Opracowanie nowatorskiego programu rehabilitacji zorientowanej na zadania z wykorzystaniem dwuręcznego egzoszkieletu robotycznej ręki
20 maja 2020
To badanie informuje o rozwoju nowatorskiego, wspomaganego przez robota programu rehabilitacji ręki. Proces rozwojowy składa się z eksperymentów z udziałem zarówno osób zdrowych, jak i osób, które przeszły udar i cierpiały na późniejszą dysfunkcję kontroli motorycznej.
Ten wspomagany przez robota, zorientowany na zadania protokół treningowy został opracowany dla pacjentów z dysfunkcją ręki spowodowaną deficytami neurologicznymi. Nasz protokół jest pierwszym, który łączy program treningowy zorientowany na zadania z robotyczną ręką do rehabilitacji funkcji ręki i pierwszym, który bada wykonalność i akceptowalność protokołu. Zaprojektowaliśmy specjalistyczne obiekty, którymi można manipulować za pomocą protokołu treningowego.
Następnie nasz zrobotyzowany system ręczny może być zastosowany do oburęcznego treningu ruchowego. Procedurę zademonstrują Yi-Mei Chen i Szu-Shen Lai, terapeuci zajęciowi z mojego wydziału. Przed rozpoczęciem analizy umieść czujnik na zdrowej dłoni badanego i użyj taśmy rzepowej, aby zabezpieczyć nadgarstek.
Użyj czystej podkładki, aby owinąć chorą rękę i bezpiecznie zapnij taśmę na rzep. Poluzuj mechanizm kciuka ręki egzoszkieletu, aby umożliwić regulację kąta otwarcia kciuka, i umieść dotkniętą ręką w dłoni egzoszkieletu. Przymocuj haczyk i pętelkę do dłoni przez pierścień mocujący.
Następnie zapnij palce jeden po drugim, zaczynając od palca wskazującego, a kończąc na kciuku. Przymocuj taśmę na rzep równolegle do nadgarstka przez pierścień mocujący i ustaw kciuk pod wygodnym kątem. Następnie dokręć mechanizm kciuka.
Aby skonfigurować skrzynkę kontrolną, włóż do ręki egzoszkieletu i włóż do rękawicy czujnika. Włóż oba zestawy do gniazda w skrzynce sterowniczej i włóż zasilający do skrzynki sterowniczej. Następnie podłącz zasilający do gniazdka o odpowiednim napięciu.
Gdy system i obiekt będą gotowe, przełącz się na skrzynkę kontrolną i ustaw tryb na Pięć palców, aby umożliwić ręce egzoszkieletu pasywne poruszanie palcami obiektu. Poproś badanego, aby przez 2,5 minuty wykonywał zadanie polegające na chwytaniu i uwalnianiu, prowadzony przez rękę egzoszkieletu. Przełącz tryb na Pojedynczy palec.
Następnie pozwól ręce egzoszkieletu poruszać palcami badanego indywidualnie i pasywnie, podczas gdy badany rozciąga i chowa poszczególne palce przez 2,5 minuty. W przypadku sesji ruchu oburęcznego wspomaganej przez robota przełącz tryb na Lustro, aby umożliwić ruch zdrowej ręki noszącej rękawicę z czujnikiem w celu kontrolowania ruchów dłoni egzoszkieletu. Aby przeprowadzić próbę zdolności podmiotu do manipulowania obiektami za pomocą robotycznego systemu ręki, dopasuj rękę egzoszkieletu do zdrowej ręki badanego, a rękawicę sensoryczną do zdrowej ręki, jak właśnie pokazano, i umieść temblak pod łokciem i ręką egzoszkieletu podmiotu, aby podeprzeć dotknięte ramię.
Następnie przeprowadź sesję rozgrzewkową, jak właśnie pokazano. Po rozgrzewce użyj robotycznego systemu ręcznego przez pięć minut, aby zademonstrować, jak manipulować zaprojektowanymi przedmiotami, w tym za pomocą chwytu dłoniowego do podniesienia kołka, chwytu bocznego do podniesienia prostokątnego sześcianu, trzypunktowego uchwytu do podniesienia kostki, kulistego uchwytu do podniesienia piłki i cylindrycznego uchwytu do podniesienia cylindrycznego pręta. Po demonstracji umieść dwie podstawy obustronnie przed rękami osoby badanej i umieść przedmioty na szczycie jednej podstawy, aby pomóc w ich manipulacji.
