Summary
وضعنا في الوقت الحقيقي نظام مرآة الروبوت لالانتعاش وظيفية من الأسلحة مفلوج باستخدام تكنولوجيا التحكم الآلي، وإجراء دراسة سريرية على الأصحاء، والمهام المحددة من خلال ردود الفعل من الأطباء إعادة التأهيل. هذه المرآة روبوت بسيط يمكن تطبيقها بشكل فعال في العلاج الوظيفي في مرضى السكتة الدماغية مع ذراع مفلوج.
Abstract
وقد تم تنفيذ العلاج مرآة كعلاج المهني الفعال في عملية إعداد سريرية للتعافي وظيفي للذراع مفلوج بعد السكتة الدماغية. ويجري ذلك من خلال إجبارهم على الوهم من خلال استخدام المرآة وكأن الذراع مفلوج يتحرك في الوقت الحقيقي أثناء تحريك الذراع صحي. ويمكن أن تسهل المرونة العصبية في الدماغ من خلال تفعيل القشرة الحسية. ومع ذلك، والعلاج مرآة التقليدية وجود قيود حاسما في أن الذراع مفلوج لا تتحرك في الواقع. وبالتالي، وضعنا في الوقت الحقيقي 2-محور نظام مرآة الروبوت وحدة نمطية بسيطة إضافة على لعلاج مرآة التقليدية باستخدام آلية التغذية المرتدة مغلقة، والتي تمكن الحركة في الوقت الحقيقي من الذراع مفلوج. كنا 3 موقف ومداخل أجهزة الاستشعار النظام المرجعي، 2 فرش العاصمة المحركات لالكوع والمفاصل المعصم، وإطارات خارج الهيكل. في دراسة جدوى حول 6 الأصحاء، كان العلاج مرآة الروبوتية آمنا وممكنا. اخترنا مزيد من المهام المفيدة للأنشطة دايلاي التدريب من خلال ردود الفعل من الأطباء تأهيل الحية. وأظهر السكتة الدماغية المريض المزمن التحسن في مقياس تقييم Fugl ماير والكوع التشنج المثنية بعد تطبيق 2-أسبوع من نظام مرآة الروبوت. العلاج مرآة الروبوتية قد يؤدي إلى تعزيز مساهمة المخصوص إلى القشرة الحسية، والتي تعتبر مهمة في المرونة العصبية والانتعاش وظيفية من الأسلحة مفلوج. نظام مرآة الروبوت المقدمة هنا يمكن تطويرها بسهولة والاستفادة منها بشكل فعال في دفع عجلة العلاج المهني.
Introduction
للمرضى الذين يعانون من السكتة الدماغية، وخلل في ذراع مفلوج قد يضعف تأثير. القدرة على أداء الأنشطة باليدين ضرورية للحياة اليومية، ولكن عجز وظيفي للذراع مفلوج غالبا ما يبقى حتى بضع سنوات بعد الإصابة بالسكتة الدماغية. ومن بين البرامج التدريبية المختلفة في المستشفى، تمرين لزيادة مدى الحركة أو التكرار السلبي من مهام بسيطة يكون لها أثر يذكر على الانتعاش وظيفية من ذراع مفلوج. لهذا السبب، وقد تم تطبيق التدريب من المهام ذات مغزى المتصلة بأنشطة الحياة اليومية (ADLS) إلى العلاج الوظيفي في المستشفيات.
وقد ثبت أن آثار العلاج مرآة من الدراسات السابقة في neurorehabilitation 1-4. ويجري علاج المرآة من خلال إجبارهم على الوهم من خلال استخدام المرآة وكأن الذراع مفلوج يتحرك في الوقت الحقيقي أثناء تحريك الذراع صحي. ويمكن أن تسهل المرونة العصبية في الدماغ عن طريق تفعيل الحسية القشرة 1. وهكذا، الدراجات الناريةويمكن تحسين قوة ص وظيفة الذراع مفلوج. ومع ذلك، والعلاج مرآة التقليدية وجود قيود حاسما في أن الذراع مفلوج لا تتحرك في الواقع.
لذلك، وضعنا في الوقت الحقيقي 2-محور نظام مرآة الروبوت وحدة نمطية بسيطة، إضافة إلى العلاج مرآة التقليدية، وذلك باستخدام آلية التغذية المرتدة مغلقة. هذا قد ينقل مدخلات المخصوص إلى القشرة الحسية، والتي تعتبر مهمة في المرونة العصبية والانتعاش وظيفية من ذراع مفلوج (الشكلان 1 و 2) 5-7.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
واستعرضت كافة الإجراءات والتي وافق عليها مجلس المراجعة المؤسسية من مستشفى جامعة سيول الوطنية.
1. المهام مرآة العلاج
- أمثلة من المهام 2-الأبعاد العلاج مرآة (الشكل 3)
- بحرية تحرك الذراع صحي في حين النظر في المرآة حوالي 5 دقائق لممارسة الاحماء.
ملاحظة: يمكن للمرء استخدام المسرع بحيث يستطيع المريض ممارسة حركة الذراع صحي بطريقة إيقاعية. - على الجانب الصحي، وسال لعابه ووضع الكرة الصغيرة في حفرة اختيار شبيه البلياردو لمدة 5 دقائق ( "الكرة في الثقوب" مهمة). سال لعابه ووضع الكرة الصغيرة إلى هدف مماثل لكرة القدم لمدة 5 دقائق ( "لعبة كرة القدم" مهمة).
- باستخدام ملصقات مرقمة وضعها على الطاولة، وتحريك مقبض على الجانب الصحي في الترتيب العددي والعودة في الاتجاه المعاكس ( "النقاط اقتفاء أثر" مهمة). كرر لمدة 5 دقائق.
- باستخدام أي كائن في الحياة اليومية مثل ميلانيصل، وذلك باستخدام مقبض على الجانب الصحي، يدفع به إلى مكان المختار ( "نقل كوب" مهمة). كرر لمدة 5 دقائق.
- بحرية تحرك الذراع صحي في حين النظر في المرآة حوالي 5 دقائق لممارسة الاحماء.
2. مكونات نظام روبوت مرآة
- إعدادات جهاز استشعار AHRS
- الحصول على 3 أجهزة الاستشعار AHRS المتاحة تجاريا.
