Neurorehabilitation培训工具包(NTT):小说在全球范围内访问家庭卒中后康复运动训练方法

文摘

中风后,最大限度的恢复,需要持久的康复和理想生活,防止功能恶化。因此我们对家庭的低成本开发的一个新概念运动康复,NTT,上肢康复的基于互联网的交互系统。在本文中,我们目前NTT的设计概念,它的实现和概念验证研究10个健康的参与者。最优的NTT汇集了概念学习,接触,和讲故事向用户提供个性化的培训。在这项研究中,我们评估的可行性NTT作为一种工具能够自动评估和适应它的用户。这是通过一项心理研究的手段,我们表明,NTT能够评估运动kinematics-movement平滑,一系列动作,手臂位移和手臂协调健康的用户。随后,提出了一种建模方法了解测量运动的运动学与训练参数,以及如何修改这些适应训练,以满足病人的需要。最后,一种自适应算法的个性化培训提出了考虑动机和性能方面。在下一阶段,我们将部署和评估NTT中风患者在他们的家园。

1。介绍

全球每年约有1600万新中风(1),约500万幸存者将维持电机和/或认知障碍的生活(2]。这种情况会导致高昂的社会成本的医疗和康复费用,在欧洲年度成本超过€380亿(3]。种间接,减少这些患者参与专业和社会生活因为中风幸存者经常患有情绪障碍或抑郁(4,5]。因此,由于其直接和间接影响,中风是一种全球疾病负担的主要贡献者(6,7]。

中风后,持久的康复需要最大的复苏。这需要长期住院或门诊康复,这种情况是极其要求对患者和国家卫生系统。事实上,有一个日益增长的兴趣对早期支持放电从医院和家庭康复8,9]。然而,尽管门诊康复项目,普遍认为,复苏的潜力达到中风后的前6个月,患者然后从康复出院了10]。这可能是有问题的,有证据表明,大脑仍然是塑料在后期中风后,也就是说,这里仍然可以额外的地方恢复(11,12]。理想情况下,中风患者一生中应该进行维护改造,以防止功能恶化。实际上,机动性大幅下降后康复出院预计在五分之一的慢性病人,在执行直接影响日常生活活动(ADL) (13]。因此,有必要寻找解决方案提供工具,允许他们有持久的康复患者在他们的家园。

近年来,新型技术的系统开发家庭中风康复(14- - - - - -23]。虽然这些系统的价格是低于标准的科技型康复设备,其中大部分仍然是大多数病人负担不起。此外,这些系统通常依赖于特定的硬件组件,需要精心的设置,和/或需要远程指导,这使得他们很难使用特别是如果我们考虑到大部分的中风患者是老人。

为病人提供有效、简单和便宜的康复在家园,我们开发了Neurorehabilitation培训工具包(NTT),上肢康复的基于pc的交互系统。NTT利用完善的先进的要求有效的卒中后康复,经常提供培训,反复的,和特定的任务(24- - - - - -26),提出了性能和结果反馈(27- - - - - -29日]。这些特征是通过使用游戏的任务显示在一个标准的计算机,用来解决特定的中风患者上肢赤字。

在过去的几年里,许多标准商业游戏已用于中风康复(30.,31日]。虽然概念是有效的,这些临时的解决方案,因为这些游戏是为一个不同的目标人群,因此不能完全解决病人的需求和功能。在以往的研究中我们开发和评估一个游戏提供个性化的康复训练,调整患者的个人能力(32]。这样,病人可以接受一个具有挑战性的训练任务设计对其特定电动机赤字(从而避免无聊),没有超出病人能力下降,可能会导致不满。我们已经表明,使用这种方法作为补充标准康复导致改善和加速复苏的急性中风患者(18]。NTT,我们更进一步,因为我们能够评估运动运动学和心理测验学,使个性化的培训目标。这些目标包括运动的范围和运动平滑。

NTT由广泛使用以家庭为基础的技术,即个人电脑或笔记本电脑,两只老鼠和一个互联网连接。这种配置使系统简单而便宜,因此对于大多数病人可访问和可负担得起的。使用互联网连接是双重的。一方面,游戏“生活”在网上轻松升级功能的软件不需要安装。另一方面,它可以用于远程监视和评估病人的进步。此外,NTT包含自动问卷评估可用性,接触,和接受的培训任务,以及衡量ADLs的培训对性能的影响。我们现在NTT背后的设计理念,初步研究的结果,我们开发了一种新颖的基于功能的个性化算法运动结果,并演示NTT能力作为评估和监控工具与健康的用户测试。由于其简单性和创新性的特点,我们认为日本电报电话公司是一个强大的工具,可以使病人获得负担得起的,有效的和长期的康复在他们的家园,使他们能够最大化和维持复苏,同时提高他们的整体生活质量。

2。材料和方法

NTT是基于软件的汽车培训工具包,并执行从互联网作为web访问applet通过互联网浏览器(图1(A))。NTT验证使用最常用的浏览器如Internet Explorer, Google Chrome, Safari浏览器,Firefox和Opera。在这种情况下,web浏览器作为培训工具包的接口,允许其执行而无需本地安装或额外的软件除了NTT applet本身。除了个人电脑与互联网连接,NTT用户需要交流的工作电子邮件帐户和用户支持。

在硬件方面,NTT可以运行在任何现代计算机与Windows运行系统(Windows XP、Vista或7)(图1(B))。个人电脑的唯一的要求是有两个老鼠连接到它。鼠标是广泛、可靠和极低成本的设备可以用来记录的物理运动手臂的病人,这反过来将用于与NTT交互。从技术上讲,NTT的主要优势是能够利用现有的通用的硬件提供个性化和继续培训。这是通过硬件要求较低,我们的在线系统(图的可访问性1(C))。互联网作为NTT的分销渠道,提供培训和其他优势病人在世界任何地方访问个人电脑和互联网连接。此外,NTT升级立即部署到用户的主不需要行动。日本电报电话公司可以访问http://neurorehabilitation.m-iti.org/NTT/。

我们的web服务提供一个三倍的使命:指令,培训和反馈。NTT的网站提供了详细的指令在NTT如何使用和操作。给予知情同意后,进入NTT训练是理所当然。NTT作为嵌入式应用程序运行在我们的网站和提供培训,日志数据,并与患者(图1(D))。远程数据服务器用于存储日志文件包含相关信息的每次训练后如培训日期、用户ID、数据的物理运动在训练,比赛事件,性能措施和硬件配置。电子邮件服务是用于交流访问代码和相关用户特定NTT培训后问卷调查。

2.1。NTT游戏训练的场景

NTT web应用程序开发的Python编程语言使用开源游戏引擎Panda3D (http://www.panda3d.org),这是由卡内基梅隆大学的维护。NTT设计以及神经科学和治疗中风康复指南基于数量的概念:ADLs相关性的训练,复苏的神经科学原理,叙述,个性化和个性化,增强反馈,和参与。

2.1.1。理性的训练

中风后,上肢功能的恢复对经济复苏至关重要的能力执行日常生活活动(ADL)。中风幸存者的能力来执行ADLs决定了他/她的独立程度在很大程度上,因此需要特别照顾,依赖的亲人,和社会负担33]。因此,改善卒中后上肢功能的优先级。有效治疗运动康复训练强度的概念,支持频率,和task-specificity行列式的结果因素(25,34,35]。然而,病人并不总是获得理想的培训频率和强度。此外,培训特异性对病人的需求似乎特别相关的自优化培训结果(36]。因此,一个有效的上肢训练模式应该基于训练强度、频率、迭代,任务特异性,和个性化的训练病人的需求。NTT利用上述原则在游戏般的体验患者面临一个虚拟场景,要求他们反复执行不同强度的物理运动为了完成一个任务。NTT训练任务执行桌面(图2)。

通过持续的研究,有了更多的关于卒中后大脑机制的数据支持声称神经元可塑性是复苏的主要贡献者37- - - - - -40]。可塑性是大脑,使大脑皮层的终身产权网络重组和恢复失去的功能,甚至多年后中风(11,41]。最近的调查结果显示重组perilesional和contralesional皮质网络有助于招聘功能皮质脊髓的纤维,这对经济复苏至关重要(39,42]。因此,小说康复方法应该被设计成利用大脑可塑性恢复运动功能的皮层的功能重组网络。人们普遍建立康复文献中,培训频率和强度是有效的司机大脑皮层重组(34,35,43]。然而,最近的神经科学的研究结果也应该是集成在当前康复实践。是这样的方法基于镜像神经元系统(MNS),人口的神经元位于运动前区和顶叶皮质有特定属性,使其适合动员可塑性,和一般运动学习(44,45]。MNS也被称为动作识别系统,因为它的属性。这些神经元活跃在有意义的性能和面向目标的运动行为和被动观察的行为(46,47]。因此,这是一个方便的神经系统,可以利用激活motor-related地区因此调动大脑皮层可塑性的运动行为的观察(48,49]。几个运动康复方法利用这个系统来增强或加快复苏32,50,51]。在前一个随机对照试验中,我们已经表明,基于这一原则的VR系统加速复苏(18)的运动机能的Fugl-Meyer规模(52]在ADLs Chedoke手臂和手的活动评估的库存(CAHAI) [53]。因此,和符合我们以前的工作,我们整合这些神经科学方面的NTT通过演示的虚拟角色的肢体进行有意义的目标明确的行动所引起的,与病人的手臂的物理运动。虚拟现实和目标明确的行动已经被证明能够激活MNS和相关的运动区,因此促进功能皮层重组(50]。

2.1.2。培训任务

在其目前的形式来看,NTT训练任务需要病人能够阅读,而不是主要的认知障碍和癫痫,感官失语症病人,或其他知觉问题可能阻碍任务的理解。我们的培训由双边任务,需要练习的活动范围和运动协调。有几个原因支持的选择这个特殊的任务。首先,以家庭为基础的培训,以便逐步功能集成和使用局部麻痹的手臂完成的任务。因此,双边培训任务允许病人支持的局部麻痹的手臂nonparetic当任务过于苛刻。因此,我们的训练任务也适合偏瘫的患者严重减少流动或运动控制。第二,尽管证据双边培训相比,单方面的优势是有限的(54),有很多的发现支持它的使用(55,56]。例如,现在人们普遍认为用双手的协调是一个大脑主要分布的过程,因此其培训从事运动区在更大程度上(57]。此外,由于大多数患者表现一定程度的用双手的协调赤字,用双手的协调训练建议康复计划的一部分(58]。进一步说,有越来越多的证据表明,双边培训有特别有益影响患者低Fugl-Meyer运动成绩,而它单方面一样有效的训练在患者恢复好55,59]。

执行NTT用双手的训练在桌面,对重力提供部门支持,扩大患者的光谱可以使用它。患者的手部运动跟踪的两个鼠标,病人操作(图2)。与实际对象的交互可以引起更好的运动学(60]。病人的身体动作然后用来控制手臂的运动的《阿凡达》显示在计算机的屏幕上。《阿凡达》的军备控制滑翔机的指导方向,以恒定的速度,向前飞积累可收集的对象。把滑翔机的速度(度/秒)的定义是老鼠(图之间的距离的函数2): 在哪里和指示左、右位置老鼠,分别获得是一个因素,调节转速的《阿凡达》。

