Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
A novel low-cost human-machine interface for interactive post-stroke balance rehabilitation system is presented in this article. The system integrates off-the-shelf low-cost sensors towards volitionally driven electrotherapy paradigm. The proof-of-concept software interface is demonstrated on healthy volunteers.
Beyinde bir alana kalpten kan taşıyan bir arter patlamaları ya da pıhtı beyin ve böylece oksijen ve besin teslim önlenmesi kan akışını engelleyen BIR inme neden olur. inme geçirenlerin yaklaşık yarısı sakatlık bir dereceye kadar bırakılır. restoratif nörorehabilitasyon için yenilikçi yöntemler acilen uzun vadeli sakatlık azaltmak için gereklidir. içsel veya dışsal uyaranlara yanıt olarak yapı, işlev ve bağlantıları yeniden sinir sisteminin özelliği Nöroplastisite. Nöroplastisite aynı zamanda rehabilitasyon, inme sonrası fonksiyonel bozukluklar yer almaktadır. Faydalı nöroplastik değişiklikler gibi nöromusküler elektrik stimülasyonu (NMES) ve duyusal elektrik stimülasyonu (SES) olarak, non-invaziv elektroterapi ile kolaylaştırılabilir. NMES SES invo ise elektrik akımının sürekli kısa darbeleri ile bunları etkinleştirmek için motor sinirlerin ve kasların koordineli elektriksel uyarımı içerirzar zor algılanabilir nahoş değişir duyumlar sonuçlanan elektrik akımı ile duyu sinirlerinin LVES uyarılması. Burada, rehabilitasyon prosedürleri aktif kortikal katılımı eşzamanlı aktif algı ve istemli çabayı temsil Biyosinyallerin ile non-invaziv elektroterapi (elektromyogram (EMG), elektroensefalogram (EEG), elektrookülogram (EOG)) sürerek kolaylaştırılabilir. Düşük ve orta gelirli ülkelerde bir kaynak yoksunu bir ortamda, örneğin, bunu başarmak için, biz off-the-raf video oyun sensör teknolojisi ile ilgili son gelişmeleri yararlanarak düşük maliyetli insan-makine arayüzü (HMI) sunuyoruz. Bu yazıda, denge rehabilitasyon sırasında postural kontrol yardımcı olmak için non-invaziv elektroterapi ile görsel-işitsel biofeedback için düşük maliyetli off-the-raf sensörleri entegre açık kaynak yazılım arayüzü tartışmak. Biz kanıt-of-concept sağlıklı gönüllü üzerinde göstermektedir.
Fokal serebral, spinal veya retina enfarktüsü nedeniyle nörolojik fonksiyon bozukluğunun bir bölüm inme 1 denir. İnme küresel bir sağlık sorunudur ve sakatlık dünya çapında 1 dördüncü önde gelen nedenidir. Hindistan ve Çin, dünyanın iki en kalabalık ülkeleri gibi ülkelerde, inmeye bağlı nörolojik özürlülük gizli salgını 2 olarak etiketlenmiş ediliyor. İnme sonrası en sık görülen tıbbi komplikasyonlardan biri ilk sene inme sonrası 3 adede kadar% 73 rapor insidansı düşme vardır. İnme sonrası düşüş çok faktörlü ve denge ve görsel-uzamsal ihmal 4 gibi spinal ve supraspinal faktörleri içerir. Geurts ve 1 tanımlanmış arkadaşları 5 A yorum) Çok yönlü iki ayaklı ayakta, 2) yavaş hız, 3) yönlü belirsizlik ve sırasında değişen maksimal ağırlık engelli 4) denge olarak tek ve halkalı submaksimal frontal düzlem ağırlık vardiya küçük genlikleri sonbahar ri faktörlerisk. Önceki çalışmalar bu denge kaba motor fonksiyon 5, 6 ayaktan yeteneği ve bağımsızlık ile ilişkili olduğunu göstermiştir beri günlük yaşam aktiviteleri üzerine bunun sonucunda etkisi önemli olabilir. Ayrıca, Geurts ve arkadaşları 5 kas gücü yanı sıra Supraspinal multisensory entegrasyon (ve kas koordinasyonu 7) Mevcut protokoller eksik denge kurtarma için kritik olduğunu ileri sürmüşlerdir. Multisensory entegrasyonu yolunda, istemli tahrik non-invaziv elektroterapi bizim hipotez 8 (NMES / SES) bu adaptif davranış şeklinde ve böyle etkilenen ekstremitenin NMES / SES-destekli hareketi sırasında duyusal girdilerin aktif algı modüle kolaylaştırılabilir olduğunu beyin gerekirse, alternatif motor yolları 9 işe alarak sonraki hareket çıkışı içine bu geribildirim dahil edebilirsiniz.
