פיתוח תוכנית שיקום מוכוונת-משימות באמצעות יד רובוטית ביאנואל
20 במאי 2020
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.
פרוטוקול אימון מונחה משימות בסיוע רובוט זה פותח עבור חולים עם תפקוד לקוי של היד הנגרמת על ידי ליקויים נוירולוגיים. הפרוטוקול שלנו הוא הראשון לשלב תוכנית הכשרה מונחית משימות עם יד רובוטית לשיקום תפקודי יד והראשון לחקור את ההיתכנות ואת הקבלה של הפרוטוקול. עיצבנו אובייקטים מיוחדים שניתן לטפל בהם באמצעות פרוטוקול האימון.
אז מערכת היד הרובוטית שלנו יכולה להיות מיושמת על אימון תנועה דו-שנתית. הדגימה להליך תהיה יי-מי חן וסו-שן לאי, מרפאים בעיסוק מהמחלקה שלי. לפני תחילת הניתוח, מקם את החיישן על היד הלא מושפעת של הנבדק, ולהשתמש בקלטת הוו והלולאה כדי לאבטח את פרק כף היד.
השתמש כרית נקייה כדי לעטוף את היד המושפעת, ולהדק באופן מאובטח את הקלטת וו ולולאה. שחרר את מנגנון האגודל של יד השלד החיצוני כדי לאפשר התאמה של זווית פתיחת האגודל, והצב את היד המושפעת ביד השלד החיצוני. הדק את הוו ולולאה לכף היד דרך טבעת ההדק.
לאחר מכן, הדקו את האצבעות בזה אחר זה, החל באצבעות ההמשך וכלה באגודל. הדקו את קלטת הוו והלולאה במקביל לפרק כף היד דרך טבעת ההדק, והכוונו את האגודל לזווית נוחה. לאחר מכן, הדק את מנגנון האגודל.
כדי להגדיר את תיבת הבקרה, הכנס את הכבל ליד השלד החיצוני והכנס את הכבל לכפפת החיישן. הכנס את שתי ערכות הכבלים לשקע בתיבת הבקרה והכנס את כבל החשמל לתיבת הבקרה. לאחר מכן, חבר את כבל החשמל לשקע עם המתח הנכון.
כאשר המערכת והנושא מוכנים, עבור לתיבת הבקרה והגדר את המצב לחמש אצבעות כדי לאפשר ליד השלד החיצוני להזיז את אצבעות הנושא באופן פסיבי. בקש מהנושא לבצע משימת אחיזה ושחרור בהנחיית יד השלד החיצוני למשך 2.5 דקות. העבר את המצב לאצבע בודדת.
לאחר מכן, תן ליד השלד החיצוני להזיז את אצבעותיו של הנושא בנפרד ובאופן פסיבי בעוד הנושא מרחיב ונוכה אצבעות בודדות במשך 2.5 דקות. למפגש תנועה דו-שנתי בסיוע רובוט, העבר את המצב למראה כדי לאפשר לתנועת היד הלא מושפעת שלובשת את כפפת החיישן לשלוט בתנועות היד של השלד החיצוני. כדי לערוך ניסוי ביכולתו של הנבדק לתפעל עצמים באמצעות מערכת היד הרובוטית, התאם את יד השלד החיצוני לידו הבלתי מושפעת של הנבדק ואת כפפת החיישן ליד הבלתי מושפעת כפי שהוכח זה בלבד, והצב קלע מתחת למרפק של הנבדק ויד השלד החיצוני כדי לתמוך בזרוע המושפעת.
לאחר מכן, לנהל מפגש חימום כפי שהוכח רק. לאחר החימום, השתמש במערכת הידיים הרובוטית במשך חמש דקות כדי להדגים כיצד לתפעל את האובייקטים המעוצבים, כולל שימוש בהקדמה פאלמר להרים את היתד, prehension בצדדים להרים את הקובייה המלבנית, צ'אק שלוש נקודות להרים את הקובייה, אחיזה כדורית להרים את הכדור, ותפיסת גליל להרים את הבר הגלילי. לאחר ההפגנה, מניחים שני בסיסים דו-צדדיים מול ידיו של הנבדק, ומ מניחים את החפצים על גבי בסיס אחד כדי לסייע במניפולציה שלהם.
