Структурный Протокол реабилитации Улучшение Многофункциональный ортопедической контроля: тематическое исследование

Общая цель этой процедуры — научить людей с ампутированными верхними конечностями использовать современные протезы конечностей. Это достигается за счет использования присущих людям с ампутированными конечностями стратегий обучения для руководства реабилитацией. Первый шаг состоит в том, чтобы попросить пациента имитировать и повторить движения, выполняемые демонстратором.

Затем пациент взаимодействует с компьютерной системой для закрепления обучения и обучения алгоритмов управления протезом. Завершающим этапом для пациента является самостоятельное управление усовершенствованным протезом конечности. В конечном счете, структурированное обучение реабилитации используется для того, чтобы показать, что использование врожденных стратегий обучения у людей с ампутированными конечностями улучшает продвинутый контроль над протезированием.

Так что впервые у меня появилась идея этого метода, когда мы пытались обучить человека с ампутированной конечностью управлять усовершенствованным протезом конечности. К сожалению, существующие методы распознавания образов оказались неэффективными. Визуальная демонстрация этого метода имеет решающее значение, поскольку сам метод полностью визуален, и для врачей, а также инженеров важно учитывать его при обучении пациентов, а не только алгоритмов.

Начните с подбора индивидуальной гильзы и протеза участнику. Откалибруйте протезное оборудование и используйте собранные данные калибровки для контроля протеза. Не давайте участнику никакого формального обучения, однако проинструктируйте его, что он выполнит восемь действий, включая одно состояние покоя с протезом конечности, которое позволит контролировать визуальную цель на экране компьютера.

Покажите на экране статичное изображение движения и попросите участника следовать визуальной подсказке. Затем покажите участнику уникальные и специфические полярные графики, которые соответствуют их электромиографическим или ЭМГ-диаграммам. Предложите участнику следовать визуальной подсказке, указывая на экран.

Повторите задание три раза с разными положениями рук. Расслабленный, небрежный, тянущийся вперед и тянущийся поперек. Чтобы улучшить системную тренировку, выполните все восемь действий и три уровня силы для каждой позиции руки, чтобы собрать в общей сложности 72 отдельных образца системной тренировки.

После завершения тренировки используйте наборы тренировочных данных этого сеанса для калибровки и регулировки протеза, чтобы участник мог практиковаться в управлении в режиме реального времени. Позвольте участнику управлять протезом путем последовательного пропорционального управления или по одному движению за раз со скоростью устройства, пропорциональной уровням мышечных сокращений. После того, как каждое из восьми действий будет выполнено повторяемым и надежным образом, переключите схему управления на пропорциональное и одновременное управление, позволяющее более одного движения запястья одновременно.

Затем попросите участника попрактиковаться в простых задачах, таких как поднятие простого предмета и кладка его на бок. Дайте отдохнуть два часа. Прежде чем завершить оценку результатов, оцените работу участника с помощью процедуры оценки рук в Саутгемптоне или измерения исхода SHA.

Сравните баллы SHAP с базовым измерением с использованием стандартного протеза участника. Убедитесь, что у участника не будет доступа к кастомизированному протезу и алгоритмам управления после завершения наивного сеанса. Через три месяца после проведенной наивной сессии структурированная тренировочная сессия структурирует тренировочную сессию в следующем порядке: имитация, повторение, подкрепление и контроль протезирования.

Для имитации проинструктируйте участника непосредственно имитировать желаемые восемь действий, выполняемых демонстратором в режиме реального времени. Для этого посадите участника под углом 45 градусов от демонстратора и обеспечьте беспрепятственный обзор руки демонстратора в соответствии с поражаемой стороной участника. Выполняйте каждое действие в течение трех секунд.

Для повторения. Попросите участника повторить действие, которое было имитировано 10 раз, в течение 30 секунд. Без каких-либо визуальных подсказок наблюдайте за соответствующей ЭМГ-активностью, представленной полярными графиками каждого движения.

Затем, для подкрепления, предоставьте участнику визуальную обратную связь о его восьми действиях в точности так, как это было на наивном сеансе. Попросите участника выполнить эти действия, просматривая полярные графики в реальном времени с наложением записанного движения, чтобы закрепить обучение. Убедитесь, что обучение с подкреплением точно такое же, как и обучение, проводимое во время предыдущей сессии.

После завершения тренировки используйте наборы тренировочных данных этого сеанса для калибровки и регулировки протеза, чтобы участник мог практиковаться в управлении в режиме реального времени. Позвольте участнику свободно управлять протезом путем последовательного пропорционального управления или по одному движению за раз со скоростью устройства, пропорциональной уровням мышечных сокращений. После того, как каждое из восьми действий будет выполнено повторяемым и надежным образом, переключите схему управления на пропорциональное и одновременное управление, допускающее более одного движения запястья за раз, предложите участнику попрактиковаться в простых задачах, таких как поднятие простого предмета и кладка его на бок.

Дайте 24 часа отдыха перед завершением оценки результатов. Наконец, оцените производительность участника с помощью показателя результата shap. Сравните баллы SHAP с базовым измерением с использованием стандартного протеза участника.

Этот протокол описывает структурированный метод реабилитации, который включает в себя имитацию, повторение и стратегии обучения с подкреплением для улучшения многофункционального контроля протеза. Здесь баллы SHAP сравниваются между исходной предыдущей сессией и структурированной тренировочной сессией. Результаты теста shap показали, что наибольшие улучшения были достигнуты во время заданий, в которых использовались сгибательные и разгибательные движения запястья, которые эта новая схема управления и индивидуальный протез обеспечивали по сравнению со стандартным протезом участника.

После этой процедуры пациенты с ампутированными верхними конечностями могут быстро научиться контролировать одновременные движения усовершенствованного протеза конечности, сохраняя при этом безопасность и надежность традиционного пропорционального контроля всех движений.