REHABİLİTASYON MÜHENDİSLİĞİ VE

YARDIMCI TEKNOLOJİLER

Yrd. Dr. Erhan AKDOĞAN, Yıldız Teknik Üniversitesi

Yrd. Dr. Erkan KAPLANOĞLU, Marmara Üniversitesi

Doç. Dr. Bülent YILMAZ, Abdullah Gül Üniversitesi

1. Rehabilitasyon mühendisliği nedir?

Rehabilitasyon mühendisliği terimi engellilerin ihtiyaçlarını karşılamak

üzere ya da onların hayatlarını kolaylaştırmak için teknolojinin ve çeşitli

alanlardan mühendislik yaklaşımlarının sistematik bir şekilde uygulanması

anlamına gelmektedir. Bu kapsamda engellilerin daha rahat hareket

edebilmesi, başkalarına bağımlı olmadan yaşayabilmesi, çevresiyle daha

rahat iletişim kurabilmesi, işitme veya görme sıkıntısı varsa bunların

azaltılması hedeflenmektedir. Bu alanda çalışan insanlar yukarıda bahsi

geçen amaçlarla cihaz, sistem veya yazılım tasarlarlar ve geliştirirler, bunların

hastalara uygulanmasında ve testlerinde görev alırlar. Rehabilitasyon

mühendislerinin geliştirdiği sistem ve cihazlara da yardımcı teknolojiler adı

verilmektedir. Bu cihaz ve sistemler basit koltuk değneğinden ileri teknoloji

sinir protezlerine kadar çok geniş bir spektrumda yer almaktadır. Bu meyanda

iki terimden de bahsetmemizde fayda var: “Ortez ve protez”. Ortez, eklemleri

rahatlatarak iyileşme sürecine yardımcı olmak üzere geliştirilmiş

yaklaşımlardır. Ortezler, vücudumuzun belirli bir bölümünün yükünü azaltarak

iyileşme sürecini destekleyebilir. Örneğin, kol kemiği kırılan birinin bu kolu

askıya alması ortez kullanması anlamına gelmektedir. Protezler ise eksik olan

uzvun yerine kullanılarak engellilerin hayatını kolaylaştırmaya çalışılan

cihazlardır. Örneğin, dirseğinin altını bir kaza veya hastalık dolayısıyla

kaybeden kişiye el ve/veya bilek hareketlerinin bir kısmının geri

kazandırılmaya çalışıldığı durumlarda kol protezleri kullanılmaktadır. Bu

alanda kullanılan diğer bir terim de “amputasyon” terimidir. Amputasyon,

özellikle kol ve bacakların tamamen ya da kısmen cerrahi yöntemlerle kesilip

alınmasına verilen isimdir. Biraz önceki örnekteki kişi dirsek altı ampute olarak

isimlendirilir. Hatta ampute basketbol takımı veya futbol takımı tabirlerini de

medyadan duymuşsunuzdur.

1.1 Hedef kitle

Başbakanlık Özürlüler İdaresi Başkanlığı tarafından Devlet İstatistik

Enstitüsü’ne yaptırılan “Türkiye Özürlüler Araştırması” ile ülkemizdeki engelli

oranı %12.29’dur [1]. Bu yıl itibariyle yaklaşık 9.5 milyon insan engelli olarak

yaşamını sürdürmektedir. Bu araştırmaya göre engellilerin %1,25’i ortopedik

engellidir. İş kazaları, terör, doğuştan hastalıklar, trafik kazaları ortopedik

engel oluşturmada en önemli sebeplerdir. Engellilerin yaklaşık toplam %1’i de

işitme ve görme engellidir. Engellilerin yaklaşık %10’u süreğen hastalıkları

olan bireylerdir. Süreğen hastalıklar kişinin çalışma kapasitesi ve

fonksiyonlarının engellenmesine neden olan, sürekli bakım ve tedavi

gerektiren hastalıklardır. Bu oranlar dünya ve AB ortalamalarının üzerinde

olmakla beraber rehabilitasyon mühendisliğinin faaliyetlerinin aslında

toplumun ne kadar da geniş bir kitlesini ilgilendirdiğini göstermesi bakımından

çarpıcıdır.

1.2 Kısa geçmiş

Rehabilitasyon mühendisliği ve yardımcı teknolojiler sahasındaki ilk

ürünler arasında kol ve bacak protezleri sayılabilir. Bunların ilk örnekleri

milattan önce (M.Ö.) 1500 yıllarına kadar gitmektedir. Mısırlılardan kalan

tahtadan yapılma bir ayak başparmağı tarihte bulunan ilk protez olarak

sayılmaktadır (Şekil 17.1). Zaman içinde geliştirilen ve sıklıkla kullanılan tahta

bacak protezleri (M.Ö. 300 yıllarından olduğu tahmin edilen böyle bir protez

örneği İtalya’da gün yüzüne çıkarılmıştır), çengel el ve kol protezleri bu alanın

ilk örnekleri olarak sayılmaktadır [2].

Şekil 17.1: Arkeolojik çalışmalar esnasında Mısır’da bulunan bir ayak başparmağı

protezi.

1400-1800 yılları arasında kullanılan protezler demirden, çelikten,

bakırdan ve tahtadan yapılmaktaydı ve bu yıllar arasında protezlerde ciddi bir

gelişme yaşanmıştır. Şekil 17.2’de 1508’de bir Alman paralı askerin kullandığı

teknolojik bir el protezi (solda) ve bir şövalyenin kullandığı dirsek altı protezi

(sağda) görülmektedir. 1500’lü yıllarda Asya’da iki kolu olmayan bir bireyin

protezleri aracılığıyla şapkasını çıkarmayı, cüzdanını açmayı ve imza atmayı

başarabildiği anlatılmıştır. Hatta Barbaros Hayrettin Paşa’nın da gümüş bir kol

protezi taktığı söylenmektedir. Bu yıllarda Avrupa’da ciddi gelişmeler

yaşanmış ve hem alt hem de üst uzuvlar için protez yaklaşımları

geliştirilmiştir. Takip eden yıllarda özellikle Amerikan İç Savaşı esnasında

önemli teknolojik ilerlemeler sağlanmıştır.

Şekil 17.2: Solda 1508’de bir Alman paralı askerin kullandığı teknolojik bir el protezi.

Sağda yine Ortaçağ Avrupa’sından bir şövalyenin kullandığı dirsek altı protezi

görülmektedir [2].

