="equação 1" src="/files/ftp_upload/52394/52394eq1.jpg" /> , Ou aumentando a varicia de ruo, <img alt="equação 2" src="/files/ftp_upload/52394/52394eq2.jpg" /> , Dentro da faixa viável de assunto específico: <img alt="equação 3" src="/files/ftp_upload/52394/52394eq3.jpg" /> onde as excursões da bobina, <img alt="equação 4" src="/files/ftp_upload/52394/52394eq4.jpg" /> , Dirigir o cursor do computador, <img alt="equação 5" src="/files/ftp_upload/52394/52394eq5.jpg" /> , No tempo discretizado, <img alt="equação 6" src="/files/ftp_upload/52394/52394eq6.jpg" /> , Com passo de tempo,em 7 de &quot;src =&quot; / files / ftp_upload / 52394 / 52394eq7.jpg &quot;/&gt;. </li></ol></li></ol>

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</ol>

Os autores não têm nada a revelar.

Uma ferramenta de baixo custo clinicamente válida simples de usar, para a terapia de movimento e equilíbrio será uma mudança de paradigma para neurorehabilitation em um ambiente de baixos recursos. É provável que tenha um elevado impacto na sociedade desde desordens neurológicas como acidente vascular cerebral irá aumentar dramaticamente no futuro, devido ao envelhecimento da população mundial 2. Há, portanto, uma necessidade premente para alavancar sistemas físicos cibernéticos, onde a capacidade de personal...

