Robotic Espelho Sistema de Terapia de recuperação funcional de hemiplégicos Braços
15 de agosto de 2016
Nós desenvolvemos um sistema de espelho robô em tempo real para a recuperação funcional dos braços hemiplégicos utilizando tecnologia de controle automático, realizaram um estudo clínico em indivíduos saudáveis, e as tarefas determinadas por meio de feedback de médicos de reabilitação. Esta simples robô espelho pode ser aplicada de forma eficaz para a terapia ocupacional em pacientes com AVC com um braço hemiplégico.
O objetivo geral deste procedimento é introduzir um sistema de terapia de espelho robótico em tempo real para recuperação funcional de braços hemiplégicos. Este método pode ajudar a responder a questões-chave na pesquisa de engenharia biomédica de neuroreabilitação translacional, mostrando que a recuperação funcional de braços hemiplégicos com terapia ocupacional avançada é alcançável. A principal vantagem dessa terapia robótica de espelho é que ela pode aumentar a entrada proprioceptiva para o córtex sensorial, o que é muito importante na neuroplasticidade cerebral para pacientes com AVC.
Indivíduos novos neste método podem ter dificuldades, pois foi complicado desenvolver o protocolo de software e montar estruturas e motores. Tivemos a ideia desse método pela primeira vez quando observamos a neuroterapia convencional, que era limitada porque o braço hemiplégico não estava realmente se movendo. A demonstração visual desse método é crítica, pois as configurações do sensor, montagem e configuração da terapia robótica do espelho são difíceis de aprender.
Comece obtendo um sistema de referência de três atitudes e rumo, ou sensores AHRS, e conecte-os a um computador, um de cada vez, com um conector USB. Use o software de comunicação para definir as configurações gerais do sensor no computador. Defina cada sensor para RS 232.
E selecione a porta COM. Em seguida, defina a taxa de transmissão para 115, 200 bits por segundo. Bits de dados para oito.
Paridade para nenhuma. Pare os bits para um. E o controle de fluxo para nenhum.
Para verificar a porta COM, clique no botão home no canto inferior esquerdo. Clique com o botão direito do mouse no computador, selecione propriedades, gerenciador de dispositivos e clique na guia da porta para expandi-la. Uma vez estabelecida a comunicação, o hiperterminal exibirá as leituras do sensor.
Em seguida, defina os canais e atribua IDs diferentes para cada sensor. Repita a configuração, a verificação da porta COM e a atribuição de canal e ID para cada sensor. Por fim, defina o formato de saída como quatérnios.
E configure os sensores para exibir a reserva da bateria. Comece a montar o motor da junta do cotovelo colocando um dos corpos de acoplamento com um rasgo de chaveta no eixo do motor. E fixando-o usando um parafuso sextavado M5.
Prenda a tampa do cilindro oco do acoplamento do cotovelo ao motor do cotovelo usando quatro parafusos de cabeça cilíndrica M5 de 10 milímetros. E coloque um segundo corpo de acoplamento de buffer em cima do primeiro corpo de acoplamento. Em seguida, conecte o rolamento de esferas na estrutura do telhado do cotovelo e prenda-o com quatro parafusos de cabeça cilíndrica M4 de oito milímetros.
Em seguida, conecte o eixo de dispersão da força do motor do cotovelo no suporte do cotovelo inferior e prenda-o com quatro parafusos de cabeça cilíndrica M3 de seis milímetros. Em seguida, coloque o apoio do cotovelo superior em cima do suporte do cotovelo inferior e prenda-o usando oito parafusos de cabeça cilíndrica M3 de 12 milímetros. Coloque a parte C na parte superior, a parte B no meio e outro corpo de acoplamento na parte inferior.
Junte-os e prenda o corpo do acoplamento com um parafuso sextavado M5 de 10 milímetros. Em seguida, prenda a parte A na parte inferior deste conjunto com quatro parafusos de cabeça cilíndrica M5 de 15 milímetros. Em seguida, prenda uma tampa de cilindro oca de acoplamento de pulso inferior com o motor de pulso, usando quatro parafusos de cabeça cilíndrica M4 de 10 milímetros.
