Реабилитационная робототехника

Реабилитационная робототехника — это область исследований, посвященная пониманию и улучшению реабилитации посредством применения роботизированных устройств. Реабилитационная робототехника включает разработку роботизированных 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 показателей (способности двигаться) ^{[ 6 ]} пациента; здесь роботы используются в основном в качестве терапевтических средств, а не вспомогательных устройств. ^{[ 7 ]}^{[ 8 ]} Реабилитация с использованием робототехники, как правило, хорошо переносится пациентами и является эффективным дополнением к терапии у людей с двигательными нарушениями, особенно вследствие инсульта .

Обзор

Реабилитационную робототехнику можно считать особым направлением биомедицинской инженерии и частью взаимодействия человека и робота . В этой области врачи, терапевты и инженеры сотрудничают, чтобы помочь пациентам в реабилитации. ^{[ нужна ссылка ]}

Основные цели в этой области включают: разработку реализуемых технологий, которые могут быть легко использованы пациентами, терапевтами и клиницистами; повышение эффективности терапии врача; и повышение удобства деятельности в повседневной жизни пациентов. ^{[ нужна ссылка ]}

История

Международная конференция по реабилитационной робототехнике проводится каждые два года, первая конференция проводится в 1989 году. Последняя конференция прошла в июне 2019 года в Торонто в рамках RehabWeek. ^{[ нужна ссылка ]} Реабилитационная робототехника была внедрена два десятилетия назад для пациентов с неврологическими расстройствами . ^{[ 9 ]} Люди, которых чаще всего используют реабилитационные роботы, — это люди с ограниченными возможностями или терапевты . ^{[ 10 ]} Когда были созданы реабилитационные роботы, они предназначались не для восстановления роботов, а для помощи людям, распознающим объекты посредством прикосновения, а также людям с расстройствами нервной системы . Реабилитационные роботы используются в процессе восстановления пациентов с ограниченными возможностями при вставании, балансировании и походке . ^{[ 10 ]} 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 проектирование вложена большая кропотливая работа, поскольку робот будет работать с людьми с ограниченными возможностями и не сможет быстро отреагировать, если что-то пойдет не так. ^{[ 11 ]}

Функция

Реабилитационные роботы разработаны с использованием методов, которые определяют уровень адаптируемости пациента. Методы включают, помимо прочего, активные упражнения с поддержкой, активные упражнения с ограничением, активные упражнения с сопротивлением, пассивные упражнения и адаптивные упражнения. При активных упражнениях с помощью пациент двигает рукой по заданному пути без какого-либо воздействия на нее силы. Активное вынужденное упражнение – движение руки больного с противодействующей силой; если он попытается выйти за рамки того, что должен. Активное сопротивление – это движение с противоположными силами. ^{[ нужна ссылка ]}

С годами количество реабилитационных роботов выросло, но они очень ограничены из-за клинических испытаний. Многие клиники проводят испытания, но не принимают роботов, поскольку хотят, чтобы ими управляли дистанционно. Участие роботов в реабилитации пациента имеет несколько положительных аспектов. Одним из положительных моментов является тот факт, что вы можете повторять процесс или упражнение столько раз, сколько пожелаете. Еще одним положительным аспектом является тот факт, что вы можете получить точные измерения их улучшения или снижения. Вы можете получить точные измерения с помощью датчиков на устройстве. Во время измерения устройством необходимо соблюдать осторожность, так как устройство может выйти из строя из-за различных движений, которые делает пациент, чтобы выйти. ^{[ 11 ]} Реабилитационный робот может применять постоянную терапию в течение длительного времени. В процессе выздоровления реабилитационный робот не может понять потребности пациента, как это сделал бы опытный терапевт. ^{[ 10 ]} Робот сейчас не может понять, но в будущем устройство сможет понять. Еще один плюс наличия реабилитационного робота заключается в том, что терапевт не прилагает физических усилий при работе.