Um episódio de disfunção neurológica focal provocado por cerebral, espinal, retina ou enfarte é chamado derrame 1. O AVC é um problema de saúde global e quarta principal causa de incapacidade em todo o mundo 1. Em países como Índia e China, os dois países mais populosos do mundo, incapacidade neurológica devido a acidente vascular cerebral está sendo rotulado como epidemia escondida 2. Uma das complicações médicas mais comuns após um acidente vascular cerebral são quedas, com uma incidência de até 73% no primeiro ano pós-acidente vascular cerebral 3. A queda pós-AVC é multifatorial e inclui ambos os fatores espinhais e supra-como equilíbrio e visuospatial negligência 4. Uma revisão de Geurts e colegas 5 identificadas 1) prejudicada multi-direcional peso máximo de marchas durante bípede pé, 2) baixa velocidade, 3) imprecisão direcional, e 4) pequenas amplitudes de deslocamentos do peso plano frontal sub-máxima individuais e cíclicos como o equilíbrio fatores de ri quedask. O consequente impacto nas actividades da vida diária pode ser significativo pois os trabalhos anteriores mostraram que o equilíbrio está associado à capacidade ambulatorial e independência na função motora grossa 5, 6. Além disso, Geurts e colegas 5 sugeriu que a integração supra-espinhal multissensorial (e coordenação muscular 7), além de força muscular é fundamental para a recuperação do equilíbrio que está faltando em protocolos atuais. Para a integração multissensorial, nossa hipótese 8 na volitivamente impulsionado eletroterapia não-invasiva (EENM / SES) é que este comportamento adaptativo pode ser moldado e facilitado modulando a percepção ativa de entradas sensoriais durante o movimento EENM / SES-assistida do membro afetado de modo que a cérebro pode incorporar esse feedback na saída movimento subsequente através do recrutamento de vias motoras alternados 9, se necessário. Para alcançar volitivamente conduzido treinamento de equilíbrio EENM / SES-assistida em um recurso-pobres definição, um baixo custo homem-máquina interface (HMI) foi desenvolvida através da alavancagem disponível software de código aberto e os recentes avanços na tecnologia de sensor de off-the-shelf jogo de vídeo para biofeedback visual-auditivo. NMES envolve a estimulação elétrica coordenada dos nervos e músculos que tem sido mostrado para melhorar a força muscular e reduzir a espasticidade 10. Além disso, a SES envolve a estimulação dos nervos sensoriais com corrente elétrica para evocar sensações onde o trabalho publicado preliminar 11 mostraram que a estimulação subsensory aplicada sobre os músculos tibial anterior por si só é eficiente em atenuar oscilação postural. Aqui, a HMI irá tornar possível a integração sensório-motor durante o balanço de terapia pós-AVC interativo onde volitivamente-driven EENM / SES para os músculos do tornozelo irá atuar como um amplificador muscular (com EENM), bem como melhorar o feedback aferente (com SES) para auxiliar estratégias de tornozelo saudáveis ​​12,13,14 para manter a postura ereta durante balanços posturais. Isto ébaseado na hipótese apresentada em Dutta et al. 8, que um aumento na excitabilidade córtico dos músculos do tornozelo relevantes efectuadas através de eletroterapia não-invasiva pode emprestar para uma modulação supra-espinhal melhora da rigidez do tornozelo. De facto, trabalhos anteriores tem mostrado que EENM / SES provoca mudanças duradouras na excitabilidade corticoespinhal, possivelmente como resultado de co-activação do motor e fibras sensoriais 15,16. Além disso, Khaslavskaia e Sinkjaer 17 mostrou em humanos essa unidade cortical motora concorrente presente no momento da EENM / SES aprimorados cortical motora excitabilidade. Portanto, volitivamente-driven EENM / SES pode induzir neuroplasticidade a curto prazo em reflexos espinhais (por exemplo, a inibição Ia recíproco 17) onde os neurônios corticoespinhais que se projetam através de vias descendentes de um determinado agregado neuromotor pode inibir o agregado neuromotor antagônica via interneurônios Ia-inibitórios em seres humanos 18, como mostrado na Figura 1, no sentido de uma juntaparadigma condicionado perant (veja Dutta et al. 8). <img alt="figura 1" src="/files/ftp_upload/52394/52394fig1.jpg" /> Figura 1: O conceito (. Detalhes no Dutta et al 21) subjacente interface homem-máquina interativa (HMI) para dirigir o centro de pressão (COP) cursor para o alvo cued para melhorar a coordenação muscular do tornozelo sob estimulação elétrica neuromuscular volitivamente impulsionado (EENM) -assisted equilíbrio visuomotor terapia EEG:. eletroencefalografia, MN: α-motoneurônio, IN: interneurônio Ia-inibitória, EMG: eletromiograma, DRG: gânglio da raiz dorsal. Reproduzido de 8 e 37. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52394/52394fig1large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> O antero-posterior (AP) deslocamentos no centro de massa (COM) são realizadaspor plantares tornozelo (como músculos gastrocnemius medial e soleus) e dorsiflexores (tais como o músculo tibial anterior), enquanto medio-lateral (ML) deslocamentos são realizadas por inversores de tornozelo (tais como o músculo tibial anterior) e evertors (tais como fibular longo e brevis músculos). Consequentemente, as imparidades do tornozelo relacionadas com o acidente vascular cerebral incluindo fraqueza do tornozelo dorsiflexora músculos e aumento da espasticidade do tornozelo plantares músculos levar ao controle postural prejudicada. Aqui, os programas de formação agilidade 6 pode ser aproveitado em uma realidade virtual (VR) plataforma de jogos baseados que desafiam o equilíbrio dinâmico, onde as tarefas são progressivamente aumentada em dificuldade que pode ser mais eficaz do que o programa de alongamento estático / de mudança de peso exercício na prevenção de quedas 6. Por exemplo, os indivíduos podem realizar volitivamente impulsionado AP assistida EENM / SES e deslocamentos ML durante uma tarefa de equilíbrio visuomotor dinâmico, onde a dificuldade pode ser progressivamente aumentada para amelproblemas iorate pós-AVC específicas do tornozelo de controle de peso deslocando durante a posição bípede. Rumo volitivamente impulsionado equilíbrio terapia assistida por EENM / SES em um ambiente pobre em recursos, apresentamos um baixo custo HMI for Mobile Cérebro / Imagem Corporal (MOBI) 19, no sentido de biofeedback visual e auditiva, que também pode ser usado para a coleta de dados de baixa sensores de custos para exploração de dados offline no Mobilab (ver Ojeda et al 20.).

