توانبخشی رباتیک چیه؟

توانبخشی رباتیک یک زمینه تحقیقاتی است که با استفاده از دستگاه فیزیوتراپی رباتیک به درک و تقویت توانبخشی اختصاص داده شده است. توانبخشی رباتیک شامل توسعه دستگاه‌های رباتیک برای کمک به عملکردهای مختلف حسی و حرکتی است (مانند بازو، دست، پا، مچ پا).

توانبخشی با استفاده از ربات‌ها برای بیمار قابل تحمل‌تر است و همچنین مشخص شده است برای بیمارانی که از مشکل حرکتی رنج می‌برند، مانند افراد با سکته مغزی یک روش موثر درمانی است.

مروری بر توانبخشی رباتیک و اهداف آن:

اهداف اصلی در این زمینه شامل توسعه فناوری‌های قابل اجرا است که بتواند به راحتی توسط بیماران، درمانگران و پزشکان استفاده شود و با افزایش اثر بخشی درمان‌های کلینیکی منجر به تسهیل فعالیت های روزمره  بیماران گردد.

زمانی که ربات‌های توانبخشی ساخته شدند، هدف استفاده از آن‌ها بهبود بیماران نبود، بلکه برای کمک به  تشخیص اشیاء از طریق لمس برای افراد دچار بیماریهای سیستم عصبی طراحی شده بود.

ربات توانبخشی در روند بهبود بیماران دارای معلولیت در فعالیت‌های ایستادن، تعادل و راه رفتن استفاده می‌شود. این ربات‌ها باید از حرکات انسان استفاده کنند، بنابراین در ساخت این ماشین‌ها باید مطمئن شویم که با پیشرفت بیمار سازگار خواهد بود.

این کار بسیارپیچیده است، زیرا ربات‌ها با افراد کم توان و دارای معلولیت کار می‌کنند و در صورت اشتباه کردن، نمی‌توانند به سرعت واکنش نشان دهند.

عملکرد ربات توانبخشی ربات های توانبخشی با استفاده از تکنیک‌هایی میزان توانایی بیمار را تعیین می‌کنند. این تکنیک‌ها شامل موارد زیر است (اما به اینها محدود نمی‌شود):

1. تمرین فعال کمکی
2. تمرین فعال محدودکننده
3. تمرین مقاومتی
4. تمرین غیر فعال
5. تمرین قابل تطابق
6. تمرین فعال کمکی
7. در تمرین فعال کمکی، بیمار دست خود را در الگویی از پیش تعیین شده بدون هیچ مقاومتی در برابر آن حرکت  می‌دهد.
8. تمرین محدود کننده فعال
9. تمرین محدود کننده فعال زمانی است که اگر بیمار ساعد خود را از محدوده تعیین شده خارج کند با نیروی مخالف روبرو می‌شود.
10. تمرین فعال مقاومتی
11. تمرین فعال مقاومتی انجام حرکت با وجود نیروی مقاومت در مخالف آن است. دستگاههایی مانند MIT-Manus ،BI-Manu-Track ،MIME می‌توانند تمریناتی با حرکت فعال مقاومتی ایجاد کنند.
12. تمرینات غیر فعال
13. در تمرینات غیر فعال اندام از جلوی بیمار هل داده می‌شود.
14. تمرینات تطبیقی تمرینات تطبیقی یک تمرین اضافی است که ربات ها هرگز انجام نداده‌اند و با الگوی ناشناخته جدیدی باید روبرو و سازگار شوند. دستگاههای MIME ،BI-Manu track تمرینات تطبیقی را پشتیبانی می‌کنند.

تمرینات محدود کننده فعال را همه دستگاه‌های نامبرده پشتیبانی می‌کنند.

در طی این سال‌ها تعداد ربات توانبخشی افزایش یافته اما تعداد آنها به علت آزمایش‌های کلینیکی محدود است. بسیاری از کلینیک‌ها آزمایش‌هایی را انجام داده‌اند، اما همه ربات‌ها مورد تایید نبودند، زیرا آنها می‌خواهند که بتوانند ربات‌ها را از راه دور کنترل کنند.