В последнее время реабилитационную робототехнику стали использовать в учебной медицине, хирургии, дистанционной хирургии и т. д., но было слишком много жалоб на то, что робот не управляется с пульта. Многие могли бы подумать, что использование промышленного робота в качестве реабилитационного робота — то же самое, но это не так. Реабилитационные роботы должны быть регулируемыми и программируемыми, поскольку робота 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. Чтобы промышленный робот работал, он должен быть лучше приспособлен к своей новой задаче. ^{[ 11 ]}

Причины использовать это устройство

Число инвалидов в Испании выросло из-за старения. Это означает, что объем помощи увеличился. Реабилитационный робот очень популярен в Испании, потому что его стоимость приемлема, и в Испании много людей, у которых случился инсульт, и после него им нужна помощь. Реабилитационная робототехника пользуется большой популярностью у людей, перенесших инсульт, поскольку применяется метод проприоцептивной нервно-мышечной облегчения. При инсульте в большинстве случаев повреждается нервная система, в результате чего люди становятся инвалидами в течение шести месяцев после инсульта. Робот сможет выполнять упражнения, которые выполняет терапевт, но робот будет выполнять некоторые упражнения, которые не так легко выполнить человеку. ^{[ 10 ]} Пневматический робот помогает людям, перенесшим инсульт или любое другое заболевание, вызвавшее нарушение работы верхних конечностей. ^{[ 12 ]}

Обзор эффективности зеркальной терапии с помощью виртуальной реальности и робототехники в 2018 году при любых видах патологии пришел к выводу, что: 1) большая часть исследований зеркальной терапии второго поколения имеет очень низкое качество; 2) Отсутствует доказательное обоснование для проведения таких исследований; 3) Нецелесообразно рекомендовать специалистам по реабилитации и учреждениям вкладывать средства в такие устройства. ^{[ 13 ]}

Виды роботов

В основном для реабилитации можно использовать два типа роботов: роботы на основе конечного эффектора и экзоскелеты с приводом. Каждая система имеет свои преимущества и ограничения. Системы с концевыми эффекторами быстрее настраиваются и легче адаптируются. С другой стороны, экзоскелеты обеспечивают более точную изоляцию суставов и улучшают прозрачность походки.

Текущие области исследований

Современные роботизированные устройства включают экзоскелеты для облегчения движений конечностей или рук, усовершенствованные беговые дорожки, роботизированные руки для повторного обучения двигательным движениям конечностей и устройства для реабилитации пальцев. Некоторые устройства предназначены для развития силы определенных двигательных движений, в то время как другие предназначены для непосредственного содействия этим движениям. Часто роботизированные технологии пытаются использовать принципы нейропластичности , улучшая качество движений и увеличивая интенсивность и повторяемость задач. За последние два десятилетия исследования в области роботизированной терапии для реабилитации пациентов , перенесших инсульт, значительно выросли, поскольку был выявлен потенциал более дешевой и эффективной терапии. ^{[ 14 ]} Хотя инсульт был в центре внимания большинства исследований из-за его распространенности в Северной Америке, ^{[ 7 ]} реабилитационная робототехника также может применяться к лицам (в том числе детям) с церебральным параличом , ^{[ 4 ]} или тех, кто восстанавливается после ортопедической хирургии . ^{[ 14 ]}

Дополнительным преимуществом этого типа адаптивной роботизированной терапии является заметное снижение спастичности и мышечного тонуса в пораженной руке. Различные пространственные ориентации робота допускают горизонтальное или вертикальное движение или их комбинацию в различных плоскостях. ^{[ 7 ]} Вертикальная антигравитационная установка особенно полезна для улучшения функции плеч и локтей. ^{[ нужна ссылка ]}