<table><tbody><tr><td>Estimulador NMES</td><td>Vivaltis, França</td><td>PhenixUSBNeo</td><td>Estimulador NMES com sensor EMG (Figura 2b)</td></tr><tr><td>Balance Board</td><td>Nintendo, EUA</td><td>Wii Balance Board</td><td>Balance Board (Figura 2b)</td></tr><tr><td>Motion Capture</td><td>Microsoft, USA</td><td>XBOX-360 Kinect</td><td>Motion Capture (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>EEG Data Acquisition System</td><td>Emotiv, Austrália</td><td>Emotiv Neuroheadset</td><td>Fone de ouvido EEG sem fio (Figura 2b)</td></tr><tr><td>Eletrodo passivo de EEG</td><td>Olimex</td><td>EEG-PE</td><td>EEG eletrodo passivo para EOG e referências (6 em número) (Figura 2b)</td></tr><tr><td>Eletrodo ativo de EEG</td><td>Olimex</td><td>EEG-AE</td><td>EEG eletrodo ativo (10 em número) (Figura 2b)</td></tr><tr><td>Computador com monitor de PC</td><td>Dell</td><td></td><td>Processamento de dados e feedback visual (Figura 2)</td></tr><tr><td>Softwares, eletrodos EMG, eletrodos NMES e cabos</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

a-máquina interface humana integrando sensores de baixo custo com uma estimulação do sistema neuromuscular eléctrico para pós-avc reabilitação balance

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

Um acidente vascular cerebral é causado quando uma artéria que transporta sangue do coração para uma área no cérebro estoura ou um coágulo obstrui o fluxo de sangue para o cérebro impedindo assim a entrega de oxigênio e nutrientes. Cerca de metade dos sobreviventes de AVC ficam com algum grau de deficiência. metodologias inovadoras para neurorehabilitation restaurador são urgentemente necessárias para reduzir a incapacidade a longo prazo. A capacidade do sistema nervoso para reorganizar a sua, função e estrutura de ligações como resposta a estímulos intrínseca ou extrínseca é chamado neuroplasticidade. Neuroplasticidade está envolvido em distúrbios funcionais pós-AVC, mas também na reabilitação. alterações neuroplásticas benéficos pode ser facilitada com electroterapia não-invasiva, tais como a estimulação elétrica neuromuscular (EENM) e estimulação elétrica sensorial (SES). NMES envolve a estimulação elétrica coordenada dos nervos motores e os músculos para ativá-los com pulsos curtos contínuos de corrente elétrica, enquanto SES invoestimulação lves dos nervos sensoriais com corrente elétrica, resultando em sensações que variam de pouco perceptível a altamente desagradável. Aqui, a participação cortical ativa nos processos de reabilitação pode ser facilitada pela condução da eletroterapia não-invasiva com biosinais (eletromiograma (EMG), eletroencefalograma (EEG), eletrooculograma (EOG)) que representam percepção ativa e os esforços simultâneos volitiva. Para conseguir isso em um ambiente pobre em recursos, por exemplo, em países de baixa e média renda, apresentamos um baixo custo homem-máquina interface (HMI), aproveitando os recentes avanços na tecnologia de sensor de jogos de vídeo off-the-shelf. Neste artigo, discutimos a interface de software de fonte aberta que integra sensores de baixo custo off-the-shelf para biofeedback visual-auditivo com electroterapia não-invasivo para auxiliar o controle postural durante o balanço de reabilitação. Nós demonstramos a prova-de-conceito em voluntários saudáveis.

A Figura 4 mostra as características do olhar olho que foram extraídos offline para a quantificação de um desempenho capaz de corpo durante uma tarefa exercício suave. As seguintes características foram extraídos como se mostra no Quadro 1: Característica 1 = percentagem de desvio entre a posição alvo estímulo e o centróide dos pontos de fixação do participante quando o estímulo é mudando de p...

