Summary

Um protocolo de reabilitação Estruturada para Melhoria da Multifuncional Prosthetic Controle: Um Estudo de Caso

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

Avanços em sistemas robóticos resultaram em próteses para o membro superior que pode produzir movimentos multifuncionais. No entanto, estes sistemas sofisticados exigem amputados de membros superiores para aprender sistemas de controle complexos. Os seres humanos têm a capacidade de aprender novos movimentos através de outras estratégias de aprendizagem e imitação. Este protocolo descreve um método de reabilitação estruturado, que inclui imitação, repetição e aprendizado por reforço, e tem como objetivo avaliar se este método pode melhorar o controle da prótese multifuncional. A esquerda abaixo amputado cotovelo, com 4 anos de experiência no uso de prótese, participaram neste estudo de caso. A prótese utilizada foi a mão Michelangelo com rotação punho, e os recursos adicionais de flexão e extensão do punho, o que permitiu mais combinações de movimentos da mão. O participante Procedimento de Avaliação Southampton Mão pontuação melhorou 58-71 seguinte formação estruturada. Isto sugere que um protocolo de formação estruturada de imitção, repetição e reforço pode ter um papel na aprendizagem para controlar uma nova prótese de mão. Um estudo clínico maior, porém, é necessário para suportar esses achados.

Introduction

Substituir a função da mão em amputados é uma tarefa difícil. Coordenando os movimentos das mãos altamente qualificados não é uma habilidade inata, e leva os seres humanos anos de aprender a desenvolver. 1-5 Após a perda traumática de um lado, replicar essa capacidade por meio de prótese não é uma tarefa trivial e pode exigir um período de aprendizagem sustentado .

Desenho protético e métodos de interface para seu controle estão sujeitos a rápidas inovações tecnológicas, com o objetivo de controle multifuncional de uma maneira natural. 6 A complexidade desses sistemas de controle aumenta substancialmente para fornecer mais funções para amputados. Para garantir um controle preciso desses sistemas, e para reduzir o abandono das novas tecnologias, a formação adequada precisa ser estabelecido. Esta é susceptível de ser mais bem sucedida se baseia em estratégias dos amputados de aprendizagem inerentes.

Visão pode desempenhar um papel importante durante a leArning de movimentos da mão. Estudos comportamentais mostraram que, observando as ações dos outros 7 ou usar pistas visuais 8, indivíduos sãos aprender e coordenar novos movimentos. Através de um processo de observação, compreensão e execução de uma ação observada, os indivíduos são capazes de imitar as ações dos outros. Redes corticais específicas, que podem incluir um sistema de neurônios-espelho (MNS), acredita-se que fundamentam essa capacidade, e pode ter um papel no controle de próteses. 9-11

O papel da imitação não pode apenas limitar-se a execução de ações que já foram vistas, mas em conjunto com os MNS, permitir a execução de movimentos que ainda não tenham sido observados, mas extrapolados a partir repetoire motor do observador. 12 De fato, a imitação não necessariamente ser uma habilidade inata, mas uma accruement de habilidades motoras ao longo do tempo que levam a ações experientes e sofisticados. 13 O strength de observar as ações, mais simplesmente imaginá-los, foi mostrado para melhorar o aprendizado de novas tarefas. 14 Assim, a imitação pode ser uma abordagem pragmática para amputados de formação, como a evidência sugere que um processo dirigido meta 15, com a meta no cenário de reabilitação de permitir função útil mão protética.

Estudos de recuperação têm mostrado separadamente que pistas visuais, como simulações virtuais de uma prótese, incentivar amputados durante a formação de reabilitação. 16 Além disso, a utilização de repetição quando conduzida num paradigma bloqueado foi mostrado para permitir a formação rápida de prótese de membro superior controle. 17 Embora as simulações virtuais têm sido comprovada para ser tão eficaz como controle real de mãos protéticas para permitir que os usuários abled-corpo para controlar dispositivos mioelétricos, 18 seu efeito sobre amputados que utilizam medidas de resultados padronizadas não é clara. Finalmente, onde os protocolos para AMPU membro superiorexistem formação tação, o papel da imitação na aprendizagem do controle da prótese não é explicitamente discutida 19,20.

Este estudo visa compreender se o uso de imitação, em combinação com a repetição e reforço, tem um impacto positivo na aprendizagem de controle da prótese multifuncional, como parte de um programa de treinamento estruturado.

Aqui apresentado é um relato de caso de um paciente amputado transradial que foi treinado para usar uma prótese de mão multifuncional. O participante já havia se acostumado a operar prótese mioelétrica tradicionais. Usando pistas visuais, tanto na forma de imitação de um manifestante saudável e computador feedback visual tão simples, o amputado rapidamente melhorias no processamento de seu novo dispositivo.

Protocol

Este estudo foi realizado em conformidade com a Declaração de Helsinque, tal como foi aprovado pelo comitê de ética em pesquisa da instituição. O estudo foi explicado detalhadamente ao participante antes do início, permitindo ao participante o tempo para ponderar a decisão de tomar voluntariamente participar do estudo e confirmar a sua participação informada, o consentimento escrito. Nota: Um homem, com idades entre 27 anos, participaram do estudo. O participante teve a visão norm…

Representative Results

O desempenho SHAP linha de base do participante com a sua prótese diariamente foi de 81, quando medido pela equipe clínica 8 meses antes do teste. A pontuação SHAP de 100 representa a função da mão sãos. 24 O participante teve uma pontuação global de 58 SHAP durante a sessão ingênuo com o sistema de controle de prótese mais avançada. No entanto, 3 meses mais tarde e sem qualquer interação com o novo sistema, além da formação estruturada, o participante alcançou uma pontuação de 71 SHAP c…

Discussion

Nossos resultados sugerem que o participante neste estudo que o treinamento estruturado ajudou a melhorar o controle de uma prótese de mão multifuncional durante uma única sessão. O programa estruturado usado aqui foi uma combinação de imitação, repetição e reforço dos movimentos da mão que o participante não foi capaz de concluir com a mão protética tradicional.

Embora o participante pontuaram mais alto com sua prótese tradicional no teste SHAP, vale a pena notar que ele nor…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Os autores gostariam de agradecer ao senhor deputado Hans Oppel e seus técnicos protéticos de Otto Bock Healthcare Products GmbH para fabricar o soquete usado pelo participante neste estudo. Este estudo foi financiado pelo Conselho Europeu de Investigação (CEI), através da ERC Avançada Grant DEMOVE (No. 267888), a austríaca do Conselho para a Pesquisa e Desenvolvimento Tecnológico e do Ministério Federal Austríaco da Ciência, Pesquisa e Economia.

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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