תרפיה מערכת Mirror רובוטית עבור התאוששות תפקודית של Arms ומחוסר
Summary
פתחנו מערכת רובוט המראה בזמן אמת עבור התאוששות תפקודית של נשק ומחוסר בטכנולוגיית בקרה אוטומטית, ערכו מחקר קליני על נבדקים בריאים, ומשימות נחושות באמצעות משוב מרופאי שיקום. רובוט המראה הפשוט הזה יכול להיות מיושם ביעילות ריפוי בעיסוק בחולי שבץ מוחי עם זרוע ומחוסר.
Abstract
Mirror טיפול שבוצע כמו ריפוי בעיסוק יעיל בסביבה קלינית עבור התאוששות תפקודית של זרוע ומחוסר לאחר שבץ. הוא נערך על ידי לעורר אשליה באמצעות שימוש במראה כאילו הזרוע והמחוסר נעה בזמן אמת תוך כדי תנועת הזרוע הבריאה. זה יכול להקל על פלסטיות עצבית במוח באמצעות הפעלה של הקורטקס הסנסורי. עם זאת, טיפול במראה קונבנציונלי יש מגבלה קריטית כי הזרוע והמחוסרת לא זזה באמת. לכן, פיתחנו מערכת רובוט ראי 2 ציר בזמן אמת כמודול הרחבה פשוטה לטיפול קונבנציונאלי המראה באמצעות מנגנון משוב סגור, המאפשר תנועה בזמן אמת של הזרוע ומחוסר. השתמשנו 3 יחס כותרת חיישני מערכת הייחוס, 2 מנועים ללא מברשות DC עבור מרפק ומפרקי יד, ומסגרות שלד חיצוניות. במחקר היתכנות על 6 נבדקים בריאים, טיפול המראה רובוטית היה בטוח ריאלי. בנוסף, אנו נבחרנו משימות שימושיות עבור פעילויות של דאיly חי אימון באמצעות משוב מרופאי שיקום. חולה שבץ כרוני הראה שיפור ספסטיות מכופף בקנה מידת מרפק ערכת Fugl-מאייר לאחר יישום 2-שבוע של מערכת הרובוט במראה. טיפול המראה רובוטית עשוי לשפר פרופריוצפטיבי כדי בקליפה המוטורית, אשר נחשבה חשוב פלסטיות עצבית ועל התאוששות תפקודית של נשק ומחוסר. רובוט המערכת במראה המוצגת כאן ניתן לפתח בקלות מנוצלת ביעילות לקדם ריפוי בעיסוק.
Introduction
עבור חולים עם שבץ, תפקוד לקוי של זרוע ומחוסר יש מתישת השפעה. היכולת לבצע פעולות bimanual חיוני בחיי היומיום, אך הגירעון תפקודית של זרוע ומחוסר לעתים קרובות נשאר אפילו כמה שנים לאחר הופעת שבץ מוחי. בין תוכניות הכשרה שונות בבית החולים, תרגיל כדי להגדיל את טווח התנועה או החזרה פסיבית של משימות פשוטות יש השפעה מועטה על התאוששות תפקודית של זרוע ומחוסר. מסיבה זו, הכשרה של משימות משמעותיות הקשורות לפעילויות יומיומיות (ADLs) הוחלה על ריפוי בעיסוק בבתי חולים.
ההשפעות של טיפול במראה הוכחו על ידי מחקרים קודמים neurorehabilitation 1-4. Mirror טיפול מתנהל על-ידי לעורר אשליה באמצעות שימוש במראה כאילו הזרוע והמחוסר נעה בזמן אמת תוך כדי תנועת הזרוע הבריאה. זה יכול להקל על פלסטיות עצבית במוח על ידי הפעלה של הקורטקס הסנסורי 1. לפיכך, motoכוח r ותפקוד של הזרוע ומחוסר ניתן לשפר. עם זאת, טיפול במראה קונבנציונלי יש מגבלה קריטית כי הזרוע והמחוסרת לא זזה באמת.
לכן, פיתחנו מערכת רובוט ראי 2 ציר בזמן אמת כמודול הרחבה פשוטה לטיפול במראה קונבנציונאלי, באמצעות מנגנון משוב סגור. זה עשוי להעביר מסר פרופריוצפטיבי כדי בקליפה המוטורית, הנחשב חשוב פלסטיות עצבית ועל התאוששות תפקודית של זרוע ומחוסר (איורים 1 ו -2) 5-7.
Protocol
Representative Results
Discussion
המטרה העיקרית של המחקר הנוכחי הייתה לפתח מערכת רובוט המראה בזמן אמת עבור התאוששות תפקודית של זרוע ומחוסר באמצעות אלגוריתם בקרה אוטומטי. שפעת הטיפול בסיוע רובוט על התאוששות לטווח ארוכה של ירידת ערך עליון גפה לאחר השבץ הוכחה מועילה במחקרים קודמים 12, וכן סוגים שו…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי תוכנית Fusion המוח של האוניברסיטה הלאומית בסיאול (800-20120444) והתכנית יוזמות למחקר רב תחומי מ בית ספר גבוה להנדסה המכללה לרפואה, האוניברסיטה הלאומית בסיאול (800-20,150,090).
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).
