Summary
هذه الدراسة تقارير عن تطوير برنامج جديد بمساعدة الروبوت مهمة المنحى لإعادة تأهيل اليد. تتكون عملية النمو من تجارب باستخدام كل من الموضوعات الصحية والموضوعات الذين لديهم سكتة دماغية ويعانون من خلل التحكم الحركي اللاحق.
Abstract
وتستخدم يد بمساعدة الروبوت لإعادة تأهيل المرضى الذين يعانون من ضعف وظيفة الطرف العلوي، وخاصة بالنسبة لمرضى السكتة الدماغية مع فقدان السيطرة الحركية. ومع ذلك، من غير الواضح كيف يمكن تطبيق استراتيجيات التدريب المهني التقليدية على استخدام الروبوتات التأهيلية. وتستخدم التكنولوجيات الروبوتية الجديدة ومفاهيم العلاج المهني لتطوير بروتوكول يسمح للمرضى الذين يعانون من ضعف وظيفة الطرف العلوي لفهم الكائنات باستخدام أيديهم المتضررة من خلال مجموعة متنوعة من وظائف معسر واستيعاب. لإجراء ذلك بشكل مناسب، استخدمنا خمسة أنواع من الأشياء: ربط، مكعب مستطيل، مكعب، كرة، وشريط أسطواني. نحن أيضا مجهزة المرضى مع اليد الروبوتية، اليد مرآة،يد الهيكل الخارجي التي يتم تركيبها على اليد المتضررة من هذا الموضوع، ويتبع حركة قفاز استشعار تركيبها على أيديهم غير متأثر (التدريب حركة ثنائية (BMT)). هذه الدراسة كان لها مرحلتان. تم توظيف ثلاثة مواضيع صحية لأول مرة لاختبار جدوى ومقبولية البرنامج التدريبي. ثم تم توظيف ثلاثة مرضى يعانون من خلل في اليد بسبب السكتة الدماغية للتأكد من جدوى ومقبولية البرنامج التدريبي الذي تم إجراؤه في 3 أيام متتالية. في كل يوم ، تم رصد المريض خلال 5 دقائق من الحركة في نطاق سلبي من الحركة ، 5 دقائق من حركة ثنائية ثنائية بمساعدة الروبوت ، والتدريب الموجهة نحو المهام باستخدام الكائنات الخمسة. وأظهرت النتائج أن كل من المواضيع الصحية والموضوعات الذين عانوا من السكتة الدماغية بالتزامن مع اليد الروبوتية يمكن أن تستوعب بنجاح الكائنات. كل من المواضيع الصحية وأولئك الذين عانوا من السكتة الدماغية أداء جيدا مع الروبوت بمساعدة برنامج التدريب الموجهة نحو المهمة من حيث الجدوى والمقبولة.
Introduction
معظم (80%) المرضى السكتة الدماغية تواجه عجزا في اليد وصعوبة في أداء المهام اليدوية بشكل مستقل التي هي ذات الصلة إلى الحياة اليومية1. ومع ذلك ، فإن الطبيعة المعقدة للمهام اليدوية تعني أنه من التحديات الكبيرة تصميم برنامج تدريب موجه نحو المهام لإعادة تأهيلاليدين 2. في السنوات الأخيرة، تم تطوير العديد من الأجهزة الروبوتية لإعادة تأهيل اليد3،4، ولكن عدد قليل من بروتوكولات التدريب بمساعدة الأجهزة الروبوتية تسمح للمريض بالتفاعل مع الأشياء الحقيقية. ومن غير الواضح بالضبط كيف يمكن تطبيق برنامج تدريب موجه نحو المهمة لإعادة تأهيل وظيفة اليد باستخدام الأجهزة الروبوتية للمرضى الذين يعانون من خلل اليد بسبب السكتة الدماغية.
يتم استخدام التدريب الموجه نحو المهمة لتحسين وظيفة اليد5،6 ويتم تطبيقه عادة في إعادة التأهيل لخلل في الأطراف العلوية بسبب السكتة الدماغية. يتم استخدامه لزيادة المرونة العصبية ويعتمد بشكل كبير على العجز العصبي الفردية والمطالب الوظيفية7. ومع ذلك، أثناء التدريب الموجه نحو المهمة، والمرضى تجربة صعبة في التلاعب الكائنات إذا كان ضعف وظيفة اليد. ومن الأمثلة على ذلك ضعف الفهم أو وظائف قرصة محدودة. المعالجين أيضا تظهر صعوبة في توجيه حركات أصابع المرضى بشكل فردي، مما يحد بالتالي من الاختلاف من استيعاب المهام. وبالتالي فإن الأجهزة الروبوتية ضرورية لزيادة فعالية التدريب الموجه نحو المهمة من خلال توجيه حركة اليد بشكل صريح أثناء التدريب المتكرر2،8.