Poproś testera, aby użył robotycznego systemu ręcznego, aby chwycić każdy przedmiot 20 razy dziennie przez trzy kolejne dni, zaczynając od obszaru podstawy i podnosząc, przesuwając i uwalniając każdy przedmiot na linię środkową, jednocześnie monitorując i rejestrując wskaźnik sukcesu każdej próby. W tej reprezentatywnej analizie oceniono trzy osoby zdrowe i trzy osoby po udarze. Średni wiek grupy zdrowej wynosił 28 lat, podczas gdy średni wiek grupy pacjentów wynosił 49 lat.
Dla każdego pacjenta uzyskano również Mini-Mental State Examination, Ocenę Fugla-Meyera, zmodyfikowany palec w skali Ashwortha i wyniki etapu Brunnstroma. Badani w grupie zdrowej doskonale manipulowali wszystkimi obiektami z robotycznym systemem ręcznym i bez niego, ze średnim wskaźnikiem sukcesu wynoszącym 100% dla każdego zadania. Wszyscy pacjenci wykazywali jednak trudności w manipulowaniu obiektami bez robotycznego systemu ręcznego, wykazując 0% wskaźnik sukcesu dla wszystkich obiektów.
W przeciwieństwie do tego, wszystkie wskaźniki sukcesu pacjentów znacznie wzrosły, gdy zastosowano zrobotyzowany system ręczny, zbliżając się do wskaźników podobnych do tych obserwowanych u zdrowych osób, co potwierdza możliwość zastosowania zrobotyzowanego systemu ręcznego u pacjentów po udarze. Przypomnij badanym, aby skoncentrowali się na kontroli ruchu obustronnych rąk podczas treningu ruchów oburęcznych, upewniając się, że wzorce chwytania na przedmiotach są prawidłowe. Po tej procedurze wymagane jest randomizowane badanie kontrolowane w celu określenia efektów terapeutycznych protokołu treningowego.
Korzystając z tej techniki, naukowcy mogą zaprogramować protokoły rehabilitacji z delikatnymi ruchami palców w przypadku poważnej dysfunkcji ręki i mogą badać wpływ na neuroplastyczność mózgu i wyniki funkcjonalne.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejsze badanie przedstawia nowy protokół treningu zorientowanego na zadania z asystą robota, opracowany dla pacjentów z dysfunkcją ręki wynikającą z deficytów neurologicznych. Integruje on robotyczny system dłoni do rehabilitacji oraz bada wykonalność i akceptowalność tego podejścia.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Rehabilitacja
- Robotyka
Wprowadzenie
- Dysfunkcja dłoni może być wynikiem schorzeń neurologicznych, takich jak udar.
- Tradycyjne metody rehabilitacji mogą nie rozwiązywać w pełni deficytów kontroli motorycznej.
- Pomoc robotyczna oferuje potencjał do poprawy wyników rehabilitacji.
- Trening zorientowany na zadania jest kluczowy dla skutecznego powrotu do zdrowia.
Cel badania
- Opracowanie systemu robotycznego wspomagającego rehabilitację ręki.
- Ocena integracji treningu zorientowanego na zadania z pomocą robotyczną.
- Ocena wykonalności i akceptowalności protokołu treningowego.
Zastosowane metody
- Opracowanie systemu robotycznej dłoni do celów rehabilitacyjnych.
- Projektowanie wyspecjalizowanych przedmiotów do manipulacji podczas treningu.
- Zastosowanie protokołu w treningu ruchów oburęcznych.
- Udział terapeutów zajęciowych w celu demonstracji i prowadzenia ćwiczeń.
Główne wyniki
- Protokół został z powodzeniem wdrożony zarówno u zdrowych ochotników, jak i u pacjentów po udarze mózgu.
- Uczestnicy zgłaszali pozytywne doświadczenia z treningiem robotycznym.
- Badania wykonalności wykazały, że protokół jest praktyczny do zastosowania w warunkach klinicznych.
- Akceptacja wśród użytkowników sugeruje potencjał do szerszego zastosowania.
Wnioski
- Protokół treningu wspomaganego robotycznie wykazuje potencjał w rehabilitacji dłoni.
- Integracja treningu zorientowanego na zadania zwiększa skuteczność rehabilitacji.
- Dalsze badania są niezbędne w celu optymalizacji protokołu i oceny długoterminowych wyników.
