Name: robotic mirror therapy system for functional recovery of hemiplegic arms
Uploaded: 2016-08-15T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Robotic Mirror Therapy System for Functional Recovery of Hemiplegic Arms at JoVE.com

Este trabalho foi apoiado pelo cérebro Programa Fusão de Seoul National University (800-20120444) e do Programa de Iniciativas de Pesquisa Interdisciplinar da Faculdade de Engenharia e Faculdade de Medicina da Universidade Nacional de Seul (800-20150090).

Todos os procedimentos foram revistos e aprovados pelo Institutional Review Board do Hospital da Universidade Nacional de Seul. 1. Tarefas Terapia Espelho <ol><li> Exemplos de funções de 2 dimensões da terapia espelho (Figura 3) <ol><li> Livremente mover o braço saudável ao olhar no espelho cerca de 5 min para o exercício de aquecimento. Nota: Pode-se utilizar um metrônomo de modo que o paciente pode exercer o movimento do braço saudável de um modo rítmico. </li><li> No lado s...

<ol>
	<li>Hamzei, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+plasticity+induced+by+mirror+training:+the+mirror+as+the+element+connecting+both+hands+to+one+hemisphere.">Functional plasticity induced by mirror training: the mirror as the element connecting both hands to one hemisphere.</a> Neurorehabil Neural Repair. 26 (5), 484-496 (2012).</li><li>Thieme, H., Mehrholz, J., Pohl, M., Behrens, J., Dohle, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mirror+therapy+for+improving+motor+function+after+stroke.">Mirror therapy for improving motor function after stroke.</a> Cochrane Database Syst Rev. 3, CD008449 (2012).</li><li>Dohle, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mirror+therapy+promotes+recovery+from+severe+hemiparesis:+a+randomized+controlled+trial.">Mirror therapy promotes recovery from severe hemiparesis: a randomized controlled trial.</a> Neurorehabil Neural Repair. 23 (3), 209-217 (2009).</li><li>Pervane Vural, S., Nakipoglu Yuzer, G. F., Sezgin Ozcan, D., Demir Ozbudak, S., Ozgirgin, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+Mirror+Therapy+in+Stroke+Patients+With+Complex+Regional+Pain+Syndrome+Type+1:+A+Randomized+Controlled+Study.">Effects of Mirror Therapy in Stroke Patients With Complex Regional Pain Syndrome Type 1: A Randomized Controlled Study.</a> Arch Phys Med Rehabil. 97 (4), 575-581 (2016).</li><li>De Santis, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Robot-assisted+training+of+the+kinesthetic+sense:+enhancing+proprioception+after+stroke.">Robot-assisted training of the kinesthetic sense: enhancing proprioception after stroke.</a> Front Hum Neurosci. 8, 1037 (2015).</li><li>Smorenburg, A. R., Ledebt, A., Deconinck, F. J., Savelsbergh, G. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Practicing+a+matching+movement+with+a+mirror+in+individuals+with+spastic+hemiplegia.">Practicing a matching movement with a mirror in individuals with spastic hemiplegia.</a> Res Dev Disabil. 34 (9), 2507-2513 (2013).</li><li>Semrau, J. A., Herter, T. M., Scott, S. H., Dukelow, S. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Robotic+identification+of+kinesthetic+deficits+after+stroke.">Robotic identification of kinesthetic deficits after stroke.</a> Stroke. 44 (12), 3414-3421 (2013).</li><li>Niku, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chapter+4,+Dynamic+Analysis+and+Forces.">Chapter 4, Dynamic Analysis and Forces.</a> Introduction to Robotics: Analysis, Systems, Applications. , (2001).</li><li>Sanford, J., Moreland, J., Swanson, L. R., Stratford, P. W., Gowland, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reliability+of+the+Fugl-Meyer+assessment+for+testing+motor+performance+in+patients+following+stroke.">Reliability of the Fugl-Meyer assessment for testing motor performance in patients following stroke.</a> Phys Ther. 73 (7), 447-454 (1993).</li><li>Bohannon, R. W., Smith, M. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interrater+reliability+of+a+modified+Ashworth+scale+of+muscle+spasticity.">Interrater reliability of a modified Ashworth scale of muscle spasticity.</a> Phys Ther. 67 (2), 206-207 (1987).</li><li>Shah, S., Vanclay, F., Cooper, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improving+the+sensitivity+of+the+Barthel+Index+for+stroke+rehabilitation.">Improving the sensitivity of the Barthel Index for stroke rehabilitation.</a> J Clin Epidemiol. 42 (8), 703-709 (1989).</li><li>Lo, A. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Robot-assisted+therapy+for+long-term+upper-limb+impairment+after+stroke.">Robot-assisted therapy for long-term upper-limb impairment after stroke.</a> N Engl J Med. 362 (19), 1772-1783 (2010).</li><li>Ho, N. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+EMG-driven+exoskeleton+hand+robotic+training+device+on+chronic+stroke+subjects:+task+training+system+for+stroke+rehabilitation.">An EMG-driven exoskeleton hand robotic training device on chronic stroke subjects: task training system for stroke rehabilitation.</a> IEEE Int Conf Rehabil Robot. , 5975340 (2011).</li><li>Hesse, S., Schulte-Tigges, G., Konrad, M., Bardeleben, A., Werner, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Robot-assisted+arm+trainer+for+the+passive+and+active+practice+of+bilateral+forearm+and+wrist+movements+in+hemiparetic+subjects.">Robot-assisted arm trainer for the passive and active practice of bilateral forearm and wrist movements in hemiparetic subjects.</a> Arch Phys Med Rehabil. 84 (6), 915-920 (2003).</li><li>Lum, P. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MIME+robotic+device+for+upper-limb+neurorehabilitation+in+subacute+stroke+subjects:+A+follow-up+study.">MIME robotic device for upper-limb neurorehabilitation in subacute stroke subjects: A follow-up study.</a> J Rehabil Res Dev. 43 (5), 631-642 (2006).</li><li>Yang, C. L., Lin, K. C., Chen, H. C., Wu, C. Y., Chen, C. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pilot+comparative+study+of+unilateral+and+bilateral+robot-assisted+training+on+upper-extremity+performance+in+patients+with+stroke.">Pilot comparative study of unilateral and bilateral robot-assisted training on upper-extremity performance in patients with stroke.</a> Am J Occup Ther. 66 (2), 198-206 (2012).</li><li>Nef, T., Mihelj, M., Riener, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ARMin:+a+robot+for+patient-cooperative+arm+therapy.">ARMin: a robot for patient-cooperative arm therapy.</a> Med Biol Eng Comput. 45 (9), 887-900 (2007).</li><li>Ozkul, F., Barkana, D. E., Demirbas, S. B., Inal, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+proprioceptive+sense+of+the+elbow+joint+with+RehabRoby.">Evaluation of proprioceptive sense of the elbow joint with RehabRoby.</a> IEEE Int Conf Rehabil Robot. , 5975466 (2011).</li><li>Pehlivan, A. U., Celik, O., O'Malley, M. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+design+of+a+distal+arm+exoskeleton+for+stroke+and+spinal+cord+injury+rehabilitation.">Mechanical design of a distal arm exoskeleton for stroke and spinal cord injury rehabilitation.</a> IEEE Int Conf Rehabil Robot. , 5975428 (2011).</li><li>Zhang, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Feasibility+studies+of+robot-assisted+stroke+rehabilitation+at+clinic+and+home+settings+using+RUPERT.">Feasibility studies of robot-assisted stroke rehabilitation at clinic and home settings using RUPERT.</a> IEEE Int Conf Rehabil Robot. , 5975440 (2011).</li></ol>

O objetivo principal deste estudo foi desenvolver um sistema de espelho robô em tempo real para a recuperação funcional de um braço hemiplégico usando um algoritmo de controle automático. O efeito da terapia assistida por robô em recuperação a longo prazo do comprometimento dos membros superiores após AVC foi revelado benéfica em estudos anteriores 12, e vários tipos de robôs de braço foram introduzidas 13-20. No entanto, estudos anteriores de robôs extremidade superior que realizado...