ملاحظة: تتكون أجهزة الاستشعار AHRS جهاز استشعار مغناطيسي، والتسارع، وأجهزة استشعار الدوران (المجموع 9 المحور). - ربط أجهزة الاستشعار AHRS إلى جهاز كمبيوتر مع موصل USB.
- استخدام HyperTerminal أو غيرها من برامج الاتصالات لتكوين إعدادات استشعار العامة.
- لكل AHRS الاستشعار، والمقرر أن الاتصالات RS232 ومنفذ COM حدد. ثم، تعيين معدل الباود إلى 115200 بت لكل ثانية، بتات البيانات إلى 8، التماثل إلى لا شيء، ووقف بت إلى 1، والتحكم في التدفق إلى لا شيء.
- للتحقق من منفذ COM، انقر فوق زر الصفحة الرئيسية في أسفل الزاوية اليسرى. انقر بزر الماوس الأيمن على جهاز الكمبيوتر. ثم انقر فوق خصائص. انقر فوق إدارة الأجهزة. توسيع التبويب ميناء (LPT COM &) عن طريق النقر عليه.
- وبمجرد أن بالاتصالاتتم تأسيس unication، تعيين القناة إلى 100 وتعيين معرفات لكل جهاز استشعار.
ملاحظة: بعض أجهزة الاستشعار قد تحتاج معايرة التسارع، جيروسكوب، والمغنطيسية قبل الاستخدام. - تعيين تنسيق الإخراج كما كواتيرنيون ومجموعة أجهزة الاستشعار لعرض احتياطي البطارية.
ملاحظة: يتم استخدام كواتيرنيون لتسريع الكمبيوتر وكذلك للقضاء على شخصياته قفل انحراف.
- الحصول على 3 أجهزة الاستشعار AHRS المتاحة تجاريا.
- ضبط السيارات العاصمة فرش
- إعداد 2 عالية الأداء محركات العاصمة فرش وأجهزة التحكم.
- لكل وحدة تحكم، قم بتوصيل كابل الطاقة إمدادات الطاقة. أيضا، قم بتوصيل كابل السيارات، وقاعة كابل الاستشعار، والكابلات التشفير إلى المحرك.
- توصيل كابل CAN-CAN إلى وحدة تحكم أخرى.
يستخدم CANopen للاتصال بين الأجهزة: ملاحظة. - مجموعة معرف عقدة لكل وحدة تحكم للتمييز بين الأجهزة.
- قم بتوصيل كبل USB إلى جهاز الكمبيوتر عن الشكل العام.
- التبديل على إمدادات الطاقة إلى السلطة حتى كنترولllers والمحركات.
- استخدام المحرك برامج التكوين نظام قدمت الشركة المصنعة لتكوين وضبط المحرك، وأجهزة الاستشعار قاعة، والتشفير.
ملاحظة: زاوية يجب أن يتم تكوين حدود وموقف البيت لعملية آمنة.
- جمعية الإطار والمحركات
ملاحظة: يسمى كل جزء حسب الطلب في علامة الاقتباس. يرجى الرجوع إلى جدول المواد والمعدات ومن الشكل 4 إلى الشكل 13.- للمحرك المشترك الكوع، وضعت واحدة من الهيئات اقتران بمجرى مفتاح على رمح المحرك وضمان الحصول عليها باستخدام M5 مأخذ عرافة مجموعة المسمار (الشكل 4).
- تأمين "الكوع غطاء اقتران جوفاء اسطوانة" إلى المحرك الكوع باستخدام 4X M5 مقبس مسامير الرأس (10 ملم) ووضع جزء عازلة من وصلات (المتوسط المنزلق جزئيا) على الجزء العلوي من الجسم اقتران التي كانت تعلق في خطوة 2.3.1 (الشكل 4).
- سد اضعا الكرة في "إطار السطح الكوع"وثبته مع 4x وM4 مسامير الرأس مقبس (8 ملم) (الشكل 5).
- سد "الكوع القوة المحركة تشتت رمح" الى "دعم الكوع السفلى" وضمان الحصول عليها مع 4x وM3 مسامير الرأس مقبس (6 ملم). ثم، ضع "دعم الكوع العلوي" على رأس "دعم الكوع السفلى" وضمان الحصول عليها باستخدام 8X M3 مقبس مسامير الرأس (12 ملم) (الشكل 6).
- وضع التجمع في الخطوة 2.3.4 على القمة، والتجميع في خطوة 2.3.3 في الوسط، والجزء الأخير من الجسم اقتران في القاع. تاريخ كل ذلك معا وتأمين الجسم اقتران مع M5 مأخذ عرافة مجموعة مسامير (10 ملم) (الشكل 7).
- التجمع الآمنة في الخطوة 2.3.5 والتجمع في خطوة 2.3.2 باستخدام 4X M5 مقبس مسامير الرأس (15 ملم) (الشكل 7). تدوير التجمع في الخطوة 2.3.2 لتأمين كل 4 نقاط.
- تأمين "انخفاض اقتران المعصم غطاء اسطوانة جوفاء" مع المحرك المعصم باستخدام 4X M4 مقبس مسامير الرأس (10 ملم). ثم، ضع واحد منالهيئات اقتران بمجرى مفتاح على رمح المحرك وضمان الحصول عليها باستخدام M4 مأخذ عرافة مجموعة مسامير. ثم، ضع الجزء عازلة للصلات على رأس الجسم اقتران (الشكل 8).
- نعلق "عصابة تخفيض الاحتكاك" على رأس "إطار السطح المعصم" مع الشريط على الوجهين أو أي نوع من المواد اللاصقة (الشكل 9).
- سد "المعصم القوة المحركة تشتت رمح" إلى "التعامل" وضمان الحصول عليها باستخدام 4X M2.5 المقبس رئيس مسامير (4 مم) (الشكل 10).
- وضع التجمع في الخطوة 2.3.9 على القمة، والتجمع في خطوة 2.3.8 في الوسط، والجزء الأخير من الجسم اقتران في القاع. تاريخ كل ذلك معا وتأمين الجسم اقتران مع M4 مأخذ عرافة مجموعة مسامير (10 ملم) (الشكل 10).
