Um protocolo de reabilitação Estruturada para Melhoria da Multifuncional Prosthetic Controle: Um Estudo de Caso

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

Avanços em sistemas robóticos resultaram em próteses para o membro superior que pode produzir movimentos multifuncionais. No entanto, estes sistemas sofisticados exigem amputados de membros superiores para aprender sistemas de controle complexos. Os seres humanos têm a capacidade de aprender novos movimentos através de outras estratégias de aprendizagem e imitação. Este protocolo descreve um método de reabilitação estruturado, que inclui imitação, repetição e aprendizado por reforço, e tem como objetivo avaliar se este método pode melhorar o controle da prótese multifuncional. A esquerda abaixo amputado cotovelo, com 4 anos de experiência no uso de prótese, participaram neste estudo de caso. A prótese utilizada foi a mão Michelangelo com rotação punho, e os recursos adicionais de flexão e extensão do punho, o que permitiu mais combinações de movimentos da mão. O participante Procedimento de Avaliação Southampton Mão pontuação melhorou 58-71 seguinte formação estruturada. Isto sugere que um protocolo de formação estruturada de imitção, repetição e reforço pode ter um papel na aprendizagem para controlar uma nova prótese de mão. Um estudo clínico maior, porém, é necessário para suportar esses achados.

Introduction

Substituir a função da mão em amputados é uma tarefa difícil. Coordenando os movimentos das mãos altamente qualificados não é uma habilidade inata, e leva os seres humanos anos de aprender a desenvolver. ^1-5 Após a perda traumática de um lado, replicar essa capacidade por meio de prótese não é uma tarefa trivial e pode exigir um período de aprendizagem sustentado .

Desenho protético e métodos de interface para seu controle estão sujeitos a rápidas inovações tecnológicas, com o objetivo de controle multifuncional de uma maneira natural. ⁶ A complexidade desses sistemas de controle aumenta substancialmente para fornecer mais funções para amputados. Para garantir um controle preciso desses sistemas, e para reduzir o abandono das novas tecnologias, a formação adequada precisa ser estabelecido. Esta é susceptível de ser mais bem sucedida se baseia em estratégias dos amputados de aprendizagem inerentes.

Visão pode desempenhar um papel importante durante a leArning de movimentos da mão. Estudos comportamentais mostraram que, observando as ações dos outros ⁷ ou usar pistas visuais ^8, indivíduos sãos aprender e coordenar novos movimentos. Através de um processo de observação, compreensão e execução de uma ação observada, os indivíduos são capazes de imitar as ações dos outros. Redes corticais específicas, que podem incluir um sistema de neurônios-espelho (MNS), acredita-se que fundamentam essa capacidade, e pode ter um papel no controle de próteses. ^9-11

O papel da imitação não pode apenas limitar-se a execução de ações que já foram vistas, mas em conjunto com os MNS, permitir a execução de movimentos que ainda não tenham sido observados, mas extrapolados a partir repetoire motor do observador. ¹² De fato, a imitação não necessariamente ser uma habilidade inata, mas uma accruement de habilidades motoras ao longo do tempo que levam a ações experientes e sofisticados. ^{13 O} strength de observar as ações, mais simplesmente imaginá-los, foi mostrado para melhorar o aprendizado de novas tarefas. ^{14 Assim,} a imitação pode ser uma abordagem pragmática para amputados de formação, como a evidência sugere que um processo dirigido meta ^15, com a meta no cenário de reabilitação de permitir função útil mão protética.

Estudos de recuperação têm mostrado separadamente que pistas visuais, como simulações virtuais de uma prótese, incentivar amputados durante a formação de reabilitação. ¹⁶ Além disso, a utilização de repetição quando conduzida num paradigma bloqueado foi mostrado para permitir a formação rápida de prótese de membro superior controle. ¹⁷ Embora as simulações virtuais têm sido comprovada para ser tão eficaz como controle real de mãos protéticas para permitir que os usuários abled-corpo para controlar dispositivos mioelétricos, ¹⁸ seu efeito sobre amputados que utilizam medidas de resultados padronizadas não é clara. Finalmente, onde os protocolos para AMPU membro superiorexistem formação tação, o papel da imitação na aprendizagem do controle da prótese não é explicitamente discutida ^19,20.

Este estudo visa compreender se o uso de imitação, em combinação com a repetição e reforço, tem um impacto positivo na aprendizagem de controle da prótese multifuncional, como parte de um programa de treinamento estruturado.

Aqui apresentado é um relato de caso de um paciente amputado transradial que foi treinado para usar uma prótese de mão multifuncional. O participante já havia se acostumado a operar prótese mioelétrica tradicionais. Usando pistas visuais, tanto na forma de imitação de um manifestante saudável e computador feedback visual tão simples, o amputado rapidamente melhorias no processamento de seu novo dispositivo.

Protocol

Este estudo foi realizado em conformidade com a Declaração de Helsinque, tal como foi aprovado pelo comitê de ética em pesquisa da instituição. O estudo foi explicado detalhadamente ao participante antes do início, permitindo ao participante o tempo para ponderar a decisão de tomar voluntariamente participar do estudo e confirmar a sua participação informada, o consentimento escrito. Nota: Um homem, com idades entre 27 anos, participaram do estudo. O participante teve a visão norm…

Representative Results

O desempenho SHAP linha de base do participante com a sua prótese diariamente foi de 81, quando medido pela equipe clínica 8 meses antes do teste. A pontuação SHAP de 100 representa a função da mão sãos. 24 O participante teve uma pontuação global de 58 SHAP durante a sessão ingênuo com o sistema de controle de prótese mais avançada. No entanto, 3 meses mais tarde e sem qualquer interação com o novo sistema, além da formação estruturada, o participante alcançou uma pontuação de 71 SHAP c…

Discussion

Nossos resultados sugerem que o participante neste estudo que o treinamento estruturado ajudou a melhorar o controle de uma prótese de mão multifuncional durante uma única sessão. O programa estruturado usado aqui foi uma combinação de imitação, repetição e reforço dos movimentos da mão que o participante não foi capaz de concluir com a mão protética tradicional.

Embora o participante pontuaram mais alto com sua prótese tradicional no teste SHAP, vale a pena notar que ele nor…

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