См. также

Ссылки

^ Брюэр, Бэмби Р.; Макдауэлл, Шэрон К.; Уортен-Чаудхари, Лиз К. (2007). «Реабилитация верхних конечностей после инсульта: обзор роботизированных систем и клинических результатов». Темы реабилитации после инсульта . 14 (6): 22–44. дои : 10.1310/tsr1406-22 . ПМИД 18174114 . S2CID 207260716 .
^ Баласубраманиан, Сивакумар; Кляйн, Юлиус; Бурде, Этьен (2010). «Робот-ассистированная реабилитация функции руки». Современное мнение в неврологии . 23 (6): 661–70. дои : 10.1097/WCO.0b013e32833e99a4 . ПМИД 20852421 .
^ Ёнсук Кан; Доён Чон (2012). «Управление реабилитационным роботом методом ВСД». 2012 Международный симпозиум IEEE/SICE по системной интеграции (SII) . стр. 192–197. дои : 10.1109/SII.2012.6427313 . ISBN 978-1-4673-1497-8 . S2CID 21181553 .
^ Jump up to: ^а ^б Мичмизос, Константинос П.; Росси, Стефано; Кастелли, Энрико; Каппа, Паоло; Кребс, Хермано Иго (2015). «Роботизированная нейрореабилитация: детский робот для реабилитации лодыжки» . Транзакции IEEE по нейронным системам и реабилитационной технике . 23 (6): 1056–67. дои : 10.1109/TNSRE.2015.2410773 . ПМЦ 4692803 . ПМИД 25769168 .
^ Маршаль-Креспо, Лаура; Рейнкенсмейер, Дэвид Дж (2009). «Обзор стратегий управления тренировкой роботизированных движений после неврологической травмы» . Журнал нейроинженерии и реабилитации . 6:20 . дои : 10.1186/1743-0003-6-20 . ПМК 2710333 . ПМИД 19531254 .
^ Баласубраманиан, Сивакумар; Коломбо, Роберто; Стерпи, Ирма; Сангинети, 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 . ПМИД 23080041 . S2CID 34630716 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Кребс, Германо; Ферраро, Марк; Бюргер, Стивен П; Ньюбери, Миранда Дж; Макияма, Антонио; Сандманн, Майкл; Линч, Дэниел; Вольпе, Брюс Т; Хоган, Невилл (2004). «Реабилитационная робототехника: пилотное испытание пространственного расширения MIT-Manus» . Журнал нейроинженерии и реабилитации . 1 (1): 5. дои : 10.1186/1743-0003-1-5 . ПМК 544952 . ПМИД 15679916 .
^ Ахшенас-Джарьани, Махди; Паттерсон, Рита М.; Бугнариу, Николета; Виджесундара, Мутху Б.Дж. (2020). «Пилотное исследование по разработке и проверке гибридного экзоскелетного роботизированного устройства для реабилитации рук» . Журнал терапии рук . 33 (2): 198–208. дои : 10.1016/j.jht.2020.03.024 . ПМИД 32423846 . S2CID 218688698 .
^ Джимильяно, Франческа; Паломба, Анджела; Ариенти, Кьяра; Мороне, Джованни; Перреро, Лука; Агостини, Микела; Апрель, Ирен; Пачи, Маттео; Казанова, Эмануэла; Марино, Дарио; Л. А. Роза, Джузеппе (15 июня 2021 г.). «Роботизированная терапия руками при неврологических заболеваниях: обоснование и методология синтеза доказательств на Итальянской консенсусной конференции CICERONE» . Европейский журнал физической и реабилитационной медицины . 57 (5): 824–830. дои : 10.23736/S1973-9087.21.07011-8 . HDL : 11392/2474755 . ISSN 1973-9095 . ПМИД 34128606 . S2CID 235439893 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Каррера, Исела; Морено, Эктор А.; Сальтарен, Роке; Перес, Карлос; Пуглиси, Лисандро; Гарсия, Сесилия (2011). «ДОРОГА: домашний помощник и реабилитационный робот» . Медицинская и биологическая инженерия и вычислительная техника . 49 (10): 1201–11. дои : 10.1007/s11517-011-0805-4 . ПМИД 21789672 . S2CID 1171144 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Муних, Марко; Бажд, Тадей (2011). «Реабилитационная робототехника». Технологии и здравоохранение . 19 (6): 483–95. дои : 10.3233/THC-2011-0646 . ПМИД 22129949 .
^ Тефертиллер, Кэндис; Фаро, Бет; Эванс, Николас; Винчестер, Патрисия (2011). «Эффективность реабилитационной робототехники для тренировки ходьбы при неврологических расстройствах: обзор» . Журнал реабилитационных исследований и разработок . 48 (4): 387–416. дои : 10.1682/JRRD.2010.04.0055 . ПМИД 21674390 .
^ Дарбуа, Нелли; Гийо, Альбин; Пинсо, Николя (2018). «Добавляют ли робототехника и виртуальная реальность реальный прогресс в реабилитации после зеркальной терапии? Обзорный обзор» . Реабилитационные исследования и практика . 2018 : 6412318. doi : 10.1155/2018/6412318 . ПМК 6120256 . ПМИД 30210873 .
^ Jump up to: ^а ^б Хиллман, Майкл (2004). «2 Реабилитационная робототехника от прошлого к настоящему – историческая перспектива» . Ин Бьен, З. Зенн; Стефанов, Димитар (ред.). Достижения в области реабилитационной робототехники . Конспект лекций по управлению и информатике. Том. 306. стр. 25–44. дои : 10.1007/10946978_2 . ISBN 978-3-540-44396-4 .