- تأمين "motor2roof2 المعصم" مع الجمعية في خطوة 2.3.10 باستخدام 4X M3 مسامير الرأس مقبس (الشكل 11).
- التجمع الآمنة في الخطوة 2.3.11 والتجمع في خطوة 2.3.7 لناجي 4X M3 مسامير الرأس مقبس (15 ملم) (الشكل 11).
- تأمين 2 "المحدد حركة المشترك" و2 الياقات رمح باستخدام 4X M4 مقبس مسامير الرأس (15 ملم) (الشكل 12A).
- استخدام أطواق رمح لتأمين مهاوي و "المعصم إطار السطح" باستخدام 8X M3 مقبس مسامير الرأس (8 ملم) (الشكل 12B).
- الشريحة الياقات رمح في التجمع 2.3.13 إلى مهاوي في التجمع 2.3.14 وتأمين الياقات رمح إضافية مع "دعم انخفاض الكوع" باستخدام 4X M4 مقبس مسامير الرأس (15 ملم). ثم، والانضمام إلى جزأين وآمنة مع رافعة (الشكل 13A).
- تأمين "جدار الدعم" للجمعية في الخطوة 2.3.15 باستخدام 6X M4 مقبس مسامير الرأس (15 ملم) (الشكل 13B). تأمين موقف الجدول والتجمع في خطوة 2.3.16 باستخدام 6X M6 مقبس مسامير الرأس (15 ملم) (الشكل 13C).
3. تصميم مرآة روبالنظام بعد التمديد
- نموذج رياضي للتحكم الآلي
- تعيين نموذج ديناميكي للتحكم التلقائي للحركة الطرف العلوي (الشكل 14).
ملاحظة: نموذج ديناميكي من الإنسان حركة الطرف العلوي يمكن التعبير باستخدام الكينماتيكا المفاصل والروابط. لذلك، وذلك باستخدام معادلة لمناور الروبوت، يمكن الحصول على النماذج كما هو مبين أدناه:
ملاحظة: (
: ناقل موقف مشترك، 
: ناقل السرعة المشترك، 
: ناقل تسريع المشترك، H: الجمود المصفوفة، F: كوريوليس ومصفوفة قوة الطرد المركزي، G: المتجهات من قوى الجاذبية، E: مصفوفة عزم الدوران بسبب التفاعل مع البيئة، 
: المتجهات من forc المعمم وفاق تطبيقها على المفاصل) ومفلوج وصحية تظهر الذراع جوانب مختلفة من الحركة. وهذا هو، الذراع مفلوج لا يمكن أن تتحرك في الوقت المناسب بسبب العضلات المشلولة أو لا يمكن أن توفر ما يكفي من عزم الدوران اللازمة للحركة. لذلك، تم تصميم نظام مثل أن التدريب إعادة التأهيل يمكن أن يتم عن طريق الحركة العادية من خلال الذراع مفلوج. وبعبارة أخرى، يتم إرفاق الروبوت إعادة تأهيل لذراع مفلوج المريض من أجل تقديم الاقتراحات من الذراع صحي ويمكن أن تصاغ ببساطة على النحو التالي:
حركة الروبوت إعادة التأهيل) = (صحي ذراع الحركة) - (مفلوج ذراع الحركة). - مع الروبوت إعادة التأهيل، ونعلق الذراع المشلول المريض إلى مناور، ومراقبة عزم الدوران إضافية وتأخير الوقت نظرا لذراع مشلولة تسبب أخطاء في النظام العام. يكشف هذا عن طريق مناور على الجانب مفلوج.
- قياس أخطاء (ق (ر): تتبع الخطأ) كما معادلة رياضية:
وفاق / ftp_upload / 54521 / 54521eq6.jpg "/>
ملاحظة: (الصورة: تتبع الخطأ،
: الإيجابية تصميم محدد مصفوفة المعلمة، 
: خطأ بين الموقف المطلوب والفعلي، 
: يمكن التعبير عن خطأ بين المطلوب والسرعة الفعلية) ويمكن الجمع بين الخطأ تتبع أعلاه مع نموذج حيوي من الإنسان حركة الطرف العلوي وعلى النحو التالي: 
ملاحظة: (K D: قيمة كسب المشتقة مع تعويض ردود الفعل التي تتغير مع مرور الوقت،
: خطأ الجمود المصفوفة، 
: كوريوليس وقوة الطرد المركزي الخطأ المصفوفة) - للسيطرة على كل مفاصل الروبوت إعادة التأهيل، واستخدام Lagrديناميات angian 8. معادلة ديناميكية الحركة لكل مشترك هو:
ملاحظة: (D: معامل المصفوفة،
: المحرك الجمود المصفوفة) معامل D في المعادلة المذكورة أعلاه يؤثر على عزم الدوران بين المفاصل مع تأثير اقتران بالقصور الذاتي بين المفاصل 8. نموذج التحكم الآلي باستخدام هذا النموذج الرياضي يمكن أن يتضح من المخطط كتلة في الشكل 14.
- تعيين نموذج ديناميكي للتحكم التلقائي للحركة الطرف العلوي (الشكل 14).
- بروتوكول البرمجيات (الشكل 15)
- عند بدء تشغيل البرنامج، وأقبلت على التواصل مع المحركات وأجهزة الاستشعار، وتهيئة القيم. مرة واحدة المحركات وأجهزة الاستشعار في الموقف المبدئي (انظر 4.1.3)، والانتقال إلى الحلقة الرئيسية.
ملاحظة: للحصول على تردد أخذ العينات من الحلقة الرئيسية، ونحن نوصي 50-200 عينات / ثانية. لأقصى قدر من التأخير، ونحن نوصي 2 ثانية على الأكثر. وبالإضافة إلى ذلك، لحدود عزم الدوران، ونحنيوصي لتنظيم قيمة السيارات الحالية مع البرنامج بحيث أن المحرك الكوع يمكن أن تمارس 25-40 نيوتن متر ومحرك المعصم يمكن أن تمارس 10-20 نيوتن متر. - كما لا يتم مقاطعة من قبل على زر التوقف، وقراءة باستمرار موقف وموقف القيم الحالية مداخل النظام المرجعي (AHRS) أجهزة الاستشعار "لنقل القيم إلى المحركات.