Em seguida, coloque um corpo de acoplamento no eixo do motor. Prenda-o com um parafuso sextavado M4 e siga com um corpo de acoplamento tampão na parte superior. Prenda um anel de redução de atrito na parte superior da estrutura do teto do pulso com fita dupla-face.
Em seguida, conecte o eixo de dispersão de força do motor de pulso na alça e prenda-o usando quatro parafusos de cabeça cilíndrica M2.5. Junte a parte F na parte superior, a parte E no meio e um corpo de acoplamento na parte inferior. Fixe o corpo do acoplamento com um parafuso sextavado M4 de 10 milímetros.
Adicione uma tampa de cilindro oca de acoplamento de pulso superior à parte inferior deste conjunto, usando quatro parafusos de cabeça cilíndrica M3 de 10 milímetros. Em seguida, prenda a parte D na parte inferior da tampa do cilindro oco do acoplamento do pulso superior usando quatro parafusos de cabeça cilíndrica de 15 milímetros. Em seguida, prenda dois limitadores de movimento de junção, envoltos em esponjas por razões de segurança, e dois colares de eixo com alavancas, usando quatro parafusos de cabeça cilíndrica M4 de 15 milímetros.
Em seguida, deslize os colares do eixo na parte G nos eixos e use dois colares de eixo normais para prender os eixos e a estrutura do telhado do pulso juntos, usando oito parafusos de cabeça cilíndrica M3 de oito milímetros. Prenda os colares de eixo adicionais com o suporte do cotovelo inferior usando quatro parafusos de cabeça cilíndrica M4 de 15 milímetros. Em seguida, junte as duas partes e prenda com uma alavanca.
Por fim, prenda uma parede de suporte ao conjunto usando seis parafusos de cabeça cilíndrica M4 de 15 milímetros e prenda um suporte de mesa usando seis parafusos de cabeça cilíndrica M6 de 15 milímetros. Comece colocando os sensores AHRS na alça, na armação do pulso e na borda da plataforma no lado saudável do participante, certificando-se de alinhá-los em paralelo com a orientação do robô. Em seguida, inicie o software de terapia no computador.
Escolha o lado hemiplégico clicando no botão do interruptor do lado do paciente. Defina os seguintes limites de ângulo articular: flexão do cotovelo em menos de 50 graus, extensão do cotovelo em mais de 70 graus negativos, flexão do punho em menos de 80 graus e extensão do punho em mais de 60 graus negativos. Em seguida, defina o valor da velocidade entre zero e 22.5 RPM para o motor do cotovelo.
Use um valor de velocidade entre zero e 33 RPM para o motor de pulso e defina também os valores máximos de aceleração e desaceleração. Em seguida, ligue todos os sensores AHRS. Em seguida, execute o programa clicando no botão de seta no canto superior esquerdo do programa.
Quando o prompt Salvar como" aparecer, escreva o nome do arquivo para os dados de resultados e pressione OK. Finalmente, enquanto o robô e o braço saudável estão na posição inicial, onde ambas as mãos estão afastadas do corpo e paralelas uma à outra, pressione o botão de calibração para iniciar os valores do sensor em zero. Comece informando ao participante que ele usará seu braço saudável para completar um conjunto de tarefas de terapia de espelho. A bola em buracos, jogo de futebol, rastreamento de pontos e movimentação de uma tarefa de copo.
Para a tarefa bola em buracos, coloque uma pequena bola no buraco escolhido, semelhante ao jogo de bilhar. Da mesma forma, para o jogo de futebol, drible e coloque uma pequena bola em um gol, como em um jogo de futebol real. Em seguida, para a tarefa de rastreamento de pontos, use adesivos numerados colocados em uma mesa como guia para mover repetidamente uma alça em ordem numérica.