الدراسات السابقة تستخدم فقط الروبوتات إعادة التأهيل للتدريب على المهام الموجهة إلى الأطراف العليا الوصول إلى المهام3. ومن غير الواضح كيف يمكن استخدام إعادة التأهيل بمساعدة الروبوت للتدريب الموجه نحو المهام في وظيفة اليد. وقد استخدمت اليد الهيكل الخارجي، HWARD، لتوجيه الأصابع لفهم وإطلاق الكائنات8. ومع ذلك، هذا الجهاز لا يسمح أنماط استيعاب متنوعة لأنه يفتقر إلى درجات الحرية اللازمة. في الآونة الأخيرة، وقد وضعت الأجهزة الأخرى التي تستهدف تحريك أصابع المريض بشكل فردي9. ومع ذلك، لم يتم استخدام هذه الأجهزة من قبل لالخَلَم العصبي. الأجهزة الروبوتية المذكورة أعلاه كلها الروبوتات أحادية الجانب. في المقابل، يحتاج نظام اليد الروبوتية المعروضة هنا إلى تعاون الأيدي غير المتأثرة والمتأثرة. تم تصميم نظام اليد الروبوتية خصيصا لأغراض إعادة التأهيل باستخدام آلية سيد الرقيق لتحقيق حركات اليد الثنائية التناظرية. يتكون النظام من يد الهيكل الخارجي (ترتديه على اليد المصابة) ، وصندوق تحكم ، وقفاز حسي (يرتديها على اليد غير المتأثرة). كل وحدة الإصبع من ناحية الهيكل الخارجي هو محرك مع درجة واحدة من الحرية وترتبط مفاصلها باستخدام نظام الربط الميكانيكية. تم تصميم حجمين، S و M، لتناسب مواضيع مختلفة. يوفر صندوق التحكم وضعين علاجيتين، وهما النطاق السلبي للحركة (PROM) ووضعات الحركة الموجهة بالمرآة، والتي يمكن من خلالها التلاعب بيد المريض المصابة من قبل اليد الخارجي. في وضع PROM، يرسل مربع التحكم أوامر الإدخال إلى الهيكل الخارجي أثناء تحريك يد الشخص لتنفيذ ثني/تمديد كامل للإصبع. أنه يحتوي على وضعين: وضع الإصبع الواحد (يعمل في تسلسل من الإبهام إلى الاصبع الصغير) ووضع الأصابع الخمسة (خمسة أصابع تتحرك معا). في وضع الحركة الموجهة المرآة، يتم تنفيذ آلية سيد (القفازات الاستشعار) - الرقيق (اليد الخارجي) ، والتي يتم الكشف عن حركة كل إصبع بواسطة قفاز استشعار وإشارات من زوايا مشتركة إلى مربع التحكم للتلاعب في اليد الهيكل الخارجي.
عندما تم تجهيز نظام اليد الروبوتية، وصدرت تعليمات إلى الأشخاص لتحريك أيديهم المتضررة تحت إشراف اليد الخارجي يسيطر عليها أيدي غير متأثرة التي هي حركة ثنائية التدريب (BMT)10. وفقا لبحث سابق, BMT قادرة على تنشيط مسارات عصبية مماثلة في كلا نصفي الدماغ ومنع تثبيط عبر نصف الكرة الأرضية الذي يعوق انتعاش وظيفة الخلايا العصبية في الآفة10. Brunnerوآخرون.11 مقارنة BMT إلى العلاج بالحركة الناجمة عن القيود (CIMT) في مرضى السكتة الدماغية دون الحادة. واقترحوا أن BMT يميل إلى تنشيط المزيد من الشبكات العصبية في كلا نصفي الكرة الأرضية من CIMT، ولم يكن هناك فرق كبير في تحسين وظيفة اليد بين نهج BMT وCIMT. كما اقترح Sleimen-Malkoun وآخرون12 أنه من خلال BMT، يمكن لمرضى السكتة الدماغية إعادة تأسيس كل من التحكم في الأطراف الموضعية والتحكم ثنائي الطمث. أي أن التدريب ينبغي أن يشمل مهاماً ثنائية الدواب التي تركز على استخدام الذراع المتأثرة. وعلاوة على ذلك ، فإن التنسيق بين كلتا اليدين ضروري لأنشطة الحياة اليومية (ADL)11،12. لذلك ، من الأهمية بمكان تطوير برنامج تدريب ثنائي الدواوين بمساعدة الروبوت موجه نحو المهام لمرضى ما بعد السكتة الدماغية والأشياء التي يمكن استيعابها أو قرصها من قبل المرضى الذين يرتدون نظام اليد الروبوتية.