ملاحظة: إخراج البيانات في كواتيرنيون، ويجب أن تتحول بشكل صحيح في زاوية المرجوة للحركة الروبوت. اختيار واحد من أجهزة الاستشعار تنسيق الأطر كمرجع، وإعادة تعيين استشعار أخرى تنسيق الإطارات. مع إطارات محسوبة كمرجع، استخدم الكينماتيكا معكوس للحصول على زوايا الناتج ياو النهائية. - كما لا يتم مقاطعة من قبل على زر التوقف، تحقق باستمرار مواقف موتورز وتحديث القيم لإنجاز الحركة إلى الموضع المطلوب توفرها أجهزة الاستشعار AHRS.
ملاحظة: يتم توفير موقف للسيارات من قبل التشفير المحرك والتي يمكن التحقق داخل البرنامج مع شركة السيارات & #39؛ ق توفير أمر مكتبة البرامج. - وفي الوقت نفسه، تسجيل جميع الزوايا والزاوي سرعات من أجهزة الاستشعار AHRS.
- وبمجرد الانتهاء من المهام ويضغط المستخدم على زر التوقف، الخروج من حلقة ووضع اللمسات الأخيرة على الروبوت من قبل نقله إلى الموقف المبدئي.
- عند بدء تشغيل البرنامج، وأقبلت على التواصل مع المحركات وأجهزة الاستشعار، وتهيئة القيم. مرة واحدة المحركات وأجهزة الاستشعار في الموقف المبدئي (انظر 4.1.3)، والانتقال إلى الحلقة الرئيسية.
- واجهة المستخدم الرسومية (GUI) (الشكل 16)
- إضافة "خطأ في" و "خطأ من" وظائف لاكتشاف الأخطاء وتصحيح الأخطاء أثناء التنفيذ.
- إضافة زر في جانب المريض في اختيار الجانب تشغيل الروبوت (الجانب خزلية المريض).
- بناء مربع معلومات المريض لتحديد المرضى.
- إضافة مؤشرات الحالة الحركية.
- إضافة عناصر تحكم الحد زاوية للسلامة.
- تكوين الحد الأقصى للسرعة والتسارع، والتباطؤ لكل السيارات لتفادي وقوع إصابات العضلات والأوتار بسبب الطرف العلوي قاسية.
ملاحظة: يعكس نظام التسارع والتباطؤ للذراع مفلوج. - امؤشرات دد لاسترداد موقف السيارات والسرعة، والمعلومات الحالية الإدخال.
- بناء تحكم اسم المورد فيزا لتأسيس الاتصال بين أجهزة الاستشعار AHRS والنظام.
- إضافة وظيفة المعايرة للقضاء على الأخطاء استشعار الانجراف المتراكمة.
- ترتيب مؤشر لأجهزة الاستشعار من أجل استرداد معلومات الاستشعار.
ملاحظة: تتضمن المعلومات استشعار زوايا مشتركة (الزاوية بين اثنين من أجهزة الاستشعار على التوالي) واحتياطي البطارية.
- التغلب على التشنج ذراعه خلال عملية مرآة الروبوت
- تحديد المحركات التي يمكن أن تمارس عزم الدوران بما فيه الكفاية للتغلب على الشلل التشنجي عن كل مشترك.
يجب أن يكون المعصم المحرك عزم الدوران الناتج أعلى من 10 نيوتن متر، والكوع السيارات أعلى من 25 نيوتن متر: ملاحظة. - من أجل نقل بشدة حركة الروبوت إلى ذراع المريض، واستخدام الأشرطة التي هي مصنوعة من مواد شبه مرنة لإصلاح الساعد في الهيكل الخارجي الروبوت.
ملاحظة: شبه مرنة الأشرطة، مثل تمتد لفيلم، ينصح ح الأشرطة الأقمشة أو البوليستر / النايلون الأشرطة مضفر مرونة. إذا كانت الأشرطة هي مرنة جدا، وانها لن تعقد ذراع في الموقف. إذا كانت الأشرطة ليست مرنة على الإطلاق، قد تحدث في العضلات أو الأوتار الإصابات في حالة وجود درجة عالية من التشنج الكوع. - من أجل عزل الكوع والمعصم الحركة، واستخدام 2 الإطارات الصلبة جنبا إلى جنب مع ذوي الياقات البيضاء رمح لإصلاح الرسغ يضغط عليه في الإطارات.
ملاحظة: يتم استخدام أطواق رمح لمنع إصابات العضلات والأوتار إذا كان تصلب في الرسغ مفرطة. - استخدام الأشرطة حول المقبض لإصلاح اليد لالروبوت.
- تحديد المحركات التي يمكن أن تمارس عزم الدوران بما فيه الكفاية للتغلب على الشلل التشنجي عن كل مشترك.
: ناقل موقف مشترك، 
: ناقل السرعة المشترك، 
: ناقل تسريع المشترك، H: الجمود المصفوفة، F: كوريوليس ومصفوفة قوة الطرد المركزي، G: المتجهات من قوى الجاذبية، E: مصفوفة عزم الدوران بسبب التفاعل مع البيئة، 
: المتجهات من forc المعمم وفاق تطبيقها على المفاصل) ومفلوج وصحية تظهر الذراع جوانب مختلفة من الحركة. وهذا هو، الذراع مفلوج لا يمكن أن تتحرك في الوقت المناسب بسبب العضلات المشلولة أو لا يمكن أن توفر ما يكفي من عزم الدوران اللازمة للحركة. لذلك، تم تصميم نظام مثل أن التدريب إعادة التأهيل يمكن أن يتم عن طريق الحركة العادية من خلال الذراع مفلوج. وبعبارة أخرى، يتم إرفاق الروبوت إعادة تأهيل لذراع مفلوج المريض من أجل تقديم الاقتراحات من الذراع صحي ويمكن أن تصاغ ببساطة على النحو التالي: 
: الإيجابية تصميم محدد مصفوفة المعلمة، 
: خطأ بين الموقف المطلوب والفعلي، 
: يمكن التعبير عن خطأ بين المطلوب والسرعة الفعلية) ويمكن الجمع بين الخطأ تتبع أعلاه مع نموذج حيوي من الإنسان حركة الطرف العلوي وعلى النحو التالي: 
: خطأ الجمود المصفوفة، 
: كوريوليس وقوة الطرد المركزي الخطأ المصفوفة) 
: المحرك الجمود المصفوفة) معامل D في المعادلة المذكورة أعلاه يؤثر على عزم الدوران بين المفاصل مع تأثير اقتران بالقصور الذاتي بين المفاصل 8. نموذج التحكم الآلي باستخدام هذا النموذج الرياضي يمكن أن يتضح من المخطط كتلة في الشكل 14. 4. التطبيق السريري للنظام مرآة روبوت
- إجراء العلاج مرآة الروبوتية
- ضبط ارتفاع وعرض الجدول المهمة وفقا لحالة المريض.