Uma nova interface homem-máquina de baixo custo para um sistema interativo de reabilitação do equilíbrio pós-AVC é apresentada neste artigo. O sistema integra sensores de baixo custo prontos para uso em direção ao paradigma de eletroterapia acionado por volição. A interface do software de prova de conceito é demonstrada em voluntários saudáveis.

A-máquina interface humana Integrando sensores de baixo custo com uma estimulação do sistema neuromuscular eléctrico para pós-AVC Reabilitação Balance

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 ...

O objetivo geral deste procedimento é aplicar a tecnologia de sensores de videogames em uma interface cérebro-máquina de baixo custo para reabilitação do equilíbrio. Isso é realizado primeiramente configurando o equipamento e o software de imagem cerebral e corporal móvel, ou MoBI. O segundo passo é posicionar os sensores MoBI no corpo para capturar dados fisiológ游戏副本Em seguida, um rastreador ocular é utilizado para avaliar os movimentos oculares de seguimento visual pós-AVC. O rastreamento ocular mostrará que índices relacionados ao olhar podem auxiliar na delimitação de déficits oculomotores pós-AVC, o que pode ser relevante para o planejamento da terapia visuomotora de equilíbrio. Então, sensores para estimulação elétrica neuromuscular, ou NMES, utilizados na terapia visuomotora de equilíbrio assistida, sob MoBI, são calibrados.O passo final consiste em coletar dados multissensores provenientes de sensores de baixo custo durante a terapia visuomotora de equilíbrio. Estamos ampliando essa tecnologia para a reabilitação domiciliar de pacientes acometidos por acidente vascular cerebral que sofrem com perda de equilíbrio. Nosso sistema inclui como ingrediente importante a terapia visuomotora de equilíbrio baseada no olhar, prognóstico dual e um espectro de olhar.Essa tecnologia, portadora de mudança de paradigma, registra como o sistema visual, o sistema motor e os sistemas de equilíbrio funcionam em conjunto após um acidente vascular cerebral e busca reabilitá-los por meio de treinamento. Em princípio, essa técnica pode ser utilizada em outras condições, como Transtorno do Espectro Autista, parkinsonismo, lesão cerebral traumática e também distúrbios psicomotores devido à depressão. Todos podem ser reabilitados nesse sistema de treinamento.Inicie obtendo uma tela de projeção para exibir o biofeedback visual. Ajuste a altura para que o centro da tela fique ao nível dos olhos do sujeito. Em seguida, posicione o sensor de captura de movimento à frente da tela de projeção e direcione-o para o volume de captura de movimento.Confirme que o volume de captura de movimento esteja entre 1,5 metro e 2,5 metros à frente do sensor de captura de movimento. Em seguida, posicione a prancha de equilíbrio no chão, a cerca de 2,0 metros de distância do sensor de captura de movimento. Deixe espaço suficiente ao redor da prancha de equilíbrio para garantir movimento completo do corpo.Para iniciar o posicionamento dos sensores para eletromiografia, ou EMG, no sistema de NMES, peça ao sujeito que se sente em uma cadeira. Posicione os eletrodos de EMG e NMES bilateralmente nos músculos Gastrocnêmio Medial e Tibial Anterior do sujeito. Em seguida, conecte os eletrodos ao sistema simulador sem fio de NMES.Em seguida, coloque o eletroencefalograma, ou capuz EEG, na cabeça do sujeito seguindo o sistema internacional 10-20. Use pasta condutiva para fixar os eletrodos, vistos aqui no couro cabeludo, antes de conectá-los ao capacete EEG sem fio. Posicione dois eletrodos EEG passivos acima e abaixo de um olho para captar o eletrooculograma vertical, ou EOG.Adicione mais dois ao perímetro externo de cada olho para capturar o EOG horizontal. Por fim, posicione dois eletrodos EEG passivos nos lóbulos das orelhas do sujeito para servir como eletrodos de referência EEG. Comece colocando o rastreador ocular logo abaixo do monitor de computador de feedback visual e conecte-o ao computador de feedback visual usando uma porta USB 3.Em seguida, peça ao sujeito para sentar-se à mesa a uma distância de 50 centímetros do rastreador ocular e ajuste o monitor do computador de feedback visual para que os olhos do sujeito fiquem no centro do monitor. No computador de feedback visual, abra o servidor Eye Tribe e o programa Eye Tribe When-You-Eye para verificar se os olhos do sujeito estão sendo detectados pela interface gráfica (Gooey) e para realizar posteriormente a rotina de calibração do rastreador ocular. A seguir, peça ao sujeito para olhar diretamente para o monitor do computador de feedback visual em busca de estímulos visuais.Execute a rotina de calibração do rastreador ocular clicando na aba calibrar na interface Gooey. Execute o estímulo visual ponto sublinhado dot exc na pasta smart eye para ativar a interface baseada em realidade virtual. Posteriormente, execute o programa smart eye dot exc presente na pasta smart eye para adquirir os dados de fixação ocular do sujeito, sincronizados com a tarefa baseada em realidade virtual.Pedir ao sujeito que siga os estímulos visuais fixos e móveis em várias posições na tela do computador de feedback