في هذه الدراسة، تم تصميم مجموعة متنوعة من الأشياء استيعاب على أساس احتياجات العلاج المهني والخواص الميكانيكية للروبوتات إعادة التأهيل. تم تطوير بروتوكول تدريب موجه نحو المهمة باستخدام أجهزة إعادة التأهيل الروبوتية للمرضى الذين يعانون من خلل في الأطراف العليا بسبب السكتة الدماغية. وكان الغرض من هذه الدراسة للتحقيق في جدوى ومقبولية برنامج التدريب الموجهة نحو المهمة باستخدام الروبوت الهيكل الخارجي والكائنات المصممة حديثا استيعاب.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
وقد استعرض مجلس الاستعراض المؤسسي لمؤسسة تشانغ غونغ الطبية وثيقة بروتوكول التدريب والموافقة المستنيرة ووافق عليها. وتم شرح تفاصيل الدراسة والإجراءات بوضوح لكل موضوع.
1 - تعيين ثلاثة بالغين أصحاء
- تنفيذ عملية الفحص باستخدام معايير الاشتمال التالية: (1) سن 20-60 سنة، (2) وقعت بالفعل الموافقة المستنيرة، (3) وظيفة عادية في الأطراف العليا، (4) مصغرة العقلية الدولة فحص (MMSE) درجة ≧24.
- إجراء محاكمة 1: التلاعب الكائنات دون ارتداء نظام اليد الروبوتية.
- إرشاد الموضوع للجلوس تستقيم في كرسي مع ظهر ثابت ولا مساند للذراعين. مقعد الموضوع أمام طاولة. الوقوف إلى جانب الموضوع غير المهيمنة.
- تعليم هذا الموضوع كيفية التعامل مع الكائنات المصممة لمدة 5 دقائق. وتشمل prehension بالمطار لالتقاط ربط، prehension الجانبي لالتقاط مكعب مستطيلة، تشاك من ثلاث نقاط لالتقاط المكعب، وفهم كروي لالتقاط الكرة، وفهم أسطواني لالتقاط شريط أسطواني.
ملاحظة: يتم عرض الكائنات في الشكل 1A. يظهر الإعداد التجريبي في الشكل 1B. تعلم الموضوعات أنماط الفهم المحددة لكل كائن. يظهر نمط التمسك في الشكل 2. - ضع قاعدتين ثنائياً أمام يدي الشخص. ضع كل كائن يستخدم في إعادة التأهيل على رأس هذه الأسس للمساعدة في التلاعب. لكافة الكائنات، كرر التسلسلات التالية 20 مرة. اطلب من الأشخاص فهم الأشياء في منطقة البداية للقاعدة ، ورفعها ، ونقلها إلى خط الوسط وإطلاقها باستخدام أيديهم غير المهيمنة.
- في الوقت نفسه، قياس معدل النجاح لهذه المحاولات 20. تنفيذ هذا الإجراء في 3 أيام متتالية. معدل النجاح هو عدد التلاعبات الناجحة لكل 20 محاولة × 100%. يتم تعريف التلاعب الناجح كما هو عندما تكون الموضوعات قادرة على إكمال تسلسل مع نمط فهم محددة وفقا للكائنات ودون إسقاطها.
- إجراء محاكمة 2: التلاعب الكائنات باستخدام نظام اليد الروبوتية (الشكل 3).
ملاحظة: آليات نظام اليد الروبوتية كما يلي. في اليد الخارجي الهيكل، تم تصميم المفاصل في كل وحدة الاصبع في الربط الميكانيكية ويقودها المحرك الخطي الفردية مع سرعة ثابتة من 10 ملم / ثانية. الهيكل الخارجي له نطاقات مختلفة من الحركة في كل وحدة الاصبع (الإبهام: MCP = 0° إلى 55 ° ، DIP = 0° إلى 70°؛ مؤشر والأصابع الوسطى: MCP = -10 ° إلى 55°، PIP = 0° إلى 35°، DIP = 0° إلى 35°؛ حلقة وأصابع صغيرة: MCP = -5 ° إلى 55°، PIP = 0° إلى 35°، DIP = 0° إلى 35°). في قفاز الاستشعار، يتم تثبيت كل وحدة إصبع مع جهاز استشعار المرن الذي يقيس زاوية مشتركة ويرسل إشارات الإدخال إلى مربع التحكم من خلال الكابلات.- إعداد القفازات الاستشعار (الشكل 1B، ب)
- ضع قفاز المستشعر على اليد المهيمنة لهذا الموضوع. استخدم الفيلكرو لتأمين المعصم.
- إعداد الهيكل الخارجي (الشكل 1B, b)
- استخدام لوحة نظيفة لالتفاف اليد غير المهيمنة. ربط الفيلكرو بشكل مريح.
- تخفيف آلية الإبهام من ناحية الهيكل الخارجي للسماح التكيف من زاوية فتح الإبهام. ضع اليد غير المهيمنة في يد الهيكل الخارجي. ربط الفيلكرو إلى النخيل من خلال حلقة الربط. ربط الأصابع واحدا تلو الآخر، بدءا من السبابة والتشطيب مع الإبهام.
- ثم، ربط الفيلكرو موازية للرسغ من خلال حلقة الربط. ضبط الإبهام إلى زاوية مريحة ثم تشديد آلية الإبهام.
- إعداد مربع التحكم (الشكل 1A, c)
- أدخل الكابلات من ناحية الهيكل الخارجي وقفاز استشعار في مآخذ في اليد الهيكل الخارجي وقفاز استشعار، على التوالي. بعد ذلك، قم بإدراج الكابلات الخاصة باليد الهيكل الخارجي وقفاز الاستشعار في المقبس في مربع التحكم. وأخيراً، أدخل كابل الطاقة في صندوق التحكم واربطه بمأخذ مع الجهد الصحيح.
- إجراء جلسة الاحماء (وضع PROM)
- قم بالتبديل في مربع التحكم وضبط الوضع إلى الأصابع الخمسة. يسمح هذا الوضع يد الهيكل الخارجي لتحريك أصابع الموضوع بشكل سلبي. اطلب من هذا الموضوع تنفيذ مهمة الفهم والإطلاق التي تسترشد يد الهيكل الخارجي لمدة 2.5 دقيقة.
- قم بتبديل الوضع إلى الإصبع الواحد ودع اليد الهيكل الخارجي تحرك أصابع الشخص بشكل فردي وسلبي. اطلب من هذا الموضوع أن يمد الأصابع الفردية ويسحبها لمدة 2.5 دقيقة ، مسترشدًا بيد الهيكل الخارجي.
- إجراء جلسة حركة ثنائية ثنائية بمساعدة الروبوت.
- قم بتبديل الوضع إلى نسخة متطابقة. في هذا الوضع، حركة اليد المهيمنة التي ترتدي قفاز الاستشعار تسيطر على حركات اليد الهيكل الخارجي. أي حركة يتم إجراؤها بواسطة قفاز الاستشعار هو تقليدها وعكسها من قبل اليد الهيكل الخارجي. على سبيل المثال، إنثناء إصبع السبابة لقفاز الاستشعار يتوافق مع انثناء من إصبع السبابة الهيكل الخارجي.
- إرشاد هذا الموضوع لأداء مهمة فهم والإفراج لمدة 2.5 دقيقة وجعل حركات الاصبع الفردية لمدة 2.5 دقيقة أخرى في حين يرتدي قفاز الاستشعار. ويُعكس هذا الإجراء من ناحية الهيكل الخارجي، التي ترشد اليد غير المهيمنة لهذا الموضوع في أداء المهام المطلوبة.
- إعداد القفازات الاستشعار (الشكل 1B، ب)
- إجراء جلسة عمل موجهة نحو المهام.
- تعليم هذا الموضوع كيفية التعامل مع الكائنات المصممة باستخدام نظام اليد الروبوتية لمدة 5 دقائق. وتشمل prehension بالمدار لالتقاط الوتد، prehension الجانبي لالتقاط مكعب مستطيلة، تشاك من ثلاث نقاط لالتقاط المكعب، وفهم كروي لالتقاط الكرة، وفهم أسطواني لالتقاط شريط أسطواني.
- ضع قاعدتين ثنائياً أمام يدي الشخص. ضع كل كائن يستخدم في إعادة التأهيل على رأس هذه الأسس للمساعدة في التلاعب. لكافة الكائنات، كرر التسلسلات التالية 20 مرة. اطلب من الأشخاص فهم الكائن في منطقة البداية للقاعدة ، ورفعه ، ونقله إلى خط الوسط وإطلاقه باستخدام نظام اليد الروبوتية.
- في الوقت نفسه، قياس معدل النجاح لهذه المحاولات 20. تنفيذ هذا الإجراء في 3 أيام متتالية. معدل النجاح هو عدد التلاعبات الناجحة لكل 20 محاولة × 100%. يتم تعريف التلاعب الناجح كما هو عندما تكون الموضوعات قادرة على إكمال تسلسل مع نمط فهم محددة باستخدام نظام اليد الروبوتية ودون إسقاطها.
ملاحظة: سيتم استخدام معدل النجاح لتقييم جدوى نظام اليد الروبوتية ثنائية الual في الموضوعات الصحية.
2. تجنيد ثلاثة مرضى السكتة الدماغية لتحديد مدى انطباق البرنامج التدريبي
- إجراء عملية الفحص باستخدام معايير الاشتمال التالية: (1) سن 20-60 سنة; (2) الموافقة المُعَرَقَة الموقعة؛ (3) تشخيص السكتة الدماغية من جانب واحد ≧ 1 شهر (4) تعديل مقياس أشورث (ماس) درجة ≦2؛ (5) برونستروم المرحلة ≦2؛ (6) MMSE النتيجة ≧24.
- إجراء محاكمة 1: التعامل مع الكائنات عند عدم استخدام نظام اليد الروبوتية (الشكل 2).