Ancak rehabilitasyon mühendisliği ile ilgili faaliyetler özellikle İkinci

Dünya ve Kore savaşları sonrası Amerika Birleşik Devletleri’nde savaştan

dönen askerlerin savaş esnasında edindikleri sakatlıklar dolayısıyla hız

kazanmıştır. Bu kapsamdaki ilk faaliyetler tekerlekli sandalyelerin, protez ve

ortezlerin çok daha hafif, kullanışlı veya kullanıcının daha severek tercih

edeceği ürünler ortaya koymuştur. Ardından 1960’larda Avrupa’da hamile

kadınların sabah bulantıları için kullandıkları “talidomid” isimli bir kimyasal

(ilaç) dolayısıyla ortaya çıkan doğuştan engelli çocuklar için geliştirilen

yardımcı teknolojiler ve rehabilitasyon mühendisliği faaliyetleri anlamında ciddi

bir ilerleme sağlamıştır. Bunları takiben tıp ve mühendislik alanlarından bilim

insanı ve mühendislerin işbirliğiyle her yaştan ve cinsiyetten insanın

kullanabileceği teknolojik uzuvlar, kolu olmayan bireylerin kullanabileceği

otomobiller, işitme ve görme engelli ya da yatalak/felçli bireyler için yardımcı

cihaz ve yazılımlar geliştirilmiştir.

1.3 Günümüzde kullanılan rehabilitasyon teknolojileri

Günümüzde kullanılan bazı yardımcı cihazlar ve rehabilitasyon

mühendisliği ürünleri kategorilerini ve aşağıdaki listede görebilirsiniz [3]:

Protezler ve Ortezler

o Yapay el, bilek ve kollar

o Yapay ayak ve bacaklar

o El, kol ve boyun destek ortezleri

o Elektriksel uyarı vererek bir uzvun hareketine yardım eden

ortezler

Ciddi görme engeli olan bireylerde kullanılan yardımcı teknolojiler

o Okuma ve yazmayı kolaylaştıran cihazlar (ekranda yazanı

büyüten yazılımlar, ekranda yazan metni okuyan yazılımlar,

konuşan hesap makinaları, büyüteçler vb.)

Bağımsız hareketi kolaylaştıran cihazlar (lazer veya ultrason

kullanan değnekler, ultrasonla çalışan el fenerleri, robot rehber

köpekler)

Ciddi işitme engeli olan bireylerde kullanılan yardımcı teknolojiler

o Dijital işitme cihazları

o Telefonda kullanılan işitme cihazları

o Dudak okuma cihazları

o Konuşmayı yazıya dönüştüren sistemler

Haberleşmeyi kolaylaştıran teknolojiler

o Özel arayüzler ve klavyeler

o Özelleştirilmiş algılayıcılar ve düğmeler

o Bilgisayarlı haberleşme cihazları (yatalak hastaların e-posta

yazıp atmalarına, internette gezinmelerine, TV izlemelerine

imkan verecek yazılımlar ve sistemler)

Hareketliliği ve çevredeki bazı objeler üzerinde bazı işlemler

yapmayı kolaylaştıran teknolojiler

o Yakalayıcılar, beslenmeye yardımcı aparatlar, sayfa

çeviriciler

o Çevredeki lamba anahtarı, perde, klima gibi cihazların

kontrolünü sağlayan sistemler

o Robot yardımcılar (dış iskelet robotları ve yürüme robotları

gibi)

o Elle ya da elektrikle kontrol edilen tekerlekli sandalyeler

o Araç kullanmayı kolaylaştıran aparatlar

o Engellilerin kullanabileceği motoru, elektrikli araçlar

Engellilerin eğlenmesine yardımcı teknolojiler

o Bacak gücü yerine kol gücüne dayanan bisikletler

o Spor yapmaya müsait tekerlekli sandalyeler

o Oturarak kayak yapılabilecek değiştirilmiş tekli kayak

takımları

o Koşuda kullanılabilecek özel protezler

Elbette yardımcı teknolojiler bu örneklerle sınırlı değildir. Bunlarla

sizlerin ufkunu geliştirmeyi hedefledik. Engelli bireylerin hayatlarının çeşitli

alanlarını kolaylaştırmayı hedefleyen yüzlerce ürün halen piyasada

satılmaktadır. Yenilerinin tasarımı ve geliştirilmesi noktasında da yapılabilecek

çok şey bulunmaktadır. İlerleyen bölümlerde yukarıda bahsi geçen bazı

teknolojilerin ayrıntıları anlatılacaktır.

2. Rehabilitasyon mühendisliğinde robotik

2.1 Giriş

Rehabilitasyon hastalık ve yaralanma nedeniyle fiziksel, duyuşsal ve

zihinsel yeteneklerini kaybetmiş hastalara bu yeteneklerin geri

kazandırılmasını ve medikal olarak tedavi edilemeyen eksikliklerinin yerini

doldurmayı amaçlar (http://www.ehendrick.org/healthy, Haziran 2010).

Omurilik (spinal cord) yaralanmaları, kısmî veya tam felç, kaslarla ilgili

ameliyat ve diz artroplastisi gibi cerrahi operasyonlardan sonra hastalar

hareket yeteneklerini (mobilizasyon) iyileştirmek için rehabilitasyona ihtiyaç

duyulur (Bradly et al., 2000; Inal, 2000; Metrailler et al., 2007; Okada et al.,

2000; Reinkensmeyer, 2003 and http://www.manchesterneurophysio.co.uk,

Kasım 2010).

Yukarıda da belirtildiği gibi rehabilitasyona ihtiyaç duyanların sayısı her

geçen gün artmaktadır. Buna paralel olarak rehabilitasyon alanında kullanılan

ekipmanlar ve teknikler de gelişmektedir.

Öte yandan mekatronik, makine, elektrik-elektronik ve bilgisayar

bilimlerinin birleşiminden oluşan disiplinler arası bir daldır. Mekatroniğin

önemli uygulama alanlarından biri de rehabilitasyondur. Özellikle

rehabilitasyon işleminde fiziksel egzersizler, hareket desteği, hasta

hareketliliği (mobilizasyon) ve günlük yaşantı aktiviteleri ile ilgili konularda

önemli ölçüde yararlar sağlamaktadır.

Biyomekatronik, mekatroniğin bir alt çalışma konusudur.

Biyomekatronik, insan vücut fonksiyonlarının düzgün şekilde işlemesine

yardımcı olan veya bu fonksiyonların tamamen yerini alan mekatronik

sistemlerin geliştirilmesini amaçlar. Bir biyomekatronik sistem beş üniteden

meydana gelir:

Mekanizma

Tahrik elemanı (aktüatör = eyleyici)

Denetleyici (kontrolör)

Mekanik algılayıcılar (sensörler)

Biyolojik algılayıcılar (sensörler)

Mekanizma, sistemin mekanik yapısıdır. Makine mühendisliğinin

konusu olup uygun şekilde tasarlanması (dizayn edilmesi) ve uygun

malzemeden imal edilmesi gerekir.

Tahrik elemanları, mekanizmalara hareket veren elemanlardır.

Motorlar, hidrolik ve pnömatik sistemler bunlara örnek olarak verilebilir.