- اقامة مرآة في خط الوسط بين ذراعيه، ووضعه على طاولة أو منصة.
- وضع أجهزة استشعار AHRS على مقبض، المعصمالإطار، وحافة منصة على محاذاة الجانب الصحي بالتوازي مع التوجه الروبوت.
ملاحظة: محور ياو الداخلية وجهاز استشعار يجب أن يكون إلى الارتفاع. - تنفيذ برنامج العلاج في جهاز الكمبيوتر.
- اختيار الجانب مفلوج عن طريق النقر على زر التبديل المريض جانبية.
- تعيين الحدود القصوى زاوية مشتركة وفقا للحالة مشتركة المريض. لعملية آمنة، استخدام الكوع حد الانحناء أقل من 50º، والحد من تمديد الكوع أكثر من -70º، والحد من ثني المعصم أقل من 80º، والحد تمديد المعصم أكثر من -60º.
ملاحظة: يتم تصحيح زائد وناقص علامات تلقائيا ويتم تصحيح حدود أيضا إذا خارج الحدود في مستوى البرامج. - تعيين الحد الأقصى السرعة، والتسارع، والتباطؤ. من أجل هذه القيم، استخدم قيمة السرعة بين 0 و 22.5 دورة في الدقيقة للمحرك الكوع واستخدام قيمة السرعة بين 0 و 33 دورة في الدقيقة للمحرك المعصم.
ملاحظة: للحصول على العلاج مرآة التقليدية، تعيين كافة القيم إلى الصفرلشل حركة الروبوت. - ملء المعلومات الخاصة بالمريض.
- تشغيل كل أجهزة الاستشعار AHRS قبل تشغيل البرنامج.
- تشغيل البرنامج بالنقر على زر السهم في الزاوية العلوية اليسرى من البرنامج.
- مرة واحدة في "حفظ باسم" الملوثات العضوية الثابتة سريعة تصل، إرسال أسماء الملفات المناسبة للبيانات نتيجة في المربع سلسلة واضغط موافق.
- في حين أن الروبوت والذراع صحية هي في الموقف المبدئي (كلتا يديه بعيدا عن الجسم وموازية لبعضها البعض)، اضغط على زر معايرة تهيئة استشعار القيم إلى الصفر للموقف المبدئي.
ملاحظة: راجع الخطوات 1.1.1 - 1.1.4 لليدين المستخدمة في هذه المهمة. - اضغط على زر إيقاف عندما يتم الانتهاء من جميع المهام.
ملاحظة: للحصول على العلاج مرآة الروبوتية، يجب مهندس الطب الحيوي بمثابة المنسق الرئيسي، والمعالج المهني ينبغي أن تساعد المريض.
- السريرية دراسة عن مواضيع صحية
- إجراء دراسة سريرية حول مواضيع صحية لتأكيدالسلامة والجدوى 8. إعطاء تعليمات ( "لا تحرك ذراع مفلوج بنفسك.") إلى موضوعات للحركة سلبية تماما من الذراع مفلوج.
- وضع ذراعيه على الإطارات، والأيدي على مقابض. ثم، وتحديد الساعدين مع الأشرطة.
- تقييم الآثار العلاجية
- قبل العلاج، وإجراء التقييمات وظيفية مثل مقياس Fugl ماير تقييم 9، تعديل مقياس أشوورث 10، تعديل مؤشر بارثل 11، Jebsen اختبار وظيفة اليد، وقياس تسليم السلطة، واختبار الإهمال hemispatial، والحركية أثار اختبار محتمل للمرضى.
- إجراء التجارب السريرية لمرضى السكتة الدماغية مع الروبوت مرآة 2-الأبعاد ل30 - 60 دقيقة يوميا. إعطاء تعليمات ( "لا تحرك ذراع مفلوج بنفسك.") للمرضى.
- بعد المرضى إنجاز الدورة الماضية، وإجراء متابعة التقييمات الوظيفية.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
أجرت ست مواد صحية على "القلم بمناسبة مهمة" (لمس اثنين من لوحات صغيرة بالتناوب مع القلم المرفق من ناحية صحية كما هو مبين في الشكل 17) 10 مرات الذي عقد في المتوسط 106 ثانية في الموضوع. ولم يلاحظ أي حدث سلبي، وأثبت العلاج مرآة الروبوتية أن يكون ذلك ممكنا.
وبالإضافة إلى ذلك، تم إجراء دراسة سريرية على الأطباء إعادة التأهيل. طلبنا آراء الخبراء لتحديد المهام المناسبة لعلاج فعال مرآة الروبوتية المهني. مع ردود الفعل من 6 أطباء إعادة التأهيل، وكانت درجة الوهم التي تسببها الروبوت مرآة أعلى ل "الكرة في ثقوب" و "تحريك الكأس" المهام (7.2 من أصل 10 على مقياس التصنيف العددي [شمال ولاية أراكان] لكل منهما)، يليه "لعبة كرة القدم" (7.0 / 10)، و "النقاط تتبع" المهام (6.5 / 10). وفيما يتعلق التزامن التنقل بين ذراعيه خلال الروبوتية العلاج مرآة، "تحريك الكأس" كانت مهمة على درجة شمال ولاية أراكان من 7.0 / 10، تليها "لعبة كرة القدم" و "النقاط اقتفاء أثر" (6.8 / 10 لكل منهما)، و "الكرة في الثقوب" (6.2 / 10) (الشكل 3). ومن بين هذه المهام 4، وأوصى الأطباء إعادة التأهيل "لعبة كرة القدم" كمهمة مفيدة للتدريب ADL في المرضى الذين يعانون من السكتة الدماغية.
أجرينا التجارب السريرية لمرضى السكتة الدماغية مع مرآة الروبوت لمدة 30 دقيقة يوميا لمدة 2 أسابيع (10 جلسات). تحتاج الموضوعات لتلبية معايير الإدراج التالية: 1) أكثر من 18 عاما. 2) السكتة الدماغية فوق الخيمة تشخيص ما بين 4 أشهر و 6 سنوات. و3) شلل نصفي العلوي الأطراف الاصطناعية مع مجلس البحوث الطبية (MRC) الصف 2 أو أقل من ذلك. معايير الاستبعاد الرئيسية هي كما يلي: 1) تعديل أشوورث حجم الصف 3 أو أكثر (التشنج الشديد)؛ 2) دراسة حالة مصغرة العقلي يسجل أقل من 12؛ و3) حبسة العالمية أو حسية.
er.within الصفحات = "1"> ويبلغ من العمر 60 عاما مريض السكتة الدماغية مع الحق نزيف العقد القاعدية وشلل نصفي الأيسر تلقى قبل 19 شهرا العلاج مرآة الروبوتية لمدة 2 أسابيع. العلاج مرآة الروبوتية يتكون من 4 المهام ( "الكرة في الثقوب"، "تتحرك كوب"، "لعبة كرة القدم"، و "النقاط تتبع"). بعد المريض يحقق الزيارة ال 10، وقال انه أجرى متابعة التقييمات الوظيفية. تم تخفيض نطاق تقييم Fugl ماير الذراع مفلوج تحسن 12-17 من 66، وتعديل أشوورث حجم العضلات القابضة الكوع (لالتشنج) من الدرجة 2 إلى 1+. وزادت غادر السلطة قرصة الجانبية 0-3 رطل كشفت المعلمات أخرى لا فرق قبل وبعد العلاج مرآة الروبوتية (الشكل 18 والجدول 1).
الشكل 1. تدفق مفاهيمي للالروبوتية ميrror العلاج لتسهيل إدخال المخصوص. تم تصميم التجربة وفقا لتدفق المفاهيمي للعلاج مرآة الروبوتية.
الشكل 2. رسم تخطيطي لنظام روبوت مرآة. ومن المتوقع حركات الذراع الصحي إلى الهيكل الخارجي تعلق على الذراع مفلوج بواسطة خوارزمية البرنامج من خلال المدخلات من 3 AHRS أجهزة الاستشعار. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
. الشكل 3. مهام مختلفة باستخدام نظام روبوت مرآة يمكن للمستخدمين تدريبهم من قبل المهام 2-الأبعاد. الكرة في الثقوب، لعبة كرة القدم، النقاط البحث عن المفقودين، وتتحركفنجان. الرجاء النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
الخطوات الشكل 4. الكوع موتور الجمعية. الجمعية للمحرك الكوع مشترك، وصلات، والكوع اقتران غطاء اسطوانة جوفاء.
الشكل 5. وإذ تضع والكوع الجمعية السطح الإطار. الجمعية بين الحمل والجمعية الكوع إطار السطح.
الشكل 6. الكوع الجمعية الدعم. الخطوات الجمعية لالكوع القوة المحركة تشتت رمح، والبريد العلوي دعم lbow، وانخفاض الدعم الكوع.
الرقم 7. دعم الكوع والكوع موتور الجمعية. الجمعية خطوات لدعم الكوع والمحرك الكوع.
الخطوات الشكل 8. المعصم موتور الجمعية. الجمعية للمحرك الرسغ مشترك، وصلات، وانخفاض اقتران المعصم غطاء اسطوانة جوفاء.
الرقم 9. الاحتكاك الدائري لحد من المرفق. مرفق من الحلبة للحد من الاحتكاك إلى الإطار على السطح المعصم.
إعلان / 54521 / 54521fig10.jpg "/>
خطوات الرقم 10. التعامل مع الجمعية. الجمعية ل3D المطبوعة مقبض، واقتران، والمحرك المعصم قوة تشتت رمح.
الرقم 11. التعامل مع والمعصم موتور الجمعية. الجمعية الخطوات للمحرك الرسغ والتعامل معها.
الرقم 12. الخطوات المشتركة حركة المحدد الجمعية. الجمعية ل(A) حركة المفاصل المحدد، (ب) رمح تعديل طول، ومقبض تجميعها.
الرقم 13. التجميع النهائي.خطوات الجمعية ل(أ) تجميع جزء الكوع محرك مع الجزء السيارات المعصم تجميعها باستخدام أطواق رمح ورمح، (ب) تجميعها الروبوت مع جدران الدعم، و (C) تجميع الروبوت مع الجدول المهمة. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
مخطط كتلة الرقم 14. من التحكم الآلي النموذج الرياضي. ويستخدم الروبوت الهيكل الخارجي آلية التغذية المرتدة مغلقة لمراقبة الوقت الحقيقي.
الرقم 15. برنامج البرمجيات عموما. ويستخدم البرنامج من نهايته د آلية التغذية المرتدة لدفع نظام الروبوت. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الرقم 16. واجهة المستخدم الرسومية للبرنامج. يمكن للمستخدم التحكم وتكوين برنامج للعلاج عن طريق واجهة المستخدم الرسومية. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الرقم 17. القلم وسم العمل في 6 الأصحاء باستخدام نموذج أولي لنظام روبوت مرآة. إجراء قلم بمناسبة مهمة 10 مرات على التوالي استغرق في المتوسط 106 ثانية في الموضوع.
