Реабилитационная робототехника - Rehabilitation robotics

Реабилитационная робототехника это область исследований, посвященная пониманию и расширению реабилитация посредством применения робот устройств. Реабилитационная робототехника включает разработку робототехнических устройств, предназначенных для поддержки различных сенсомоторных функций.[1](например, рука, рука,[2][3] нога, лодыжка[4]), разработка различных схем вспомогательного терапевтического обучения,[5] и оценка сенсомоторных функций (способность двигаться)[6] пациента; здесь роботы используются в основном как вспомогательные средства, а не как вспомогательные устройства.[7] Реабилитация с использованием робототехники обычно хорошо переносится пациентами, и было установлено, что она является эффективным дополнением к терапии у людей, страдающих двигательными нарушениями, особенно из-за Инсульт.

Обзор

Реабилитационная робототехника можно считать особым направлением биомедицинская инженерия, и часть взаимодействие человека и робота. В этой области клиницисты, терапевты и инженеры сотрудничают, чтобы помочь реабилитировать пациентов.[нужна цитата ]

Основные цели в этой области включают: разработку реализуемых технологий, которые могут быть легко использованы пациентами, терапевтами и клиницистами; повышение эффективности терапевтических методов лечения; и облегчение повседневной жизни пациентов.[нужна цитата ]

История

Международная конференция по реабилитационной робототехнике проводится каждые два года, первая конференция - в 1989 году. Последняя конференция проводилась в июне 2019 года в Торонто в рамках RehabWeek. Реабилитационная робототехника была представлена ​​два десятилетия назад для пациентов с неврологические расстройства. Люди, которые чаще всего используют реабилитационных роботов, являются инвалидами или терапевты.[8] Когда были созданы реабилитационные роботы, они предназначались не для того, чтобы быть роботами-спасателями, а чтобы помогать людям распознавать объекты через прикосновение, а также для людей, пострадавших от расстройство нервной системы. Реабилитационные роботы используются в процессе восстановления пациентов с ограниченными возможностями при вставании, балансировании и походка.[8] Эти роботы должны идти в ногу с человеком и его движениями, поэтому при создании машины производители должны быть уверены, что она будет соответствовать прогрессу пациента. В дизайн вложено много кропотливой работы, потому что робот будет работать с людьми с ограниченными возможностями и не сможет быстро среагировать, если что-то пойдет не так.[9]

Функция

Реабилитационные роботы разработаны с применением методов, которые определяют приспособляемость уровень пациента. Методы включают, но не ограничиваются ими, активные упражнения с поддержкой, активные упражнения с ограничениями, активные упражнения с сопротивлением, пассивные упражнения и адаптивные упражнения. При активном выполнении упражнений с вспомогательной поддержкой пациент двигает рукой заданным путем без какого-либо давления на нее. Активное ограниченное упражнение - это движение руки пациента с противодействующей силой; если он пытается выйти за рамки того, что должен. Активное сопротивление - это движение с противоположными силами.[10] Эти машины MIT-Manus,[11] Би-Ману-Трек[12] и MIME делают возможными активные упражнения с сопротивлением. Пациенту необходимо отказаться от пассивных упражнений. Наконец, адаптивное упражнение - это чрезмерная тренировка, которую робот никогда не делал, и которая адаптируется к новому неизвестному пути. Эти устройства Bi-ManuTrack и MIME поддерживают возможные адаптивные упражнения. Активное упражнение с ограничениями поддерживается всеми упомянутыми машинами.[9]