Mesela, tahrik elemanı bir robot mekanizmasında yapay kas görevini yapar ve

insan vücudunun doğal fonksiyonlarının yerini almak ya da bu fonksiyonlara

yardımcı olmak için kuvvet veya hareket üretirler

(http://www.ece.ncsu.edu/research/bee/biomd, ND).

Denetleyici, biyomekatronik sistemin denetlenmesinden (kontrol)

sorumludur. Tüm üniteler arasındaki haberleşmeyi sağlar. Günümüzde

denetleyici olarak mikroişlemciler, mikrodenetleyiciler, gömülü sistemler v.b.

cihazlar kullanılmaktadır. Sistem yazılımı denetleyici bünyesinde koşturulur.

Mekanik algılayıcılar, sistemdeki mekanik parametreleri ölçer. Bu

parametrelere örnek olarak konum, kuvvet, hız, basınç veya tork verilebilir.

Biyolojik algılayıcılar, insan vücudundan alınan geri besleme bilgilerini

elektriksel işaretlere dönüştürür. Bu geri besleme bilgisi kan basıncı, insülin

seviyesi, kas veya beyin aktivasyon sinyali gibi sinyaller olabilir.

Rehabilitasyon robotları biyomekatroniğin önemli uygulama

alanlarından biridir. Özellikle son on beş yılda, rehabilitasyon robot

çalışmalarının sayısı, tahrik elemanları, sensörler, bilgisayar ve sinyal işleme

teknolojilerindeki gelişmelere paralel olarak artmıştır. Rehabilitasyonda

robotların kullanımının bazı önemli nedenleri aşağıdaki verilmiştir:

Robotlar, rehabilitasyondaki periyodik hareketleri kolaylıkla, aynı

şartlarda, istenildiği kadar gerçekleştirebilir;

Robotlar, ön tanımlı kuvvetleri oluşturabilir ve bu kuvvetlerin

kontrolünü kararlılığı sürekli kılarak gerçekleştirebilir; (kuvvet kontrol, robot

mühendisliğinin önemli konuları arasında yer alır)

Robotlar aynı terapi koşullarını bir rehabilitasyon uzmanına göre

daha kesin ve doğru yerine getirebilir

Robotlar bir insana göre sensörleri sayesinde daha nesnel

(objektif) ölçüm yapabilir.

Robotlar sayesinde, bir uzman gözetiminde birden fazla hasta

tedavi imkânı bulabilir.

Gelişen internet alt yapıları kullanılarak, uzaktan

programlanabilen robotlar sayesinde hastalar evlerinde tedavi imkanı

bulabilirler.

Rehabilitasyon robotları dört ana grupta incelenebilir:

1. Destekleyici (Yardımcı) Rehabilitasyon Robotiği: Engelli insanlara

günlük yaşamsal aktivitelerinde bedensel ve zihinsel destek olurlar.

2. Ortez ve protezler: Tedavi sürecinde eklem rahatlatırlar veya uzuvların

yerine geçerler.

3. Terapatik egzersiz robotları: Hastalara terapatik egzersizleri yaptırırlar.

4. Kognitif (zihinsel) robotik: Yaşlı ve çocuklara zihinsel ve moral destek

verirler.

Bu bölümde rehabilitasyon robotları tanıtılacaktır. Öncelikli olarak,

konunun iyi anlaşılması için mekatronik bilimi ve mekatronik bir sistem olarak

rehabilitasyon robotlarının üniteleri tanıtılacaktır. Daha sonra gerçekleştirilen

rehabilitasyon robot çalışma örnekleri üzerinden yukarıda yapılan sınıflamaya

göre rehabilitasyon robotiği açıklanacaktır.

2.2 Mekatronik Nedir?

Mekatronik kelimesi ilk olarak Yasakawa Electric Company tarafından

aşağıdaki şekilde tanımlanmıştır. (Kyura & Oho, 1996; Mori, 1969)

“The word, mechatronics, is composed of “mecha” from mechanism

and the “tronics” from electronics. In other words, technologies and developed

products will be incorporating electronics more and more into mechanisms,

intimately and organically, and making it impossible to tell where one ends

and the other begins.”

Şekil 17.3: Mekatronik Çarkı

Şekil 17.3’den görüldüğü gibi mekatronik çevresindeki kümelerin

kesişiminde bulunmakta ve makine mühendisliği, elektrik - elektronik

mühendisliği, kontrol mühendisliği ve bilgisayar mühendisliği ile ilgili disiplinler

arası bir daldır. Robotik, hareket kontrol ve konvansiyonel mekatronik, zeki

mekatronik, insan destekli mekatronik, yapay zekâ tabanlı mekatronik, mikro

ve nano mekatronik ve biyomekatronik, mekatronik biliminin alt alanları

arasında sayılabilir (Akdoğan, 2004).

Medikal alanda, mekatronik sistemler, cerrahi, rehabilitasyon ve protez

amaçlı kullanılmaktadır. Biyomekatronik, biyoloji, mekanik, elektronik ve

bilgisayarın iç içe olduğu biyolojik sistemlere benzeyen karmaşık sistemlerin

tasarımını ve üretimini amaçlayan bir alt dal olarak da ifade edilebilir.

Şekil 17.4.a:Da Vinci Ameliyat Robotu

(http://www.roswellpark.org/robotics/about/da-

vinci-surgical-system, Aralık 2011)

Figure 17.4.b: Biyonik El

(http://www.BeBionic.com, Aralık

2011)

Bir mekatronik sistemin mekanizma, tahrik elemanı, denetleyici ve

algılayıcılardan meydana geldiğini daha önce belirtmiştik. Tahrik elemanı,

denetleyici ve algılayıcılara ilişkin detaylı açıklamalar takip eden bölümlerde

verilmiştir.

2.3 Tahrik elemanları (eyleyiciler=aktüatörler)

Mekatronik sistemlerde mekanizmalara hareket verilmesi tahrik

elemanları ile gerçekleştirilir. Günümüzde tahrik elemanı olarak özellikle

elektrik motorları ve hidrolik-pnömatik sistemlerin sıkça kullanıldığını

görmekteyiz. Bu tahrik elemanlarının özellikleri ve çalışma prensipleri aşağıda

verilmiştir.

2.3.1 Elektrik Motorları Elektrik motorları elektrik enerjisini mekanik enerjiye çevirirler. Elektrik

motorları genel olarak DC motorlar ve AC motorlar olmak üzere iki ana gruba

ayrılırlar. Endüstrideki ihtiyaç doğrultusunda bu iki ana motor çeşidinin yanı

sıra step (adım) motorlar, doğrusal motorlar ve servo motorlar olmak üzere

yeni motor çeşitleri ortaya çıkmıştır. Rehabilitasyon amaçlı sistemlerde

çoğunlukla bu beş çeşit motor çeşidi kullanılmaktadır.