Bir kaynak istemli tahrik NMES / SES-destekli denge eğitimi elde etmek içinZavallı ayarı, düşük maliyetli insan-makine arayüzü (HMI) görsel-işitsel biofeedback için off-the-raf video oyun sensör teknolojisi mevcut açık kaynak yazılım ve son gelişmeler yararlanarak geliştirilmiştir. NMES kas gücünü artırmak ve spastisite 10 azaltmak için gösterilmiştir sinirlerin ve kasların koordineli elektriksel uyarımı içerir. Ayrıca, SES ön yayınlanan eser 11 subsensory stimülasyon tek başına tibialis anterior kas üzerine uygulanan salınımlar zayıflatıcı etkili olduğunu göstermiştir duyumları uyandırmak için elektrik akımı ile duyu sinirlerinin uyarılması içerir. Burada, HMI (NMES) ile kas amplifikatör olarak hareket yanı sıra (SES) afferent geri artıracaktır ayak bileği kaslarında için NMES / SES istemli odaklı interaktif inme sonrası denge tedavisine sırasında mümkün duyusal-motor entegrasyonu yapacak postural savurursa sırasında dik duruşunu korumak için sağlıklı ayak bileği stratejileri 12,13,14 yardımcı olur. BuDutta ve ark. 8'de sunulan hipotezine dayalı non-invazif elektroterapi yoluyla gerçekleştirilir ilgili ayak kaslarının artmış kortikospinal uyarılma bilek sertliğinin geliştirilmiş Supraspinal modülasyon borç olabilir. Gerçekten de, önceki iş KSEU / SES muhtemelen eş aktive motor ve duyu lifleri 15,16 sonucu, kortikospinal uyarılabilirliği kalıcı değişiklikleri yol açtığını göstermiştir. Ayrıca, Khaslavskaia ve Sinkjaer 17 NMES / SES anda mevcut eş zamanlı motor kortikal tahrik motoru kortikal eksitabilite artırdığını insanlarda gösterdi. Bu nedenle, istemli odaklı NMES / SES spinal reflekslerin kısa vadeli nöroplastisiteyi neden olabilir (örneğin, karşılıklı la inhibisyonu 17) Belirli bir motonöron havuzuna yolları inen yoluyla proje kortikospinal nöronlar içinde la-inhibitör yoluyla karşıt motor nöron havuzu inhibe Şekil 1 'de gösterildiği gibi, bir O doğru, 18 insanlardaperant klima paradigma (Dutta ve ark bakın. 8).
Şekil 1: istemli tahrik nöromusküler elektrik stimülasyonu altında ayak bileği kas koordinasyonunu geliştirmek için cued hedefe (NMES) basıncı (COP) merkezini sürücü imleci kavram (. Dutta de ayrıntıları ve ark 21) altta yatan interaktif insan makine arayüzü (HMI) -assisted visuomotor denge tedavisi EEG:. elektroensefalografi, MN: α-motor nöron, IN: la-inhibitör, EMG: elektromyogram, DRG: dorsal kök ganglion. 8 ve 37 çoğaltılamaz. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
ön-arka (AP) kütle (COM) merkezinde yer değiştirmeleri yapılırayak bileği (örneğin medial gastroknemius ve soleus kaslarının gibi) plantar ve (örneğin tibialis anterior kas gibi) dorsifleksör medio-yanal süre ile (ML) değiştirmeler ayak bileği (örneğin tibialis anterior kas gibi) invertörler ve peroneus longus olarak evertors (tarafından yapılmaktadır ve) brevis. Sonuç olarak, kasların dorsifleksör ayak bileği zayıflığı ve ayak bileği artan spastisite plantar kasları dahil olmak üzere inme ile ilgili ayak bileği bozuklukları bozulmuş postural kontrol yol açar. Burada, çeviklik eğitim programları 6 düşmeleri 6 önlemede statik germe / ağırlık kayması egzersiz programı daha etkili olabilir görevler giderek zorluk artmış dinamik dengeyi meydan (VR) tabanlı oyun platformu sanal gerçeklik kaldıraçlı olabilir. Örneğin, denekler zorluk kademeli olarak amel artırılabilir dinamik visuomotor denge görevi sırasında istemli tahrik NMES / SES destekli AP ve ML deplasmanları gerçekleştirebilirsiniziki ayaklı ayakta sırasında değişen ağırlık iorate inme sonrası ayak bileği özgü kontrol problemleri. Bir kaynak fakiri bir ortamda istemli tahrik NMES / SES destekli denge tedavisi doğru, biz sunuyoruz de düşük veri toplama için kullanılabilir görsel-işitsel biofeedback doğru Mobil Beyin / Vücut Görüntüleme (Mobi) 19, için düşük maliyetli bir HMI MoBILAB çevrimdışı veri keşif için maliyet sensörleri (Ojeda ark bakın. 20).
Not: HMI yazılım boru hattı serbestçe kullanılabilir açık kaynak yazılım dayanmaktadır ve off-the-raf düşük maliyetli video oyun sensörleri (ayrıntılar mevcut geliştirildi: https://team.inria.fr/nphys4nrehab/software/ ve https: //github.com/NeuroPhys4NeuroRehab/JoVE). HMI yazılım boru hattı visuomotor denge tedavisi (VBT) 8 VR tabanlı oyun platformu değiştirilmiş fonksiyonel uzanma görevi (mFRT) 21 sırasında veri toplama için sağlanmıştır.