visual, a fim de avaliar os movimentos oculares de perseguição após um acidente vascular cerebral. Primeiro, conectar o rastreador ocular e os sensores da plataforma de equilíbrio ao computador de feedback visual. Ligar a plataforma de equilíbrio, ou sensor BB.Pressione o botão no sensor BB para tornar o dispositivo remoto visível no menu. Clique no ícone de exibir ou ocultar na barra de tarefas do sistema e clique no ícone do dispositivo Bluetooth. Em seguida, clique na opção de dispositivo adicionado e pareie o BB como um dispositivo Bluetooth sem utilizar o código no computador de feedback visual.Uma vez que a prancha de equilíbrio esteja conectada ao computador de feedback visual, abra a pasta VBT e execute o arquivo We BB interface dot m para estabelecer a interface Matt lab BB. Peça ao sujeito para ficar em pé sobre a prancha de equilíbrio. Clique em OK para iniciar a calibração, insira o peso do sujeito e clique em OK novamente.Em seguida, conecte e ligue o sensor de captura de movimento ao computador de aquisição de dados e certifique-se de que ele tenha inicializado completamente, o que é indicado pela luz verde. Abra a pasta LSL e inicie o software Mocap para começar a transmissão dos dados do sensor de captura de movimento. Ligue os sistemas de aquisição de dados de EEG e EOG conectados ao computador de aquisição de dados.Para fazer isso, abra primeiro a pasta LSL e execute o servidor de aquisição VIBE com o arquivo LSL.cmd. Em seguida, selecione Emotiv EPOC no menu para EEG e EOG e configure o módulo clicando em propriedades do driver. Depois, clique em conectar e em reproduzir para iniciar o servidor de aquisição.Comece pedindo ao sujeito que fique em pé sobre a plataforma de equilíbrio e prenda um colete de segurança. Estabeleça um nível mínimo de NMES para a posição ereta ajustando a frequência de estimulação em 20 hertz. Em seguida, aumente a largura do pulso e o nível de corrente no software de NMES instalado no computador de aquisição de dados até que a posição ereta seja alcançada.Para o VBT assistido por NMES, peça ao sujeito que se sente em uma cadeira, de frente para o sensor de captura de movimento, com os pés sobre a plataforma de equilíbrio. Execute o programa calib sensors na pasta data collect para coletar dados de calibração de múltiplos sensores. Por fim, peça ao sujeito que realize movimentos máximos de alcance iniciados por si mesmo em diferentes direções, que afetem a localização do centro de massa no feedback visual.Inicie executando o programa de coleta de linha de base na pasta de coleta de dados para obter os dados de estado de repouso na linha de base, com os olhos abertos e por meio de múltiplos sensores. Para isso, peça ao sujeito que permaneça imóvel por dois minutos e olhe fixamente para o centro de massa na posição indicada no feedback visual. Em seguida, execute o programa VBT coletado na pasta de coleta de dados para obter os dados dos sensores durante o VBT.Conecte a saída de vídeo do computador de feedback visual à tela de projeção e execute o arquivo dot.exe das tarefas smart IVRT na pasta VBT do computador de feedback visual para iniciar a interface gráfica (Gooey) das tarefas smart IVRT. Em seguida, peça ao sujeito para prestar atenção ao áudio e ao estímulo visual na tela do computador e mover o cursor o mais rapidamente possível em direção aos alvos periféricos apresentados aleatoriamente. Após a Fase de Movimento, solicite que o sujeito mantenha o cursor na posição do alvo por um segundo.Após a fase de manutenção periférica, solicite que o sujeito retorne à posição de manutenção central enquanto o sistema adquire as coordenadas bidimensionais do centro de pressão e as coordenadas bidimensionais dos dados de fixação visual. As características do olhar foram coletadas com o rastreador ocular para quantificar o desempenho do sujeito durante uma tarefa de seguimento suave, visando comparação posterior com dados de VBT pós-acidente vascular cerebral. Em seguida, para o VBT, o protocolo utilizado modificou a tarefa de alcance funcional para quantificar a capacidade do sujeito de deslocar voluntariamente sua posição do centro de pressão o mais rapidamente possível sem perder o equilíbrio, sendo guiado por feedback visual.Aqui, os dados de EOG mostram que durante o VBT, a razão FD, ou razão da duração da fixação no alvo e da duração da fixação no cursor, aumentou enquanto o erro quadrático médio normalizado diminuiu. Ao tentar este procedimento, é muito importante considerar a segurança e o conforto do paciente com AVC. Espera-se que um sistema de reabilitação do equilíbrio baseado em realidade virtual seja capaz de tratar os distúrbios do equilíbrio em pacientes com AVC.Assim, seguindo este procedimento, outras medidas clínicas adicionais, como a avaliação clínica do equilíbrio e da mobilidade, podem estar longe de fornecer uma compreensão abrangente de como as medidas quantitativas se comparam a outros parâmetros clínicos padrão, de modo que possamos obter uma imagem completa do déficit funcional de um paciente com acidente vascular cerebral e possamos abordar essa questão de forma abrangente na reabilitação.