Дальнейшее чтение

Зельцер, Майкл Э.; Кларк, Стефани; Коэн, Леонардо Г. (2006). Учебник по восстановлению и реабилитации нервной системы: Медицинская нейрореабилитация .
Купер, Рори А. (1995). Реабилитационная техника применительно к мобильности и манипуляциям . Бибкод : 1995ream.book.....C .
Джимильяно Ф., Паломба А., Ариенти С. и др. Роботизированная мануальная терапия при неврологических заболеваниях: обоснование и методология синтеза доказательств на Итальянской консенсусной конференции CICERONE. Eur J Phys Rehabili Med. 15 июня 2021 г. doi: 10.23736/S1973-9087.21.07011-8. Epub перед печатью. ПМИД 34128606.

Внешние ссылки

Международная конференция по реабилитационной робототехнике http://icorr2019.org/
Журнал нейроинженерии и реабилитации: http://www.jneuroengrehab.com/
Специальный выпуск Общества робототехники и автоматизации IEEE, посвященный реабилитационной робототехнике: https://web.archive.org/web/20121022224415/http://www.ieee-ras.org/issue/rehabilitation-robotics.html
Технический комитет IEEE РАН по реабилитации и ассистивной робототехнике.: https://web.archive.org/web/20101204064448/http://tab.ieee-ras.org/committeeinfo.php?tcid=18

[1] Брюэр, Бэмби Р.; Макдауэлл, Шэрон К.; Уортен-Чаудхари, Лиз К. (2007). «Реабилитация верхних конечностей после инсульта: обзор роботизированных систем и клинических результатов». Темы реабилитации после инсульта . 14 (6): 22–44. дои : 10.1310/tsr1406-22 . ПМИД 18174114 . S2CID 207260716 .

[2] Баласубраманиан, Сивакумар; Кляйн, Юлиус; Бурде, Этьен (2010). «Робот-ассистированная реабилитация функции руки». Современное мнение в неврологии . 23 (6): 661–70. дои : 10.1097/WCO.0b013e32833e99a4 . ПМИД 20852421 .

[3] Ёнсук Кан; Доён Чон (2012). «Управление реабилитационным роботом методом ВСД». 2012 Международный симпозиум IEEE/SICE по системной интеграции (SII) . стр. 192–197. дои : 10.1109/SII.2012.6427313 . ISBN 978-1-4673-1497-8 . S2CID 21181553 .

[Michmizos-4] Jump up to: ^а ^б Мичмизос, Константинос П.; Росси, Стефано; Кастелли, Энрико; Каппа, Паоло; Кребс, Хермано Иго (2015). «Роботизированная нейрореабилитация: детский робот для реабилитации лодыжки» . Транзакции IEEE по нейронным системам и реабилитационной технике . 23 (6): 1056–67. дои : 10.1109/TNSRE.2015.2410773 . ПМЦ 4692803 . ПМИД 25769168 .

[5] Маршаль-Креспо, Лаура; Рейнкенсмейер, Дэвид Дж (2009). «Обзор стратегий управления тренировкой роботизированных движений после неврологической травмы» . Журнал нейроинженерии и реабилитации . 6:20 . дои : 10.1186/1743-0003-6-20 . ПМК 2710333 . ПМИД 19531254 .