С годами количество реабилитационных роботов выросло, но они очень ограничены из-за клинических испытаний. Многие клиники проводят испытания, но не принимают роботов, потому что хотят, чтобы ими управляли дистанционно. Участие роботов в реабилитации пациента имеет несколько положительных аспектов. Одним из положительных моментов является то, что вы можете повторять процесс или упражнение столько раз, сколько захотите. Еще одним положительным моментом является то, что вы можете получить точные данные об их улучшении или снижении. Вы можете получить точные измерения с помощью датчиков на устройстве. Когда устройство выполняет измерение, вы должны быть осторожны, потому что устройство может выйти из строя после того, как оно будет выполнено, из-за различных движений пациента, чтобы выйти.[9] Робот-реабилитолог может применять постоянную терапию в течение длительного времени. По мнению многих терапевтов, ученых и пациентов, прошедших терапию, реабилитационный робот - прекрасное устройство. В процессе выздоровления реабилитационный робот не может понять потребности пациента, как это сделал бы опытный терапевт.[8] Сейчас робот не может понять, но в будущем устройство сможет понять. Еще один плюс реабилитационного робота в том, что терапевт не прилагает никаких физических усилий.

В последнее время реабилитационная робототехника используется в медицине, хирургии, удаленная хирургия и другие вещи, но было слишком много жалоб на то, что робот не управляется с пульта дистанционного управления. Многие подумают, что использование промышленный робот в качестве реабилитационного робота было бы то же самое, но это неправда. Роботы-реабилитологи должны быть регулируемыми и программируемыми, потому что их можно использовать по разным причинам. Между тем промышленный робот всегда один и тот же; нет необходимости менять робота, если продукт, с которым он работает, больше или меньше. Для того, чтобы промышленный робот работал, мне нужно было бы лучше приспособиться к его новой задаче.[9]

Текущие продукты

Hand of Hope - это искусно управляемая рука-экзоскелет, предназначенная для улучшения движений руки и пальцев у жертв инсульта, разработанная Rehab-Robotics. Роботизированная рука управляется сигналами ЭМГ в мышцах предплечья, что означает, что пациенты могут двигать рукой, используя только свой мозг. В устройстве также есть режим непрерывного пассивного движения, при котором действия по открытию и закрытию руки выполняются непроизвольно.[13]

Эксо Бионикс в настоящее время разрабатывает и производит интеллектуально экзоскелет с приводом бионический устройства, которые можно закрепить как носимые роботы для повышения силы, подвижности и выносливости солдат и людей с параличом нижних конечностей. Tyromotion в настоящее время разрабатывает и производит набор интеллектуальных реабилитационных устройств для верхних конечностей. Робот для реабилитации рук AMADEO предлагает ряд стратегий реабилитации, включая пассивную, вспомогательную, постоянную, силовую и тактильную тренировки. Робот для реабилитации рук под названием DIEGO предлагает двустороннюю терапию рук, включая вспомогательную силу для снижения веса и полное трехмерное отслеживание движения руки для тренировки с усиленной обратной связью в среде виртуальной реальности.[нужна цитата ]

Причины использовать это устройство

Число инвалидов в Испании увеличилось из-за старения. Это означает, что количество помощи увеличилось. Реабилитационный робот очень популярен в Испании, потому что это приемлемая стоимость, и в Испании много людей, перенесших инсульт и нуждающихся в помощи. Реабилитационная робототехника очень популярна среди людей, перенесших инсульт, потому что применяется метод проприоцептивной нервно-мышечной помощи. Когда вы переносите инсульт, ваша нервная система в большинстве случаев становится поврежденной, что приводит к инвалидности в течение шести месяцев после инсульта. Робот сможет выполнять упражнения, которые будет выполнять терапевт, но робот будет выполнять некоторые упражнения, которые не так легко выполнить человеку.[8] Пневматический робот помогает людям, перенесшим инсульт или любое другое заболевание, вызвавшее нарушение работы верхней конечности.[14]

Обзор эффективности зеркальной терапии с помощью виртуальной реальности и робототехники для любого типа патологии в 2018 году показал, что: 1) большая часть исследований зеркальной терапии второго поколения имеет очень низкое качество; 2) Отсутствует доказательное обоснование для проведения таких исследований; 3) Неуместно рекомендовать специалистам по реабилитации и учреждениям инвестировать в такие устройства.[15]

Типы роботов

В основном есть два типа роботов, которые могут использоваться для реабилитации: роботы на основе конечных эффекторов и экзоскелеты с приводом. У каждой системы есть свои преимущества и ограничения. Системы конечных эффекторов быстрее настраиваются и легче адаптируются. С другой стороны, экзоскелеты обеспечивают более точную изоляцию суставов и улучшают прозрачность походки.

