Summary

Eine strukturierte Rehabilitation Protokoll zur Verbesserung der Multifunktions Prosthetic Steuerung: Eine Fallstudie

Published: November 06, 2015
doi:

Summary

As prosthetic development moves towards the goal of natural control, harnessing amputees’ inherent ability to learn new motor skills may enable proficiency. This manuscript describes a structured rehabilitation protocol, which includes imitation, repetition, and reinforcement learning strategies, for improved multifunctional prosthetic control.

Abstract

Fortschritte in der Robotersysteme haben in Prothesen der oberen Extremität, die multifunktionelle Bewegungen erzeugen kann, geführt. Diese ausgeklügelte Systeme erfordern jedoch oberen Extremität Amputierten, um komplexe Steuersysteme zu lernen. Die Menschen haben die Fähigkeit, neue Bewegungen durch Nachahmung und andere Lernstrategien zu lernen. Dieses Protokoll beschreibt einen strukturierten Rehabilitationsmethode, die Nachahmung, Wiederholung und Reinforcement Learning umfasst, und zielt darauf ab, zu beurteilen, ob diese Methode können multifunktionale Prothesensteuerung zu verbessern. Ein links unten Ellbogen Amputierten, mit 4 Jahre Erfahrung in der prothetischen Verwendung, nahm an dieser Fallstudie. Das verwendete Prothese war Michelangelo Hand mit Handgelenk Rotation, und die zusätzlichen Features der Handgelenk Flexion und Extension, die mehr Kombinationen von Handbewegungen erlaubt. Des Teilnehmers Southampton Hand Bewertungsverfahren Punktzahl verbessert 58-71 folgenden strukturierten Ausbildung. Dies deutet darauf hin, dass eine strukturierte Ausbildung Protokoll imitation, Wiederholung und Verstärkung kann eine Rolle bei Lernen, um eine neue Handprothese steuern. Eine größere klinische Studie ist jedoch erforderlich, um diese Ergebnisse zu unterstützen.

Introduction

Austauschen von Handfunktion in Amputierte ist ein schwieriges Unterfangen. Koordinierende hoch qualifizierte Handbewegungen ist nicht eine angeborene Fähigkeit, und nimmt den Menschen Jahre des Lernens zu entwickeln. 1-5 Nach der traumatischen Verlust einer Hand, zu replizieren diese Fähigkeit durch prothetische Mittel ist keine triviale Aufgabe und kann eine Phase des anhaltenden Lernens erfordern .

Prothetische Design und Schnittstellen Verfahren zu deren Kontrolle unterliegen einem raschen technologischen Innovationen, mit dem Ziel der Multifunktionssteuerung auf natürliche Weise. 6 Die Komplexität dieser Kontrollsysteme wesentlich erhöht, um mehr Funktionen für Amputierte bieten. Um eine genaue Kontrolle dieser Systeme zu gewährleisten und Verzicht auf neue Technologien zu verringern, muss eine angemessene Ausbildung zu etablieren. Dies ist wahrscheinlich erfolgreicher sein, wenn sie auf inhärente Lernstrategien der Amputierten basiert.

Vision kann eine wichtige Rolle bei der le spielenArning von Handbewegungen. Verhaltensstudien haben gezeigt, dass durch die Beobachtung der Handlungen der anderen 7 oder mit visuellen Hinweisen 8, wehrfähigen Personen zu lernen und zu koordinieren, neue Bewegungen. Durch einen Prozess der Beobachtung, das Verständnis und die Ausführung von einer beobachteten Handlung, sind Individuen in der Lage, die Handlungen anderer zu imitieren. Spezifischen kortikalen Netzwerke, die eine spiegelNeuronenSystem (MNS) umfassen kann, wird angenommen, dass diese Funktion unterliegen, und kann eine Rolle bei der Steuerung Prothesen müssen. 9-11

Rolle aus Kunst könnte nicht nur auf die Ausführung von Verfahren, die bereits gesehen haben 12 tatsächlich beschränkt ist, sondern zusammen mit den MNS, ermöglichen den Ablauf der Bewegungen, die bisher nicht beobachtet wurden, aber von der Betrachtermotor repetoire extrapoliert., Kann nicht unter Nachahmung notwendigerweise ist eine angeborene Fähigkeit, sondern eine accruement der motorischen Fähigkeiten im Laufe der Zeit, die auf erfahrene und anspruchsvolle Handlungen führen. 13 Die strength beobachten Aktionen, über einfach nur vorzustellen, sie hat sich gezeigt, zu verbessern das Erlernen neuer Aufgaben. 14 So kann Nachahmung ein pragmatischer Ansatz bei der Ausbildung Amputierte sein, da Hinweise darauf, es ist ein Ziel gerichtet Prozess 15, mit dem Ziel in der Reha-Einstellung ermöglichen nützliche Handprothese Funktion.