- دع الموضوع يجلس منتصباً على كرسي مع ظهر ثابت ولا مساند للذراعين. مقعد الموضوع أمام طاولة. الوقوف إلى جانب المتضررين من هذا الموضوع. وضع حبال تحت الكوع و الخارجي اليد الموضوع لدعم ذراعه / لها المتضررة.
- تعليم هذا الموضوع كيفية التعامل مع الكائنات المصممة لمدة 5 دقائق. وتشمل prehension بالمطار لالتقاط ربط، prehension الجانبي لالتقاط مكعب مستطيلة، تشاك من ثلاث نقاط لالتقاط المكعب، وفهم كروي لالتقاط الكرة، وفهم أسطواني لالتقاط شريط أسطواني.
- ضع قاعدتين ثنائياً أمام يدي الشخص. ضع كل كائن يستخدم في إعادة التأهيل على رأس هذه الأسس للمساعدة في التلاعب. اطلب من هذا الموضوع أن يتلاعب بالكائنات الخمسة المختلفة باستخدام يده المتأثرة 20 مرة. دعم هذا الموضوع في تحريك ذراعه العلوي إذا لزم الأمر.
- في الوقت نفسه، قياس معدل النجاح لهذه المحاولات 20. تنفيذ هذا الإجراء في 3 أيام متتالية.
- إجراء محاكمة 2: التلاعب الكائنات باستخدام نظام اليد الروبوتية (الشكل 3).
- تناسب اليد الهيكل الخارجي إلى اليد المتضررة من هذا الموضوع والقفازات الاستشعار إلى اليد غير المتضررة. كرر الخطوات 1.3.1-1.3.3. وضع حبال تحت الكوع و الخارجي اليد الموضوع لدعم ذراعه / لها المتضررة.
- إجراء جلسة الاحماء (وضع PROM).
- قم بالتبديل في مربع التحكم وضبط الوضع إلى الأصابع الخمسة. اطلب من هذا الموضوع تنفيذ مهمة الفهم والإطلاق التي تسترشد يد الهيكل الخارجي لمدة 2.5 دقيقة.
- قم بتبديل الوضع إلى الإصبع الواحد. اطلب من هذا الموضوع أن يمد الأصابع الفردية ويسحبها لمدة 2.5 دقيقة ، مسترشدًا بيد الهيكل الخارجي.
- قم بتبديل الوضع إلى نسخة متطابقة. إرشاد هذا الموضوع لأداء مهمة فهم والإفراج لمدة 2.5 دقيقة وجعل حركات الاصبع الفردية لمدة 2.5 دقيقة أخرى في حين يرتدي قفاز الاستشعار. ويُعكس هذا الإجراء من ناحية الهيكل الخارجي، التي ترشد اليد المتأثرة للموضوع في أداء المهام المطلوبة.
- إجراء جلسة عمل موجهة نحو المهام.
- تعليم هذا الموضوع كيفية التعامل مع الكائنات المصممة باستخدام نظام اليد الروبوتية لمدة 5 دقائق. وتشمل prehension بالمدار لالتقاط الوتد، prehension الجانبي لالتقاط مكعب مستطيلة، تشاك من ثلاث نقاط لالتقاط المكعب، وفهم كروي لالتقاط الكرة، وفهم أسطواني لالتقاط شريط أسطواني.
- ضع قاعدتين ثنائياً أمام يدي الشخص. ضع كل كائن يستخدم في إعادة التأهيل على رأس هذه الأسس للمساعدة في التلاعب. لكافة الكائنات، كرر التسلسلات التالية 20 مرة. اطلب من الأشخاص فهم الكائنات في منطقة البداية للقاعدة ، ورفعها ، ونقلها إلى خط الوسط وإطلاقها باستخدام نظام اليد الروبوتية.
- في الوقت نفسه، قياس معدل النجاح لهذه المحاولات 20. تنفيذ هذا الإجراء في 3 أيام متتالية. معدل النجاح هو عدد التلاعبات الناجحة لكل 20 محاولة × 100%. يتم تعريف التلاعب الناجح كما هو عندما تكون الموضوعات قادرة على إكمال تسلسل مع نمط فهم محددة باستخدام نظام اليد الروبوتية ودون إسقاطها.
ملاحظة: سيتم استخدام معدل النجاح لتقييم جدوى نظام اليد الروبوتية في مرضى السكتة الدماغية.
3. تقييم المريض
- لتقييم المقبولية، اسأل الأسئلة التالية في نهاية كل جلسة: (1) هل كان نظام اليد الروبوتية مفيدًا لك في التلاعب بالأشياء؟ (2) هل حدثت أي أحداث سلبية أثناء أو بعد البرنامج التدريبي؟
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
تم تسجيل ما مجموعه ستة مواضيع في هذه الدراسة، بما في ذلك ثلاثة مواضيع صحية وثلاثة مواضيع ما بعد السكتة الدماغية. وتظهر البيانات الديمغرافية لكلا المجموعتين في الجدول التكميلي 1. كان متوسط عمر المجموعة الصحية 28 (النطاق: 24-30)، في حين أن متوسط عمر مجموعة المرضى كان 49 (40-57). وكانت متوسط درجات التقييم لمجموعة المرضى على النحو التالي: (1) MMSE = 27 (26-29)، (2) FMA = 11.3 (6-15)، (3) MAS = 1، (4) مرحلة برونستروم = 2.