فواید و نکات مثبت ربات توانبخشی

مشارکت ربات ها در توانبخشی بیماران جنبه‌های مثبتی نیز دارد، یکی از این جنبه‌های مثبت این است که شما می‌توانید به هر تعداد که می‌خواهید یک تمرین یا روند را تکرار کنید و دیگر جنبه مثبت این است که شما می‌توانید ارزیابی دقیقی از میزان پیشرفت و پسرفت بیمار بدست آورید.همچنین می‌توانید اندازه‌گیری‌های دقیقی از طریق حسگر (سنسور) دستگاه دریافت کنید. زمانی که دستگاه در حال اندازه‌گیری است شما باید مراقب باشید، زیرا ممکن است در عملکرد دستگاه به علت حرکاتی که بیمار برای خارج شدن از آن انجام می‌دهد اختلال ایجاد شود.ربات‌های توانبخشی می‌توانند، نیاز به درمان مداوم برای زمان طولانی را تامین کنند و نیز ربات های توانبخشی دستگاه‌هایی بسیار عالی برای استفاده به نقل از تعداد زیادی از بیماران، درمانگران و دانشمندانی است که به توانبخشی مراجعه کرده‌اند.ربات توانبخشی نیازهای بیمار را در روند بهبودی مانند یک درمانگر با تجربه متوجه نمی‌شود. ربات‌های امروزی توانایی درک ندارند، اما در آینده این قابلیت را نیز خواهند داشت. یکی دیگر از نکات مثبت استفاده از دستگاه‌های توانبخشی رباتیک این است که دیگر نیاز به صرف انرژی فیزیکی زیاد توسط درمانگران نیست.اخیرا ربات های توانبخشی در آموزش پزشکی، جراحی و جراحی از راه دور مورد استفاده قرار گرفته‌اند، اما شکایت‌های زیادی برای عدم کنترل ربات توسط کنترل از راه دور (ریموت) وجود دارد.بعضی از مردم فکر می‌کنند استفاده از ربات‌های صنعتی به عنوان ربات توانبخشی همان کار را انجام خواهد داد، اما این درست نیست، زیرا ربات توانبخشی باید قابل تنظیم و قابل برنامه‌ریزی باشد.چون ربات به دلایل مختلفی استفاده می‌شود و در عین حال ربات های صنعتی همیشه یکسان عمل می‌کنند و تغییری در عملکرد ربات نخواهیم داشت، مگر محصولی که با آن کار می‌کنند، اندازه‌اش خیلی بزرگ یا کوچک شود که همین برای یک ربات صنعتی نیاز به قابلیت تنظیم زیادی دارد.

محصولات فعلی و معرفی ربات پوشیدنی تایروموشن

Hand of hope  یک پوشش خارجی برای دست است که تمرکز آن روی بهبود حرکات دست و انگشتان در بیماران با عارضه سکته مغزی است. دست رباتیک با استفاده از EMB عضلات ساعد کنترل می‌شود که به معنی آن است که بیمار تنها با استفاده از مغز می‌تواند دست را تکان دهد.دستگاه همچنین دارای یک حرکت غیر فعال دایمی است که حرکت باز شدن و بستن دست را به طور غیر ارادی انجام دهد. در حال حاضر Ekso Bionics در حال گسترش ساخت دستگاه‌های هوشمند exoskeleton bionic است که می‌توانند برای افزایش توانایی حرکت و تحمل سربازان و پارا پلژیک‌ها روی ربات های پوشیدنی سوار شوند.

در حال حاضر تایروموشن در حال ساخت و تولید مجموعه‌ای از دستگاه‌های توانبخشی هوشمند برای اندام فوقانی است. ربات توانبخشی دست آمادئو (Amadeo) نام دارد که از استراتژی‌های مختلف توانبخشی شامل حرکات غیر ارادی، حرکات کمکی، افزایش دامنه حرکتی، حرکات مقاومتی و تمرین لامسه‌ای و حسی می‌باشد.ربات توانبخشی شانه دیگو (Diego) نام دارد که تمریناتی برای هر دو شانه که شامل نیروی کمکی جهت کاهش وزن اندام و ردیابی تمام حرکات شانه در دو بعد با استفاده از فیدبک حقیقت مجازی را دارد.