DC Motorlar

DC motor, doğru akımlı elektrik enerjisini dönel mekanik enerjiye

dönüştüren elektrik motoru çeşididir. DC motorlarda dönel hareket düzgün,

kesin ve güçlüdür. Bir DC motorun yapısı aşağıdaki Şekil 17.5’te verilmiştir.

Şekil 17.5: DC motorun ana parçaları (Petruzella, 2010)

Şekilden görüldüğü gibi DC motorlar stator, rotor, komütatör, fırça,

gövde ve şaft gibi elektronik ve mekanik parçalar içerir. DC motorlar fırça

durumuna göre fırçalı ve fırçasız olmak üzere ikiye ayrılır. Fırçalı DC motor

komütasyon işlemini yapısında bulunan fırça ve kollektör yardımıyla

gerçekleştirir. Fırçalı DC motorlar da motor içindeki manyetik alanın üretim

şekline göre sabit mıknatıslı DC motorlar ve elektro mıknatıslı DC motorlar

olmak üzere ikiye ayrılırlar. Fırçasız DC motorlar ise fırça ve kollektör

mekanizması yerine elektronik devreleri kullanırlar. Ayrıca DC motorlar tahrik

metotlarının farklılığına göre şönt DC motor, seri DC motor ve kompound DC

motor olmak üzere üçe ayrılır.

DC motorlar, rehabilitasyon sistemlerinde sık kullanılır. Örneğin

Bernard ve diğerleri yapmış oldukları çalışmada LOKOMAT isimli dört dönel

ekleme sahip rehabilitasyon robotu üzerinde çalışmışlar ve bu dönel hareketi

sağlamak için dört adet DC motor kullanmışlardır. Kalça ve dizdeki germe ve

genişleme hareketlerini bu dönel eklemler ile yaratmışlardır (Bernard et al.,

2005). Lum ve diğerleri ise yapmış oldukları çalışmada PUMA 560 robotunu

kullanan, MIME adı verilen, üst uzuvlara yönelik bir rehabilitasyon robotu

geliştirdiler. MIME'de uç işlevcinin (end-effector) pozisyonlanması ve

oryantasyonu için DC motorlar ve redüktörler (dişli kutusu) kullanmışlardır

(Lum et al., 1995, 1997). Ayrıca DC motorlar elektrikli tekerlekli sandalyelerde

de sıklıkla kullanılırlar.

AC Motorlar

AC motorlar alternatif akımlı elektrik enerjisini, mekanik enerjiye çeviren

motorlardır. Asenkron ve senkron olmak üzere iki ana çeşidi bulunmaktadır.

Asenkron (indüksiyon) AC motor stator, rotor, gövde, yataklar ve pervaneden

oluşur. Dönme hızları üzerindeki yüke bağlı olarak küçük değişimler gösterir

ve bu dönme hızı ayarlanabilir. Asenkron motorlar faz sayılarına göre tek-fazlı

asenkron motorlar ve üç fazlı asenkron motorlar olmak üzere ikiye, yapılarına

göre de sincap kafesli asenkron motor ve bilezikli asenkron motor olmak

üzere ikiye ayrılırlar.

Senkron motorlar uygulanan AC sinyalin frekansına ve motorun kutup

sayısına göre sabit hızda dönen alternatif akım elektrik makineleridir. Bu tip

motorlar yüksek güç gerektiren uygulamalarda kullanılırlar. Senkron motorlar

rotorlarının yapısına göre çıkık kutuplu senkron motorlar ve yuvarlak kutuplu

senkron motorlar olmak üzere ikiye ayrılırlar.

Servo Motorlar

Servo motorlar, tork ve pozisyon kontrolünün beraber gerektiği elektro-

mekanik uygulamalarda yüksek verim sağlayan motorlardır. Şekil 17.6’te bir

servo motor görülmektedir. Buradaki örnekte görüldüğü üzere motor

üzerindeki iki konektör güç beslemesi ve konum geri beslemesi için

kullanılmaktadır. Bazı servo motor modelleri harici olarak adapte edilen hız

geri beslemesi sağlamak üzere takometre veya konum geri beslemesi

sağlamak üzere enkoder içerebilir.

Şekil 17.6: Servo Motor (Petruzella, 2010)

Servo motorlar hem alternatif akımla hem de doğru akımla sürülebilen

motorlardır. DC Servo motorlarda güçlü bir manyetik alan meydana gelir ve

böylece yüksek tork ve hassasiyet elde edilir. Servo motorlar genellikle

yüksek güç ve yüksek doğruluk gerektiren robotik uygulamalarda kullanılırlar.

Servo motorlar bir çok elektromekanik rehabilitasyon sisteminde kullanılırlar.

Step Motorlar (Adım motorlar)

Step motorlar (Şekil 17.7) elektronik darbe girişlerini oransal mekanik

harekete çeviren motorlardır.

Şekil 17.7: Step Motor (Petruzella, 2010)

Motor şaftının dönüş miktarı motora gelen sinyalin darbe sayısı ile

motorun hızı ise gelen bu sinyalin frekansıyla doğru orantılıdır. Step motorlar

yük pozisyonlama sistemlerinde verimli bir şekilde kullanılırlar. Step motorlar

değişken relüktanslı step motor, sabit mıknatıslı step motor ve hibrid step

motor olmak üzere üç ayrılır.

Lineer (Doğrusal) Motorlar

Lineer motorlar elektrik enerjisini doğrusal mekanik harekete çevirirler.

Lineer motorlar, uzunlukları boyunca doğrusal bir kuvvet üretirler. Endüstride

yüksek hassasiyetli uygulamalarda kullanılırlar (Şekil 17.8).

Şekil 17.8: Lineer Motor (thomasnet.com, Aralık 2011)

Lineer motorların bir çok tasarımı olmasına rağmen genel olarak düşük

ivmeli lineer motorlar ve yüksek ivmeli lineer motorlar olmak üzere iki tipi

vardır. Lineer motorların avantajları olarak dönel hareketten doğrusal harekete

geçişi sağlayan mekanik parçaların sınırlamalarının ve fiyatlarının elemine

edilmesi, mekanik aktarıma göre daha hızlı cevap vermesi gösterilebilir.

Dezavantajları ise performansının sıcaklık değişiminden doğrudan etkilenmesi

ve sistemin kontrol ünitesine bağlanırken bir arayüze ihtiyaç duymalarıdır.

Stewart platformu lineer motorları kullanan bir paralel robot çeşidi olup, son

zamanlarda bazı rehabilitasyon uygulamaları için araştırmacılar tarafından

kullanılmaktadır (Şekil 17.9).

Şekil 17.9: Yürüme şekli rehabilitasyonu için ikili Stewart platformu (Boian ve diğerleri,

2003)

2.3.2 Hidrolik ve Pnömatik Tahrik Elemanları:

Hidrolik sistemler (Şekil 17.8) borulardaki ve pistonlardaki basınçlı sıvı

ise yüksek ağırlıklı yüklerin hareket ettirilmesi amacıyla kullanılmaktadır.