תן לנושא להשתמש במערכת היד הרובוטית כדי לתפוס כל אובייקט 20 פעמים ביום במשך שלושה ימים רצופים, החל באזור הבסיס והרמת, הזזה ושחרור של כל אובייקט אל קו האמצע תוך ניטור ורישום אחוזי ההצלחה עבור כל ניסיון. בניתוח מייצג זה הוערכו שלושה נבדקים בריאים ושלושה נבדקים לאחר שבץ מוחי. הגיל הממוצע של הקבוצה הבריאה היה 28, ואילו הגיל הממוצע של קבוצת המטופלים היה 49.
בדיקת מצב מיני-נפשי, הערכת Fugl-Meyer, אצבע בקנה מידה אשוורת' שונה, ותוצאות הבמה ברונסטרום הושגו גם עבור כל חולה. הנבדקים בקבוצה הבריאה תמרנו בצורה מושלמת את כל האובייקטים עם מערכת היד הרובוטית וללאה, עם שיעור הצלחה ממוצע של 100% לכל משימה. עם זאת, כל המטופלים נתקלו בקשיים במניפולציה של האובייקטים ללא מערכת היד הרובוטית, והפגינו שיעור הצלחה של 0% לכל האובייקטים.
לעומת זאת, כל שיעורי ההצלחה של המטופלים עלו באופן משמעותי כאשר נעשה שימוש במערכת היד הרובוטית, והתקרבו לתעריפים דומים לאלה שנצפו בנושאים בריאים, ותמכו בהיתכנות השימוש במערכת היד הרובוטית בחולי שבץ. הזכר לנושאים להתרכז בשליטה התנועה של הידיים הדו-צדדיות שלהם במהלך אימון תנועה דו-שנתית, לוודא כי דפוסי האחיזה על האובייקטים נכונים. בעקבות הליך זה, ניסוי אקראי מבוקר נדרש כדי לקבוע את ההשפעות הטיפוליות של פרוטוקול האימון.
באמצעות טכניקה זו, חוקרים יכולים לתכנת פרוטוקולי שיקום עם תנועת אצבע עדינה לתפקוד לקוי של היד חמורה והוא יכול לחקור את ההשפעות על נוירופלסטיות המוח ותוצאות תפקודיות.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
מחקר זה מציג פרוטוקול אימון חדשני, מוכוון-משימה ומסייע-רובוטית, שנועד עבור מטופלים עם ליקוי בתפקוד היד עקב גירעונות נוירולוגיים. הפרוטוקול משלב מערכת יד רובוטית לשיקום ובוחן את ההיתכנות ואת מידת הקבלה של הגישה.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום מדעי
- מדעי המוח
- שיקום
- רובוטיקה
רקע
- ליקויים בתפקוד היד עלולים לנבוע ממצבים נוירולוגיים כגון שבץ מוחי.
- שיטות שיקום מסורתיות עשויות שלא לתת מענה מלא לליקויים בשליטה מוטורית.
- סיוע רובוטי מציע פוטנציאל לשיפור תוצאות השיקום.
- אימון מכוון-משימה הוא קריטי להחלמה יעילה.
מטרת המחקר
- פיתוח מערכת רובוטית המסייעת בשיקום היד.
- הערכת השילוב של אימון מכוון-משימה עם סיוע רובוטי.
- בחינת ההיתכנות והקבלה של פרוטוקול האימון.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- פיתוח מערכת יד רובוטית לשיקום.
- עיצוב חפצים ייעודיים למניפולציה במהלך האימון.
- יישום הפרוטוקול באימון תנועה דו-ידנית.
- מעורבות של מרפאים בעיסוק לצורך הדגמה והדרכה.
תוצאות עיקריות
- הפרוטוקול יושם בהצלחה הן בנבדקים בריאים והן בחולי שבץ מוחי.
- המשתתפים דיווחו על חוויות חיוביות מהאימון הרובוטי.
- בדיקות היתכנות הצביעו על כך שהפרוטוקול מעשי עבור סביבות קליניות.
- רמת המקובלות בקרב המשתמשים מרמזת על פוטנציאל ליישום רחב יותר.
מסקנות
- פרוטוקול האימון בסיוע רובוטי נראה מבטיח עבור שיקום היד.
- שילוב של אימון מכוון-מטרה משפר את יעילות השיקום.
- נדרש מחקר נוסף כדי למטב את הפרוטוקול ולהעריך תוצאות לטווח ארוך.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למקבלי החלטות
מחקר זה מציג מערכת יד רובוטית מסוג אקסוסקלטון דו-ידנית לשיקום מכוון-משימה של ליקויים בגפיים העליונות, המציעה גישה מבוססת-מכניקה לאימון מחדש של תפקודים מוטוריים במצבים נוירולוגיים. הפרוטוקול תומך בתיקוף של מסלולים נוירו-שריריים באמצעות מדדי ביצוע כמותיים של תפיסה ושחרור, ובכך מאפשר מידול פרה-קליני של התערבויות שיקומיות. באמצעות שילוב של משוב סנסורי-מוטורי דו-צדדי עם מניפולציה פונקציונלית של חפצים, המערכת מספקת כלי רלוונטי למחלה להפחתת סיכונים של השערות תרגומיות בשיקום נוירולוגי.
