martes, 25 de octubre de 2011

Terapia Robótica para Niños con Parálisis Cerebral

En las ultimas décadas se han desarrollado robots capaces de asistir a las personas que se están recuperando de un accidente cerebrovascular. Ultimamente, sin embargo, los investigadores están utilizando estos conocimiento para ayudar a niños con parálisis cerebral y otros desórdenes neuromusculares. 
Aquí se presenta un video que demuestra algunos de los dispositivos y cómo los niños los utilizan para mejorar su coordinación ambulatoria.


El set de robots del equipo para hombro-codo, muñeca, mano y tobillo ha estado sujeto a estudios clínicos durante más de 15 años, en más de 400 pacientes víctimas de apoplejías. El Departamento de Asuntos de Veteranos de Guerra acaba de completar un estudio clínico en gran escala, al azar, y en múltiples localidades, utilizando estos dispositivos.
Los dispositivos se basan en el mismo principio: que es posible reconstruir las conexiones cerebrales utilizando aparatos robóticos que guíen cuidadosamente la extremidad cuando el paciente intenta hacer un movimiento.
Cuando los investigadores decidieron inicialmente aplicar su trabajo a niños con parálisis cerebral, Krebs estaba optimista de que tuviese éxito porque el cerebro en desarrollo de éllos es más maleable que el de los adultos y por ende, es más apto a establecer nuevas conexiones.
El objetivo de esta terapia es mejorar la capacidad de los pacientes con parálisis cerebral para alcanzar y agarrar objetos. Los pacientes le estrechan la mano al robot a través de una manilla, la cual está conectada a un monitor de computadora que muestra funciones similares a las de los juegos de video sencillos.
Krebs comenzó su trabajo en terapia robótica hace casi 20 años. En sus estudios iniciales, él y sus colegas encontraron que para los pacientes con accidentes cerebrovasculares era importante hacer un esfuerzo consciente durante la terapia física. Cuando las señales del cerebro se aparéan con los movimientos de asistencia del robot, ésto ayuda al cerebro a crear nuevas conexiones y a aprender de nuevo como mover la extremidad por sí solo.
De acuerdo con Krebs, a pesar de que los accidentes cerebrovasculares matan muchas neuronas, aquéllas restantes establecen rápidamente nuevas sinapsis ó refuerzan las sinapsis latentes.
Para que este tipo de terapia sea más efectiva, se requiere de muchas repeticiones–al menos 400 en una sesión de una hora.
Los resultados publicados de tres estudios pilotos realizados en 36 niños, sugieren que los pacientes con parálisis cerebral pueden beneficiarse también de la terapia robótica. Los estudios indican que estas terapias ayudaron a los niños a reducir sus impedimentos y a mejorar la continuidad y velocidad de sus movimientos
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sábado, 15 de octubre de 2011

Robótica en la rehabilitación de pacientes con problemas neuromusculares en extremidades inferiores.


Mediante los avances tecnológicos hay nuevas formas de terapia para pacientes con parálisis cerebral o lesión medular.
El desarrollo de la tecnología para la generación de patrones de movimientos neuromusculares útiles para la marcha funcional ha tenido grandes avances tanto en la caminata de los pacientes con lesión medular mejora en la velocidad de marcha, resistencia e incluso la caminata independiente) como en los movimientos  voluntarios de tobillos, siempre y cuando estos sean entrenados periódicamente con asistentes automatizados.
La órtesis activa HAL (Hybrid Assistive Limb), es un sistema de ayuda a la marcha para personas con discapacidad  motora. Este dispositivo camina y soporta el peso de una fuente de alimentación autónoma, y ha sido diseñada para ayudar a los músculos del usuario.
El RoboKnee es una órtesis de articulación de rodilla que trabaja paralelamente a la rodilla del usuario, pero no transfiere los esfuerzos al suelo, sino al propio pie del usuario.
El RoboKnee busca una máxima transparencia con el usuario. Mediante los actuadores elásticos en serie se obtiene una muy baja impedancia. En este aparato, la intención del usuario se calcula mediante las fuerzas de reacción en la suela y el ángulo de la rodilla.
El pionero de esta tecnología es la compañía Hocoma, que es ahora líder en robótica de rehabilitación neurológica para los trastornos del movimiento con el ya revolucionario Lokomat.
El Lokomat es una órtesis de marcha de accionamiento eléctrico compuesta por un ajuste de cadera y dos órtesis de marcha con un accionamiento en cadera y rodilla.