E então retorne na direção inversa. Finalmente, para a tarefa de mover uma xícara, pegue uma xícara com a alça e empurre-a para o local escolhido. Repita até que cinco minutos tenham decorrido.
Aqui, os resultados são mostrados de um paciente que sofreu uma hemorragia nos gânglios da base direita há 19 meses e recebeu terapia com espelho robótico por duas semanas. A avaliação de Fugl-Meyer do braço hemiplégico melhorou de 12 para 17 após dez sessões. Além disso, a escala de Ashworth modificada dos flexores do cotovelo, medindo a espasticidade, foi reduzida de grau dois para um plus.
E a potência de pinça lateral esquerda foi aumentada de zero para três libras. Uma vez dominada, a terapia do espelho robótico pode ser concluída em 40 minutos, se for realizada corretamente. Ao realizar este procedimento, é importante saber que a ilusão de sincronização
Após seu desenvolvimento, este procedimento abrirá caminho para a pesquisa no campo da neurorreabilitação para explorar os efeitos da terapia ocupacional avançada para melhorar a propriocepção em pacientes com legiões cerebrais, como acidente vascular cerebral. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como fazer e conduzir um sistema de terapia de espelho robótico em tempo real para recuperação funcional de braços hemiplégicos.
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Visão Geral
Este estudo apresenta um sistema de terapia com espelho robótico em tempo real destinado a facilitar a recuperação funcional dos braços hemiplégicos. O método aumenta a entrada proprioceptiva para o córtex sensorial, essencial para a neuroplasticidade em pacientes com acidente vascular cerebral.
Componentes Principais do Estudo
Área da Ciência
- Neuroreabilitação
- Terapia robótica
- Recuperação de acidente vascular cerebral
Antecedentes
- A neuroterapia convencional frequentemente limita o movimento do braço hemiplégico.
- A terapia robótica com espelho visa abordar essa limitação.
- A entrada proprioceptiva é vital para a neuroplasticidade cerebral.
- O desenvolvimento do software e a montagem do sistema foram complexos.
Objetivo do Estudo
- Demonstrar a viabilidade da terapia com espelho robótico para braços hemiplégicos.
- Aprimorar os resultados da terapia ocupacional em pacientes com acidente vascular cerebral.
- Fornecer uma demonstração visual para melhor compreensão do método.
Métodos Utilizados
- Desenvolvimento de um sistema robótico com espelho em tempo real.
- Estudo clínico conduzido com sujeitos saudáveis.
- Feedback de médicos da reabilitação para determinar as tarefas.
- Montagem de estruturas e motores para o sistema robótico.
Resultados Principais
- A terapia com espelho robótico pode auxiliar eficazmente na recuperação de membros hemiplégicos.
- A entrada proprioceptiva aprimorada contribui para a neuroplasticidade.
- As demonstrações visuais são essenciais para compreender a configuração.
- O feedback de clínicos ajudou a aperfeiçoar as tarefas da terapia.
Conclusões
- O sistema de terapia com espelho robótico mostra potencial para a reabilitação após acidente vascular cerebral.
- São necessários mais estudos para otimizar o método.
- O treinamento visual e prático é crucial para a implementação eficaz.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
A terapia com espelho robótico aborda uma lacuna crítica na neuroreabilitação ao permitir o movimento real do braço hemiplégico, aumentando assim a entrada proprioceptiva para o córtex sensorial. Esse avanço sustenta a neuroplasticidade e a recuperação funcional em pacientes pós-AVC, oferecendo um caminho translacional de modelos pré-clínicos para a terapia ocupacional clínica. A viabilidade do sistema em sujeitos saudáveis e em pacientes com AVC crônico demonstra potencial para reduzir riscos em hipóteses terapêuticas dentro dos fluxos de reabilitação motora.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biotecnologia Farmacêutica
Descoberta Inicial e Validação de Alvo
- Valor Científico: Permite investigar o envolvimento do córtex motor por meio do feedback proprioceptivo em tempo real durante o movimento do braço hemiplégico.