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Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neurociência

Desenvolvimento de um sistema cérebro-máquina-interface eficaz (IMC) para a restauração e reabilitação da locomoção bípede requer decodificação precisa da intenção do usuário. Aqui apresentamos um protocolo experimental romance e técnica de coleta de dados para aquisição simultânea não-invasivo de atividade neural, a atividade muscular e cinemática do corpo inteiro durante várias tarefas e condições de locomoção.

Eletroencefalografia simultânea Scalp (EEG), eletromiografia (EMG), e gravação de inércia segmentar de corpo inteiro para Multi-modal Neural Decoding

Uma plataforma de sessão foi desenvolvida e montada que desestabiliza passivamente a postura de assento em seres humanos. Durante a tarefa de estabilização do usuário, uma unidade de medida inercial registra o movimento do dispositivo, e elementos vibratórios entregam feedback baseado em desempenho para o assento. O dispositivo portátil, versátil pode ser usado em paradigmas de formação, avaliação e reabilitação.

Um dispositivo Vibrotactile Feedback para avaliação do equilíbrio sentado e formação

Indivíduos com instabilidade crônica do tornozelo (CAI) apresentam deficiência de controle postural e ativação muscular retardada das extremidades inferiores. A posturografia dinâmica computadorizada combinada com a eletromisografia superficial fornece insights sobre a coordenação dos sistemas visual, somatossensorial e vestibular com regulação de ativação muscular para manter a estabilidade postural em indivíduos com CAI.