יישומים אסטרטגיים במו"פ ביו-פרמצבטי
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: מאפשר בדיקה של מסלולי בקרה מוטורית באמצעות משימות תפיסה ושחרור סטנדרטיות עם שיעורי הצלחה מדידים.
- ערך תפעולי: מספק פלטפורמה הניתנת לשחזור להערכת תפקוד נוירו-שרירי במודלים של בריאות ומחלה.
סריקה ופיתוח בדיקה
- ערך מדעי: מקל על הכנת מערכות ביולוגיות מתוקפות לצורך סריקה עוקבת של תרכובות נוירו-פרוטקטיביות או נוירו-רסטורטיביות.
- ערך תפעולי: תומך בסטנדרטיזציה של הבדיקה באמצעות חמש משימות שונות של מניפולציה של אובייקטים, הדורשות תבניות אחיזה ספציפיות.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- ערך מדעי: מציע מידול של מערכת הרלוונטית למחלה המדמה הפרעה תפקודית של היד המושרית על ידי שבץ, עם נקודות קצה תפקודיות מדידות.
- ערך תפעולי: מאפשר המשכיות משלב הגילוי ועד לתיקוף פרה-קליני באמצעות מעקב אחר קואורדינציית תנועה דו-צדדית והצלחה בביצוע המטלה.
שילוב תהליכי עבודה וצנרת עיבוד (Pipeline)
השיטה ממקמת את עצמה בתוך זרימת העבודה, משלב הגילוי המוקדם ועד לשלב הפרה-קליני, על ידי אספקת פלטיים נוירו-מוסקולריים מדידים המנחים את זיהוי המועמדים המובילים (lead identification) ואת רמת הביטחון החזויה בטיפולים בשיקום.
- ביולוגיה של הגילוי: תומך בבדיקת היפותזות על אינטגרציה מוטורית דו-צדדית וארגון מחדש של קליפת המוח באמצעות אימון בי-מנואלי מבוקר.
- סקר: מתאר את מוכנות הבדיקה באמצעות משימות סטנדרטיות של מניפולציית חפצים המניבות מדידות כמותיות של שיעורי הצלחה.
- אנליטיקה: מדגיש את שיעור ההצלחה כמדד מרכזי להשוואת תנאים בין קבוצות נבדקים ובין ימי התערבות.
- מחקר תרגומי: מקשר לרציפות פרה-קלינית על ידי מידול של ליקוי מוטורי הקשור לשבץ מוחי ומסלולי החלמה.
- שימוש חוזר ארגוני: מציג את מערכת היד הרובוטית כפלטפורמה לשימוש חוזר להערכת פרוטוקולי נוירו-שיקום מרובים.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: ביטחון ניבוי במעורבות של מסלולים מוטוריים באמצעות מדדי ביצוע של אחיזה.
- ערך תפעולי: סטנדרטיזציה של פרוטוקולי אימון בין נבדקים ואתרים באמצעות מערכי חפצים ופרמטרים של זמן מוגדרים.
- ערך אסטרטגי: מאפשר קבלת החלטות של go/no-go לגבי תרכובות שיקום בהתבסס על נקודות ייחוס של התאוששות תפקודית.
- השפעה על הפורטפוליו: תומך בקידום מותאם סיכון על ידי כימות השפעות של אימון מוכוון-משימה על בקרה מוטורית.
שיקולי יישום
- נדרשת מומחיות בריפוי בעיסוק, שיקום נוירולוגי ותפעול מערכות רובוטיות.
- המיכשור הנדרש כולל שלד חיצוני (exoskeleton) ליד, כפפת חיישנים, תיבת בקרה וחפצי מניפולציה סטנדרטיים.
- סטנדרטיזציה בין צוותים מחייבת מיקום עקבי של החפצים, הנחיה לדפוסי אחיזה וניטור שיעורי ההצלחה.
- שיקולי התאמה בין מערכות מודל כוללים התאמה של רמות ההתנגדות ומורכבות המטלה לרמות ליקוי משתנות.
- מגבלות מעשיות כוללות תלות בבקרה מוטורית דו-צדדית והשפעות משך האימון על העייפות.