Hidrolik sistemlerdeki pistonlar mekanik ya da elektro-mekanik valfler ile

kontrol edilmektedir.

Şekil 17.10: Hidrolik sistemin ana elemanları

Şekil 17.10’de bir hidrolik sistem ve bu hidrolik sistemi oluşturan

parçalar görülmektedir. En yaygın kullanılan hidrolik eyleyiciler, hidrolik

pistonlar ve hidrolik motorlardır. Basınçlı sıvı borular ve valflerden geçerek

hidrolik pistonu ya da hidrolik motor tahrik eder. Böylece doğrusal ya da dönel

hareket meydana getirilir. Hidrolik eyleyicilerin geniş taşıma kapasiteleri, servo

kontrol ile kullanılabilmeleri, hızlı tepki verebilme yetenekleri, kendi kendini

soğutabilmeleri ve düşük hızlarda düzgün (pürüzsüz) hareket yapabilmeleri

gibi avantajları bulunmaktadır. Hidrolik eyleyicilerin dezavantajları ise pahalı

olmaları, yüksek hızlarda çalışmaya uygun olmamaları ve hacim olarak geniş

yer kaplamalarıdır.

Pnömatik sistemler, mekanik ya da elektro-mekanik valfler ile kontrol

edilen borular ve pistonların içindeki yüksek basınçlı hava ile hareketi

sağlarlar. Pnömatik sistemlerin çalışma prensipleri hidrolik sistemler ile

aynıdır. Pnömatik sistemlerde basınçlı sıvı yerine basınçlı gaz kullanılır.

Pnömatik eyleyicilerin avantajları arasında ucuz, hızlı, temiz ve güvenli

olmaları gösterilebilir. Pnömatik sistemlerin dezavantajları olarak gazın

sıkışabilir olması nedeniyle hassasiyetin azalması, gaz çıkışı ve gaz kaçakları

nedeniyle gürültü kirliliği yaratması, ekstra kurulama ve filtrelemenin

gerekmesi, hız kontrolünün zor olması sayılabilir. Bu dezavantajları ve

kontrolünün zor olması nedeniyle rehabilitasyon robotlarında kullanımları

sınırlıdır. Genellikle hidrolik ve pnömatik sistemler protezlerde kullanılırlar.

2.4 Denetleyiciler (Kontrolörler):

Denetleyiciler, mekatronik sistemlerin ana kontrol merkezleri diğer bir

deyişle beyinleridir. Tüm sistemin kontrolü ve diğer elemanlar arasındaki

haberleşme bu birimden sağlanır. Sistem yazılımı denetleyici üzerinde

koşturulur. Günümüzde sistem denetimi amaçlı öncelikli olarak tam donanımlı

masa üstü veya diz üstü bilgisayarlar kullanılmaktadır. Gelişen teknolojiye

paralel olarak bilgisayarlar daha kompakt yapılara kavuşturulmuştur. Harici

olarak bağlanan dokunmatik ekranları daha kullanışlı hale getirilmişlerdir.

Çevresel şartlara dayanıklı güçlü endüstriyel bilgisayarlar ve PLC adı verilen

programlanabilir lojik kontrolörler de uygulamalarda sıkça kullanılmaktadır.

Diğer yandan mikroişlemci veya mikrodenetleyici tabanlı sistemlerde

mekatronik sistemlerde özellikle maliyetleri nedeni bu sistemlerde yer

bulmaktadır. Günümüzde gene düşük maliyetleri nedeni ile güçlü gömülü

sistemler de kullanılmaya başlanmıştır

2.5 Algılayıcılar (sensörler = duyargalar)

Algılayıcıları iki sınıfta inceleyebiliriz. Bunlar mekanik sensörler ve

biyolojik sensörlerdir.

2.5.1. Mekanik sensörler

Kuvvet Sensörü: Kuvvet sensörü mekanik kuvveti, elektriksel çıkış

sinyaline çeviren bir dönüştürücüdür. Kuvvet sensörü, üç eksende kuvvet ve

tork ölçebilirler. Şekil 17.11’da bir kuvvet sensörü verilmiştir. Tek eksende

ölçüm yapan cihazlar ise yük hücresi (load cell) olarak adlandırılır. Kuvvet

sensörleri, rehabilitasyon uygulamalarında genellikle uygulanan kuvveti veya

reaksiyon kuvvetini ölçmek için kullanılır.

Şekil 17.11: Çok eksenli kuvvet sensörü (www.jr3.com)

Pozisyon (konum) Sensorü: Pozisyon sensörü, pozisyon ölçümüne

izin veren bir ölçüm cihazıdır. Pozisyon sensörü lineer ya da açısal olabilir.

Pozisyon sensörleri potansiyometre, dönel enkoder ya da mesafe sensörü

olarak bilinir. Genellikle pozisyon sensörleri, mekanik sistemlerde pozisyon

geri beslemesi için kullanılırken rehabilitasyonda hastanın hareket eklem

açıklığını tespit etmek için kullanılır. Şekil 17.12’da bir dönel enkoder

görülmektedir.

Şekil 17.12: Bir pozisyon sensörü (www.meas-spec.com)

Gonyometre (Açıölçer): Gonyometreler rehabilitasyonda eklem açısı

ölçmek için kullanılırlar. Günümüzde mekanik gonyometrelerin yerini Şekil

17.13’de görüldüğü gibi elektronik gonyometreler almaktadır.

Şekil 17.13: Elektronik gonyometre (www.biopac.com)

El Dinamometreleri: El dinamometreleri elin izometrik güç kavrama

kuvvetini ölçmek için kullanılan aletlerdir.

Şekil 17.14: Dinamometre (www.vereburn.com)

Göz İzleyici (eye tracker): Göz izleyici, göz pozisyonlarını ve göz

hareketlerini ölçen araçtır (Şekil 17.15). Göz izleyiciler özellikle engelli

insanlar tarafından tekerlekli sandalyeleri kontrol etmek için kullanılırlar.