Avaliação do controle postural e ativação muscular de extremidade inferior em indivíduos com instabilidade crônica do tornozelo

Este protocolo descreve o processo para a realização de uma avaliação neurofisiológica dos músculos da extremidade inferior, tibialis anterior e soleus, em posição de pé usando TMS em pessoas pós-acidente vascular cerebral. Esta posição proporciona uma maior probabilidade de obter uma resposta TMS pós-acidente vascular cerebral e permite o uso de energia estimuladora reduzida durante avaliações neurofisiológicas.

Avaliação neurofisiológica permanente dos músculos da extremidade inferior pós-derrame

Este manuscrito fornece um método inovador para o desenvolvimento de uma interface biológica do nervo periférico denominada Muscle Cuff Regenerative Peripheral Nerve Interface (MC-RPNI).  Esta construção cirúrgica pode amplificar os sinais eferentes motores do nervo periférico associado para facilitar a detecção precisa da intenção motora e o controle potencial de dispositivos exoesqueletos.

A Interface Regenerativa do Nervo Periférico do Manguito Muscular para a Amplificação de Sinais Nervosos Periféricos Intactos

Estima-se que 1 em cada 6 indivíduos no mundo terá um acidente vascular cerebral ao longo da vida, causando incapacidade a longo prazo, cujos mecanismos de reabilitação ainda são pouco compreendidos. Este estudo propõe um protocolo para avaliar a ativação cerebral por espectroscopia funcional no infravermelho próximo (fNIRS) durante uma sessão de terapia robótica de membros inferiores.

Um experimento usando espectroscopia funcional no infravermelho próximo e movimentos de apontar multi-articulações assistidas por robô do membro inferior

Este protocolo descreve um robô de reabilitação de membros superiores que fornece feedback inteligente por meio de quatro modos. Esses modos melhoram a função e a flexibilidade dos membros superiores, melhorando assim a qualidade de vida dos pacientes.

Melhorando a função do membro superior e as habilidades motoras pós-AVC por meio de um robô de reabilitação de membros superiores

Este protocolo experimental descreve o uso de um sistema robótico orientado a tarefas de membros superiores duplos para pacientes com AVC com disfunção do membro superior. Os resultados indicam que esse sistema pode melhorar significativamente a função dos membros superiores e as atividades de vida diária dos pacientes com AVC.

Aplicação de um sistema robótico orientado a tarefas de membro superior duplo para a recuperação funcional do membro superior em pacientes com AVC

Este estudo apresenta um sistema de interface cérebro-computador (BCI) para pacientes com AVC, que combina sinais de eletroencefalografia e eletrooculografia para controlar uma mão robótica de membro superior, aprimorando as atividades diárias. A avaliação utilizou o Teste Bimanual de Berlim para AVC (BeBiTS).

Sistema robótico de membro superior controlado por interface cérebro-computador para melhorar as atividades diárias em pacientes com AVC

Esse protocolo visa avaliar a eficácia clínica e o conforto do paciente ao utilizar robôs de reabilitação de membros inferiores ao lado do leito para a reabilitação de hemiplegia pós-AVC, comparando os resultados com os da terapia manual tradicional por meio de ensaios clínicos randomizados.

Aplicação de Robôs de Reabilitação de Membros Inferiores à Pé do Camo na Reabilitação de AVC: Um Ensaio Clínico Randomizado

Aprenda a desenvolver uma interface de baixo custo para reabilitação do equilíbrio pós-AVC utilizando sensores de videogame e estimulação neuromuscular elétrica. Este método integra tecnologia acessível para melhorar resultados terapêuticos.

A-máquina interface humana Integrando sensores de baixo custo com uma estimulação do sistema neuromuscular eléctrico para pós-AVC Reabilitação Balance (Vídeo) | JoVE Journal

A-máquina interface humana Integrando sensores de baixo custo com uma estimulação do sistema neuromuscular eléctrico para pós-AVC Reabilitação Balance

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