InMotion 2[16] может быть использован, он позволяет участникам практиковать достижение движения в горизонтальная плоскость с уменьшением силы тяжести. Выполняемые движения требуют сгибания и разгибания плеча и внешнего вращения. Настроить использование этого робота очень просто. Порядок использования этого робота следующий. Участник садится за стол и помещает себя в корыто. Затем участники смотрят на экран компьютера и пытаются дотянуться до цели. По мере того, как вы приближаетесь к цели, устройство дает рекомендации, чтобы ваша терапия могла быть успешной.[17]

Другой пример реабилитационного робота называется Hipbot. Hipbot - это робот, используемый для пациентов с ограниченной подвижностью. В бедро является важным суставом человеческого тела, он поддерживает наш вес и позволяет двигаться и статически позиционировать. Когда люди получают перелом в результате несчастного случая или имеют проблемы в этом месте, необходимо улучшить процесс реабилитации. Этот робот помогает в этих случаях, потому что он сочетает в себе движения отведения / приведения и сгибания / разгибания, которые помогают пациентам восстановить свою подвижность. Робот имеет механизм с 5 степенями свободы, необходимый для всех положений реабилитации, он управляется ПИД-регулятором и может использоваться для обеих ног (отдельно).[18]

Некоторые рабочие работают над роботами, которые поддерживают тело пациента, чтобы пациент мог сосредоточиться на чем-то другом во время прогулки.[8]

Текущие области исследований

Современные роботизированные устройства включают экзоскелеты для помощи движению конечностей или рук, таких как Tibion ​​Bionic Leg, нейро-роботизированная система Myomo, MRISAR STRAC (роботизированное кресло-помощник Symbiotic Terrain) и Беркли Бионикс eLegs; усовершенствованные беговые дорожки, такие как Локомат Hocoma; роботизированные манипуляторы для переобучения двигательных движений конечностей, такие как MIT-MANUS, и устройства для реабилитации пальцев, такие как AMADEO от Tyromotion. Некоторые устройства предназначены для развития силы определенных двигательных движений, в то время как другие стремятся помочь этим движениям напрямую. Часто роботизированные технологии пытаются использовать принципы нейропластичность за счет улучшения качества движения и увеличения интенсивности и повторяемости задания. За последние два десятилетия исследования в области роботизированной терапии реабилитация из Инсульт число пациентов значительно выросло, поскольку был выявлен потенциал более дешевой и эффективной терапии.[19] Хотя Инсульт был в центре внимания большинства исследований из-за его распространенности в Северной Америке,[7] реабилитационная робототехника также может применяться к людям (в том числе детям) с церебральный паралич,[4] или те, кто выздоравливает от Ортопедическая Хирургия.[19]

MIT-MANUS, в частности, изучается как средство индивидуальной непрерывной терапии для пациентов, перенесших Инсульт с помощью прогрессивного алгоритма, основанного на производительности.[20] Чувствительное программное обеспечение позволяет роботу изменять объем предоставляемой помощи в зависимости от скорости пациента и времени его движения. Это позволяет проводить более индивидуальный сеанс лечения без необходимости постоянного взаимодействия с терапевтом.

Прекрасным примером того, как коммерчески доступные роботы перепрофилируются для реабилитации после операции / инсульта, является РОБЕРТ. Компания из Ольборга Робототехника науки о жизни разработан ROBERT (CE сертифицирован в 2018 г.[21]) для обеспечения реабилитации нижних конечностей на основе активной резистивной, активной вспомогательной и пассивной мобилизации. Такое решение снижает нагрузку на физиотерапевта и обеспечивает более раннее выздоровление из-за возможности большого количества повторений.

