Роботизированная система Зеркало терапии для восстановления функций Hemiplegic Arms
Summary
Мы разработали систему зеркала робота в режиме реального времени для восстановления функций параличом половины оружия с использованием технологии автоматического управления, провели клиническое исследование по вопросу здоровых испытуемых и определили задачи через обратную связь от реабилитации врачей. Это простое зеркало робот может эффективно применяться для профессиональной терапии у пациентов, перенесших инсульт с гемиплегический руку.
Abstract
Зеркальное терапия была проведена в качестве эффективной профессиональной терапии в клинических условиях для функционального восстановления в гемиплегический руку после инсульта. Она проводится выявляя иллюзию за счет использования зеркала, так как если гемиплегический рука движется в режиме реального времени во время движения здоровой руки. Это может облегчить нейропластичность мозга путем активации сенсомоторной коры. Тем не менее, обычное зеркало терапия имеет критическое ограничение в том, что гемиплегический рука на самом деле не движется. Таким образом, мы разработали в режиме реального времени 2-осевой системы зеркало робота как простой дополнительный модуль для обычной зеркальной терапии с использованием замкнутого механизма обратной связи, который позволяет в режиме реального времени движение гемиплегический руку. Мы использовали 3 Отношение и датчиков курса системе отсчета 2 бесщеточные двигатели постоянного тока для локтя и запястья суставов и экзоскелетонных кадров. В технико-экономическом обосновании на 6 здоровых субъектов, роботизированное зеркало терапия была безопасной и осуществимой. Кроме того, мы выбрали задачи, полезные для деятельности даиLY живой обучение через обратную связь от реабилитации врачей. Хронический больной инсульт показали улучшение в шкале оценки Fugl-Мейера и локтевого сгибателей спастичности после 2-недельного применения системы зеркала робота в. Роботизированная зеркало терапия может усилить проприоцептивной вклад в сенсорной коре головного мозга, который считается важным в нейропластики и функционального восстановления параличом половины оружия. Зеркальная система робота, представленные здесь могут быть легко разработаны и эффективно использованы для продвижения трудотерапию.
Introduction
Для пациентов, перенесших инсульт, дисфункция гемиплегический руку имеет пагубные последствия. Способность выполнять бимануальную деятельность имеет важное значение для повседневной жизни, но функциональный дефицит в гемиплегический руки часто остается даже через несколько лет после начала инсульта. Среди различных учебных программ в больнице, упражнение, чтобы увеличить диапазон движения или пассивного повторения простых задач оказывают незначительное влияние на функциональное восстановление в гемиплегический руку. По этой причине, подготовка значимых задач, связанных с деятельностью повседневной жизни (ADLS) была применена к профессиональной терапии в больницах.
Эффекты зеркальной терапии были доказаны предыдущими исследованиями в нейрореабилитации 1-4. Зеркало терапия проводится выявляя иллюзии за счет использования зеркала, так как если гемиплегический рука движется в режиме реального времени во время движения здоровой руки. Это может облегчить нейропластичность мозга путем активации сенсомоторной коры 1. Таким образом, MotoR мощности и функцией гемиплегический рычага может быть улучшена. Тем не менее, обычное зеркало терапия имеет критическое ограничение в том, что гемиплегический рука на самом деле не движется.
Поэтому мы разработали в режиме реального времени 2-осевой системы зеркало робота в качестве простого дополнительного модуля к обычной зеркальной терапии, используя замкнутый механизм обратной связи. Это может передать проприоцептивной вклад в сенсорной коре, что считается важным в нейропластики и функционального восстановления в гемиплегический плеча (фиг.1 и 2) 5-7.
Protocol
Representative Results
Discussion
Основная цель данного исследования заключалась в разработке реального времени системы зеркало робота для функционального восстановления в гемиплегический руки, используя алгоритм автоматического управления. Эффект роботизированной терапии на долгосрочное восстановление обесцен?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана Brain Fusion Программа Сеульского национального университета (800-20120444) и научно-исследовательских инициатив программы междисциплинарного из инженерного колледжа и колледжа медицины, Национального университета Сеула (800-20150090).
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).