[Sistema Lokomat]



Se usa para pacientes con trastornos de movimiento causados por accidente cerebrovascular, lesión de la médula espinal, lesión cerebral traumática, esclerosis múltiple o la enfermedad de Parkinson.
Entre las ventajas que ofrece el desarrollo de este sistema es el formar patrones neuromusculares en los pacientes, permitir una sesión de rehabilitación supervisada y usar la tecnología a favor de una mejor calidad de vida.
El desarrollo técnico de este sistema se divide en dos etapas, la primera es el desarrollo mecánico del dispositivo y la segunda el desarrollo del sistema de control.
En el desarrollo mecánico se pretende obtener un nuevo diseño del sistema, que sea ajustable a la antropometría de cada paciente. 
En el desarrollo del sistema de control, se pretende mover las dos piernas de manera coordinada y segura, controlando las cuatro articulaciones, de manera que se aporte el par necesario para que exista la marcha. El conjunto de movimientos debe hacerse de manera sincronizada para evitar problemas de equilibrio.
Cada pierna consta de dos sensores de posición angular, dos actuadores lineales y dos sensores para medir la potencia de los actuadores.
Por otro lado se desarrollara el software que hará posible la interacción del sistema con la PC, graficando los resultados y monitoreando el sistema completo.

                       [Vista de frente]                                                                                      [Vista de perfil]

Cada pierna tendrá un seguimiento con dos grados de libertad,  flexión y extensión de la rodilla, y flexión y extensión de la cadera, logrando de esta manera el movimiento requerido para poder realizar la marcha.
El programa de control se implementará en una PC con una tarjeta genérica de adquisición de datos, que tenga al menos dos salidas analógicas para controlar los servoactuadores y cuatro entradas analógicas para registrar la posición angular de las articulaciones y la potencia consumida por los servoactuadores, la cual es función del esfuerzo realizado por el paciente.
El sistema simula el ciclo de la marcha humana en el plano sagital, pudiendo variar el tiempo del ciclo dependiendo del entrenamiento deseado y de esta manera recuperar patrones neuromusculares.


martes, 11 de octubre de 2011

La facilitación neuromuscular funcional y la robótica.

La rehabilitación física de los pacientes con hemiparesia espástica es un desafío muy complejo. La parálisis puede ser provocada por varias causas, entre ellas la hemorragia cerebral o apoplejía (infarto), traumas, tumores, esclerosis múltiples y defectos congénitos.
Los pacientes apopléticos responden positivamente al movimiento pasivo de sus miembros dañados: es posible reejercitar el cerebro y lograr un cierto grado de recuperación funcional.
Un método muy utilizado en estos pacientes el método de Facilitación Neuromuscular Propioceptiva (FNP) o también conocido como KABAT.
Los patrones de FNP se ejecutan en movimientos activo libre, activo asistido, activo resistido y pasivo. El objetivo final es siempre la ejecución coordinada de los patrones de movimiento en todo el recorrido articular posible, sin provocar dolor, con equilibrio de fuerza y en las dos diagonales de movimiento. Este método se emplea para demandar específicamente respuestas fisiológicas por parte del sistema neuromuscular. Con él se pretende promover o acelerar la respuesta del mecanismo neuromuscular, por medio de la estimulación de los propioceptores. Los patrones de movimientos empleados en la FNP son patrones de movimiento en masa, la cual es una característica de la actividad motora normal. Requieren reacciones de alargamiento y acortamiento en muchos músculos y en grados distintos. Por ello, estos patrones de movimientos, están constituidos por una serie de movimientos complejos cuya combinación es óptima para obtener la contracción secuencial y única de los músculos responsables de dicho movimiento, de forma armónica.
 
[Patrones de movimiento en FNP de miembros superiores]



Sistema Aupa

Dentro del Laboratorio de Robótica y Realidad Virtual de la Universidad Miguel Hernández (Elche, España), se dispone un sistema robótico para utilizarse en tareas de rehabilitación motora de miembros superiores, denominado “SISTEMA AUPA”.
Este sistema AUPA está formado por un sistema robótico para el control de movimiento de la mano del paciente/usuario. La configuración del sistema es tal que los brazos robóticos y el brazo del paciente forman una cadena cinética cerrada que se extiende desde la base del robot hasta una posición distal en la que se ubica un sistema de amarre para la colocación de la mano del paciente y continúa hasta la posición proximal del brazo del paciente.
La cadena continúa con el brazo del paciente y se cierra con un segundo brazo articulado diseñado para guiar el codo del paciente.
El paciente ubica su mano en el módulo colocado en el extremo distal. Este módulo permite independizar las subcadenas, lo que quiere decir que el robot puede mover toda su cadena cinemática, excepto el módulo donde se ubica la mano del paciente mientras este módulo permanece sin movimiento.
Para captar los patrones de movimiento, se ha dispuesto de un sistema de análisis de movimiento basado en 6 cámaras que permiten obtener las trayectorias 3D de los puntos de sujeción del sistema AUPA al paciente.
El paciente se coloca unas m arcas óticas en el brazo y realiza los movimientos FNP. La cinemática del brazo es captada por las cámaras y almacenada. De esta forma se dispone de la información completa de la trayectoria, incluidos los parámetros de velocidad.

