Mikrodenetleyici tabanlı IoT haberleşme ile mobil telerehabilitasyon cihazı

Abstract

İnme sonrası hasta üzerinde belirli fonksiyon kayıpları meydana gelirken üst ekstremitede oluşan etkiler, bireyin günlük yaşam faaliyetlerini ve bireysel ihtiyaçlarını karşılayabilmesini zorlaştırmaktadır. Konvansiyonel rehabilitasyon zahmetli ve maliyetli bir tedavi sürecidir. Bu nedenle farklı tedavi yöntemleri kullanma ihtiyacı ortaya çıkmıştır. Son yıllardaki pandemi dönemi nedeniyle hastaların hastanede tedavi görme imkanı daha da zorlaşmıştır. Bu durum da, konvansiyonel tedavi imkanını yok edeceği için robotik rehabilitasyon ile tedavi yöntemini kullanmayı zorunlu kılmıştır. Robotik rehabilitasyon, hastanelerin yoğunluğunun azaltılması ve daha verimli tedavi uygulanması için önem arz etmektedir. Rehabilitasyon robotları, terapistin aynı anda birkaç hastayı tedavi etmesine imkan sağlar ve iş yükünü azaltır. Ancak rehabilitasyon robotları pahalı ve ev ortamında tedaviye uygun değildirler. Bu nedenle, robotik rehabilitasyon için dış iskeletler kullanılarak hastaların anatomik yapılarına göre, üst ekstremite uzuvlarını saracak şekilde tasarlanmalıdır. Bu ihtiyaçları karşılamakta olan dış iskeletler, ev ortamında kullanılmak üzere tasarlanıp, kullanımı kolay ve hasta tarafından takılıp çıkarılabilir olması yönüyle tercih edilmektedir. Bununla birlikte, fizyoterapistler tarafından rehabilitasyon sürecindeki ilerlemenin de izlenip, verilerin analiz edilmesi gerekmektedir. Bu tez çalışması kapsamında tasarlanan MentArm adlı dirsek eklemi rehabilitasyon cihazı, robotik dış iskeletlerin prensiplerinden esinlenerek aktüatörlü rehabilitasyon cihazının aktif dirsek eklemi tasarımına yeni bir yaklaşım getirmektedir. Cihaz, ev bazlı tedavi imkanı sunmakla birlikte ayrıca mobil bir uygulama ile hasta kullanıcının egzersiz verilerini IoT (Nesnelerin İnterneti) haberleşme yardımıyla fizyoterapistlere iletmektedir. Bu sayede hem her hasta kullanıcı için daha fazla tedavi seansı imkanı sağlanmış olacak hem de fizyoterapistlerin hasta verilerini anlık veya sonrasında analiz edebilecekleri bir veri tabanı oluşacaktır. Bununla birlikte tek bir fizyoterapistin birden fazla hasta ile daha efektif bir şekilde ilgilenebilmesi sağlanmış olacaktır. Mobil uygulama hasta kullanıcı ve fizyoterapistler için farklı giriş menüleri ile sağlanmaktadır. Hasta kullanıcı egzersiz başlamadan önce 4 farklı görevden birini seçip başla butonu ile göreve başlamaktadır. Aynı zamanda uygulamada her bir egzersiz periyodunda oluşan maksimum kuvvet ve konum değeri gösterilmektedir. Cihaz dirsek ekleminden tek serbestlik derecesi ile aktif egzersiz yapmaktadır ve oluşabilecek yüksek kesme kuvvetlerine karşı kuvvet sensörü ile güvenli hale getirilmiştir. Ayrıca farklı kol çapı olan kullanıcılara uygunluk sağlaması için ayarlanabilir cırt bantlar yardımı ile üst ekstremiteye giyilmektedir.

While the patient experiences some functional impairments after a stroke, the impact on the upper extremity makes it difficult to manage daily life activities and individual needs. Conventional rehabilitation is a lengthy and costly treatment process. Therefore, the need to use various methods of treatment has arisen. Due to the pandemic period in recent years, it has become more difficult for patients to seek hospital treatment. This situation made it necessary to apply the robotic rehabilitation treatment method as it would destroy the conventional treatment option. Robotic rehabilitation is important to reduce hospital density and apply more efficient treatment. Rehabilitation robots allow the therapist to treat multiple patients at the same time and reduce the amount of work. However, rehab robots are expensive and not suitable for home treatment. Therefore, when using exoskeletons for robotic rehabilitation, the limbs of the upper extremities should be wrapped according to the patients' anatomical structures. Exoskeletons that meet these requirements are preferred because they are designed for use in the home environment, are easy to use, and can be attached and removed by the patient. In addition, progress in the rehabilitation process should be monitored by physiotherapists and the data analyzed. The elbow joint rehabilitation device developed in this thesis named MentArm is inspired by the principles of robotic exoskeletons and brings a new approach to the active elbow joint design of the actuated rehabilitation device. While the device enables treatment at home, it also transmits the patient's exercise data to physical therapists using IoT (Internet of Things) communication with a mobile application. This provides more treatment sessions for each patient user and creates a database where physical therapists can analyze patient data now or later. In addition, a single physiotherapist can treat more than one patient more effectively. The mobile application is equipped with different input menus for patient users and physiotherapists. Before starting the exercise, the patient user selects one of 4 different tasks and starts the task with the start button. At the same time, the maximum force and position value occurring in each exercise period is displayed in the application. The device carries out the active exercise with a single degree of freedom of the elbow joint and is secured with a force sensor against any high shear forces that may occur. In addition, it is worn on the upper limb with the help of adjustable Velcro straps to accommodate users with different arm diameters.