ربات های کمکی برای راه رفتن معلولین

ربات‌های توان بخشی اندام تحتانی شامل ربات‌های اگزو اسکلتون (exoskleton)، ارتزهای پا و سیستم‌های موجود در کلینیک‌‌های توان بخشی است، که به تحمل وزن فرد کمک می‌کنند. از جمله وسایل کمکی برای راه رفتن معلولین می‌توان تردمیل‌های کمک‌کننده برای آموزش راه رفتن، آموزنده‌های ثابت راه رفتن، آموزنده راه رفتن به شکل صفحه پایی را نام برد.

روش‌های کلی برای توانبخشی رباتیک

دو روش کلی برای توان بخشی رباتیک مد نظر است:

1. سیستم موثر (end-effector)
2. سیستم اگزو اسکلتون (exoskleton)

سیستم‌های موثر در مقایسه با سیستم اگزو اسکلتون شروع به کار سریع‌تر و سازگاری بهتری دارند، ولی در عوض باعث ایزوله شدن فعالیت مفصل بیمار می‌شوند .این دستگاه‌‌ها معمولاً با قسمت انتهایی اندام تماس دارند و اندام فرد، نیازمند محلی برای قرار دادن آن به عنوان استراحتگاه است.سیستم اگزو اسکلتون طراحی‌ای شبیه مفاصل بدن انسان و حرکات هر مفصل دارد. نسبت به سیستم موثر کنترل بهتری برای مفاصل فراهم می‌کند ولی زمان راه‌ اندازی بیشتری نیاز دارد. همچنین از لحاظ اندازه بزرگ‌تر از سیستم موثر است. اما برای بعضی بیماران ممکن است استفاده از سیستم اگزو اسکلتون احساس راحتی بیشتری فراهم کند.

وسایل کمکی برای راه رفتن معلولین

1. درمانگران می‌توانند حین استفاده از رباتهای توان بخشی از تکنولوژی‌‌هایی نظیر موارد زیر، به طور همزمان استفاده کنند:
2. بیوفیدبک (EMG ،Biofeedback)
3. تحریک الکتریکی عملکردی (FES ،functional electrical stimulation)
4. سیستم‌های تحریکی حسی (sensor based system)
5. واقعیت مجازی (virtual reality)
6. تحریک مغزی برای توان بخشی بیماری‌های نورولوژیک (brain stimulation for neurological rehabilitation)

دلایل استفاده از ربات‌های توانبخشی

تعداد افراد ناتوان در اسپانیا به علت بالا رفتن سن رو به افزایش است. این بدین معناست که نیاز به توان بخشی افزایش یافته است. ربات توانبخشی در اسپانیا بسیار محبوب است زیرا میزان هزینه آن قابل قبول است و تعداد زیادی بیمار دچار سکته مغزی وجود دارد که نیاز به کمک آن دارند.رباتهای توانبخشی در بین افراد با سکته مغزی نیز بسیار محبوب هستند زیرا روشی برای ایجاد تحریک‌های درون عضلانی است. افراد مبتلا به سکته مغزی، آسیب بافت عصبی را تجربه می‌کنند که در بیشتر افراد باعث ناتوانی برای حداقل ۶ ماه بعد از سکته می‌شود.ربات توانایی انجام تمریناتی که یک درمانگر می‌تواند ارایه دهد را دارد و همچنین ربات‌ها می توانند برخی تمرین‌ها را که انجام آن توسط فرد آسان نیست را نیز انجام دهند. ربات‌های پنوماتیک به افرادی که دچار سکته مغزی یا هر نوع بیماری با ناتوانی اندام فوقانی شده‌اند کمک می‌کنند.

انواع ربات های توانبخشی

انواع مختلفی از ربات ها ی توانبخشی وجود دارند که می‌توانند در سکته مغزی کمک کنند.

ربات توانبخشی InMotion

ربات InMotion  می‌تواند در مواردی استفاده شود که تمرین برای رسیدن به هدف، حرکت در محور افقی با کاهش جاذبه اجازه انجام پذیر است. در حرکاتی که در آن خم شدن یا باز شدن شانه و همچنین چرخش خارجی شانه انجام می‌گیرد، استفاده از این ربات بسیار راحت است.نحوه استفاده از این ربات به شرح زیر است:فرد روی صندلی روبروی میز دستگاه می‌نشیند و به صفحه کامپیوتر نگاه می‌کند و سعی می‌کند هدف را بدست آورد. زمانی که شما به هدفی که دستگاه شما را به سمت آن راهنمایی می‌کند برسید، درمان شما موفق خواهد بود.