[6] Баласубраманиан, Сивакумар; Коломбо, Роберто; Стерпи, Ирма; Сангинети, 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 . ПМИД 23080041 . S2CID 34630716 .

[Krebs-7] Jump up to: ^а ^б ^с Кребс, Германо; Ферраро, Марк; Бюргер, Стивен П; Ньюбери, Миранда Дж; Макияма, Антонио; Сандманн, Майкл; Линч, Дэниел; Вольпе, Брюс Т; Хоган, Невилл (2004). «Реабилитационная робототехника: пилотное испытание пространственного расширения MIT-Manus» . Журнал нейроинженерии и реабилитации . 1 (1): 5. дои : 10.1186/1743-0003-1-5 . ПМК 544952 . ПМИД 15679916 .

[8] Ахшенас-Джарьани, Махди; Паттерсон, Рита М.; Бугнариу, Николета; Виджесундара, Мутху Б.Дж. (2020). «Пилотное исследование по разработке и проверке гибридного экзоскелетного роботизированного устройства для реабилитации рук» . Журнал терапии рук . 33 (2): 198–208. дои : 10.1016/j.jht.2020.03.024 . ПМИД 32423846 . S2CID 218688698 .

[9] Джимильяно, Франческа; Паломба, Анджела; Ариенти, Кьяра; Мороне, Джованни; Перреро, Лука; Агостини, Микела; Апрель, Ирен; Пачи, Маттео; Казанова, Эмануэла; Марино, Дарио; Л. А. Роза, Джузеппе (15 июня 2021 г.). «Роботизированная терапия руками при неврологических заболеваниях: обоснование и методология синтеза доказательств на Итальянской консенсусной конференции CICERONE» . Европейский журнал физической и реабилитационной медицины . 57 (5): 824–830. дои : 10.23736/S1973-9087.21.07011-8 . HDL : 11392/2474755 . ISSN 1973-9095 . ПМИД 34128606 . S2CID 235439893 .

[coco-10] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Каррера, Исела; Морено, Эктор А.; Сальтарен, Роке; Перес, Карлос; Пуглиси, Лисандро; Гарсия, Сесилия (2011). «ДОРОГА: домашний помощник и реабилитационный робот» . Медицинская и биологическая инженерия и вычислительная техника . 49 (10): 1201–11. дои : 10.1007/s11517-011-0805-4 . ПМИД 21789672 . S2CID 1171144 .

[lala-11] Jump up to: ^а ^б ^с Муних, Марко; Бажд, Тадей (2011). «Реабилитационная робототехника». Технологии и здравоохранение . 19 (6): 483–95. дои : 10.3233/THC-2011-0646 . ПМИД 22129949 .

[12] Тефертиллер, Кэндис; Фаро, Бет; Эванс, Николас; Винчестер, Патрисия (2011). «Эффективность реабилитационной робототехники для тренировки ходьбы при неврологических расстройствах: обзор» . Журнал реабилитационных исследований и разработок . 48 (4): 387–416. дои : 10.1682/JRRD.2010.04.0055 . ПМИД 21674390 .

[13] Дарбуа, Нелли; Гийо, Альбин; Пинсо, Николя (2018). «Добавляют ли робототехника и виртуальная реальность реальный прогресс в реабилитации после зеркальной терапии? Обзорный обзор» . Реабилитационные исследования и практика . 2018 : 6412318. doi : 10.1155/2018/6412318 . ПМК 6120256 . ПМИД 30210873 .

[Hillman-14] Jump up to: ^а ^б Хиллман, Майкл (2004). «2 Реабилитационная робототехника от прошлого к настоящему – историческая перспектива» . Ин Бьен, З. Зенн; Стефанов, Димитар (ред.). Достижения в области реабилитационной робототехники . Конспект лекций по управлению и информатике. Том. 306. стр. 25–44. дои : 10.1007/10946978_2 . ISBN 978-3-540-44396-4 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]