Para os pacientes com acidente vascular cerebral, disfunção de um braço hemiplégico tem debilitante efeito. A capacidade de realizar atividades bimanuais é essencial para a vida diária, mas déficit funcional de um braço hemiplégico muitas vezes permanece até poucos anos após o início do acidente vascular cerebral. Entre os vários programas de formação no hospital, um exercício para aumentar a amplitude de movimento ou repetição passiva de tarefas simples têm pouco efeito sobre a recuperação funcional de um braço hemiplégico. Por esta razão, a formação de tarefas significativas relacionadas com as actividades da vida diária (AVD) tem sido aplicada à terapia ocupacional em hospitais. Os efeitos da terapia de espelho foram comprovadas por estudos anteriores em neurorehabilitation 1-4. Espelho terapia é realizada por indução de uma ilusão através da utilização de um espelho como se o braço hemiplegia está em movimento em tempo real enquanto se move o braço saudável. Pode facilitar neuroplasticidade cérebro por activação do córtex sensorimotor 1. Assim, motopotência e a função do braço de hemiplegia R pode ser melhorada. No entanto, a terapia convencional espelho tem uma limitação crítica na medida em que o braço de hemiplegia não está realmente em movimento. Por isso, desenvolvemos um 2 eixos sistema de espelho robô em tempo real como um simples módulo add-on para a terapia do espelho convencional, usando mecanismo de feedback fechado. Isto pode transmitir entrada proprioceptiva para o córtex sensorial, que é considerada importante na neuroplasticidade e a recuperação funcional de um braço hemiplegia (Figuras 1 e 2) 5-7.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>LabVIEW</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td></td>
			<td>System design software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>24V power supply</td>
			<td>XP Power</td>
			<td>MHP1000PS24 24V</td>
			<td>Any 24V power supply should do</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AHRS sensor receiver</td>
			<td>E2box</td>
			<td>EBRF24GRCV</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AHRS sensors</td>
			<td>E2box</td>
			<td>EBIMU-9DOFV2</td>
			<td>You will need total 3 sensors. Any AHRS sensors will do</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EC90 flat motor module</td>
			<td>Maxon</td>
			<td>323772 + 223094 + 453231</td>
			<td>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)&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EC45 flat motor module</td>
			<td>Maxon</td>
			<td>397172</td>
			<td>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)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EPOS2 70/10 controller</td>
			<td>Maxon</td>
			<td>375711</td>
			<td>This can be replaced with EPOS 24/5 controller</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EPOS2 24/5 controller</td>
			<td>Maxon</td>
			<td>367676</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Connector and cable set</td>
			<td>Maxon</td>
			<td>381405 + 384915 + 275934 + 354045</td>
			<td>You can also make these cables. Connectors and corresponding wire info can be found in &#34;300583-Hardware-Reference-En.pdf&#34; and &#34;300583-Cable-Starting-Set-En.pdf&#34;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Coupling- Oldham, Set Screw Type</td>
			<td>Misumi</td>
			<td>MCORK30-10-12</td>
			<td>Type may vary</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Coupling- High Rigidity, Oldham, 
			Set Screw Type</td>
			<td>Misumi</td>
			<td>MCOGRK34-12-12</td>
			<td>Type may vary</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Shaft Collars</td>
			<td>Misumi</td>
			<td>SCWDM10-B &#160;</td>
			<td>You will need 4 sets</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Shaft Collars</td>
			<td>Misumi</td>
			<td>SDBJ10-8</td>
			<td>You will need 2 sets</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Precision Linear Shaft</td>
			<td>Misumi</td>
			<td>&#160;PSSFG10-200</td>
			<td>Any straight 10mm diameter shaft with at least 200mm length should do&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bearings with housings</td>
			<td>Misumi</td>
			<td>BGRAB6801ZZ</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Elbow motor force dispersion shaft&#160;</td>
			<td>custom machined</td>
			<td>3D CAD&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lower elbow support</td>
			<td>custom machined</td>
			<td>Part Drawings</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Elbow rooftop frame</td>
			<td>custom machined</td>
			<td>Part Drawings</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Support wall</td>
			<td>custom machined</td>
			<td>Part Drawings</td>
			<td>You will need 2 frames.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Elbow coupling hollow cylinder cover&#160;</td>
			<td>custom machined</td>
			<td>Part Drawings</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wrist motor force dispersion shaft</td>
			<td>custom machined</td>
			<td>Part Drawings</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wrist rooftop frame</td>
			<td>custom machined</td>
			<td>Part Drawings</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Upper wrist coupling hollow cylinder cover</td>
			<td>custom machined</td>
			<td>Part Drawings</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lower wrist coupling hollow cylinder cover</td>
			<td>custom machined</td>
			<td>Part Drawings</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Joint movement limiter</td>
			<td>custom machined</td>
			<td>Part Drawings</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Handle</td>
			<td>3D printed</td>
			<td>Part Drawings</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Upper elbow support</td>
			<td>3D printed</td>
			<td>Part Drawings</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Friction reduction ring</td>
			<td>3D printed</td>
			<td>Part Drawings</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acrylic mirror</td>
			<td>custom laser cutting</td>
			<td>Part Drawings</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Task table</td>
			<td>custom machined</td>
			<td>Part Drawings</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicone sponge</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DOF limiter</td>
			<td>3D printed</td>
			<td>Part Drawings</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DOF limiter lid</td>
			<td>3D printed</td>
			<td>Part Drawings</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Healthyarm handle</td>
			<td>3D printed</td>
			<td>Part Drawings</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ball rollers - Press fit</td>
			<td>Misumi</td>
			<td>BCHA18</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goalpost</td>
			<td>3D printed</td>
			<td>Part Drawings</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Circle trace</td>
			<td>3D printed</td>
			<td>Part Drawings</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Angled assist</td>
			<td>3D printed</td>
			<td>Part Drawings</td>
			<td>Optional</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Curved assist</td>
			<td>3D printed</td>
			<td>Part Drawings</td>
			<td>Optional</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plain assist</td>
			<td>3D printed</td>
			<td>Part Drawings</td>
			<td>Optional</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Task board</td>
			<td>custom laser cutting</td>
			<td>Part Drawings</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