في الخطوة 1، المواضيع في مجموعة صحية (n = 3) التلاعب تماما جميع الكائنات مع وبدون نظام اليد الروبوتية(الجداول التكميلية 2-6). وكانت معدلات النجاح المتوسطة على مدى 3 أيام دون اليد الروبوتية، كما هو مبين في الشكل 4،على النحو التالي: ربط = 100 ± 0٪ (متوسط ± S.D.); مكعب مستطيل = 100 ± 0 ٪ ؛ مكعب = 100 ± 0 %; الكرة = 100 ± 0 ٪ ، وشريط أسطواني = 100 ± 0 ٪. متوسط معدلات النجاح على مدى 3 أيام باستخدام اليد الروبوتية، كما هو مبين في الشكل 4،كانت على النحو التالي: ربط = 100 ± 0٪ مكعب مستطيل = 100 ± 0 ٪ ؛ مكعب = 100 ± 0 %; الكرة = 100 ± 0 ٪ ، وشريط أسطواني = 100 ± 0 ٪. دعمت النتائج جدوى نظام اليد الروبوتية في المجموعة الصحية.
في الخطوة 2 ، أظهر جميع المرضى (n = 3) صعوبات في التلاعب بالأشياء بدون نظام اليد الروبوتية (الجداول التكميلية 2-6) ، والتي تظهر معدلات نجاح 0 ± 0 ٪ لجميع الكائنات ، ولكن معدلات نجاحها زادت بشكل كبير عندما استخدموا نظام اليد الروبوتية (الشكل 4). وعلى وجه التحديد، كانت معدلات نجاحها على النحو التالي: ربط 98.89 ± 1.92٪، مكعب مستطيل = 97.78 ± 3.84 ٪، مكعب = 97.78 ± 2.55 ٪، الكرة = 99.44 ± 0.96 ٪، وشريط أسطواني = 100 ± 0 ٪. وكانت معدلات النجاح عند استخدام نظام اليد الروبوتية في المرضى مماثلة لتلك الموجودة في المواضيع الصحية. دعمت النتائج جدوى نظام اليد الروبوتية في مرضى السكتة الدماغية.
في الخطوة 3، أفاد جميع المرضى أن نظام اليد الروبوتية كان مفيداً لمعالجة الكائنات. بالإضافة إلى ذلك، أكمل جميع الأشخاص الإجراء في 3 أيام متتالية دون الإبلاغ عن أي أحداث سلبية. ودعمت النتائج قبول البرنامج التدريبي.
الشكل 1: الأجسام التجريبية والتصميم.
(أ) الكائنات المصممة: (أ) ربط (الرأس: 4.5 سم قطرها، الجسم: قطرها 3 سم، BRS=3)، (ب) مكعب مستطيل (1 سم × 4 سم × 4 سم، BRS= 4)، (ج) مكعب (4 سم3،BRS=4)، (د) الكرة (قطرها 6 سم، BRS =5)، (ه) شريط أسطواني (قطره 4 سم، BRS=5) و (و) قاعدة؛ (ب)الإعداد التجريبي: (أ) حبال، (ب) اليد الهيكل الخارجي، و (ج) مربع التحكم. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: مواضيع التلاعب الكائنات دون استخدام نظام اليد الروبوتية الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3: مواضيع التلاعب الكائنات باستخدام نظام اليد الروبوتية الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4: نتائج المهام الممسكة.
وأظهرت النتائج وجود فرق بين مجموعات صحية والمرضى (مان ويتني يو اختبار) دون استخدام الروبوت (غير الروبوت شرط)، ولكن لم يعد لوحظ الفرق مع الروبوت (حالة الروبوت). الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الجدول التكميلي 1- الـ 1 الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الجدول.
الجدول التكميلي 2- الـ 1000 الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الجدول.
الجدول التكميلي 3- الـ 1000 الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الجدول.
الجدول التكميلي 4- الـ 100000000 الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الجدول.
الجدول التكميلي 5- الـ 100000000 الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الجدول.
الجدول التكميلي 6- الـ 1000 الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الجدول.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
وأظهرت نتائج هذه الدراسة ما يلي: (1) يمكن لكلا المجموعتين فهم بنجاح الكائنات المقدمة مع نظام اليد الروبوتية. وتمكنوا من إتمام هذه المهمة بنسبة نجاح تبلغ 100% تقريباً، وهو ما يتحقق من جدوى برنامج التدريب المقترح الذي يساعده الروبوت على أداء المهام. (2) لم ترد تقارير عن وقوع إصابات أو أحداث سلبية خلال فترة الدراسة، وأفاد جميع المرضى أن نظام اليد الروبوتية كان مفيداً لمعالجة الأشياء. وهذا ما أكد قبول نظام اليد الروبوتية وبرنامج التدريب.
هذا هو البروتوكول الأول الذي يستخدم نظام اليد الروبوتية الثنائية للتفاعل مع الأشياء الحقيقية8,13,14. الأنشطة اليومية اعتمادا على وظيفة اليد معقدة15، وخاصة المهام12bimanual ، مثل وضع على السراويل أو انتزاع منشفة. نقترح أن البرنامج التدريبي الذي يتضمن ممارسة أنماط مختلفة من الاستيعاب بشكل ثنائية سوف تكون قادرة على تسهيل وظيفة اليد المواضيع وتعزيز الأداء الفعلي ADL. تم تصميم الأشياء لهذه الدراسة مع جدوى، والاستقرار، والمرونة في الاعتبار. على وجه التحديد، تم تصميم الأشكال والأحجام والمواد من الكائنات لتناسب المواقف المشتركة جامدة من ناحية الهيكل الخارجي والسماح ردود فعل الحسية كافية. بالإضافة إلى ذلك، تم تصميم كل شكل لتدريب نمط قبضة مختلفة مبينة في "مرحلة برونستروم". فهو يعطي المعالجين نظام منظم يسمح لهم بتقدير صعوبة المهمة. وعلاوة على ذلك، يمكن تطبيق نظام اليد الروبوتية لإشعال المرضى الذين لديهم وظيفة اليد ضعف شديد (أي، مرحلة برونستروم ≤ 2). يمكنهم الحصول على الخبرة الحركية والمدخلات الحسية من خلال المساعدة من ناحية الروبوتية الهيكل الخارجي.
نظام اليد الروبوتية لديها عدة قيود. يتم إصلاح سرعة حركة اليد الهيكل الخارجي وغير قادر على مطابقة سرعة حركة قفاز الاستشعار بدقة. قد يؤثر هذا على آثار BMT ويحد من اختلاف مهام التدريب. قد تكون يد الهيكل الخارجي الصغيرة كبيرة جدًا بالنسبة لبعض الموضوعات ، لأنها مصممة بناءً على يد الذكر. اليد الخارجي لديه درجة واحدة فقط من الحرية في حركة الأصابع ويتم إصلاح موقف الإبهام ، والذي يحظر حركة ثلاثية الأبعاد من الأصابع ويزيد من صعوبة التفاعل مع الكائنات الواقعية. وزن اليد الهيكل الخارجي هو عبء على مرضى السكتة الدماغية. وقد أظهروا صعوبة في الوصول بشكل مستقل مع اليد الروبوتية ، لذلك فإن نظام التعليق المطبق على الذراعين والساعدين ضروري لدعم الجزء القريب من الأطراف العليا المصابة ومساعدة برنامج التدريب اليدوي.
من المهم تعزيز التماثل بين القفازات الاستشعار و الخارجي الهيكل اليد لتحقيق حركات حقيقية bimanual معكوسة. وينبغي تطبيق تثبيت إضافية لتناسب أيدي أصغر. وينبغي أن تكون مجهزة نسخة المكرر من اليد هيكل خارجي مع المفاصل أكثر قابلية للتعديل للسماح اليد الروبوتية لأداء حركات متعددة الأبعاد ومتشابكة اليد التدريب المهام. وعلاوة على ذلك، يمكن تطبيق نوع محمول من نظام اليد الروبوتية مع برامج إعادة التأهيل التي يخطط لها المعالجون عن بعد في برامج إعادة التأهيل المنزلية.
وكانت هناك عدة قيود في إدراج المواضيع قد تؤثر على تعميم تطبيق بروتوكول التدريب. هذه دراسة تجريبية لتقييم جدوى ومقبولية برنامج التدريب وبالتالي فإن حجم العينة صغير جداً. الخصائص الوظيفية لمرضى السكتة الدماغية متجانسة تماما، مع ماس = 1، مرحلة بونستروم = 2، ودرجة FMA تتراوح بين 6 إلى 15. هؤلاء المرضى لديهم ضعف شديد في الحركة الحركية في أيديهم المتضررة، بحيث، بعد زيادة استخدام النظام، كان لديهم تحسن كبير في الأداء الحركي بالمقارنة مع دولتهم السابقة، وهي الخاصية التي قد تبالغ في تأثير نظامنا الروبوتي. بالإضافة إلى ذلك ، قمنا بتوظيف أشخاص ذوي تشنج أقل لتوجيه حركة الأيدي المتأثرة من قبل النظام الروبوتي بسهولة ، ولكن هذه الأجهزة قد لا تكون مناسبة للمرضى الذين يعانون من تشنج قوي. وكدراسة جدوى ومقبولية، لم نجري تقييمات لما بعد العلاج. بعد هذه الدراسة، سوف نجري تجربة معشاة ذات شواهد لتوصيف آثار برنامج التدريب الذي يساعد الروبوت على العمل.
