Method Article

반신 불수 팔의 기능 복구를위한 로봇 미러 치료 시스템

DOI:

10.3791/54521

⸱

August 15th, 2016

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Biomedical Engineering, Seoul National University College of Medicine, 2Department of Rehabilitation Medicine, Chungnam National University Hospital, 3Interdisciplinary Program for Bioengineering, Seoul National University Graduate School, 4Department of Rehabilitation Medicine, Seoul National University Hospital, 5Seoul National University College of Medicine, 6Institute of Medical and Biological Engineering, Seoul National University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

우리는, 자동 제어 기술을 사용하여 편마비 팔의 기능 회복을위한 실시간 미러 로봇 시스템을 개발 재활 의사의 피드백을 통해 건강한 주제에 대한 임상 연구 및 결정 작업을 실시했다. 이 간단한 미러 로봇 팔 편마비 뇌졸중 환자에서 작업 치료에 효과적으로 적용될 수있다.

Abstract

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미러 치료는 뇌졸중 후 편마비 팔의 기능 회복을위한 임상에서 효과적인 작업 요법으로 수행되었습니다. 이것은 건강 아암을 이동시키면서 편마비 아암 실시간으로 움직이는 것처럼 거울을 이용하여 허상을 유도함으로써 수행된다. 그것은 감​​각 피질의 활성화를 통해 뇌의 신경 가소성을 촉진 할 수 있습니다. 그러나, 종래의 미러 요법은 암 편마비 실제로 움직이지 않는 것이 중요한 제한에 갖는다. 따라서, 우리는 편마비 아암의 실시간 움직임을 가능하게하는 밀폐 된 피드백 메커니즘을 이용하여 종래의 미러 치료 간단한 부가 모듈로 실시간 2 축 미러 로봇 시스템을 개발 하였다. 우리는 3 태도를 사용하고 팔꿈치 및 손목 관절, 및 외골격 프레임에 대한 참조 시스템 센서, 2 브러시리스 DC 모터 제목. 6 건강한 주제에 타당성 조사에서, 로봇 거울 요법은 안전하고 가능했다. 우리는 더 다이의 활동에 유용한 작업을 선택LY는 재활 의사의 피드백을 통해 훈련을 살고. 만성 뇌졸중 환자들은 거울 로봇 시스템의 2 주 후에 애플리케이션 Fugl 메이어 평가 스케일과 팔꿈치 굴곡 경련의 개선을 보였다. 로봇 거울 치료는 신경 가소성과 편마비 팔의 기능 회복에 중요한 것으로 간주되는 감각 피질에 고유 감각 입력을 향상시킬 수있다. 본 명세서 미러 로봇 시스템은 쉽게 개발 작업 요법을 향상시키는 데 효과적으로 사용될 수있다.

Introduction

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뇌졸중 환자를 들어, 편마비 팔의 장애는 효과를 쇠약하게하고있다. 양손 활동을 수행 할 수있는 능력은 일상 생활에 필수적이지만, 편마비 아암의 기능적 결손들은 뇌졸중 시작 후 심지어 몇 년 남아있다. 간단한 작업은 편마비 팔의 기능 회복에 거의 영향을 미치지의 병원에서 다양한 교육 프로그램 중, 운동은 운동 또는 수동 반복의 범위를 증가시킵니다. 이러한 이유로, 일상 생활 (ADLS)의 활동과 관련된 의미있는 작업의 훈련은 병원에서 작업 치료에 적용되고있다.

거울 요법의 효과는 neurorehabilitation 1-4에서 이전의 연구에 의해 입증되었다. 미러 치료는 건강한 아암을 이동시키면서 편마비 아암 실시간으로 움직이는 것처럼 거울을 이용하여 허상을 유도함으로써 수행된다. 그것은 감각 피질 (1)의 활성화에 의해 뇌의 신경 가소성을 촉진 할 수 있습니다. 따라서, 모토R 전력과 편마비 암의 기능을 향상시킬 수있다. 그러나, 종래의 미러 요법은 암 편마비 실제로 움직이지 않는 것이 중요한 제한에 갖는다.

