Dispositivo robótico para rehabilitación asistida de pacientes con hemiparesia espástica Parte II

Siguiendo con el tema de la hemiparesia espástica, te cuento que LabVIEW es un entorno de desarrollo altamente productivo que los ingenieros y científicos utilizan para la programación gráfica y la integración de hardware para diseñar y desplegar rápidamente sistemas de medidas y control. Este software se utiliza para mostrar las mediciones de los sensores mediante un microcontrolador, que recibe la señal analógica del sensor de fuerza y resistencia de las señales digitales de los codificadores, y envía la información recopilada por ellos a la PC.

El microcontrolador utilizado fue de Atmel ATmega328, y fue programado utilizando la plataforma Arduino. El convertidor de analógico a digital del microcontrolador se utiliza para convertir el valor dado por la resistencia de sensor de fuerza en un número que posteriormente sería leído por LabVIEW. Los codificadores dan una secuencia de pulsos como salida, en el que el número de pulsos generados es proporcional al desplazamiento (ya sea angular o lineal) medido por el codificador. Con el fin de distinguir el sentido del desplazamiento, el codificador tiene dos canales de salida (A y B). En ambos canales de la salida, ella es la misma, pero cuando el desplazamiento se realiza en un solo sentido, el canal “A” presenta un retraso de 90 ° con respecto al canal “B”. Y cuando el desplazamiento se realiza en el otro sentido, el canal “B” presenta un retraso de 90 ° con respecto al canal “A”.

Dado que sólo hay dos líneas de interrupción y dos codificadores, no fue posible asignar las dos líneas de interrupción de un codificador. La solución fue dar una sola línea de interrupción a cada codificador. Y el canal del codificador que no se ha asignado a la línea de interrupción fue asignado a las líneas digitales del microcontrolador. Con el fin de leer los datos de los codificadores de la interrupción se ha configurado para detectar sólo los blancos ascendentes. Así que cuando se produce una interrupción, la rutina de servicio de interrupción comprueba el estado de la línea digital asociada con el codificador. El estado de las líneas digitales determina el sentido del desplazamiento.

La parte activa del proyecto se llevó a cabo mediante dos servomotores que rehabilitan el movimiento y el alcance de la mano. Estos dos servomotores fueron controlados por la misma señal de PWM (es una técnica para simular una salida analógica con una salida digital), generada por el microcontrolador.

En resumen, el programa implementado en el microcontrolador lee los datos analógicos de las resistencias de sensor de fuerza, detecta si los codificadores han cambiado su estado (uso de las interrupciones) y actualizan las variables asociadas a ellos, de igual forma envía la información de los tres sensores al ordenador y comprueba la posición de los sensores enviada por el ordenador para generar la señal PWM.

El componente de software fue implementado utilizando el entorno de programación LabVIEW con un paradigma de flujo de datos. Las principales funciones de la interfaz son: Capacidad para manejar el registro de datos para futuras consultas y análisis estadísticos.

La interfaz consta de tres secciones modulares que abarcan las capacidades de los siguientes dispositivos: inicialización del sistema, la adquisición de datos, la estimulación visual y de control del actuador. El bucle principal responsable de la adquisición de datos contiene el motor de renderizado de los indicadores visuales y la sección de la estimulación visual que permite al operador establecer un límite predefinido con la bandera de una manera que cuando se alcanza, la luz en el extremo se prenda verde, proporcionando un incentivo visual para el paciente para hacer un esfuerzo adicional.

El dispositivo es capaz de ayudar a la rehabilitación de los tres movimientos del brazo y mano.

Para el movimiento de pronación / supinación, es posible medir y cambiar de forma activa la posición a través de la interfaz gráfica de usuario (Graphical User Interface). Teniendo en cuenta que la posición natural de la mano se encuentra a 45 ° respecto a un eje horizontal, la trayectoria de la mano derecha se limita a 180 º, y por el lado izquierdo que se limita de 135 º a 0 º para evitar daños graves al paciente. El sistema también reconoce la dirección del movimiento en sentido horario o en sentido anti-horario para ayudar a identificar el terapeuta dificultades en movimientos de la mano del paciente. Esto se logra mediante el codificador rotatorio.

Para el movimiento de agarre, el dispositivo es capaz de medir la fuerza aplicada a los sensores de soporte, y para ayudar gradualmente como una fuerza opuesta a fomentar el movimiento y el interés del paciente al proporcionar una interfaz gráfica de usuario orientado a objetivos.

El último movimiento consiste en la flexión y extensión del brazo. La posición del brazo y la dirección de la trayectoria se mide por el codificador lineal a partir de la posición inicial del dispositivo a 40 cm hacia el cuerpo del paciente.

Todas las características de dispositivos programables se controlan fácilmente desde la interfaz gráfica de usuario, que resulta fácil de manipular y atractivo para los niños debido a la orientada hacia los objetivos de animación.

La interfaz gráfica de usuario se puede mejorar en el futuro debido a las posibles necesidades adicionales, como juegos para hacer la rehabilitación más atractivo para los niños, o un enfoque más práctico dependiendo de las capacidades del software del dispositivo.

Actualmente, el dispositivo es capaz de ayudar en tres movimientos diferentes, estos son sólo algunos de los músculos implicados en el movimiento total del brazo y la mano, por lo que un aumento en el número de músculos que el sistema es capaz de incluir se podría mejorar significativamente las habilidades motoras generales y reducir la espasticidad de una mejor calidad de vida de los niños.

Por Juan Carlos Torres del CTIN