Şekil 17.15: Göz izleyici (eyewriter.org)

2.5.2. Biyolojik sensörler

EMG (elektromiyogram) sensörleri: EMG, kasılan kasın elektriksel

cevabıdır. Genliklerinin çok küçük olmasından dolayı EMG sinyallerinin

algılanması kolay değildir. EMG sinyallerinin algılanması için EMG elektrotları

kasların üzerine yerleştirilir. Bu elektrotlar bir EMG yükseltecine (amplifikatör)

bağlanır. Amplifikatör bu sinyalleri 10, 100, 1000 kat gibi oranlarda

yükseltebilir. Böylelikle mikrovoltlar mertebesindeki sinyaller işlenebilecek

seviyelere yükseltilir. Günümüzde özellikle bilimsel çalışmalarda yazılım yolu

ile bu sinyaller tekrar yükseltilir, rektifiye (düzeltme) edilir ve filtreden

geçirilerek işlenir. Rehabilitasyonda EMG sinyalleri genel olarak hastanın kas

performansını değerlendirmek veya robot ya da protez gibi mekanik sistemleri

kontrol etmek için kullanılırlar. EMG elektrotları yüzey tip veya iğne tip olmak

üzere iki çeşittir. Yüzey EMG elektrotlar direk hasta derisi üzerine

yerleştirilirken, iğne elektrotlar invazif olarak deri altına itilerek direk olarak

kastan sinyal alırlar. İğne ve yüzey elektrotlar Şekil 17.16’da verilmiştir.

Şekil 17.16: (a)Yüzey elektrot (www.delsys.com) (b) İğne elektrot

EEG (elektroensefalogram) sensörleri: Elektroensefalogram (EEG)

beyinin elektriksel aktivitesidir. EEG kayıtları, kafanın farklı bölgelerine

yerleştirilen yüksek iletkenliğe sahip elektrotlar yerleştirilerek elde edilir.

Elektriksel potansiyellerin ölçümleri, aktif elektrot çiftinin arasında (bipolar

kayıtlar) ya da EMG’de referans olarak adlandırılan pasif varsayılan elektroda

bağlı olarak kaydedilirler (Quiroga, 1998). EEG’nin değerlendirilmesi EMG’den

daha zordur. Hâlihazırda EEG hakkında birçok araştırma çalışmaları

yapılmaktadır. Şekil 17.17’de bir EEG sensörleri monte edilmiş bir başlık

görülmektedir.

Şekil 17.17: EEG Başlığı

3. Rehabilitasyon Robotları:

Rehabilitasyon robotları aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir.

Destekleyici (Yardımcı) Rehabilitasyon Robotiği:

o Manipülasyon Yardımı

o Hareket Etme (Mobilite) Yardımı

o Dış iskelet robotları

Ortez ve protezler

Terapatik egzersiz robotları

o Üst uzuv

o Alt uzuv

Yürüme egzersiz (lokomasyon) robotları

Kognitif (zihinsel) robotik

Bu bölümde yapılan sınıflandırmaya uygun olarak rehabilitasyon robot tipleri

örnek uygulamalar üzerinden açıklanacaktır.

3.1. Destekleyici (Yardımcı) Rehabilitasyon Robotiği: Hastaların tutma, kaldırma, hareket etme, bağımsız hareketlilik

(mobilite) gibi günlük görevlerini destekleyen robotik sistemler destekleyici

robotik olarak adlandırılır. Destekleyici robotik sistemler, başkalarının

yardımına ihtiyaç duymadan engelli bireylerin hayatlarını devam ettirmeleri

için geliştirilir. Bu tür teknolojilerin üretimi sırasında bazı problemler

bulunmaktadır.

Yüksek maliyet,

Kişiye özel tasarım gereksinimleri,

Robotik sistemler engel seviyesine bağlı olarak birçok sensöre

ihtiyaç duyabilirler. Bu durum, yüksek performanslı bilgisayarların,

kompleks kontrol metotlarının ve yazılımların kullanılmasını ve

geliştirilmesini gerektirir,

Eğer hastanın bilişsel kapasitesi robotik sistemi kullanmak için

yeterli değilse, hasta bu sistemleri kullanmada zorluklar çeker. Bu

durumda, güvenlik problemleri meydana gelir.

Destekleyici robotiğin hedef kitlesi genellikle motor becerileri zarar görmüş,

kasları gelişememiş, beyin felçli ve omurilik hasarlı olan kişilerdir. Günlük

yaşam desteği ile direk ilgili olan bu alan, özellikle nüfusun artmasıyla dikkat

çekmektedir. Bu nedenle ticari pazarlarda önemli bir yer tutmaktadır.

Destekleyici robotik sistemlerde mekanizma ve kullanıcı arayüzü (interface)

tasarımı çok önemlidir. Arayüzler literatürde insan-makine arayüzü (human

machine interface-HMI), insan-bilgisayar arayüzü (human computer interface-

HCI) ve insan-robot arayüzü (human robot interface-HRI) olarak da

adlandırılırlar. Mekanizma ve kullanıcı arayüzü tasarımında karşılaşılan

zorluklar şunlardır:

Sistemin kullanıcısı bir uzman ya da mühendis değildir.

Kullanıcı bazı fiziksel engellere sahiptir. Bu yüzden robotların,

hasta ve sistem arasında iletişime olanak sağlayacak şekilde tasarlanması

gerekir.

Hastaların fiziksel özellikleri ve engel derecesi farklıdır. Bu

yüzden engelli insanların ve kişinin ihtiyaçlarını geniş ölçüde

yanıtlayabilecek tasarımların geliştirilmesine ihtiyaç duyarlar.

Bu problemleri çözmek amacıyla sistem ve kullanışlı mekanizmayla

iletişimi sağlayacak kolay kullanılabilir arayüzlere ihtiyaç duyulur (Hammel,

1995). Kullanıcı arayüzleri, ses tanıma sistemleri, iz topu, özel klavyeler, göz

izleyiciler, hareket sensörleri gibi birtakım uyarlanabilir donanım ve yazılımla

desteklenirler.

Güçlü bir kullanıcı arayüzünün sahip olması gereken özellikler aşağıda

verilmiştir:

Kişisel

Fonksiyonel

Uyarlanabilir (adapte olabilir)

Kolay kullanım ve anlaşılabilirlik

Eğlenceli

Destekleyici robotik üç grupta incelenebilir: manipülasyon yardımcıları,

hareketlilik (mobilite) yardımcıları ve sosyal yardımcılar.

3.1.1. Manipülasyon Yardımı: Manipülasyon yardımı tutma, kaldırma, yakalama gibi becerilere destek

vermeyi veya yerine getirmeyi temsil eder. Manipülasyon yardımı ile ilgili

birçok çalışma mevcuttur. Bunlardan bazıları aşağıda verilmiştir:

ProVAR (Professional Vocational Assistant Robot):

ProVAR robotik sistemi ciddi fiziksel engeli olan şahıslar için bir

destekleyici robottur. Hastanın sistemi doğrudan manipülasyon ile kontrol

edebilmesine izin verir. ProVAR sisteminin bünyesinde bir PUMA-260

manipülatör bulunur (Şekil 17.18). Sistemi kontrol etmek ve güvenliği

arttırmak amacıyla bir optik yayıcı / algılayıcı, bir kuvvet sensörü ve yakınlık

sensörleri entegre edilmiştir. Hasta sistemi Windows-NT işletim sistemine

sahip bir bilgisayar aracılığıyla kontrol eder. Bilgisayar ayrıca telefon, fax ve

internet araçları gibi ofis cihazlarıyla iletişim kurar (Van der Loss ve diğerleri,

1999).

