En struktureret Rehabilitering Protokol for Forbedret multifunktionelle Prosthetic Control: et casestudie

Summary

As prosthetic development moves towards the goal of natural control, harnessing amputees’ inherent ability to learn new motor skills may enable proficiency. This manuscript describes a structured rehabilitation protocol, which includes imitation, repetition, and reinforcement learning strategies, for improved multifunctional prosthetic control.

Abstract

Fremskridt i robotsystemer har resulteret i proteser til overekstremiteterne, der kan producere multifunktionelle bevægelser. Men disse sofistikerede systemer kræver øvre lemmer amputerede til at lære komplekse kontrol ordninger. Mennesker har evnen til at lære nye bevægelser gennem imitation og andre læringsstrategier. Denne protokol beskriver en struktureret rehabilitering metode, som omfatter efterligning, gentagelse, og styrkelse læring, og har til formål at vurdere, om denne metode kan forbedre multifunktionelle protese kontrol. En venstre under albue amputeret, med 4 års erfaring i proteser brug, deltog i dette casestudie. Protesen anvendte var en Michelangelo hånd med håndleddet rotation og de tilføjede funktioner i håndled fleksion og ekstension, som tillod flere kombinationer af håndbevægelser. Deltagerens Southampton Hand Assessment Procedure score forbedret 58-71 efter struktureret træning. Dette antyder, at en struktureret uddannelse protokol IMITationer gentagelse og forstærkning kan spille en rolle i at lære at styre en ny protese hånd. En større klinisk studie er dog forpligtet til at understøtte disse resultater.

Introduction

Udskiftning af håndfunktion i amputerede er en vanskelig bestræbelse. Koordinering højtuddannede håndbevægelser er ikke en medfødt evne, og tager mennesker år at lære at udvikle sig. ^1-5 Efter den traumatiske tab af en hånd, replikere denne kapacitet ved protetiske midler er ikke en triviel opgave, og kan kræve en periode med vedvarende læring .

Protese design og interface metoder til deres kontrol er underlagt hurtige teknologiske innovationer, med det mål at multifunktionelle kontrol på en naturlig måde. ⁶ kompleksiteten af disse kontrolsystemer øges væsentligt at give flere funktioner til amputerede. For at sikre en nøjagtig styring af disse systemer, og for at reducere opgivelse af nye teknologier, der skal etableres passende uddannelse. Dette vil sandsynligvis være mere vellykkede, hvis den er baseret på de amputerede 'iboende læringsstrategier.

Vision kan spille en vigtig rolle under leArning af håndbevægelser. Adfærdsmæssige undersøgelser har vist, at ved at observere andres handlinger ⁷ eller ved hjælp af visuelle referencer ^8, raske individer lærer og koordinere nye bevægelser. Gennem en proces med observation, forståelse og udførelse af en observeret handling, individer er i stand til at efterligne andres handlinger. Specifikke kortikale netværk, som kan omfatte et spejl-neuron systemet (MNS), menes at ligge til grund denne evne, og kan have en rolle i at kontrollere proteser. ^9-11

Den rolle, som imitation måske ikke være begrænset til at udføre handlinger, der allerede er set, men sammen med MNS, tillade udførelse af bevægelser, der endnu ikke er observeret, men ekstrapoleret fra observatørens motor repetoire. ¹² Faktisk imitation kan ikke nødvendigvis være en medfødt evne, men en accruement af motoriske færdigheder over tid, der fører til erfarne og avancerede handlinger. ¹³ st, har vist rength for at observere handlinger over simpelthen forestille dem til at forbedre lære nye opgaver. ¹⁴ kan således efterligning være en pragmatisk tilgang til uddannelse amputerede, som tyder det et mål rettet proces ^15, med målet i rehabilitering indstilling gøre det muligt for nyttige protese håndfunktion.

Rehabilitering undersøgelser har separat vist, at visuelle signaler, såsom virtuelle simuleringer af en protese hånd, opmuntre amputerede under genoptræning træning. ^16. Derudover har vist brugen af gentagelse, når den udføres i en blokeret paradigme for at muliggøre hurtig indlæring af øverste lemmer protese kontrol. ¹⁷ Mens virtuelle simuleringer har vist sig at være lige så effektive som reel kontrol af proteser hænder muliggør abled-body-brugere at styre myoelektriske enheder, ¹⁸ deres effekt på amputerede hjælp standardiserede effektmål er ikke klart. Endelig når protokoller for øvre lemmer ampuførelse uddannelse findes, rolle imitation i indlæring af proteser kontrol ikke eksplicit diskuteret. ^19,20

Denne undersøgelse sigter mod forståelse, hvis brugen af ​​imitation, i kombination med repetition og armering, har en positiv indvirkning på indlæring af multifunktionelle protese kontrol som led i et struktureret træningsprogram.

Præsenteret heri er en case-rapport om en transradial amputeret der var uddannet til at bruge en multifunktionel protese hånd. Deltageren havde tidligere vænnet sig til at drive traditionelle myoelektriske proteser. Ved hjælp af visuelle referencer, både i form af efterligning af en sund demonstrant og så enkel computer visuel feedback, amputationspatienten hurtigt forbedret håndtering af sin nye enhed.

Protocol

Denne undersøgelse blev gennemført i overensstemmelse med Helsinki-erklæringen, som er godkendt af den lokale videnskabsetiske komité. Undersøgelsen blev forklaret i detaljer til deltageren før påbegyndelse, så deltageren tiden at afveje beslutningen til frivilligt at deltage i undersøgelsen, og bekræft hans deltagelse ved informeret, skriftlig tilladelse. Bemærk: En mand, i alderen 27 år, deltog i undersøgelsen. Deltageren havde normalt syn, blev en venstre under-albue amputere…

Representative Results

Baseline shap ydeevne deltageren med sin daglige protese var 81 målt ved det kliniske personale 8 måneder før testning. En shap score på 100 repræsenterer raske og rørige håndfunktion. 24 Deltageren scoret en samlet shap score på 58 under den naive session med de mere avancerede protese kontrolsystem. Men 3 måneder senere og uden yderligere interaktion med det nye system, bortset fra den strukturerede træning, deltageren opnået en shap score på 71 med den samme avancerede system (tabel 2)….

Discussion

Vores resultater tyder på, for deltageren i denne undersøgelse, at struktureret træning bidraget til at forbedre kontrollen med en multifunktionel protese hånden under en enkelt session. Den strukturerede program her anvendte var en kombination af efterligning, gentagelse og styrkelse af håndbevægelser at deltageren ikke var i stand til at fuldføre sin traditionelle protese hånd.

Selv deltageren scorede højere med sin traditionelle protese i Shap testen, er det værd at bemærke, at…

Materials

Michelangelo Hand	Otto Bock Healthcare Products GmbH, A	8E500=L-M
AxonRotation	Otto Bock Healthcare Products GmbH, A	9S503
Wrist Flexor	Otto Bock Healthcare Products GmbH, A	–	prototype unit
AxonMaster	Otto Bock Healthcare Products GmbH, A	13E500
Electrode	Otto Bock Healthcare Products GmbH, A	13E200=50AC
ScissorFenceElectrodeCarrier	Otto Bock Healthcare Products GmbH, A	–	prototype unit
Acquisition Software	Otto Bock Healthcare Products GmbH, A	–	prototype unit
Carbon shaft	Otto Bock Healthcare Products GmbH, A	–	prototype unit