Rehabilitation Studien separat gezeigt, dass visuelle Hinweise, wie virtuelle Simulationen eines Prothesenhand, ermutigen Amputierten während des Reha-Training. 16 Darüber hinaus hat die Verwendung von Wiederholung, wenn sie in einem blockierten Paradigma durchgeführt wurde gezeigt, schnelles Lernen der oberen Gliedmaßen prothetischen aktivieren Steuer. 17 Während virtuelle Simulationen haben sich als ebenso wirksam wie wirkliche Kontrolle der prothetischen Hände in ermöglicht abled-Körper-Nutzer myoelektrischen Geräte zu steuern, ist 18 ihre Wirkung auf die Amputierten mit standardisierten Ergebnismessungen nicht klar. Schließlich wird gegebenen Protokolle zur oberen Extremität AMPUtation Ausbildung vorhanden ist, die Rolle der Imitation im Lern von Prothesensteuerung nicht explizit diskutiert. 19,20

Diese Studie zielt darauf ab, das Verständnis, wenn die Verwendung von Nachahmung, in Kombination mit Wiederholung und Verstärkung, hat eine positive Auswirkung auf den Lern ​​multifunktionaler Prothesensteuerung im Rahmen einer strukturierten Ausbildung.

Hier präsentiert wird, ist ein Fallbericht eines transradialen Amputierten, die ausgebildet wurde, um eine multifunktionale Handprothese zu verwenden. Der Teilnehmer hatte zuvor daran gewöhnt, arbeitet traditionellen myoelektrische Prothesen zu werden. Verwenden von visuellen Hinweisen, sowohl in Form von Imitation eines gesunden Demonstrator und so einfach Computer visuelle Rückmeldung, der Amputierte schnell verbesserte Handhabung von seinem neuen Gerät.

Protocol

Diese Studie wurde in Übereinstimmung mit der Deklaration von Helsinki durchgeführt, sind die lokalen Forschungsethikkommission genehmigt. Die Studie wurde in allen Einzelheiten zu dem Teilnehmer vor Beginn erläutert, so dass die Teilnehmer die Zeit, um abzuwägen, die Entscheidung, freiwillig an der Studie teil und seine Beteiligung informiert, schriftliche Zustimmung bestätigen. Hinweis: Ein Mann, der im Alter von 27 Jahre, nahmen an der Studie. Der Teilnehmer hatten normale Vision wur…

Representative Results

Die Baseline-SHAP Leistung der Teilnehmer mit seinem täglichen Prothese war 81, als durch die klinische Personal 8 Monate vor dem Test gemessen. Ein SHAP Score von 100 stellt fähigen Handfunktion. 24 der Teilnehmer während der naiv-Sitzung mit dem fortgeschritteneren Prothese Kontrollsystem hat eine Gesamtpunktzahl von 58 SHAP. Allerdings, 3 Monate später und ohne weitere Interaktion mit dem neuen System, abgesehen von der strukturierten Ausbildung, erreicht der Teilnehmer eine SHAP Punktzahl von 71 mit d…

Discussion

Unsere Ergebnisse legen nahe, für den Teilnehmer in dieser Studie, dass strukturiertes Training geholfen Steuerung eines Multifunktionshandprothese zu verbessern während einer einzigen Sitzung. Das strukturierte Programm verwendet hier war eine Kombination von Nachahmung, Wiederholung und Verstärkung von Handbewegungen, dass der Teilnehmer nicht in der Lage, mit seinem traditionellen Handprothese zu vervollständigen.

Obwohl die Teilnehmer höher mit seinem traditionellen Prothese im SHAP…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Die Autoren danken Herrn Hans Oppel und seine Prothesentechniker der Otto Bock Healthcare Products GmbH zur Herstellung der Buchse durch den Teilnehmer in dieser Studie danken. Diese Studie wurde von der European Research Council (ERC) über den ERC Advanced Grant DEMOVE (No. 267888), der Rat für Forschung und Technologieentwicklung, und dem österreichischen Bundesministerium für Wissenschaft, Forschung und Wirtschaft unterstützt.

Materials

Michelangelo Hand Otto Bock Healthcare Products GmbH, A 8E500=L-M
AxonRotation Otto Bock Healthcare Products GmbH, A 9S503
Wrist Flexor Otto Bock Healthcare Products GmbH, A  – prototype unit
AxonMaster Otto Bock Healthcare Products GmbH, A 13E500
Electrode Otto Bock Healthcare Products GmbH, A 13E200=50AC
ScissorFenceElectrodeCarrier Otto Bock Healthcare Products GmbH, A  – prototype unit
Acquisition Software Otto Bock Healthcare Products GmbH, A  – prototype unit
Carbon shaft Otto Bock Healthcare Products GmbH, A  – prototype unit

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Roche, A. D., Vujaklija, I., Amsüss, S., Sturma, A., Göbel, P., Farina, D., Aszmann, O. C. A Structured Rehabilitation Protocol for Improved Multifunctional Prosthetic Control: A Case Study. J. Vis. Exp. (105), e52968, doi:10.3791/52968 (2015).

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