robotic mirror therapy system for functional recovery of hemiplegic arms

A terapia do espelho foi realizada como terapia ocupacional eficaz em um ambiente clínico para a recuperação funcional de um braço hemiplégico após acidente vascular cerebral. É realizado por indução de uma ilusão através da utilização de um espelho como se o braço hemiplegia está em movimento em tempo real enquanto se move o braço saudável. Pode facilitar neuroplasticidade cérebro através da activação do córtex sensorimotor. No entanto, a terapia convencional espelho tem uma limitação crítica na medida em que o braço de hemiplegia não está realmente em movimento. Assim, desenvolveu-se um sistema de dois eixos espelho robô em tempo real como um módulo simples complemento para terapia espelho convencional, utilizando um mecanismo de realimentação fechada, que permite o movimento em tempo real do braço hemiplegia. Usamos 3 atitude e de rumo sensores sistema de referência, motores DC sem escovas 2 para o cotovelo e articulações do punho e quadros exoesqueléticas. Em um estudo de viabilidade em 6 indivíduos saudáveis, a terapia do espelho robótico era seguro e viável. Nós ainda seleccionadas tarefas úteis para atividades de daily formação através de feedback dos médicos de reabilitação vivo. Um paciente de derrame crônica apresentaram melhora na escala de avaliação de Fugl-Meyer eo cotovelo espasticidade flexor após uma aplicação de 2 semanas do sistema de espelho robô. terapia espelho robótico pode aumentar a entrada proprioceptiva para o córtex sensorial, que é considerada como sendo importante na neuroplasticidade e a recuperação funcional de braços hemiplégicas. O sistema de espelho robô aqui apresentadas podem ser facilmente desenvolvidos e utilizados de forma eficaz para avançar terapia ocupacional.

Seis indivíduos saudáveis ​​realizaram um &#39;pena de marcação tarefa &quot;(tocando as duas pequenas placas alternadamente com uma caneta ligada na mão saudável como mostrado na Figura 17) 10 vezes que tiveram, em média, 106 segundos por assunto. Nenhum evento adverso foi observado, e terapia do espelho robótico foi provado ser viável. Além disso, foi realizado um estudo clínico sobre os médi...

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Robotic Mirror Therapy System for Functional Recovery of Hemiplegic Arms

Nós desenvolvemos um sistema de espelho robô em tempo real para a recuperação funcional dos braços hemiplégicos utilizando tecnologia de controle automático, realizaram um estudo clínico em indivíduos saudáveis, e as tarefas determinadas por meio de feedback de médicos de reabilitação. Esta simples robô espelho pode ser aplicada de forma eficaz para a terapia ocupacional em pacientes com AVC com um braço hemiplégico.

Robotic Espelho Sistema de Terapia de recuperação funcional de hemiplégicos Braços

Mirror therapy has been performed as effective occupational therapy in a clinical setting for functional recovery of a hemiplegic arm after stroke. It is ...

Research

JoVE Journal

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Bioengenharia

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