ربات توانبخشی hip bot

مثالی دیگر برای ربات توانبخشی، hip bot نام دارد. Hip bot  یک ربات است که برای بیماران با محدودیت حرکتی استفاده می‌شود. مفصل ران یک مفصل مهم در بدن است که وزن ما را حمایت کرده و اجازه حرکت و حفظ وضعیت ایستاده را به ما می‌دهد.در افرادی که دچار شکستگی در تصادف یا مشکلی در این مفصل می‌شوند و نیاز به درمان توانبخشی دارند، این ربات می‌تواند به آنها کمک کند، زیرا این ربات حرکات abduction (دور کردن پا)، aduction (نزدیک شدن پا)، flexion (خم شدن پا)، و extension (باز کردن پا) را با هم ترکیب می‎کند و به بیمار کمک می‌کند تا حرکت خود را دوباره به دست آورد.این ربات ها ۵ درجه آزادی در مکانیسم‌های ضروری را در همه موقعیت‌ها جهت توانبخشی دارند. این ربات با استفاده از PID  کنترل می‌شود و برای هر پا به صورت جداگانه قابل استفاده است. بعضی تولید کننده‌ها روی ربات‌هایی که بتوانند وزن بدن را حمایت کنند، کارمی‌کنند. بنابراین فرد بیمار می‌تواند بر حس راه رفتن تمرکز کند.

زمینه های متداول پژوهشی

دستگاه های رباتیک اخیر شامل پوشش محافظ خارجی برای کمک کردن حرکت دست یا پا از قبیل Tibion bioncleg ،the MyomoNeuro-Robotic system ،symbiotic terrain Robotic ،Berkeleybionic و برخی با افزودن تردمیل مانند hocoma lokomat هستند.دسته های (ساعد) رباتیک برای باز آموزی حرکت اندام‌ها از قبیل MIT-Manus  و دستگاه های توانبخشی انگشتان از قبیل تایروموشن Amadeo هستند. بعضی دستگاه‌ها هدفشان بهبود کشش در حرکات خاصی است در حالی که سایر دستگاهها به دنبال کمک مستقیم به این حرکات هستند.معمولا تکنولوژی رباتیک سعی در به کارگیری اهرم‌های اصلی نوروپلاستیسیتی با بهبود کیفیت حرکت، افزایش شدت و تکرار آن حرکت می‌باشد.در دو دهه اخیر پژوهش‌ها درباره ربات‌های درمانی پزشکی جهت توانبخشی در بیماران سکته مغزی که به عنوان یک روش درمانی ارزانتر و موثرتر شناخته شده است، افزایش داشته است. در شمال آمریکا تمرکز بر روی سکته مغزی و شیوع آن در بسیاری از پژوهش ها است.توانبخشی رباتیک همچنین می‌تواند در افراد با بیماری فلج مغزی (کودک) یا بهبودی پس از جراحی‌های ارتوپدی به کار گرفته شود. Mit-Manus  به طور کلی به منظور فراهم آوردن درمان فردی و ادامه‌دار برای بیمارانی که از سکته مغزی رنج می‌برند با استفاده از الگوریتم تصاعدی مبتنی بر عملکرد مطالعه شده است.نرم افزارهای واکنشی به ربات اجازه می‌دهد میزان کمک مقرر شده را بر اساس سرعت بیمار و زمان حرکت بیمار تغییر دهد که به افزایش شخصی‌سازی جلسات درمان بدون نیاز به دخالت دائم منجر می‌شود.مزیت این گونه ربات‌های درمانی با قدرت تطابق کاهش اسپاستیسیتی و افزایش توان عضلانی در ساعد مورد نظر می‌باشد. همچنین جهت‌یابی با فاصله‌های مختلف برای ربات به حرکات افقی و عمودی و یا ترکیب در صفحات مختلف  کمک می‌کند که این عمود و ضد جاذبه بودن به طور مشخص برای بهبود حرکات شانه و آرنج مفید است.توانبخشی رباتیک ممکن است شامل تکنولوژی حقیقت مجازی نیز باشد.