Şekil 17.18: ProVAR

AFMASTER:

Bu robot bir çalışma istasyonu olarak geliştirilmiştir ve 2m*3m alan

içinde çalışmaktadır. AFMASTER kullanıcı komutlarıyla kendi çalışma

alanında ürünler sunar. Bu robot, ciddi engeli bulunan insanların otomatik

manipülasyon imkanlarıyla iş hayatına geri dönmelerine izin verir (Gelin ve

diğerleri, 2001).

DeVAR III – ADL:

DeVAR sistemi, bir adet PUMA-260 endüstriyel robot kolu, bir adet

bilgisayar ve bir adet tekerlekli sandalye içermektedir. Robot manipülatörün uç

işlevcisi olarak Otto Bock Greifer protez el kullanır. Bu el, parmak ucu,

silindirik ve kapalı tutuşları gerçekleştirmektedir. Robot kol, mikrodalga fırın,

buzdolabı, elektrikli tıraş makinalarının tutma aparatları, kaşık, elektrikli diş

fırçaları, diş macunları, uyarlanmış ıslak/kuru kıyafetleri ve ağız çubuğu gibi

günlük yaşam araçlarını kullanabilir. Ses komutları ile robotik çalışma

istasyonuna, bilgisayarlara, ışıklara, radyoya ve diğer gereçlere kontrol

edebilen bir denetleyiciye sahiptir. (Hammel ve diğerleri, 1987)

HANDY-1:

Handy 1 (Şekil 17.19), engelliler için yemek, içmek, yıkanmak, tıraş

olmak, diş temizliği ve makyaj yapmak gibi önemli günlük aktivitelerinde

bağımsızlık kazandırılmasını/yeniden kazandırılmasını sağlamak için

tasarlanan bir rehabilitasyon robotudur. Bu robot üç serbestlik derecesine

sahip bir robot manipülatör içermektedir. (Topping, 2002)

Şekil 17.19: Handy 1

3.1.2. Hareket Etme ( Mobilite) Yardımı Engelli insanların evlerinde ve dış çevrede bağımsız mobiliteleri çok

önemli bir olgudur. Bununla ilişkili olarak, güvenli mobil robotik destekleyici

cihazlara ihtiyaç duyulmaktadır. Bu tip robotların zeki kontrol yapısına sahip

olmaları önemli avantajlar getirir. Mobilite için ideal bir robotik cihaz aşağıdaki

özelliklere sahip olmalıdır:

Sensörler aracılığıyla otomatik navigasyon görevlerini/davranışlarını

gerçekleştirebilmeli,

İyi motor kontrolü olmayan kullanıcılara erişim sağlamalı,

Mimik tanımayı gerçekleştirmeli,

Ses komutlarını tanıyabilmeli,

Görüntü tabanlı iletişim kurabilmeli,

Merdiven, bordür gibi yerlerde kullanılabilir olmalı,

Akıllı binalarda sisteme adapte olabilme,

Diğer destekleyici cihazlar ile iletişim kurabilmeli veya kurulabilecek

donanım ve yazılım yapısı esnekliğine sahip olmalı,

Bu özellikleri elde etmek için sensörlerin, sistem yazılımının güçlü

olması ve kullanıcı arayüzü kullanıcı dostu olmalıdır.

Tekerlekli sandalyeyi kontrol etmek amacıyla farklı giriş komutları

kullanılmıştır. Geleneksel metotlar olarak kumanda kolu (joystick), pnömatik

anahtarlar gösterilebilir. Son zamanlarda bu amaçla ses tanıma ve göz

hareketleri izleme gibi özelliklere sahip sistemlerin geliştirildiği görülmektedir.

Bir tekerlekli sandalyenin güvenli şekilde hareketi çevresinden gelen

sağlıklı sensör verileri ile sağlanabilir. Bu yüzden sensörler tekerlekli

sandalyeyi kontrol etmekte anahtar rolü oynamaktadırlar. Sonar sensörler,

kızılötesi mesafe bulucu, lazer mesafe bulucu, lazer şeritler ve kameralar bu

amaçla kullanılmaktadır.

Zeki tekerlekli sandalyeler çeşitli kullanım modlarına sahiptirler

(Simpson, 2000).

a-) Engelden kaçan otonom navigasyon modu: Tekerlekli sandalye

şimdiki pozisyonundan verilen pozisyonlara doğru ilerler.

b-) Duvar takip modu: Operatör tekerlekli sandalyeyi kontrol eder.

Tekerlekli sandalye engelden kaçar ya da engelin önünde durur.

c-) Kapı geçiş modu: Tekerlekli sandalye çapraz hareket yaparak

kapıdan geçer.

d-) Yanaştırma modu: Tekerlekli sandalye bir objeye yanaşır.

e-) Ters yörünge: Tekerlekli sandalye geçtiği yörüngeyi kaydeder ve bu

kayıtları kullanarak harekete başladığı pozisyona geri döner.

f-) Hedef izleme modu: Tekerlekli sandalye bir objeyi takip eder.

g-) Çizgi takip modu: Tekerlekli sandalye ortamda işaretlenmiş çizgiyi

takip eder.

Mobilite için tasarlanan robotik cihazlarda bazı zorluklar bulunmaktadır.

İnsanın robotik cihazı kullanma isteği olmayabilir ve adaptasyonu kolay

değildir. Eğer cihazın kullanıcısı motor kontrol problemine sahip bir engelli ise

bu süreç daha zor hale gelecektir. Esnek ve kişiye yönelik tasarım

gerçekleştirmek yüksek maliyet gerektirebilir. Bazı tekerlekli sandalye

uygulamaları aşağıda verilmiştir.

PALMA: (Alternatif mobilite için destekleyici platform)

PALMA serebral felçten etkilenmiş çocukların mobilitesine yardımcı

olmak için kullanılan bir robotik cihazdır (Şekil 17.20). PALMA açık, güvenli ve

esnek bir yapıya sahiptir; farklı patolojilere ve değişen motor becerisine uyum

sağlayabilir. Kullanıcıya engellerden kaçınmak için basit stratejiler kullanarak

güvenli navigasyon sağlar. Özellikle ultrasonik sensörler engelleri tespit için

kullanılır. Tespit ünitesini kontrol etmek amacıyla bir adet PIC 16C73

mikrodenetleyicisi kullanılmıştır. Çocuklar PALMA ile çevreyle etkileşim

kurabilirler (Ceres ve diğerleri, 2005).