Дополнительным преимуществом этого типа адаптивной роботизированной терапии является заметное снижение спастичность и мышечный тонус в пораженной руке. Различная пространственная ориентация робота допускает горизонтальное или вертикальное движение или их комбинацию в различных плоскостях.[7] Вертикальный, антигравитационный Настройка особенно полезна для улучшения функции плеч и локтей.[нужна цитата ]

Реабилитационная робототехника также может включать виртуальная реальность технологии.[нужна цитата ]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Brewer, Bambi R .; McDowell, Sharon K .; Вортен-Чаудхари, Лиз К. (2007). «Постинсультная реабилитация верхних конечностей: обзор роботизированных систем и клинические результаты». Темы реабилитации после инсульта. 14 (6): 22–44. Дои:10.1310 / цр1406-22. PMID  18174114.
  2. ^ Баласубраманян, Сивакумар; Кляйн, Юлий; Бурде, Этьен (2010). «Роботизированная реабилитация функции кисти». Текущее мнение в неврологии. 23 (6): 661–70. Дои:10.1097 / WCO.0b013e32833e99a4. PMID  20852421.
  3. ^ Канг, Йонгсук; Чон, Доён (2012). Управление реабилитационным роботом методом VSD. Системная интеграция (SII) Международный симпозиум IEEE / SICE. п. 192. Дои:10.1109 / SII.2012.6427313. ISBN  978-1-4673-1497-8.
  4. ^ а б Michmizos, Konstantinos P .; Росси, Стефано; Кастелли, Энрико; Каппа, Паоло; Кребс, Хермано Иго (2015). "Нейрореабилитация с помощью роботов: детский робот для реабилитации голеностопного сустава". IEEE Transactions по нейронным системам и реабилитационной инженерии. 23 (6): 1056–67. Дои:10.1109 / TNSRE.2015.2410773. ЧВК  4692803. PMID  25769168.
  5. ^ Маршал-Креспо, Лаура; Рейнкенсмейер, Дэвид Дж (2009). «Обзор стратегий управления движением роботов после неврологической травмы». Журнал нейроинжиниринга и реабилитации. 6: 20. Дои:10.1186/1743-0003-6-20. ЧВК  2710333. PMID  19531254.
  6. ^ Баласубраманян, Сивакумар; Коломбо, Роберто; Стерпи, Ирма; Сангвинети, Витторио; Бурде, Этьен (2012). «Роботизированная оценка двигательной функции верхних конечностей после инсульта». Американский журнал физической медицины и реабилитации. 91 (11 Приложение 3): S255–69. Дои:10.1097 / PHM.0b013e31826bcdc1. PMID  23080041.
  7. ^ а б c Кребс, Германо; Ферраро, Марк; Бюргер, Стивен П.; Ньюбери, Миранда Дж; Макияма, Антонио; Сандманн, Майкл; Линч, Дэниел; Вольпе, Брюс Т; Хоган, Невилл (2004). «Реабилитационная робототехника: пилотные испытания пространственного расширения для MIT-Manus». Журнал нейроинжиниринга и реабилитации. 1 (1): 5. Дои:10.1186/1743-0003-1-5. ЧВК  544952. PMID  15679916.
  8. ^ а б c d е Каррера, Изела; Морено, Эктор А .; Салтарен, Роке; Перес, Карлос; Пуглиси, Лисандро; Гарсия, Сесилия (2011). «ДОРОГА: домашний помощник и реабилитационный робот». Медицинская и биологическая инженерия и вычисления (Представлена ​​рукопись). 49 (10): 1201–11. Дои:10.1007 / s11517-011-0805-4. PMID  21789672.
  9. ^ а б c d Муних, Марко; Байд, Тадей (2011). «Реабилитационная робототехника». Технологии и здравоохранение. 19 (6): 483–95. Дои:10.3233 / THC-2011-0646. PMID  22129949.
  10. ^ http://web.ebscohost.com/ehost/pdfviewer/pdfviewer?sid=5ecab354-724d-427f-a5cd-38090fcf44b0%40sessionmgr112&vid=8&hid=103[требуется полная цитата ][мертвая ссылка ]
