El kaslarının rehabilitasyonu için aktif dinamik el - el bileği ortezi tasarımı

Abstract

Anahtar kelimeler: El rehabilitasyonu, ev ortamında rehabilitasyon, rehabilitasyon mühendisliği, mühendislik tasarımı, hemiplejik el, biyomekanik model Robotik sistemlerin rehabilitasyon mühendisliği alanında kullanılması sayesinde rehabilitasyon süreçlerinde ilerlemeler kaydedilmektedir. Güncel araştırma alanlarından biri ev ortamında rehabilitasyona olanak sağlayan taşınabilir sistemlerin geliştirilmesidir. Bu sayede hem rehabilitasyon maliyetleri azalmakta hem de rehabilitasyon süreci kısalmaktadır. Tez çalışması kapsamında ev ortamında kullanıma uygun, giyilebilir, aktif eyleyicileri olan ve düşük maliyetli el ve el bileği egzersiz cihazları geliştirilmiştir. Elin dorsal ve palmar yüzüne giyilebilen, benzer prensiplerle çalışan iki farklı tasarım çözümünün prototipleri üretilmiştir. Palmar yüze giyilen tasarım, faydalı model tescili ile Türk Patent ve Marka Kurumu tarafından koruma altına alınmıştır. Geliştirilen cihazların, özellikle inme sonrası el rehabilitasyonunda kullanılması planlanmaktadır. Bunun yanı sıra cihazlar sinir felci, sinir sıkışması, tendon yaralanması ve spor yaralanmaları gibi durumlarda elde meydana gelen hareket kayıplarının giderilmesinde kullanılabilir. Çalışma kapsamında, cihazlarda kullanılan eyleyicilerin çalışma şartlarının ve kuvvet aktarım sisteminin belirlenebilmesi amacıyla elin biyomekanik modeli oluşturulmuştur. Modelin benzetimi sonucunda parmaklar ve el bileğinin hareketleri sırasında meydana gelen eklem momentleri hesaplanmıştır. Dorsal yüze giyilen cihazın etkinliğinin belirlenebilmesi için sağlıklı ve hasta kişiler üzerinde etik onay alınarak klinik denemeler yapılmıştır. Sağlıklı bireylerde kas aktivasyonunun değerlendirilmesine dayalı yapılan ölçümler sonucunda fleksiyon/ekstansiyon eldiveninin kas aktivasyonunu artırdığı görülmüştür. Hastalar üzerinde yapılan denemeler cihazın hemiplejik el rehabilitasyonu için uygun olduğunu göstermiştir. Üretilen prototiplerin ticarileştirilmesi durumunda tıbbi cihazlar sektöründe dış pazarlara bağımlı ülkemizin rekabet gücüne katkı yapacak bir cihaz pazardaki yerini almış olacaktır. İleriki çalışmalarından biri, cihazın kontrol birimi üzerinde geliştirmeler yapmaktır. Bu doğrultuda cihazın kontrolü EMG sinyalleri üzerinden gerçekleştirilebilir.

Keywords: Hand rehabilitation, rehabilitation at home, rehabilitation engineering, engineering design, hemiplegic hand, biomechanical model Rehabilitation process has some progress thanks to using robotic devices in rehabilitation engineering. One of the recent research area is to develop portable devices which are allow rehabilitation at home. In this way, rehabilitation costs and rehabilitation period are reduced. In this study, hand and wrist exercise devices are developed for suitable at home use, wearable, with active actuators and low cost. Two prototypes has been manufactured suitable for dorsal side and palmar side of the hand. They are different, but they are based on same principles. Design for palmar side of the hand is protected by Turkish Patent and Trademark Office with utility model registered. It is expected that these devices can be used for hemiplegic hand rehabilitation first. Beside, devices can be used for treatment of loss of the movements on the hand such as nerve paralysis, nerve compression, tendon injury and sports injuries. The biomechanical model of the human hand has been composed in this study in order to determine operating conditions of the actuators and force transmission system. After the simulation of the movement, joint torques of the fingers and the wrist movement has been calculated. Clinical trials has been conducted in healthy and patient subjects with ethical approval in order to determine the effects of the device worn on the dorsal side of the hand. After the muscle measurement in healthy subjects, it is understood that the muscle activation has been increased thanks to flexion/extension glove. In the patient studies, it is understood that the device is suitable for rehabilitation of the hemiplegic hand. If the prototypes are commercialized, a device contributing the competitive power of our country dependent on foreign markets will be in the medical device market. One of the future study is to make improvements on the control unit of the device. In this way, the control algorithm of the device can be performed using EMG signals.