2.1.3。游戏概念

滑翔机控制任务是选择由于用双手的和直观的控制机制的本质,内置的控制系统,允许支持nonparetic臂的局部麻痹的手臂动作,缓慢的运动动力学,和愉快的飞行体验。

改进以前的工作,我们决定将叙事元素添加到NTT自平面和静态虚拟培训任务可以让单调,最终限制了病人的参与。因此,NTT利用一个简单的叙事结构来建立一个故事训练任务增加病人的参与,促进培养目标的理解,而且,最重要的是,提供一个明确的进展。这个简单的故事是基于Freytag的经典概念的游戏和相反的游戏61年]。在我们例描述我们的球员如何影响世界(一个激动人心的力量或上升),和相反的游戏世界如何影响玩家(悲剧力量或衰变)。我们创建了一个序列的戏剧和counter-plays叙述虚拟角色的旅程通过一个未知的环境,处处与他找到家。游戏的游戏结构包括一个教程,和一系列的游戏/环境中铅含量的方法叙述达到高潮时家里(图3(一个))。以达到家,《阿凡达》收集飞行物体,让他来完成不同的游戏水平。不同的游戏元素是用来叙述曲线形状;其中包括任务困难,存在控制扰动,颜色的选择,环境本身的设计,选择音乐和节奏,和使用视图/相机的视角。

除了叙述组件,NTT使得广泛使用的反馈使用多个和冗余的反馈形式,确保病人理解任务,积极回报对他/她的成就28,62年]。例如,屏幕上的图形指令和指南针用于指示方向和体育运动是必要的为了达到目标。当前项收集显然是由大型移动箭头表示。帮助病人在任务,目标箭头和指南针的头从红色变成绿色时,《阿凡达》是正确方向的一致目标。每一个收集项目获得视觉和听觉反馈是积极的。艺术品收藏分为简单(气球)和硬(恒星)的,都算作单独的分数。最后,总距离感动手臂训练中不断计算和更新屏幕上柜台(图3 (b))。

2.1.4。个性化的培训

自1908年以来,当耶基斯和多德森发现小鼠诱导应力和task-learning性能之间的关系,很明显,最佳的学习只是实现中间压力水平(63年]。低和高水平的压力导致低性能水平(图4(一))。这些结果与人类后来被复制在不同的研究领域64年,65年]。因此,培训系统如NTT瞄准优化运动学习和性能将会受益于把这个概念。此外,Yerkes-Dodson奇凯岑特米哈伊法是一致的流理论,描述了流”的最高享受,精力充沛的焦点,和创造性的集中从事成人玩的人”(66年]。流理论描述了用户体验在玩(焦虑、厌倦和流)根据经验和技能要求的挑战。流被放置在正确的平衡用户的技能和水平的挑战(图4 (b))。因此,NTT需要一个内置的能力调整训练参数中间难度,避免压力/无聊的配置,最大程度地学习,并最大化用户参与像流理论所描述的那样。

我们训练参数可以很容易地修改鉴于NTT训练任务被实现为一个基于计算机的虚拟现实训练任务。总共4个任务相关参数(自变量)定义培训细节:速度(《阿凡达》的向前飞行速度),把(将《阿凡达》描述为获得的速度(1)),接受半径(必须接近一个对象收集),和距离(艺术品收藏之间的距离)。因此,这些参数的个性化的整体目标是让NTT向其用户提供一个透明的,自动的,自治,监督和管理个性化的训练。因此,这种个性化的培训允许NTT同时支持优化培训(耶基斯多德森定律)和更好的用户参与(流理论)。此外,训练参数也可以提供监控电机的改进的目的。这项工作的主要研究目标是分析参数之间的交互游戏,与他们量化培训目标等一系列运动,协调或运动平滑性,提出一种自动模式参数选择最佳的训练。

2.1.5节讨论。部署和内置的协议

最小说和康复的可能是最强的方面工具如NTT是访问对于数以百万计的患者,在世界任何地方。这带来了很多机会,但也面临一些挑战。最重要的挑战可能是缺乏直接控制NTT的用法。这意味着等方面指导,培训时间和参数,数据收集(问卷和游戏数据),以及知情同意必须直接处理,自动从NTT站点和应用程序本身。因此,NTT网站引导用户通过一个简单的循序渐进教程如何执行NTT applet。此外,创建了视频教程解释Neurorehabilitation培训工具包的使用。后才给予知情同意参与研究,NTT启动应用程序本身。