Şekil 2a gaze özellikleri VR görsel geribildirim buna göre özelleştirilebilir böylece inme sonrası rezidüel fonksiyon ölçümü için çevrimdışı ayıklanır teşhis göz izci kurulumunu göstermektedir.
Şekil 2b VBT için deney düzeneği gösterir.
Şekil 2: ( a) inme sonrası takip göz hareketleri değerlendirilmesi için insan-makine arayüzü şematik. (B) yazılım arayüzü inme sonrası NMES için nöromüsküler elektriksel stimülasyon sistemi (NMES) ve duyusal elektrik stimülasyonu (SES) ile mobil beyin / vücut görüntüleme verilerini kaydetmek için Biyoişaret sensörleri ve hareket yakalama entegre insan-makine arayüzü şematik / visuomotor denge tedavisi SES destekli. NMES: Nöromüsküler Elektriksel Stimülasyon, SES: Duyu Elektrik Stimülasyon, EMG: Elektromiyogram, EEG: Elektroensefalografi, EOG: elektrookülogram, COP: Basınç Merkezi, PC: Personal Computer. 8 ve 37 çoğaltılamaz. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
VBT sırasında Mobil Beyin / Vücut Görüntüleme 1. Yazılım Kurulumu
2. Düşük maliyetli Mobil Beyin / Vücut Görüntüleme (Mobi) için Sensör Yerleştirme: Açık kaynak HMI Yazılımı Boru Hattı Sağlar Mobil Beyin / Vücut Görüntüleme Düşük Maliyetli Off-Raf Sensörler (Şekil 2b) ile (Mobi) 19 Hangi Can Diğer Çeviklik Eğitim Programları için uyarlanmıştır olması.
İnme sonrası Pursuit Göz Hareketleri 3. Eye Tracker Tabanlı Değerlendirme
2394fig3.jpg "/>
Şekil 3: (a) istemli visuomotor denge tedavisi sırasında cued hedefe yönlendirilmesi gereken basıncı (COP) merkezini temsil eden İmleç, (b) Visuomotor denge terapisi protokolü konu tarafından yönlendirilen bir çevresel hedefe bilgisayar imlecini steers nerede istemli COP gezi oluşturulur. Sıfırlama Nöromüsküler Elektrik Stimülasyon (NMES) ve duyusal elektrik stimülasyonu (SES), (c) görsel-cued visuomotor denge tedavisi için deneysel kurulum ile yardımcı olabilir. 8 ve 37 çoğaltılamaz. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
4. NMES / Mobi altında Visuomotor Denge Terapisi (VBT) SES Destekli
VBT sırasında düşük maliyetli Sensörler 5. Çoklu sensör Veri Toplama (Şekil 2b)
Şekil 4 düzgün takip görevi sırasında bir sağlam performans ölçümü için çevrimdışı çıkarıldı göz bakışları özelliklerini göstermektedir. Tablo 1 'de gösterildiği gibi, aşağıdaki özellikleri ekstre edilmiştir:
Özelliği 1 = hedef uyaran pozisyon ve uyarıcı yatay yönde pozisyon değişiyor katılımcının sabitleme noktaları centroid arasındaki sapma y...
hareket ve denge terapisi için basit kullanımlı, klinik açıdan geçerli düşük maliyetli aracı düşük kaynak ortamda nörorehabilitasyon için bir paradigma kayması olacaktır. Felç gibi nörolojik bozukluklar dramatik nedeniyle dünya nüfusunun 2 yaşlanan gelecekte artacak çünkü çok yüksek toplumsal etkisi olması muhtemeldir. yetenek, özelleştirmek, izlemek ve son zamanlarda telekomünikasyon yoluyla hesaplama, ağ ve fiziksel süreçlerin entegrasyonları ile mümkün hale gelmiştir u...
Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.
CEFIPRA şemsiyesi altında, CNRS, INRIA ve DST tarafından desteklenen ICST, - Joint kapsamında yapılan araştırma Bilgi ve İletişim Bilim ve Teknoloji Programı hedef. Yazarlar deney düzeneği geliştirilmesine yönelik, öğrenciler, özellikle Rahime Sidiboulenouar, Rishabh Sehgal ve Gorish Aggarwal desteğini kabul etmek istiyorum.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
NMES stimulator | Vivaltis, France | PhenixUSBNeo | NMES stimulator cum EMG sensor (Figure 2b) |
Balance Board | Nintendo, USA | Wii Balance Board | Balance Board (Figure 2b) |
Motion Capture | Microsoft, USA | XBOX-360 Kinect | Motion Capture (Figure 2b) |
Eye Tracker | Eye Tribe | The Eye Tribe | SmartEye Tracker (Figure 2a) |
EEG Data Acquisition System | Emotiv, Australia | Emotiv Neuroheadset | Wireless EEG headset (Figure 2b) |
EEG passive electrode | Olimex | EEG-PE | EEG passive electrode for EOG and references (6 in number)(Figure 2b) |
EEG active electrode | Olimex | EEG-AE | EEG active electrode (10 in number)(Figure 2b) |
Computer with PC monitor | Dell | Data processing and visual feedback (Figure 2) | |
Softwares, EMG electrodes, NMES electrodes, and cables |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır