مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

ساخت اورتوز نرم دست برای تقویت عملکرد انگشتان دست بیماران دارای ضعف عملکرد عضلانی در ناحیه دست

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
چکیده
نقص عملکرد واحدهای حرکتی که در اثر سکته مغزی رخ می‌دهد اغلب روی توانایی حرکت دست بیمار تاثیرگذار خواهد بود و به دنبال آن فعالیت‌های روزانه بیمار و مشارکت‌های اجتماعی وی را دچار محدودیت می‌کند. این عوامل کیفیت زندگی فرد را پایین می‌آورند. به این ترتیب جست‌وجوی راهی که بتواند تا حد امکان در پی جبران محدودیت‌های یاد شده برآید و سبب بهبود عملکرد دست آسیب‌دیده شود بسیار حایز اهمیت خواهد بود. تاکنون تلاش‌های بسیاری در راستای طراحی و توسعه سیستم‌های توان‌بخش صورت گرفته و سیستم‌های گوناگونی معرفی شده‌اند که از میان آن‌ها سیستم‌های نرم به‌دلیل وزن سبک، قابلیت انعطاف، برهم‌کنش ایمن و قیمت مناسب بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند. هدف از این پژوهش ساخت یک دستکش توان‌بخش نرم برای کمک به بازیابی عملکرد دست است تا بدین ترتیب بیماری که بر اثر سکته مغزی دچار ضعف عضلانی در ناحیه دست شده بتواند به‌صورت انفرادی در منزل تمرینات بازتوانی را اجرا کند. سیستم توان‌بخش ارایه شده در این پژوهش دارای دو حالت کنترلی متفاوت شامل کنترل روشن/خاموش و کنترل تناسبی است که هریک بنابر نوع نیاز بیمار مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این پژوهش برای حصول اطمینان از مناسب‌بودن مسیر حرکتی طی شده توسط محرک‌ها، مسیر حرکت انگشتان در دو حالت "استفاده از دستکش" و "بدون استفاده از دستکش" به‌دست آمد. نتایج نشان داد که مسیر حرکتی در حالت "استفاده از دستکش" یک مسیر مناسب برای انگشتان دست کاربر است.


کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Fabrication of a Soft Hand Orthosis to Enhance the Function of Digits in Patients with Hand Muscle Weakness

نویسندگان English

G. Nikaeen
H. Mirzanejad
M. Agheli Hajiabadi
Mechanical Engineering Department, Mechanical Engineering Faculty, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
چکیده English

Motor units’ malfunction, which happens due to stroke, often affects patients’ hand motion and subsequently restricts their daily activities and social participation. All these factors reduce the patient’s life quality. Therefore, finding a solution to overcome these limitations and improving hand function seems to be valuable. So far, many efforts have been done to design and develop different types of rehabilitation systems. Among all these systems, soft systems have attracted great attention due to their light weight, flexibility, safe interaction and affordability. The goal of this study is to fabricate a soft rehabilitation glove for hand function retrieval so that patients can perform rehabilitation exercises individually. The rehabilitation system presented here includes two different control modes including on/off and proportional modes. Each of them is selected based on patients’ needs. For verification purposes, trajectories of the finger tips were obtained in two modes: “using the glove” and “without using the glove”. Results showed that trajectories of the finger tips in the "using the glove" mode follow a proper path for the user’s digits.

کلیدواژه‌ها English

Soft Rehabilitation Glove
Soft Hand Orthosis
Soft Fiber Reinforced Actuators
Maeder-York P, Clites T, Boggs E, Neff R, Polygerinos P, Holland D, et al. Biologically inspired soft robot for thumb rehabilitation. Journal of Medical Devices. 2014;8(2). [Link] [DOI:10.1115/1.4027031]
Polygerinos P,Wang Zh, Galloway KC, Wood RJ, Walsh CJ. Soft robotic glove for combined assistance and at-home rehabilitation. Robotics Autonomous Systems. 2015;73:135-143. [Link] [DOI:10.1016/j.robot.2014.08.014]
Homberg BS, Katzschmann RK, Dogar MR, Rus D. Haptic identification of objects using a modular soft robotic gripper. RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), 28 Sept.-2 Oct. 2015, Hamburg, Germany. Piscataway: IEEE; 2015. [Link] [DOI:10.1109/IROS.2015.7353596]
Manti M, Hassan T, Passetti G, D'Elia N, Laschi C, Cianchetti M. A bioinspired soft robotic gripper for adaptable and effective grasping. Soft Robotics. 2015;2(3):107-116. [Link] [DOI:10.1089/soro.2015.0009]
Stokes AA, Shepherd RF, Morin SA, Ilievski F, Whitesides GM. A hybrid combining hard and soft robots. Soft Robotics. 2013. [Link] [DOI:10.1089/soro.2013.0002]
Sun Y, Ren H. Soft transnasal endoscopic robot for patient-administered nasopharynx inspection. Journal of Medical Devices. 2015;9(2):02093. [Link] [DOI:10.1115/1.4030141]
Roche ET, Horwath MA, Wamala I, Alazmani A, Song SE, Whyte W, et al. A Soft robotic sleeve supports heart function. Science Translational Medicine. 2017;9(373):3925. [Link] [DOI:10.1126/scitranslmed.aaf3925]
Polygerinos P, Lyne S, Wang Zh, Nicolini LF, Mosadegh B, Withesides GM, et al. Towards a soft pneumatic glove for hand rehabilitation. RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, 3-7 Nov. 2013, Tokyo, Japan. Piscataway: IEEE; 2014. [Link] [DOI:10.1109/IROS.2013.6696549]
Polygerinos P, Wang Zh, Overvelde JTB, Galloway KC, Wood RJ, Bertoldi K, et al. Modeling of soft fiber-reinforced bending actuators. IEEE Transactions on Robotics. 2015;31(3):778-789. [Link] [DOI:10.1109/TRO.2015.2428504]
Polygerinos P, Galloway KC, Sanan S, Herman M, Walsh CJ. EMG controlled soft robotic glove for assistance during activities of daily living. International Conference on Rehabilitation Robotics (ICORR), 11-14 Aug. 2015, Singapore, Singapore. Piscataway: IEEE; 2015. [Link] [DOI:10.1109/ICORR.2015.7281175]
Yap HK, Goh J, Benjamin A, Hua R, Hoon J, Kai Y. A fabric-regulated soft robotic glove with user intent detection using EMG and RFID for hand assistive application. International Conference on Robotics and Automation (ICRA), 16-21 May 2016, Stockholm, Sweden. Piscataway: IEEE; 2016. [Link] [DOI:10.1109/ICRA.2016.7487535]
Yap HK, Khin PM, Koh TH, Sun Y, Liang X, Lim JH, et al. A fully fabric-based bidirectional soft robotic glove for assistance and rehabilitation of hand impaired patients. IEEE Robotics and Automation Letters. 2017;2(3):1383-1390. [Link] [DOI:10.1109/LRA.2017.2669366]
Kaulitzki S. Medical accurate illustration [Internet]. Unknown Publisher; Unknown Year [Unknown Cited]. Available from: Not Found. [Link]
Von Lanz T, Wachsmuth W. Functional anatomy. In: JH Boyes editor. Bunnell's Surgery of the Hand. 5th Edition. Philadelphia: JB Lippincott; 1970. [Link]
Li Z-M, Zatsiorsky V, Latash ML. The effect of finger extensor mechanism on the flexor force during isometric tasks. Journal of Biomechanics. 2001;34(8):1097-1102. [Link] [DOI:10.1016/S0021-9290(01)00061-6]
Connolly F, Walsh CJ, Bertoldi K. Automatic design of fiber-reinforced soft actuators for trajectory matching. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2017. [Link] [DOI:10.1073/pnas.1615140114]
Khas KS, Pandey PM, Ray AR. Development of an orthosis for simultaneous three-dimensional correction of clubfoot deformity. Clinical Biomechanics. 2018;51:67-75. [Link] [DOI:10.1016/j.clinbiomech.2017.12.002]