  11. ^ http://www.inmotionrobots.com[требуется полная цитата ]
  12. ^ http://www.reha-stim.de/cms/index.php?id=60[требуется полная цитата ]
  13. ^ Тонг, K Y; Ho, S K; Панг, П. М К; Hu, X L; Там, W K; Fung, K L; Wei, X J; Чен, П. Н.; Чен, М (2010). Роботизированная система для обучения задачам, управляемая намеренно.. 2010 Ежегодная международная конференция инженеров IEEE в медицине и биологии. 2010. С. 3406–9. Дои:10.1109 / IEMBS.2010.5627930. HDL:10397/38074. ISBN  978-1-4244-4123-5. PMID  21097247.
  14. ^ Тефертиллер, Кэндис; Фаро, Бет; Эванс, Николас; Винчестер, Патрисия (2011). «Эффективность реабилитационной робототехники для тренировки ходьбы при неврологических расстройствах: обзор». Журнал исследований и разработок в области реабилитации. 48 (4): 387–416. Дои:10.1682 / JRRD.2010.04.0055. PMID  21674390.
  15. ^ Дарбуа, Нелли; Гийо, Альбин; Пино, Николя (2018). «Добавляют ли робототехника и виртуальная реальность реальный прогресс в реабилитацию с помощью зеркальной терапии? Обзорный обзор». Реабилитационные исследования и практика. 2018: 6412318. Дои:10.1155/2018/6412318. ЧВК  6120256. PMID  30210873.
  16. ^ http://web.ebscohost.com/ehost/pdfviewer/pdfviewer?sid=5ecab354-724d-427f-a5cd-38090fcf44b0%40sessionmgr112&vid=9&hid=103[требуется полная цитата ]
  17. ^ Флинн, Нэнси А .; Смит, Дженнифер Л .; Трипп, Кристофер Дж .; Белый, Мэтью В. (2009). «Влияние роботизированной реабилитации на восстановление функции верхних конечностей при хроническом инсульте: исследование на единственном примере». Международная организация профессиональной терапии. 16 (3–4): 232–43. Дои:10.1002 / oti.280. PMID  19593735.
  18. ^ Guzmán-Valdivia, C.H .; Blanco-Ortega, A .; Оливер-Салазар, М. А .; Gómez-Becerra, F.A .; Каррера-Эскобедо, Дж. Л. (01.09.2015). «HipBot - Дизайн, разработка и управление терапевтическим роботом для реабилитации тазобедренного сустава». Мехатроника. 30: 55–64. Дои:10.1016 / j.mechatronics.2015.06.007.
  19. ^ а б Хиллман, Майкл (2004). «2 реабилитационных робототехники из прошлого в настоящее - историческая перспектива». В Бьене, З. Зенн; Стефанов, Димитар (ред.). Достижения в реабилитационной робототехнике. Конспект лекций по управлению и информатике. 306. С. 25–44. Дои:10.1007/10946978_2. ISBN  978-3-540-44396-4.
  20. ^ Krebs, H.I .; Palazzolo, J.J .; Dipietro, L .; Ферраро, М .; Krol, J .; Раннеклеев, К .; Volpe, B.T .; Хоган, Н. (2003). «Реабилитационная робототехника: прогрессивная роботизированная терапия на основе результатов». Автономные роботы. 15 (1): 7–20. Дои:10.1023 / А: 1024494031121.
  21. ^ «Инвестор MiR видит большие возможности в ROBERT® - Life Science Robotics». www.lifescience-robotics.com. Получено 2020-08-05.

дальнейшее чтение

  • Зельцер, Майкл Э .; Кларк, Стефани; Коэн, Леонардо Г. (2006). Учебник нейроремонта и реабилитации: медицинская нейрореабилитация.
  • Купер, Рори А. (1995). Реабилитационная инженерия применительно к мобильности и манипуляциям.

Текущие группы, изучающие реабилитационную робототехнику

Этот список не является исчерпывающим, он предназначен для направления заинтересованных читателей в учреждения, занимающиеся реабилитационной робототехникой:

Это обширный список лабораторий в Великобритании: http://rehabilitationrobotics.net/cms/?q=node/2

Дополнительные внешние ссылки