س: المحافظة على together.within الصفحات = "1"> 
الرقم 18. تقييم الوظيفي للمريض يبلغ من العمر 60 عاما مع المزمن حق بصل العقد نزف. فرعية الرئيسية من البيانات التي أظهرت تحسنا بعد 10 جلسات من العلاج مرآة الروبوتية. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
| قبل | بعد 10 جلسات | |
| فحص الحالة العقلية | 29 | - |
| جدول الأنصبة المقررة Fugl ماير (الطرف العلوي) | 12 | 17 |
| كتف/كوع | 11 | 15 |
| معصم | 0 | 1 |
| يد | 1 | 1 |
| تعديل على نطاق وأشوورث | ||
| الكوع المثنية | 2 | 1+ |
| المثنية المعصم | 0 | 0 |
| مؤشر بارثل تعديل (الطرف العلوي) | 25 | 25 |
| ومن ناحية Jebsen اختبار وظيفة | Uncheckable | Uncheckable |
| قوة اليد اليسرى (رطل) | ||
| قبضة | 8 | 8 |
| Lقرصة ateral | 0 | 3 |
| بالمار قرصة | 0 | 0 |
| اختبار Hemineglect | ||
| اختبار خط التنصيف | 6/6 كل | 6/6 كل |
| اختبار ألبرت | 12/12 كل | 12/12 كل |
| أثار محرك محتمل | لا يوجد رد | لا يوجد رد |
الجدول 1. تقييم الوظيفي للمريض يبلغ من العمر 60 عاما مع المزمن الصحيح بصل العقد نزف.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
وكان الغرض الرئيسي من هذه الدراسة هو تطوير في الوقت الحقيقي نظام مرآة الروبوت للتعافي وظيفي للذراع مفلوج باستخدام خوارزمية التحكم الآلي. وقد ثبت أن تأثير العلاج بمساعدة الروبوت على التعافي على المدى الطويل من ضعف العلوي أطرافهم بعد السكتة الدماغية مفيدة في الدراسات السابقة 12، وأدخلت أنواع مختلفة من الروبوتات الذراع 13-20. ومع ذلك، طبقت الدراسات السابقة من الروبوتات الطرف العلوى أن أدركت حركة الذراع الثنائية اتصالات الميكانيكية دون استخدام المرآة، والذي يختلف عن مفهوم العلاج مرآة 14-15. وهكذا، يمكن أن دراستنا أن يكون امتدادا لعملهم باستخدام مرآة الفعلية لتسهيل إدخال المخصوص.
لترقية النظام السابق، نحن تمكين ذراع مفلوج للتحرك في الوقت الحقيقي من خلال تطبيق أجهزة الاستشعار AHRS على الذراع الصحي وربط المحركات إلى الكوع مفلوج والمعصم. مدخلات المخصوص من الذراع مفلوج لالقشرة الحسية من الدماغ يمكن أن تتعزز من خلال نظام مرآة الروبوت. تسهيل استقبال الحس العميق يحتاج إلى تأكيد من التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي في الدماغ في دراسة المستقبل.
فمن الأهمية بمكان بالنسبة للنظام أن يكون الحد الأدنى تأخير تزامن منذ سيتم تكبير تأثير المرآة عندما يتم التقليل من التأخير. ولتحقيق ذلك، علينا استرجاع البيانات من أجهزة الاستشعار مع الحد الأدنى من عدد وحدات البايت الضرورية في حين قراءتها بالتوازي ضمن حلقة داخل هندسة البرمجيات. ونتيجة لذلك، فإن تأخير التزامن بين الذراع الصحي والروبوت ليست سوى حوالي 0،04-0،40 ثانية.
هناك العديد من القيود في هذه الدراسة. أولا، نحن لا يمكن أن تشمل حركات الاصابع الجميلة مثل قبضة أو قرصة، والمهام 3 الابعاد العلاج مرآة التقليدية. ثانيا، لم نكن إصلاح مفصل الكوع من الذراع الصحي للحفاظ على حركة الفسيولوجية قدر الإمكان. ومع ذلك، فإن تقييد نطاق الحركة الكوع تكون مفيدة لتعزيز اصطناعيالإزمان مع الكوع المعاكس الذي انتقل من المحرك. تعديل النظام بواسطة تثبيت هيكل إضافي يضمن والكوع الجانب الصحي تحسين التزامن، وبالتالي، سوف تزيد من تأثير العلاج. ثلث المرضى الذين لديهم التشنج الشديد أو صلابة قد لا تكون مدرجة بسبب قوة المحرك غير كافية، على الرغم من أن المفصل تحركت ببطء. يمكن تعديل النظام عن طريق استبدال المحرك مع عزم الدوران الناتج العالي للتغلب على صلابة معتدلة. ولكن، حتى مع محرك قوي والعلاج للمرضى الذين يعانون من مستويات حادة من التشنج أو تصلب ينبغي تجنبها لتفادي وقوع إصابات وتر أو العظام نتيجة لتطبيق القوة المفرط للمفاصل.
ونحن نعتقد، مع ذلك، أن نظام مرآة الروبوت المقدمة هنا يمكن تطويرها بسهولة والاستفادة منها بشكل فعال في دفع عجلة العلاج المهني.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
الكتاب ليس لديهم ما يكشف.