El simulador Cinemático 

Con los datos obtenidos de los patrones de movimiento se trata de obtener unas dimensiones óptimas de los eslabones de los brazos del sistema robótico.
Para ello se ha utilizado un criterio de optimización que minimiza la longitud de los eslabones y el ángulo de cada articulación. Este criterio se programó utilizando el software de animación gráfica BLENDER, gracias a la interfaz python 2.5 disponible.
BLENDER es un software de diseño gráfico en 3D que incorpora un gran número de herramientas para la creación de objetos y escanea en 3D. Se pueden realizar y manipular tanto imágenes estáticas como videos de una gran calidad.
 La siguiente secuencia de imágenes muestra la diagonal de FNP D1 simulada en BLENDER. Los parámetros de entrada de esta simulación son las trayectorias obtenidas anteriormente y la estructura cinemática de los brazos robóticos, mientras que la salida son la propia animación y las dimensiones de los eslabones optimizadas según el criterio de mínima longitud.

[FNP D1. Flexión]

[FNP D1. Extensión]


martes, 4 de octubre de 2011

Inteligencia Artificial

Se considera  Inteligencia Artificial a la rama de la Ciencias de la Computación dedicada al desarrollo de agentes racionales no vivos, entendiendo por agente cualquier cosa capaz de percibir su entorno (recibir entradas), procesar tales percepciones y actuar en su entorno (proporcionar salidas), y entiéndase a la racionalidad como la característica que posee una elección de ser correcta.
Básicamente, la inteligencia artificial consiste en la asimilación de los procesos inductivos y deductivos del cerebro humano. Este intento de imitación se enfrenta a duras restricciones del hardware. Una computadora no es un cerebro; su complejidad electrónica se encuentra a una distancia abismal de la superior complejidad neurológica de aquél. La inteligencia artificial acepta el reto de la imitación de los procesos del cerebro aplicando mucho ingenio para aprovechar los medios de que se dispone y que se elaboran.

Aplicaciones de la inteligencia artificial

·         Lingüística computacional
·         Minería de datos
·         Industriales
·         Médicas
·         Mundos virtuales
·         Procesamiento de lenguaje natural
·         Robótica
·         Sistemas de apoyo a la decisión
·         Videojuegos
·         Prototipos informáticos
·         Análisis de sistemas dinámicos

Se considera de gran importancia la aplicación de la inteligencia artificial en las ciencias de la salud.
Actualmente la Informática, a través de la Inteligencia Artificial,  brinda muchas posibilidades para que usuarios que presentan algún tipo de discapacidad les ayude a ser más autónomos en la sociedad en la que viven (teniendo así acceso a la información, comunicacion, aprendizaje, etc.)
En la actualidad, para poder tener acceso al ordenador las personas que tienen algún tipo de discapacidad motriz requieren de diversas ayudas técnicas. Por un lado, periféricos adaptados como teclados especiales, ratones controlados por un joystick, otros de tipo “trackball” o multimouse. Y por otro lado, adaptaciones y modificaciones de los programas ya existentes en el mercado o programas específicos como los de barrido controlados por un pulsador o los emuladores de teclado y ratón en pantalla. De hecho si una persona es capaz de realizar un control voluntario sobre alguna parte de su cuerpo mediante un pulsador y un sistema de barrido puede controlar un ordenador y cualquier programa y con esta herramienta controlar su entorno próximo y acceder a un entorno lejano.

Visión artificial y webcams 

La Visión Artificial es un campo de la Inteligencia Artificial cuyo objetivo es desarrollar técnicas capaces de hacer “entender” al ordenador los objetos que integran una escena o las características que presenta una imagen. La existencia de hardware de bajo costo, como escáneres o webcams, nos brinda la oportunidad de crear aplicaciones estándar dirigidas a otros ámbitos de uso.

Ratón facial

Ratón Facial es un sistema alternativo al uso del ratón convencional. Es un ratón manos libres. Con Ratón Facial controlamos el ordenador a distancia, con ligeros movimientos de cabeza, sin usar las manos y sin necesidad de cables, sensores u otros accesorios.


Movimiento del puntero 
Mediante una webcam estándar, el Ratón Facial mueve el puntero por la pantalla analizando los movimientos de la cabeza. Con esto se genera un movimiento de puntero suave y preciso. 

Ejecución del clic
Ratón Facial también incluye la funcionalidad de generar el clic a través de uno de los siguientes métodos:
• Clic por espera. Tras detener el puntero un instante el clic se genera automáticamente.
• Clic por sonido. Emitiendo un sonido cualquiera a un micrófono se genera el clic.
Los diferentes tipos de clic se seleccionan de forma rápida con una barra gráfica siempre visible en la pantalla.


ULL DE COLOR

Ull de Color es una aplicación informática que nos permite detectar en tiempo real la presencia o ausencia de una marca de color, localizar su posición y hacer el seguimiento en la imagen captada por la webcam. Ello permite interactuar a distancia con el ordenador, sin necesidad de más elementos que la webcam y la propia marca.