Shoulder Range of Motion Rehabilitation Robot Incorporating Scapulohumeral Rhythm for Frozen Shoulder

要約

このペーパーでは、高度な肩甲骨リズム安定化を統合することにより、凍結した肩圏患者のパッシブ範囲（PROM）エクササイズの課題に対処するために設計された新しいリハビリテーションロボットを紹介します。
凍結した肩は、限られたグレノミュメラル運動と皮膚下胸腕のリズムを破壊することを特徴とし、セラピスト支援の介入は正常な肩の機能を回復するのに非常に効果的です。
既存のロボットソリューションは自然な肩の生体力学を複製しますが、効果的なリハビリテーションに不可欠な肩の肩をすくめるなどの代償運動を安定化する能力がありません。
提案されたデバイスは、肩の動きのための5 DOFと、肩甲骨安定化のための革新的な1 DOF共同プレスを含む、6度の自由度（DOF）メカニズムを備えています。
ロボットは、パーソナライズされた2相操作を採用しています。影響を受けていない側からの通常の肩の動きのパターンを記録し、影響を受ける側を導くためにそれらを適用します。
実験結果は、録音されたモーションパターンを高精度で複製するロボットの能力を実証し、ルート平均平方根誤差（RMSE）値を一貫して1度以下に示しました。
シミュレートされた凍結肩の状態では、ロボットは肩甲骨の上昇を効果的に抑制し、補償運動の発症を遅らせ、特に誘ductionや屈曲などの腕の上昇の動き中に、通常の肩の動きとより密接に動きます。
これらの調査結果は、補償運動を修正しながらプロムエクササイズを自動化できるリハビリテーションツールとしてのロボットの可能性を裏付けています。
このシステムは、肩が凍った患者のための高度でパーソナライズされたリハビリテーションの基盤を提供します。

要約(オリジナル)

This paper presents a novel rehabilitation robot designed to address the challenges of passive range of motion (PROM) exercises for frozen shoulder patients by integrating advanced scapulohumeral rhythm stabilization. Frozen shoulder is characterized by limited glenohumeral motion and disrupted scapulohumeral rhythm, with therapist-assisted interventions being highly effective for restoring normal shoulder function. While existing robotic solutions replicate natural shoulder biomechanics, they lack the ability to stabilize compensatory movements, such as shoulder shrugging, which are critical for effective rehabilitation. Our proposed device features a 6 degrees of freedom (DoF) mechanism, including 5 DoF for shoulder motion and an innovative 1 DoF Joint press for scapular stabilization. The robot employs a personalized two-phase operation: recording normal shoulder movement patterns from the unaffected side and applying them to guide the affected side. Experimental results demonstrated the robot’s ability to replicate recorded motion patterns with high precision, with root mean square error (RMSE) values consistently below 1 degree. In simulated frozen shoulder conditions, the robot effectively suppressed scapular elevation, delaying the onset of compensatory movements and guiding the affected shoulder to move more closely in alignment with normal shoulder motion, particularly during arm elevation movements such as abduction and flexion. These findings confirm the robot’s potential as a rehabilitation tool capable of automating PROM exercises while correcting compensatory movements. The system provides a foundation for advanced, personalized rehabilitation for patients with frozen shoulders.

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