따라서 폐쇄 피드백 메커니즘을 사용하여, 종래의 미러 치료 간단한 부가 모듈로 실시간 2 축 미러 로봇 시스템을 개발 하였다. 이것은 신경 가소....

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Protocol

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모든 절차를 검토하고 서울 대학교 병원의 임상 시험 심사위원회의 승인을했다.

1. 거울 치료 작업

  1. 2 차원 미러 치료 작업의 예 (도 3)
    1. 거울에 워밍업 운동에 대한 5 분을 보면서 자유롭게 건강한 팔을 이동합니다.
      주 : 환자가 리드미컬하게 건강한 팔의 움직임을 행사할 수 있도록 하나 메트로놈을 이용할 수있다.
    2. 건강 측면에서 드리블 약 5 분 ( "공을 구멍에"작업)을위한 당구와 유사한 선택한 구멍에 작은 공을 놓습니다. 드리블 약 5 분 ( "축구 게임"작업) 대한 축구 유사한 목표로 작은 공을 놓습니다.
    3. 테이블에 배치 번호 스티커를 사용 (작업 "점은 추적") 번호 순서대로 건강 측면의 핸들을 이동하고 반대 방향으로 돌아갑니다. 약 5 분 동안 반복합니다.
    4. 이러한 교류 등 일상 생활에서 모든 개체를 사용하여최대 건강 측면에 핸들을 사용 (작업 "컵 이동") 선택된 장소에 밀어 넣습니다. 약 5 분 동안 반복합니다.

미러 로봇 시스템의 구성 요소 (2)

  1. AHRS 센서 설정
    1. 3 시판 AHRS 센서를 얻습니다.
      참고 : AHR....

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Results

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여섯 정상인을 대상 당 평균 106 초 취했다 10 배 (도 17에 도시 한 바와 같이, 건강한 손에 부착되는 펜 교대 개의 작은 판을 터치)에 '펜 마킹 작업'을 실시했다. 어떤 부작용도 관찰되지하고, 로봇 미러 치료가 가능한 것으로 입증되었다.

또한, 재활 의사의 임상 연구가 수행되었다. 우리는 효과적인 로봇 미러 작업 치료에 적합한 작업을 결정하기 위해 전문가 의견을 요청했다. 6 재활 의사의 의견과 함께, 미러 로봇에 의해 유도 환상의 정도 (수치 평가 척도 각 [NRS] 10에서 7.2) 작업 "한 잔 이동" "구멍에 공"과 가장 높은이었고, 다음 "축구 게임 '(7.0 / 10) 및 작업 (6.5 / 10)"추적 점 ". 양팔 간의 이동 동안에 동시성 관해서"한 잔을 움직이는 '로봇 거울 치료, 작업은"구멍에 공 ""축.......

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Discussion

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본 연구의 주된 목적은 자동 제어 알고리즘을 이용한 편마비 아암의 기능 회복에 대한 실시간 미러 로봇 시스템을 개발 하였다. 뇌졸중 후 상부 사지 손상 장기적 회복 로봇 보조 요법의 효과는 이전 연구 12 유익한 입증하고, 아암 로봇의 각종 13-20 도입되었다. 그러나, 양측 팔의 움직임을 실현 상지 로봇의 이전 연구 미러 치료 14-15 개념 상이한 미러를 사용하지 않고, 기계적 연결을 적용 하였다. 따라서, 우리의 연구는 고유 감각 입력을 용이하게하기 위해 실제 거울을 사용하여 자신의 작업의 연장이 될 수 있습니다.

이전 시스템을 업그레이드하기 위해, 우리는 건강한 팔에 AHRS 센서를 적용하고 편마비 팔꿈치와 손목에 모터를 부착하여 실시간으로 이동 편마비 팔 수 있었다. 에 편마비 팔에서 고유 감각 입력뇌의 감각 피질 미러 로봇 시스템을 통해 향상 될 수있다. 고유 감각의 촉진은 향후 연구에서 기능적 뇌 MRI.......

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Disclosures

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저자는 공개 아무것도 없어.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

이 작품은 엔지니어링 및 의과 대학, 서울 대학교 (800-20150090) 대학에서 뇌 융합 프로그램 서울 대학교 (800-20120444) 및 학제 간 연구 이니셔티브 프로그램에 의해 지원되었다.

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
LabVIEWNational Instruments시스템 설계 소프트웨어
24 V 전원 공급 장치XP 전원MHP1000PS24 24V모든 24 V 전원 공급 장치는
AHRS 센서 수신기E2boxEBRF24GRCV
AHRS 센서E2boxEBIMU-9DOFV2총 3 개의 센서가 필요합니다. 모든 AHRS 센서는
EC90 플랫 모터 모듈Maxon323772 + 223094 + 453231. 30 Nm 이상의 모든 기어드 모터가 수행해야 합니다. (우리의 맞춤형 가공 부품의 경우, 이러한 특정 플랫 모터와 기어 모듈이 필요하지만, 기어 비율과 인코더는 다를 수 있습니다) 
EC45 플랫 모터 모듈Maxon39717210 Nm 이상의 모든 기어드 모터가 수행해야 합니다(맞춤형 가공 부품의 경우 동일한 기어 모듈을 사용해야 하지만 기어비, 모터 및 엔코더는 다를 수 있음)
EPOS2 70/10컨트롤러 Maxon375711EPOS 24/5 컨트롤러로 교체 가능
EPOS2 24/5 컨트롤러Maxon367676
커넥터 및 케이블 세트Maxon381405 + 384915 + 275934 + 354045이러한 케이블도 만들 수 있습니다. 커넥터와 해당 와이어 정보는 "300583-Hardware-Reference-En.pdf"와 "300583-Cable-Starting-Set-En.pdf"에서 찾을 수
커플링- 올드햄, 세트 스크류 타입MisumiMCORK30-10-12타입은 다를 수 있습니다
. 커플링- 고강성, Oldham,
세트 스크류 타입		MisumiMCOGRK34-12-12타입은 다를 수 있습니다
샤프트 칼라MisumiSCWDM10-B  4세트가 필요합니다
샤프트 칼라MisumiSDBJ10-8당신은 2 세트의
정밀 선형 축Misumi  PSSFG10-200최소 200mm 길이의 직선 10mm 직경 축이라면 반드시 해야 합니다.
하우징이 있는 베어링MisumiBGRAB6801ZZ
Elbow 모터 힘 분산 샤프트 맞춤형 가공3D CAD 
낮은 팔꿈치 지원맞춤형 가공부품 도면
팔꿈치 옥상 프레임맞춤형 가공부품 도면
지원 벽맞춤형 가공부품 도면2개의 프레임이 필요합니다.
엘보우 커플링 중공 실린더 커버 사용자 정의 가공부품 도면
손목 모터 힘 분산 샤프트사용자 정의 가공부품 도면
손목 옥상 프레임맞춤형 가공부품 도면
상부 손목 커플 링 중공 실린더 커버사용자 정의 가공부품 도면
하부 손목 커플 링 중공 실린더 커버사용자 정의 가공부품 도면
조인트 이동 리미터사용자 정의 가공부품 도면
처리상
부 팔꿈치 지지대3D 인쇄부품 도면
마찰 감소 링3D 인쇄부품 도면
아크릴 거울사용자 정의 레이저 절단부품 도면
작업 테이블사용자 정의 가공부품 도면
실리콘 스폰지
DOF 리미터3D 인쇄부품 도면
DOF 리미터 뚜껑3D 프린팅부품 도면
Healthyarm 핸들3D 인쇄부품 도면
볼 롤러 - 프레스핏MisumiBCHA18
골 포스트3D 인쇄부품 도면
서클 추적3D 인쇄부품 도면
각도 보조3D 인쇄부품 도면선택
사항 곡선 지원3D 인쇄부품 도면선택 사항
일반 지원3D 인쇄부품 도면옵션
작업 보드사용자 정의 레이저 절단부품 도면
인 를 수행합니다 있습니다. . 가 필요할 것입니다 3D 인쇄 부품 도면

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. 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).
  2. Thieme, H., Mehrholz, J., Pohl, M., Behrens, J., Dohle, C.

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