Summary

Un protocolo de rehabilitación estructurado para Mejorar Multifuncional protésica Control: Un estudio de caso

Published: November 06, 2015
doi:

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

Los avances en sistemas robóticos han dado lugar a prótesis para la extremidad superior que puede producir movimientos multifuncionales. Sin embargo, estos sistemas sofisticados requieren amputados de extremidades superiores para aprender esquemas de control complejos. Los seres humanos tienen la capacidad de aprender nuevos movimientos a través de la imitación y otras estrategias de aprendizaje. Este protocolo describe un método de rehabilitación estructurado, que incluye la imitación, la repetición y aprendizaje por refuerzo, y tiene como objetivo evaluar si este método puede mejorar el control de prótesis multifuncional. A la izquierda debajo amputado codo, con 4 años de experiencia en el uso de prótesis, tomaron parte en este estudio de caso. La prótesis utilizada fue una mano de Miguel Ángel con la rotación de la muñeca y las características adicionales de flexión de la muñeca y extensión, lo que permitió más combinaciones de movimientos de la mano. Puntuación de Procedimiento de Evaluación de Southampton mano del participante mejoró 58-71 después del entrenamiento estructurado. Esto sugiere que un protocolo de entrenamiento estructurado de imitación, la repetición y el refuerzo pueden tener un papel en aprender a controlar una nueva prótesis de mano. Sin embargo un estudio clínico más grande se requiere para apoyar estos hallazgos.

Introduction

Sustitución función de la mano en amputados es una tarea difícil. La coordinación de movimientos de la mano altamente cualificados no es una habilidad innata, y toma humanos años de aprender a desarrollar. 1-5 Después de la pérdida traumática de un lado, replicando esta capacidad por medio de prótesis no es una tarea trivial y puede requerir un período de aprendizaje sostenido .

Diseño de prótesis y los métodos de interfaz para su control están sujetos a rápidas innovaciones tecnológicas, con el objetivo de control de múltiples funciones de una manera natural. 6 La complejidad de estos sistemas de control aumenta sustancialmente para proporcionar más funciones para los amputados. Para garantizar un control preciso de estos sistemas, y para reducir el abandono de las nuevas tecnologías, la capacitación adecuada debe ser establecida. Esto es probable que tenga más éxito si se basa en estrategias de aprendizaje inherentes a los amputados.

La visión puede desempeñar un papel importante durante leADVERTENCIA de movimientos de la mano. Los estudios de comportamiento han demostrado que mediante la observación de las acciones de los otros 7 u 8 utilizando señales visuales, las personas sin discapacidad aprenden y coordinar nuevos movimientos. A través de un proceso de observación, comprensión y ejecución de una acción observada, los individuos son capaces de imitar las acciones de otros. Redes corticales específicas, que pueden incluir un sistema de neuronas espejo (MNS), se cree que la base de esta capacidad, y pueden tener un papel en el control de las prótesis. 9.11

El papel de la imitación no sólo podría limitarse a la ejecución de las acciones que ya se han visto, pero junto con los MNS, permite la ejecución de movimientos que aún no han sido observados, pero extrapolados de repertorio motor del observador. 12 En realidad, la imitación no necesariamente sea ​​una habilidad innata, sino un devengo de las habilidades motoras a través del tiempo que llevan a acciones experimentados y sofisticados. El 13 strength de observar las acciones, más simplemente imaginando ellos, se ha demostrado que mejora el aprendizaje de nuevas tareas. 14 Por lo tanto, la imitación puede ser un enfoque pragmático para amputados de formación, ya que la evidencia sugiere que un proceso dirigido meta 15, con el objetivo en el centro de rehabilitación de permitir función de la mano protésica útil.

Estudios de rehabilitación han demostrado por separado que las señales visuales, tales como simulaciones virtuales de una prótesis de mano, animan amputados durante el entrenamiento de rehabilitación. 16 Además, el uso de la repetición cuando se llevó a cabo en un paradigma bloqueado Se ha demostrado que permitir un aprendizaje rápido de prótesis del miembro superior control. 17 Mientras simulaciones virtuales han demostrado ser igual de efectiva que el control real de manos protésicas para permitir a los usuarios con capacidades corporales para controlar dispositivos mioeléctricos, 18 su efecto sobre amputados utilizando medidas de resultado estandarizadas no está claro. Por último, cuando los protocolos para AMPU miembro superiorexiste formación tación, no se discute explícitamente el papel de la imitación en el aprendizaje del control de prótesis. 19,20

Este estudio apunta a la comprensión de que el uso de la imitación, en combinación con la repetición y el refuerzo, tiene un impacto positivo en el aprendizaje del control de prótesis multifuncional como parte de un programa de formación estructurado.

Presentado en el presente documento es un informe de un caso de un amputado radial que fue entrenado para usar una prótesis de mano multifuncional. El participante se había convertido previamente acostumbrados a operar prótesis mioeléctrica tradicionales. El uso de señales visuales, tanto en la forma de imitación de un manifestante saludable y tan simple información visual equipo, el amputado mejoró rápidamente el manejo de su nuevo dispositivo.

Protocol

Este estudio se llevó a cabo de conformidad con la Declaración de Helsinki, tal como fue aprobado por el comité de ética de la investigación local. El estudio se ha explicado con todo detalle al participante antes del comienzo, permitiendo al participante el tiempo para sopesar la decisión de tomar voluntariamente participar en el estudio y confirmar su participación informada, consentimiento por escrito. Nota: Un hombre, de edad de 27 años, participó en el estudio. El participante …

Representative Results

El rendimiento SHAP línea de base del participante con su prótesis diaria fue de 81 cuando se mide por el personal clínico 8 meses antes de la prueba. Una puntuación SHAP de 100 representa función de la mano sin discapacidad. 24 El participante obtuvo un puntaje general SHAP de 58 durante la sesión de ingenuo con el sistema de control de la prótesis más avanzada. Sin embargo, 3 meses después y sin más interacción con el nuevo sistema, además de la formación estructurada, el participante logra una…

Discussion

Nuestros hallazgos sugieren que el participante en este estudio que el entrenamiento estructurado ayudó a mejorar el control de una prótesis de mano multifuncional durante una sola sesión. El programa estructurado utilizado aquí fue una combinación de la imitación, la repetición y el refuerzo de los movimientos de la mano que el participante no pudo completar con la mano tradicional protésico.

Aunque el participante anotó más alto con su prótesis tradicional en la prueba de SHAP, …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Los autores desean agradecer al Sr. Hans Oppel y sus técnicos protésicos de Otto Bock Healthcare Products GmbH para la fabricación de la toma de corriente utilizada por el participante en este estudio. Este estudio fue apoyado financieramente por el Consejo Europeo de Investigación (CEI) a través de la subvenciones avanzadas del CEI DEMOVE (Nº 267888), el Consejo Austríaco de Investigación y Desarrollo Tecnológico, y el Ministerio Federal de Ciencia, Investigación y Economía.

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

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Roche, A. D., Vujaklija, I., Amsüss, S., Sturma, A., Göbel, P., Farina, D., Aszmann, O. C. A Structured Rehabilitation Protocol for Improved Multifunctional Prosthetic Control: A Case Study. J. Vis. Exp. (105), e52968, doi:10.3791/52968 (2015).

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