- Valor Operacional: Oferece uma plataforma quantificável para avaliar a integração sensoriomotora como biomarcador de neuroplasticidade.
- Valor Preditivo: Apoia a validação de alvos ao associar movimentos assistidos por robótica a melhorias nas escalas de Fugl-Meyer e Ashworth.
Triagem e Desenvolvimento de Ensaios
- Valor Científico: Padroniza a aplicação da terapia por meio de retroalimentação em malha fechada utilizando sensores AHRS e motores de corrente contínua sem escovas para controle reprodutível do ângulo articular.
- Valor Operacional: Permite o rastreamento de movimentos com alta fidelidade e em tempo real, essencial para a modelagem dose-resposta na triagem de reabilitação.
- Prontidão do Ensaio: Facilita a preparação de métricas validadas de saída motora para avaliação posterior de compostos ou dispositivos neuroterapêuticos.
Pesquisa Translacional e Pré-clínica
- Continuidade Translacional: Conecta descobertas mecanicistas da fase de pesquisa (neuroplasticidade impulsionada pela propriocepção) com validação pré-clínica em modelos crônicos de acidente vascular cerebral.
- Sistema Relevante para a Doença: Simula treinamentos de atividades da vida diária (AVD) por meio de tarefas selecionadas pelo clínico, como colocar bolas em orifícios e mover copos.
- Avanço Ajustado ao Risco: Demonstra segurança e viabilidade em indivíduos saudáveis antes da aplicação em pacientes, apoiando decisões de prosseguir ou interromper o desenvolvimento.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
O sistema robótico de terapia com espelho se insere no contínuo de descobertas em neuroreabilitação, apoiando a verificação de hipóteses na fase inicial de descoberta, o desenvolvimento de ensaios para triagem da função motora e a validação translacional em modelos pré-clínicos.
- Biologia da Descoberta: Testa a hipótese de que a entrada proprioceptiva aprimorada induz a ativação do córtex sensoriomotor e a recuperação motora.
- Triagem: Fornece uma saída motora padronizada e quantificável (ângulo articular, velocidade, conclusão da tarefa) para avaliar intervenções terapêuticas.
- Análise: Gera desfechos clínicos longitudinais (Fugl-Meyer, Ashworth, força de preensão) para comparar os estados pré e pós-terapia.
- Pesquisa Translacional: Conecta mecanismos neurofisiológicos a desfechos funcionais nas atividades da vida diária, apoiando o alinhamento de biomarcadores.
- Reutilização Empresarial: Projetado como um módulo complementar à terapia com espelho convencional, permitindo implantação escalável em diferentes centros de reabilitação.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Reduz a ambiguidade mecanicista ao isolar a contribuição proprioceptiva para a neuroplasticidade por meio do movimento real do membro.
- Valor Operacional: Garante reprodutibilidade por meio da calibração dos sensores, limites articulares e controles de velocidade embutidos no protocolo terapêutico.
- Valor Estratégico: Melhora a confiança na tomada de decisão (ir/não ir) ao demonstrar ganhos funcionais em pacientes com AVC crônico dentro de um período de duas semanas.
- Impacto no Portfólio: Permite a priorização ajustada ao risco de tecnologias de neuroreabilitação com base na recuperação motora mensurável e na redução da espasticidade.
Considerações sobre a Implementação
- Requer experiência em integração de sensores (AHRS), controle de motores e montagem robótica para articulações do cotovelo e punho.
- Depende de instrumentação incluindo sensores conectados por USB, motores de corrente contínua sem escovas e software de retroalimentação em tempo real.
- Necessita padronização entre equipes de engenheiros e clínicos para seleção de tarefas e protocolos de segurança.
- Envolve considerações de adaptação para diferentes antropometrias de pacientes e níveis de espasticidade por meio de limites ajustáveis nas articulações.
- Limitado pela complexidade técnica do desenvolvimento de protocolos de software e montagem de hardware, conforme observado nos desafios de integração de usuários.