NTT的使用需要一个工作邮件地址来接收一个访问密码和问卷调查。与之前的研究一致,培训的持续时间设置为20分钟,建议每周训练三次的频率(18]。病人的行为由NTT自动收集数据。

两个自我报告问卷旨在收集人口数据,评估用户体验和自我评价的改进。在用户体验调查问卷包含13个问题,提出了在病人的5分李克特量表的格式报告他们的同意/不同意对语句的数量。自我评价改进ADLs评估通过修改Barthel指数问卷(67年]。问卷调查发送通过电子邮件会话1(开始的训练),6(2周),12(一个月),等等。调查问卷显示为web页面和用户数据收集使用Google形式技术(山景城谷歌(goog . o:行情),CA,美国)。

2.2。试点研究

2.2.1。目的和程序

为了研究NTT属性和开发一个游戏自动更新模型参数,进行了大量的实验。10右手23至45岁健康的天真的参与者大学的马德拉是使用NTT招募。所有参与者使用NTT的第一次,和实验在实验室里进行设置,总是使用相同的硬件配置。接着试点研究指导原则和符合批准的标准目前欧盟立法和葡萄牙。所有用户把他们的知情同意参与这项研究。两个相同的老鼠(ems069i00 e-blue,香港)是用于跟踪目的。总共120分钟的数据收集参与者扮演几个“训练水平”部分中描述不同的游戏参数的随机值2.1。4(速度、转动,接受半径,距离)。这些参数被选中在探索性空间中描述表1定义为从一个简单的和可控的任务困难和高度要求精神运动的任务。

所有游戏事件的完整日志文件,参数,所有电机动作由参与者被收集。这些日志文件被存储在文本格式,随后2008年导入Matlab (MathWorks公司,纳蒂克,妈,美国)来执行数据分析。

2.2.2。准确的捕捉设备

电脑鼠标是惯性传感器,能够测量瞬时变化的设备,只是位置而不是绝对位置。结果,他们的立场是计算累积的瞬时位置的变化,是什么让他们漂移。为了评估的范围和影响他们的漂移,我们使用蚂蚁,量化它基于摄像头的视觉跟踪系统,它提供了一个绝对坐标系统自由漂移(http://neurorehabilitation.m-iti.org/software/)[32,68年]。蚂蚁追踪系统建立跟踪鼠标在桌面的位置执行NTT训练。使用相机捕获的数据从蚂蚁,640×480像素的分辨率和定位精度约1毫米,与老鼠的阅读记录同步。NTT会话后,我们量化的百分比漂移通过比较重建位置用鼠标数据来自蚂蚁,它对应于0.56%的总路程。

2.2.3。上肢功能的运动分析

对中风后康复相关运动参数包括平滑的运动,运动范围,手臂和总位移(60]。有证据表明nonparetic手臂运动学和动力学的病人不明显不同于那些正常的受试者(69年]。因此,两国从局部麻痹的测量和nonparetic武器变得极其有价值的评估和监控改善随着时间的推移。此外,NTT培训任务是独一无二的,因为它允许我们评估特征如手臂的协调和每个部门的贡献。因此,NTT收集的数据可以使上肢的运动分析功能,提供每个病人的局部麻痹的比较数据与nonparetic手臂。我们首先进行了试点评估与健康的参与者的充分性和有效性评估NTT作为一种工具来评估上述运动措施健康的用户。