تهدف هذه الدراسة إلى تطوير برنامج إعادة تأهيل يدوي جديد بمساعدة الروبوت. وقد غطى البروتوكول الذي تم إنشاؤه على نطاق واسع إعداد ومتطلبات الإجراءات مع تقييم جدوى البرنامج ومقبولية. تم التوصل إلى أن يكون البرنامج ممكناً ومقبولاً وآمناً. أظهرت نتائج البرنامج أن بروتوكول التدريب والكائنات المصممة خصيصًا لإعادة التأهيل بمساعدة الروبوت مناسبة للتأهيل العصبي لمرضى السكتة الدماغية. من أجل التحقق من هذه النتائج، من الضروري إجراء تجربة معشاة ذات شواهد لتحديد التأثير العلاجي لبرنامج التدريب.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
ويعلن أصحاب البلاغ عدم وجود تضارب في المصالح.
Acknowledgments
وقد دعم هذا المشروع مؤسسة تشانغ جونغ الطبية بمنحة BMRP390021 ووزارة العلوم والتكنولوجيا بمنح MOST 107-2218-E-182A-001 و108-2218-E-182A-001.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Control Box | Rehabotics Medical Technology Corporation | HB01 | The control box includes a power supply, sensor glove signal receiver, motor signal transmitter, and exoskeletal hand motion mode selection unit. |
| Exoskeletal Hand | Rehabotics Medical Technology Corporation | HS01 | It is a wearable device causing the patient's fingers to move and is driven by an external motor and mechanical assembly. |
| Sensor Glove | Rehabotics Medical Technology Corporation | HM01 | Worn on the patient's unaffected side hand. The sensors in the sensor glove will detect flexing and extension of the hand, and this data will be used to control the exoskeletal hand when in bimanual mode. |
References
- Hung, C. S., et al. The effects of combination of robot-assisted therapy with task-specific or impairment-oriented training on motor function and quality of life in chronic stroke. PM & R: The Journal of Injury, Function, and Rehabilitation. 8 (8), 721-729 (2016).
- SangWook, L., Landers, K. A., Hyung-Soon, P. Development of a biomimetic hand exotendon device (BiomHED) for restoration of functional hand movement post-stroke. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 22 (4), 886-898 (2014).
- Johnson, M. J., Wisneski, K. J., Anderson, J., Nathan, D., Smith, R. O. Development of ADLER: The Activities of Daily Living Exercise Robot. Proceedings of IEEE/RAS-EMBS International Conference. , Pisa, Italy. (2006).
- Pignolo, L.
- Timmermans, A. A., Spooren, A. I., Kingma, H., Seelen, H. A. Influence of task-oriented training content on skilled arm-hand performance in stroke: a systematic review. Neurorehabilitation and Neural Repair. 24 (9), 858-870 (2010).
- Schweighofer, N., Choi, Y., Winstein, C., Gordon, J.
- Almhdawi, K. A., Mathiowetz, V. G., White, M., delMas, R. C. Efficacy of occupational therapy task-oriented approach in upper extremity post-stroke rehabilitation. Occupational Therapy International. 23 (4), 444-456 (2016).
- Takahashi, C. D., Der-Yeghiaian, L., Le, V. H., Cramer, S. C. A robotic device for hand motor therapy after stroke. Proceedings of 9th International Conference on Rehabilitation Robotics. , Chicago, IL. (2005).
- Villafañe, J. H., et al. Efficacy of short-term robot-assisted rehabilitation in patients with hand paralysis after stroke: a randomized clinical trial. Hand (NY). 13 (1), 95-102 (2018).
- Cauraugh, J. H., Lodha, N., Naik, S. K., Summers, J. J. Bilateral movement training and stroke motor recovery progress: a structured review and meta-analysis. Human Movement Science. 29 (5), 853-870 (2010).
- Brunner, I. C., Skouen, J. S., Strand, L. I. Is modified constraint-induced movement therapy more effective than bimanual training in improving arm motor function in the subacute phase post stroke? A randomized controlled trial. Clinical Rehabilitation. 26 (12), 1078-1086 (2012).
- Sleimen-Malkoun, R., Temprado, J. J., Thefenne, L., Berton, E. Bimanual training in stroke: how do coupling and symmetry-breaking matter. BMC Neurology. 11, 11 (2011).
- Yue, Z., Zhang, X., Wang, J. Hand rehabilitation robotics on poststroke motor recovery. Behavioural Neurology. 2017, 1-20 (2017).
- Dovat, L., et al. HandCARE: a cable-actuated rehabilitation system to train hand function after stroke. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 16 (6), 582-591 (2008).
- Yoo, C., Park, J. Impact of task-oriented training on hand function and activities of daily living after stroke. Journal of Physical Therapy Science. 27 (8), 2529-2531 (2015).