Acknowledgments
وأيد هذا العمل من قبل الجامعة الوطنية الدماغ برنامج فيوجن سول (800-20120444) وبرنامج مبادرات البحوث متعددة التخصصات من كلية الهندسة وكلية الطب، جامعة سيول الوطنية (800-20150090).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| LabVIEW | National Instruments | System design software | |
| 24 V power supply | XP Power | MHP1000PS24 24V | Any 24 V power supply should do |
| AHRS sensor receiver | E2box | EBRF24GRCV | |
| AHRS sensors | E2box | EBIMU-9DOFV2 | You will need total 3 sensors. Any AHRS sensors will do |
| EC90 flat motor module | Maxon | 323772 + 223094 + 453231 | Any geared motor with higher than 30 Nm should do. (For our custom machined parts, you will need these particular flat motor and gear module, but the gear ratio and encoder may vary) |
| EC45 flat motor module | Maxon | 397172 | Any geared motor with higher than 10 Nm should do (For our custom machined parts, you should use the same gear module but the gear ratio, motor, and encoder may vary) |
| EPOS2 70/10 controller | Maxon | 375711 | This can be replaced with EPOS 24/5 controller |
| EPOS2 24/5 controller | Maxon | 367676 | |
| Connector and cable set | Maxon | 381405 + 384915 + 275934 + 354045 | You can also make these cables. Connectors and corresponding wire info can be found in "300583-Hardware-Reference-En.pdf" and "300583-Cable-Starting-Set-En.pdf" |
| Coupling- Oldham, Set Screw Type | Misumi | MCORK30-10-12 | Type may vary |
| Coupling- High Rigidity, Oldham, Set Screw Type |
Misumi | MCOGRK34-12-12 | Type may vary |
| Shaft Collars | Misumi | SCWDM10-B | You will need 4 sets |
| Shaft Collars | Misumi | SDBJ10-8 | You will need 2 sets |
| Precision Linear Shaft | Misumi | PSSFG10-200 | Any straight 10 mm diameter shaft with at least 200 mm length should do |
| Bearings with housings | Misumi | BGRAB6801ZZ | |
| Elbow motor force dispersion shaft | custom machined | 3D CAD | |
| Lower elbow support | custom machined | Part Drawings | |
| Elbow rooftop frame | custom machined | Part Drawings | |
| Support wall | custom machined | Part Drawings | You will need 2 frames. |
| Elbow coupling hollow cylinder cover | custom machined | Part Drawings | |
| Wrist motor force dispersion shaft | custom machined | Part Drawings | |
| Wrist rooftop frame | custom machined | Part Drawings | |
| Upper wrist coupling hollow cylinder cover | custom machined | Part Drawings | |
| Lower wrist coupling hollow cylinder cover | custom machined | Part Drawings | |
| Joint movement limiter | custom machined | Part Drawings | |
| Handle | 3D printed | Part Drawings | |
| Upper elbow support | 3D printed | Part Drawings | |
| Friction reduction ring | 3D printed | Part Drawings | |
| Acrylic mirror | custom laser cutting | Part Drawings | |
| Task table | custom machined | Part Drawings | |
| Silicone sponge | |||
| DOF limiter | 3D printed | Part Drawings | |
| DOF limiter lid | 3D printed | Part Drawings | |
| Healthyarm handle | 3D printed | Part Drawings | |
| Ball rollers - Press fit | Misumi | BCHA18 | |
| Goalpost | 3D printed | Part Drawings | |
| Circle trace | 3D printed | Part Drawings | |
| Angled assist | 3D printed | Part Drawings | Optional |
| Curved assist | 3D printed | Part Drawings | Optional |
| Plain assist | 3D printed | Part Drawings | Optional |
| Task board | custom laser cutting | Part Drawings |
References
- Hamzei, F., et al. Functional plasticity induced by mirror training: the mirror as the element connecting both hands to one hemisphere. Neurorehabil Neural Repair. 26 (5), 484-496 (2012).
- Thieme, H., Mehrholz, J., Pohl, M., Behrens, J., Dohle, C. Mirror therapy for improving motor function after stroke. Cochrane Database Syst Rev. 3, CD008449 (2012).
- Dohle, C., et al. Mirror therapy promotes recovery from severe hemiparesis: a randomized controlled trial. Neurorehabil Neural Repair. 23 (3), 209-217 (2009).
- Pervane Vural, S., Nakipoglu Yuzer, G. F., Sezgin Ozcan, D., Demir Ozbudak, S., Ozgirgin, N. Effects of Mirror Therapy in Stroke Patients With Complex Regional Pain Syndrome Type 1: A Randomized Controlled Study. Arch Phys Med Rehabil. 97 (4), 575-581 (2016).
- De Santis, D., et al. Robot-assisted training of the kinesthetic sense: enhancing proprioception after stroke. Front Hum Neurosci. 8, 1037 (2015).
- Smorenburg, A. R., Ledebt, A., Deconinck, F. J., Savelsbergh, G. J. Practicing a matching movement with a mirror in individuals with spastic hemiplegia. Res Dev Disabil. 34 (9), 2507-2513 (2013).
- Semrau, J. A., Herter, T. M., Scott, S. H., Dukelow, S. P. Robotic identification of kinesthetic deficits after stroke. Stroke. 44 (12), 3414-3421 (2013).
- Niku, S. Chapter 4, Dynamic Analysis and Forces. Introduction to Robotics: Analysis, Systems, Applications. , Prentice Hall. (2001).
- Sanford, J., Moreland, J., Swanson, L. R., Stratford, P. W., Gowland, C. Reliability of the Fugl-Meyer assessment for testing motor performance in patients following stroke. Phys Ther. 73 (7), 447-454 (1993).
- Bohannon, R. W., Smith, M. B. Interrater reliability of a modified Ashworth scale of muscle spasticity. Phys Ther. 67 (2), 206-207 (1987).
- Shah, S., Vanclay, F., Cooper, B. Improving the sensitivity of the Barthel Index for stroke rehabilitation. J Clin Epidemiol. 42 (8), 703-709 (1989).
- Lo, A. C., et al. Robot-assisted therapy for long-term upper-limb impairment after stroke. N Engl J Med. 362 (19), 1772-1783 (2010).
- Ho, N. S., et al. An EMG-driven exoskeleton hand robotic training device on chronic stroke subjects: task training system for stroke rehabilitation. IEEE Int Conf Rehabil Robot. , 5975340 (2011).
- Hesse, S., Schulte-Tigges, G., Konrad, M., Bardeleben, A., Werner, C. Robot-assisted arm trainer for the passive and active practice of bilateral forearm and wrist movements in hemiparetic subjects. Arch Phys Med Rehabil. 84 (6), 915-920 (2003).
- Lum, P. S., et al. MIME robotic device for upper-limb neurorehabilitation in subacute stroke subjects: A follow-up study. J Rehabil Res Dev. 43 (5), 631-642 (2006).
- Yang, C. L., Lin, K. C., Chen, H. C., Wu, C. Y., Chen, C. L. Pilot comparative study of unilateral and bilateral robot-assisted training on upper-extremity performance in patients with stroke. Am J Occup Ther. 66 (2), 198-206 (2012).
- Nef, T., Mihelj, M., Riener, R. ARMin: a robot for patient-cooperative arm therapy. Med Biol Eng Comput. 45 (9), 887-900 (2007).
- Ozkul, F., Barkana, D. E., Demirbas, S. B., Inal, S. Evaluation of proprioceptive sense of the elbow joint with RehabRoby. IEEE Int Conf Rehabil Robot. , 5975466 (2011).
- Pehlivan, A. U., Celik, O., O'Malley, M. K. Mechanical design of a distal arm exoskeleton for stroke and spinal cord injury rehabilitation. IEEE Int Conf Rehabil Robot. , 5975428 (2011).
- Zhang, H., et al. Feasibility studies of robot-assisted stroke rehabilitation at clinic and home settings using RUPERT. IEEE Int Conf Rehabil Robot. , 5975440 (2011).