平滑度指数
与之前的研究一致,我们定义了一个平滑指数(SI),量化一个特定的运动的规律和平滑轨迹(69年]。这种方法允许我们评估水平的精细运动控制的NTT用户为每个独立的手臂。平滑的运动依赖于段的数量可分为。这里我们考虑运动段与段之间的运动加速度和减速。因此,如果分析的计算速度的运动。我们定义SI的局部最小值的计算速度剖面为一个特定的行动。因此,降低SI值表示动作流畅的速度剖面,而值越大表示这些运动加速度的变化。如果计算之前,老鼠数据与高斯窗口预滤器过滤1秒长度的减少噪音。

手臂位移
为了显示反馈的实际工作已经意识到,NTT还计算累积距离,每只手已经取代在训练(图3、培训成绩)。这是一个衡量实际的体育锻炼,让我们评估物理运动的确切数额由每个用户需要完成培训任务。

的活动范围
另一个相关运动学测量,与实际的物理运动,关节活动度(ROM)。有证据表明,表明罗可以用作在ADL功能结果的预测70年]。因此,能够自动评估和监控罗在整个培训过程中可以成为一个相当有价值的NTT的特性,特别是当补充Barthel指数评估性能ADLs [67年]。罗NTT测量的结果从肩部和肘部的共同作用在末端执行器上(扩展和弯曲),手,用鼠标跟踪。罗运动动力学的捕捉方面,提供信息功能的手臂孔径,其他措施不能提供。在中风病人的情况下,有限的罗并不一定表明有限运动在罗工作。我们的操作测量功能的罗被有效地使用在NTT训练是计算在cm中连续从手臂扩展和学术的老鼠。

手臂的协调和手臂的贡献
相对于其他康复方法,NTT允许一个自动化、客观量化的功能结果,其中一些不能量化在实际任务没有交互技术的援助。NTT的一个特定的例子,这种独特的功能是能够量化的手臂协调。在NTT训练,因为双边性质的培训,体育运动将对称运动与双臂同时执行。我们因此量化手臂协调之间的相关系数的绝对值数据来自老鼠。因此,计算相关系数的完美协调的运动将导致系数等于1。我们运动协调的量化是特别有利的我们的目的自相关操作是不敏感的实际获得的运动。即完全相关(协调)运动不需要是相同的但应该遵循相同的时间剖面。这意味着NTT分别使我们能够评估运动协调和部门贡献的培训任务。later-separate臂贡献是计算评估每个部门的具体参与指导的《阿凡达》。自从《阿凡达》的方向是由两只老鼠的位置差,培训可以执行不同的参与轻瘫的和nonparetic武器(图2)。因此,每个部门的贡献之间的相关系数计算的手臂运动轨迹随时间和描述的有效运动方向变化(1)。所以,低相关系数将获得一个手臂与贡献减少双边控制任务。

建模
如果成功,NTT的能力为我们提供有关行为的信息将使我们能够评估病人的运动功能的影响NTT运动恢复的不同方面。这里我们介绍如何NTT可以自动根据self-adapt取决于用户的需求。为了做到这一点,我们首先要确定我们的上肢运动分析之间的关系函数和NTT训练参数。因此我们使用多元回归建模方法。符合心理测验学以前的工作,我们的模型考虑所有游戏参数,其二阶项,一阶交互作用[32]。在我们的例子中,我们建议前面描述的运动学模型的每一个措施(部分2.2。3)在以下方式:

在哪里运动学测量因变量(运动平滑,一系列动作,手臂位移,或手臂的协调);速度、转弯、验收和距离是独立变量NTT在我们设定的引导测试实验,以及常数产生的系数的多元回归分析。

