Hemiplejik Arms Fonksiyonel Kurtarma için Robotik Ayna Tedavi Sistemi
Summary
Biz, otomatik kontrol teknolojisini kullanarak hemiplejik silah fonksiyonel iyileşme için gerçek zamanlı bir ayna robot sistemi geliştirdi rehabilitasyon doktorlar geribildirim yoluyla sağlıklı kişilerde klinik çalışma ve kararlı görevleri yürüttü. Bu basit ayna robot hemiplejik kol ile inmeli hastalarda uğraşı terapisi etkili bir şekilde uygulanabilir.
Abstract
Ayna tedavisi inme sonrası bir hemiplejik kolun fonksiyonel iyileşme için bir klinik ortamda etkin mesleki terapi olarak yapılmıştır. Sağlıklı kolunu hareket ettirirken hemiplejik kol gerçek zamanlı olarak hareket ediyormuş gibi bir ayna kullanımı yoluyla bir yanılsama eliciting tarafından yürütülür. Bu sensorimotor korteks aktivasyonu yoluyla beyin nöroplastisiteyi kolaylaştırabilir. Ancak, geleneksel ayna terapisi hemiplejik kol aslında hareket olmadığını kritik bir sınırlama içinde bulunmaktadır. Böylece, hemiplejik kolunun gerçek zamanlı hareket etmesini sağlayan bir kapalı bir geri besleme mekanizması, kullanılarak geleneksel bir ayna tedavisi için basit bir ek modül bir gerçek zamanlı 2 eksenli ayna robot sistem geliştirilmiştir. Biz 3 Tutum kullanılan ve dirsek ve el bileği eklemleri ve exoskeletal çerçeveler için Referans Sistemi sensörleri, 2 fırçasız DC motor Başlık. 6 sağlıklı denek üzerinde bir fizibilite çalışmasında, robotik ayna tedavisi güvenli ve uygulanabilir oldu. Biz daha dai faaliyetleri için yararlı görevleri seçilmişly rehabilitasyon doktorlardan geri bildirimler ile eğitim yaşayan. Bir kronik inmeli hasta ayna robot sisteminin 2 haftalık uygulamadan sonra Fugl-Meyer değerlendirme ölçeği ve dirsek fleksör spastisite iyileşme gösterdi. Robotik ayna terapisi nöroplastisite ve hemiplejik silah fonksiyonel iyileşme önemli olduğu düşünülmektedir duyusal korteks, proprioseptif girdi artırabilir. Burada sunulan ayna robot sistemi kolayca geliştirilen ve mesleki terapi ilerlemek için etkili bir kullanılabilir.
Introduction
inmeli hastalarda, bir hemiplejik kolun fonksiyon bozukluğu etkisi zayıflatıcı vardır. bimanual faaliyetlerini gerçekleştirmek için yeteneği, günlük yaşam için gerekli olan, ancak bir hemiplejik kolun fonksiyonel açığı genellikle inme sonrası bile birkaç yıl kalır. Basit görevler hemiplejik kolun fonksiyonel iyileşme üzerinde çok az etkiye sahip bir hastanede çeşitli eğitim programları arasında, bir egzersiz hareketi ya da pasif tekrarı aralığını artırmak için. Bu nedenle, günlük yaşam (GYA) faaliyetleri ile ilgili anlamlı görevlerin eğitim hastanelerinde uğraşı terapisi uygulanmıştır.
Ayna tedavisinin etkileri nörorehabilitasyon 1-4 önceki çalışmalarda kanıtlandı. Ayna tedavisi sağlıklı kolunu hareket ettirirken hemiplejik kol gerçek zamanlı olarak hareket ediyormuş gibi bir ayna kullanımı yoluyla bir yanılsama eliciting tarafından yürütülür. Bu sensorimotor korteks 1 aktivasyonu ile beyin nöroplastisiteyi kolaylaştırabilir. Bu nedenle, motorr güç ve hemiplejik kolun fonksiyonu geliştirilebilir. Ancak, geleneksel ayna terapisi hemiplejik kol aslında hareket olmadığını kritik bir sınırlama içinde bulunmaktadır.
Bu nedenle, biz kapalı geribildirim mekanizmasını kullanarak, geleneksel ayna terapisi için basit bir eklenti modülü olarak gerçek zamanlı 2-eksenli ayna robot sistemi geliştirdi. Bu nöroplastisite ve bir hemiplejik kolun fonksiyonel iyileşme (Şekil 1 ve 2) 5-7 önemli sayılabilecek duyusal korteks, proprioseptif girdi iletebilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu çalışmanın temel amacı, bir otomatik kontrol algoritması kullanılarak bir hemiplejik kolun fonksiyonel iyileşme için gerçek zamanlı bir ayna robot sistemi geliştirmekti. İnme sonrası üst ekstremite bozukluğu uzun vadeli kurtarma robot yardımlı terapi etkisi önceki çalışmalarda 12 yararlı olduğu kanıtlanmıştır, ve kol robotlarının çeşitli 13-20 girmiştir. Ancak, ikili kol hareketi gerçekleştirdi üst ekstremite robotların önceki çalışmalar ayna tedavisinin …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma Mühendislik ve Tıp Koleji, Seul Ulusal Üniversitesi (800-20150090), College of Beyin Fusion Programı Seul Ulusal Üniversitesi'nden (800-20120444) ve Disiplinlerarası Araştırma Girişimleri Programı tarafından desteklenmiştir.
Materials
| LabVIEW | National Instruments | System design software | |
| 24V power supply | XP Power | MHP1000PS24 24V | Any 24V 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 30Nm 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 10Nm 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 10mm diameter shaft with at least 200mm 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. , (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).
