פיתוח תוכנית שיקום מוכוונת-משימות באמצעות יד רובוטית ביאנואל
Summary
מחקר זה מדווח על התפתחות של תוכנית הרומן בסיוע משימות מונחה משימה לשיקום יד. התהליך ההתפתחותי כולל ניסויים באמצעות נושאים בריאים ונושאים שעברו שבץ וסבלו מתפקוד לקוי של בקרת המנוע.
Abstract
יד רובוט משמש לשיקום של חולים עם לקויי תפקוד הגפיים העליונות, במיוחד עבור חולי שבץ עם אובדן של שליטה מוטורית. עם זאת, לא ברור כיצד אסטרטגיות הכשרה מקצועי קונבנציונאלי ניתן להחיל על השימוש ברובוטים שיקום. טכנולוגיה רובוטית הרומן מושגים ריפוי בעיסוק משמשים לפתח פרוטוקול המאפשר לחולים עם לקויי פונקציה הגפיים העליונות לתפוס חפצים באמצעות היד המושפעת שלהם באמצעות מגוון של פונקציות צובט ואוחז. כדי לבצע זאת כראוי, השתמשנו בחמישה סוגים של אובייקטים: יתד, קוביה מלבנית, קוביה, כדור, ובר גלילי. אנו מצוידים גם את החולים עם יד רובוטית, יד המראה, יד שלד חיצוני המצויד יד מושפעת של הנושא ובעקבות התנועה של הכפפה חיישן מצויד היד שלהם מושפע (בימרו הדרכה התנועה (bmt)). למחקר זה היו שני שלבים. שלושה נושאים בריאים גויסו לראשונה כדי לבחון את הכדאיות והקבלה של תוכנית ההכשרה. שלושה חולים עם בעיות בתפקוד היד שנגרמו על ידי שבץ גויסו אז כדי לאשר את הכדאיות ואת הקבלה של תוכנית ההכשרה, אשר נערכה במשך 3 ימים רצופים. בכל יום, החולה היה מפוקח במהלך 5 דקות של תנועה בטווח פסיבי של תנועה, 5 דקות של תנועה באמצעות הרובוט באמצעות בתים, והכשרה מונחה משימות באמצעות חמשת האובייקטים. התוצאות הראו כי גם נושאים בריאים ונושאים שסבלו משבץ בשילוב עם היד הרובוטית יכולים לתפוס את החפצים בהצלחה. גם הנושאים הבריאים ואלה שסבלו משבץ, הופיעו היטב עם תוכנית ההדרכה של הרובוטים בסיוע משימות מבחינת הכדאיות והקבלה.
Introduction
רוב (80%) חולי שבץ חווים גרעון ביד ומתקשים לבצע באופן עצמאי משימות ידניות הנוגעות לחיי היומיום1. עם זאת, הטבע המורכב של משימות ידניות פירושו כי הוא אתגר משמעותי כדי לעצב תוכנית הדרכה מונחה משימות לשיקום יד2. בשנים האחרונות פותחו מכשירים רובוטיים רבים לשיקום יד3,4, אבל כמה פרוטוקולים הכשרה בסיוע מכשירים רובוטיים לאפשר לחולה אינטראקציה עם אובייקטים אמיתיים. לא ברור בדיוק איך משימה מונחה תוכנית הדרכה לשיקום הפונקציה יד ניתן להחיל באמצעות מכשירים רובוטיים עבור חולים אשר חווים תפקוד לקוי עקב שבץ.
אימון מונחה-משימות משמש כדי לשפר את תפקוד היד5,6 והוא מוחל בדרך כלל בשיקום עבור תפקוד הגפיים העליונות עקב שבץ. היא משמשת להגברת הפלסטיות והיא תלויה מאוד בתביעות נוירולוגיות ובדרישות פונקציונליות מסוימות7. עם זאת, במהלך הכשרה מונחה משימות, מטופלים חווים באופן קשה בטיפול באובייקטים אם הפונקציה יד לקויה. דוגמאות לכך כוללות אחיזה גרועה או פונקציות צביטה מוגבלת. מטפלים גם מתקשים להדריך את תנועות האצבעות של המטופלים בנפרד, ולכן מגביל את הווריאציה של המשימות הנמצאות בטיפול. התקנים רובוטיים נחוצים לכן כדי להגביר את האפקטיביות של הכשרה מוכוונת משימות על ידי תנועת יד המנחה במפורש במהלך אימון חוזר2,8.