除了运动学建模方法,建立了并行系统最大化挑战和参与,因此加强最高的性能水平和流动。这是通过一次竞赛的手段62年,71年)在此期间NTT监控病人的行动的效率评估他/她的性能在每个任务完成(集合)项(图5、效率评估)。考虑到飞行速度和距离是已知的训练参数项NTT,可以定义效率以下列方式: 效率计算在每一个任务完成/对象集合,使病人估计需要多少时间在每个任务。因此,比赛的时间是实现通过为每个对象提供一个计时器,显示还剩下多少时间去收集它。计时器是基于病人的效率数据从以前收集的物品,被高斯噪声调制函数(图5、任务时间)。目标,允许超过病人所需的平均时间的气球(容易),需要更少的时间和目标提出了随着恒星(困难)。如果任务没有完成在时间窗内,目标消失和定时器重置为一个长的时间取决于病人的平均效率(3)。一方面,这次比赛策略允许个性化的挑战任务病人的特殊技能(62年]。这种设计允许我们改变任务困难而不干扰训练参数,在我们的案例中确定培训目标。另一方面,训练参数(速度、车削、验收和距离)时只更新病人的效率(增加或减少3)。因此,更有效的病人在任务,要求越高的培训目标。因此,我们的个性化算法包括两个并行循环形状提供挑战和训练参数优化和愉快的培训。

3所示。结果

如上所述,NTT与右撇子10项评估健康天真的参与者。正如预期的那样,健康的参与者提供一个低平滑指数SI,主导和非惯用武器之间无显著差异(Wilcoxon signed-ranks测试,)(图6)。类似的SI四分位范围占主导地位(差)和非惯用武器被发现(6.5和6,职责)。

示例数据的手臂从参与者1号位移图所示7。一组分析显示平均位移采集的每项23.25厘米,占主导地位的移动手臂明显低于非惯用的手臂(Wilcoxon Signed-ranks测试,)。

符合手臂位移数据,配对样本t以及分析显示,占主导地位的手臂使用较低功能罗厘米)比健康的参与者的非惯用的手臂厘米),(图8)。

手臂协调健康的参与者的调查揭示了一个高度的协调,也就是说,手臂的运动轨迹之间的高相关值在培训任务。这是符合这个人口的高度的电动机控制的用户(图9)。有趣的是,NTT的手臂贡献分析培训任务评估每个手臂的运动的影响的转向avatar-reveals更大的贡献),占主导地位的武器比非惯用的武器(见部分2.2。3具体量化的手臂的协调和贡献)。虽然这个结果符合预计从占主导地位的武器,在以前的措施,我们观察到低位移和罗占主导地位的手臂。这表明占主导地位的手臂不仅贡献更多,但也更精确的行动,要求更少的运动和罗完成这项任务。

图9表明,NTT能够评估不同方面健康的用户使用时运动的运动学。因此,如果我们能评估NTT训练参数与实际产生的体育锻炼和运动运动学桌面,我们可以优化NTT培训相应参数提供适当的、个性化的培训。随后,我们使用这些运动运动学结合定量数据建模技术建立统计使用的训练参数之间的关系和实际的体育锻炼。我们四个独立执行多重回归分析找出NTT训练参数导致的变化观察之前确定运动的措施。使用数据从我们的健康的参与者,我们已经确定了训练参数,一阶交互,和二阶参数,有助于运动平滑,一系列动作,手臂位移,手臂协调(表2)。(描述的精确模型系数2)和相关的统计数据如表3所示(见补充资料在网上http://dx.doi.org/10.1155/2012/802157)。

从多元回归分析我们可以得出结论,并不是所有的训练有助于所有运动的运动学参数。这意味着,根据我们的培训目标,一组不同的参数需要改变影响用户的运动运动学。因此,根据建立的关系表2,我们实现了一个个性化训练算法,可以调整训练参数根据用户设定的培养目标(图5)。这个算法的适应性的训练,只有一个子集的训练参数将调整在训练取决于用户需要火车运动平滑,罗,手臂位移,部门协调,或这些操作的组合。因此培养目标的选择将决定使用的运动学模型在NTT会话(图5运动学模型)。