Często zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Niniejsze badanie prezentuje bimanualny system robotycznej dłoni egzoszkieletowej do ukierunkowanej na zadania rehabilitacji dysfunkcji kończyn górnych, oferując podejście oparte na mechanizmach sterowania w procesie reedukacji ruchowej w schorzeniach neurologicznych. Protokół ten umożliwia walidację celową szlaków nerwowo-mięśniowych poprzez mierzalne wskaźniki wydajności chwytania i puszczania, co pozwala na przedkliniczne modelowanie interwencji rehabilitacyjnych. Dzięki integracji bilateralnej informacji zwrotnej sensoromotorycznej z funkcjonalną manipulacją obiektami, system stanowi istotny w kontekście chorób model do ograniczania ryzyka w weryfikacji hipotez translacyjnych w neurorehabilitacji.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia badanie szlaków kontroli motorycznej poprzez standaryzowane zadania chwytania i puszczania z mierzalnym wskaźnikiem sukcesu.
- Wartość operacyjna: Zapewnia powtarzalną platformę do oceny funkcji nerwowo-mięśniowej u zdrowych osobników oraz w modelach chorobowych.
Przesiewanie i opracowywanie testów
- Wartość naukowa: Umożliwia przygotowanie zwalidowanych systemów biologicznych do dalszego przesiewu związków neuroprotekcyjnych lub neurorestauracyjnych.
- Wartość operacyjna: Wspiera standaryzację testów poprzez pięć odrębnych zadań manipulacji obiektami, wymagających specyficznych wzorców chwytu.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Wartość naukowa: Oferuje model systemu istotny dla badania chorób, modelujący dysfunkcję ręki wywołaną udarem z mierzalnymi punktami końcowymi funkcji.
- Wartość operacyjna: Umożliwia zachowanie ciągłości od fazy odkryć po walidację przedkliniczną poprzez monitorowanie koordynacji ruchów obustronnych oraz skuteczności wykonywania zadań.
Integracja potoku i przepływu pracy
Metoda ta znajduje zastosowanie w procesie od wczesnych etapów odkrywania do fazy przedklinicznej, dostarczając mierzalnych wyników nerwowo-mięśniowych, które pomagają w identyfikacji wiodących związków oraz zwiększają pewność predykcyjną w zakresie terapeutyków stosowanych w rehabilitacji.
- Biologia odkrywcza: Wspiera weryfikację hipotez dotyczących obustronnej integracji motorycznej i reorganizacji kory mózgowej poprzez kontrolowany trening oburęczny.
- Przesiewy: Opisuje gotowość testową poprzez zestandaryzowane zadania manipulacji obiektami, które pozwalają na ilościowy pomiar wskaźnika sukcesu.
- Analityka: Wskazuje wskaźnik sukcesu jako kluczowy odczyt służący do porównywania warunków w różnych grupach badawczych oraz w kolejnych dniach interwencji.
- Badania translacyjne: Odnosi się do ciągłości przedklinicznej poprzez modelowanie niedowładów ruchowych związanych z udarem oraz trajektorii powrotu do sprawności.
- Wykorzystanie w przedsiębiorstwach: Przedstawia system robotycznej dłoni jako platformę wielokrotnego użytku do oceny wielu protokołów neurerehabilitacyjnych.
Wpływ operacyjny i organizacyjny
- Wartość naukowa: Pewność predykcyjna w zakresie zaangażowania dróg ruchowych poprzez wskaźniki wykonania chwytu.
- Wartość operacyjna: Standaryzacja protokołów treningowych u badanych i w różnych ośrodkach przy użyciu zdefiniowanych zestawów obiektów i parametrów czasowych.
- Wartość strategiczna: Umożliwia podejmowanie decyzji go/no-go w odniesieniu do związków rehabilitacyjnych w oparciu o punkty odniesienia dla regeneracji funkcjonalnej.
- Wpływ na portfolio: Wspiera postęp dostosowany do ryzyka poprzez kwantyfikację efektów treningu zorientowanego na zadania w zakresie kontroli motorycznej.
Wskazówki dotyczące wdrożenia
- Wymagana wiedza specjalistyczna z zakresu terapii zajęciowej, neurorehabilitacji oraz obsługi systemów robotycznych.
- Wymagane instrumentarium obejmuje egzoszkielet dłoni, rękawicę sensoryczną, moduł sterujący oraz zestandaryzowane obiekty do manipulacji.
- Standaryzacja międzyzespołowa wymaga spójnego rozmieszczenia obiektów, wytycznych dotyczących wzorców chwytu oraz monitorowania odsetka sukcesów.
- Kwestie adaptacji w różnych systemach modelowych obejmują dostosowanie poziomów oporu i złożoności zadań do różnych stopni uszkodzeń.
- Ograniczenia praktyczne obejmują zależność od obustronnej kontroli motorycznej oraz wpływ czasu treningu na zmęczenie.