מחקרים קודמים השתמשו רק רובוטים שיקום עבור הכשרה מונחה משימות על הגפיים העליון משימות להגיע3. לא ברור כיצד הרובוט בסיוע שיקום יכול להיות מועסק עבור הכשרה מונחה משימה מיקוד בפונקציה יד. יד שלד חיצוני, HWARD, השתמשו כדי להנחות את האצבעות כדי לתפוס ולשחרר אובייקטים8. עם זאת, התקן זה אינו מאפשר מגוון דפוסים מגוונים משום שהוא חסר את דרגות החופש הדרושות. לאחרונה, התקנים אחרים שהמטרה הזזת אצבעות המטופל בנפרד פותחו9. עם זאת, התקנים אלה לא שימשו בעבר לנוירוהליזם. המכשירים הרובוטיים שהוזכרו לעיל הם רובוטים חד צדדיים. לעומת זאת, מערכת היד הרובוטית המוצגת כאן צריכה שיתוף פעולה של ידיים מושפעות והשפיעו. מערכת היד רובוטית מיועדת במיוחד למטרות שיקום באמצעות המאסטר – עבדים מנגנון כדי להשיג תנועות יד בינה סימטרית. המערכת מורכבת מהיד השלד החיצוני (שחוקה על היד המושפעת), תיבת שליטה, וכפפת חישה (שחוקה על היד מושפע). כל מודול אצבע של היד השלד החיצוני מונע על ידי מנוע עם מידה אחת של חופש והמפרקים שלה מקושרים באמצעות מערכת הצמדה מכנית. שני גדלים, S ו-M, מתוכננים להתאים לנושאים שונים. תיבת הבקרה מספק שני מצבים טיפוליים, טווח פסיבי של תנועה (הנשף) ומראה מונחה תנועה מצבי, שדרכו ידו המושפעת של המטופל יכול להיות מניפולציות על ידי היד השלד. במצב נשף הסיום, תיבת הבקרה שולחת פקודות קלט לשלד החיצוני תוך שהיא מזיזה את ידו של הנבדק כדי לבצע גמישות מלאה באצבע/סיומת. הוא מכיל שני מצבים: מצב אצבע אחת (מעשים ברצף מאגודל לאצבע קטנה) וחמש אצבעות במצב (חמש אצבעות לנוע יחד). במצב תנועה מונחה מראה, המאסטר (הכפפה חיישן) – עבד (יד חיצוני) מנגנון מיושם, שבו התנועה של כל אצבע מזוהה על ידי הכפפה חיישן ואותות של זוויות משותפת מועברים לתיבת הבקרה כדי לתמרן את היד השלד החיצוני.
כאשר מצויד מערכת היד רובוטית, הנושאים הונחו להעביר את הידיים המושפעות שלהם תחת הדרכתו של היד השלד החיצוני נשלט על ידי ידיים מושפעות אשר הכשרה התנועה בזמן (BMT)10. על פי המחקר הקודם, BMT מסוגל להפעיל מסלולים עצביים דומים בשתי האונות של המוח ולמנוע את העיכוב חוצה חצי הכדור השני המונע את ההתאוששות של תפקוד עצבי בחצי הכדור הנגע10. ברונר et al.11 בהשוואה bmt לטיפול המושרה התנועה (cimt) בחולי שבץ משנה. הם הציעו כי BMT נוטה להפעיל רשתות עצביות יותר בשתי האונות מאשר CIMT, ולא היה הבדל משמעותי בשיפור של תפקוד היד בין BMT ו CIMT גישות. לאחר מכן הציע הצעה לאחר מכן באמצעות bmt, חולי שבץ מסוגלים לבסס מחדש את השליטה בשני הגפיים ואת השליטה באמצעות האיבר. כלומר, הכשרה צריכה להוות משימות בו המתמקדות באמצעות הזרוע המושפעת. יתרה מזאת, הקואורדינציה של שתי הידיים הכרחית לפעילויות של החיים היומיומיים (adl)11,12. לכן, זה חיוני לפתח באמצעות רובוט בסיוע משימה מונחה משימות הדרכה עבור מטופלים לאחר שבץ ואובייקטים שניתן נתפס או צבט על ידי חולים לבישת מערכת היד רובוטית.
במחקר זה, מגוון החפצים האוחזים עוצבו בהתאם לצרכים של ריפוי בעיסוק ותכונות מכניות של רובוטים שיקום. פרוטוקול אימון מונחה משימות פותחה באמצעות התקני שיקום רובוטי עבור חולים עם תפקוד הגפיים העליון המרוחק עקב שבץ. מטרת מחקר זה היתה לחקור את הכדאיות, ואת הקבלה של תוכנית ההדרכה מונחה משימות באמצעות רובוט חיצוני ומעוצב לאחרונה חפצים.
Protocol
Representative Results
Discussion
תוצאות מחקר זה הראו את הפרטים הבאים: (1) שתי הקבוצות יוכלו לקלוט בהצלחה את האובייקטים שסופקו עם מערכת היד הרובוטית. הם הצליחו להשלים את המשימה עם שיעור הצלחה של כמעט 100%, אשר מוודאת את הכדאיות של תוכנית ההדרכה המוצעת בסיוע למשימות באמצעות רובוטים. (2) לא היו דיווחים על פציעה או אירועים שלילית ב…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
פרויקט זה נתמך על ידי הקרן הרפואית צ’אנג קונג עם גרנט BMRP390021 ומשרד המדע והטכנולוגיה עם מענקים ביותר 107-2218-E-182A-001 ו 108-2218-E-182A-001.
Materials
| 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. |
Referenzen
- 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. , (2006).
- Pignolo, L. Robotics in neuro-rehabilitation. Journal of Rehabilitation Medicine. 41 (12), 955-960 (2009).
- 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. Task-oriented rehabilitation robotics. American Journal of Physical Medicine & Rehabilitation. 91, 270-279 (2012).
- 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. , (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).