4所示。结论和讨论

在本文中,我们提出了Neurorehabilitation培训工具包(NTT),低成本Neurorehabilitation系统,旨在提供一种持续家庭中风后康复。NTT沿着神经科学设计准则以及游戏设计原则驱动电动机的复苏,而最大化接触和激励因素。此外,它被设计成与任何现代PC兼容运行Windows运行系统和网络连接。因为它的架构和设计,NTT是一个独特的康复系统。利用广泛的可用的国内技术,NTT康复是一个免费工具,通过web浏览器访问全球。这个特性使它立即对大规模部署,作为电动机有巨大潜力的病人在偏远地区的培训解决方案,与低收入、低流动性,或没有获得康复设施。此外,它的目的是作为一个家庭补充其他培训或只是为了继续康复后出院。因为NTT是通过web浏览器访问,它不需要安装在病人的电脑上,电脑就很容易升级,允许病人增加投资组合的训练游戏。日本电报电话公司是一个完全独立的培训系统,不需要医生或专家的干预。此外,NTT是一个安全的系统完全基于非侵入性技术,使它为无监督和家庭使用一个合适的解决方案。 Based on the psychometric analysis presented here, the NTT is designed to automatically adjust its training parameters to the training. More concretely, NTT allows training movement smoothness, range of motion, arm displacement, arm coordination, or any combination of these based on the presented kinematic models.

相对于其他方法使用技术,如机械设备、定制的跟踪技术,脑-机接口、数据手套、或昂贵的商业硬件(16,32,51,72年- - - - - -75年],NTT只需要电脑,两个鼠标和一个互联网连接。NTT的优势,降低了家庭康复训练可访问性阈值技术,也是其最重要的挑战之一。例如,缺乏监督的设置和上身不完全的情况下跟踪代表不受限制,更复杂的系统(16,18,75年- - - - - -77年]。更具体地说,NTT运动学分析是基于终端执行器。然而,尽管这个警告,NTT能够贡献和详细功能分析的培训任务的性能。本文报道结果如ROM,手臂位移,部门协调,和个人的胳膊对任务目标的贡献是独一无二的评估NTT的属性。我们的学习与健康的参与者显示精确量化的ROM,协调,部门的贡献,和平滑的运动,同时也能够检测偏手性。有趣的是,数据显示不同的ROM和手臂贡献偏手性的结果,但没有运动平滑性的差异。相比非惯用的手臂,罗的主导部门显示显著减少,同时显示在任务绩效贡献增加。在病人的特殊情况下,罗和累积位移预计将更丰富,因为它们揭示运动运动学的不同方面(手臂运动的孔径和数量),而不一定是相关的。虽然我们已经展示了一个高精度评估功能在健康结果的用户,还需要更多的研究来了解这个系统的局限性时由老人和中风患者使用。鉴于双边培训任务的性质和支持的行动的可能性与nonparetic手臂轻瘫的手臂,使用补偿运动预计将减少。 Nevertheless, we need to understand the extent of the use of compensatory movements and its effect in the assessed movement kinematics, since combined trunk, shoulder and elbow movements can contribute to effective hand movements. Similarly, the presented kinematic models generated with healthy user data need to be further validated in a trial with patients.

尽管提出了心理建模的局限性,NTT超越以前的工作的适应性和个性化培训,允许一个新颖的个性化和参数训练的几个功能结果(18]。最后,NTT的自动数据收集功能及其问卷系统使大规模部署量化的影响。我们相信康复技术将继续朝这个方向,从习惯和更昂贵的低成本系统的基于硬件的解决方案,可以使用在病人的家里(15,16,31日]。提出的研究是第一步,NTT的验证设计和技术方面与健康的用户。在下一阶段,它将被部署和验证与中风患者在他们的家园。NTT,其新颖的设计原则和评估能力,代表另一个一步整合和家庭部署这些技术。

确认

企业管理学院帕拉基金会支持这项研究的经费由Ciencia e Tecnologia(葡萄牙语基础科技)通过卡内基梅隆大学葡萄牙计划在格兰特CMU-Pt / 0004/2007。

补充材料

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