Şekil 17.20: PALMA (Ceres et al., 2005)

PAMM: (Personal Aid for Mobility and Monitoring)

PAMM yaşlı insanların bağımsız bir şekilde yaşamını

sürdürebilmelerine yardımcı olmak için tasarlanmıştır. Bu robot, fiziksel destek

ve rehberlik sağlayabilir. PAMM kullanıcının elinin altına yerleştirilen ve

kullanıcının amacını algılamaya yarayan bir adet kuvvet sensörüne sahiptir.

Sistem kural tabanlı denetleyici tarafından kontrol edilir. Robot, planlanan

bilgileri güncelleştirmek ve kullanıcının pozisyonu ve sağlığı ile ilgili bilgi

sağlamak amacıyla bilgisayar ile kablosuz ağ ile haberleşmektedir.

(Dubowsky ve diğerleri, 2000)

Şekil 17.21: PAMM (http://robots.mit.edu)

MAID (Mobility Aid for Elderly and Disabled People)

MAID (Şekil 17.22) zeki kontrol ve navigasyon sistemi ile donatılmış bir

akıllı tekerlekli sandalyedir. Dar ve geniş alanlarda etkili kullanıma sahiptir.

MAID çevresel objeleri hareketli olup olmadıklarına göre sınıflayabilir. Bu

yüzden kalabalık alanlarda kolayca kullanılabilirdir. (Prassler ve diğerleri.,

2001)

Şekil 17.22: MAID

Hong-Kong Advanced Robotic Lab. Akıllı Tekerlekli Sandalye

Hong-Kong Üniversitesinin İleri Robotik Laboratuvarında geliştirilen bir

zeki tekerlekli sandalyedir. Bu tekerlekli sandalye yüksek seviye kontrol için

kullanışlı bir arayüze sahiptir ve insan beynini model alan kontrolcü yapısı ile

geleneksel elektrikli tekerlekli sandalyelerin fonksiyonelliği ve kullanılabilirliğini

önemli ölçüde arttırmıştır. (Hon Nin Chow & Yangsheng, 2006)

Şekil 17.23: Akıllı Tekerlekli Sandalye

3.1.3 Dış iskelet (Exoskeletal) Robot Manipülatörü (ExRM)

Dış iskelet robot manipülatörleri insan hareketlerine yardımcı olmak ya

da bu hareketleri sağlamak için kullanılırlar. ExRM insan eklemleri ve

uzuvlarıyla uyum gösteren bir mekanizma yapısına sahiptir. Robot

eklemlerinde bulunan eyleyiciler ile insan hareketlerini destekler. ExRM

endüstriyel ve askeri amaçlar için üretilmişlerdir. Buna rağmen ExRm

hakkında fiziksel engelli insanları desteklemek için yapılan araştırma

çalışmaları son yıllardaki hız kazanmıştır. ExRM insanla doğrudan etkileşim

içindedir. Bu yüzden biyolojik sinyal işleme ile sistemin kontrolü önemli bir

husustur. Diğer yandan ExRM yapay zekâ tabanlı kontrol yapısına ihtiyaç

duymaktadır.

Bu konudaki ilk çalışmalar 1960'lı yıllarda başlamıştır. İlk ExRM

Hardiman tarafından geliştirilmiştir. Hardiman projesi, hava aracı

taşıyıcılarında, su altı konstrüksiyonlarında ve uzay görevlerinde insan

gücünü arttırmayı amaçlamaktadır (Mosher, 1967).

Günümüzde ExRM'nin rehabilitasyon alanındaki kullanımı ile ilgili araştırma

çalışmaları gerçekleştirilmektedir. Kullanışlı bir ExRM aşağıdaki özellikleri

aşağıda verilmiştir.

Kullanıcının biyomekanik özellikleriyle uyumlu

Güvenli

Hafif

Kolay giyilebilir

Verimli hareket transferi

Düşük güç tüketimi

Kolay şarj edilebilir batarya

Yüksek performanslı kontrol

Yüksek performanslı sinyal işleme

Küçük boyutlu güçlü tahrik elemanları

ExRM'ler alt ekstremite, üst ekstremite ve tüm vücut sistemler olmak

üzere üç gruba ayrılırlar. Bu sistemlerde, eyleyici olarak genellikle elektrik

motoru kullanılır. Diğer taraftan bazı çalışmalarda pnömatik ve hidrolik

sistemlerde kullanılmaktadır. Rehabilitasyon amaçlı ExRM çalışmalarından

bilinenleri aşağıda verilmiştir.

Şekil 17.24: (Moubarak ve diğerleri, 2009)

Moubarak ve diğerleri üst kol rehabilitasyonu için bir ExRM

tasarlanmıştır. Robot tekrarlı egzersiz hareketlerini fizyoterapist olmadan

gerçekleştirebilmektedir. Omuz ve dirsek hareketleri için 4 serbestlik derecesi

bulunmaktadır. Temel kontrol metodu olarak kuvvet kontrolü kullanılmıştır.

Özel olarak robot mekanizması tasarlanırken hafif mekanizmalar

kullanılmıştır. Eyleyici olarak servo motorlara sahiptir (Moubarak ve diğerleri,

2009).

Şekil 17.25: ExRM (Tsai ve diğerleri, 2010)

Tsai ve diğerleri 6 serbestlik dereceli, üst kolun pasif ve aktif

egzersizleri için bir ExRM tasarlamışlardır. Hasta hareketlerini EMG ve kuvvet

geri beslemesinin birleşimi olarak ölçüp değerlendirmişlerdir. Kollar DC

motorla tahrik edilmiştir. (Tsai ve diğerleri, 2010)

Şekil 17.26: Rosen ve diğerlerinin 7 serbestlik dereceli manipülatörü EXO-7 (Perry,

2007; Yu & Rosen, 2010)

Yu ve Rosen omuz, dirsek ve bilek hareketlerini desteklemek için 7

serbestlik dereceli antropomorfik ExRM tasarlamışlardır (Şekil 17.26).

Kullanışlı mekanik özelliklere sahiptir. Fizyoterapistler için terapatik ve tanı

aracı olarak, insan eklem destekçisi olarak, sanal gerçeklik uygulamalarında

haptik cihaz olarak kullanılabilirler. (Perry, 2007; Yu & Rosen, 2010)

Şekil 17.27: ARMin (Mihelj ve diğerleri, 2007)

ARMin, geri sürülebilir (back drivable) DC motorları ve pozisyon-kuvvet

sensörleri olan 7 serbestlik dereceli üst kol rehabilitasyonu için geliştirilmiş bir

ExRM'dir. Hastanın günlük hayat aktivitelerinin en üst seviyede yerine

getirebilmesi için motor beceri eğitiminde kullanılır. Rehabilitasyon alanında

en kullanışlı olduğu bilinen admitans ve empedans kontrol yöntemlerini

kullanır. Bütün sürücüler geri sürülebilir olduğu gibi isteğe bağlı olarak terapist

ARMin'i manuel olarak da kontrol edebilir. (Mihelj ve diğerleri, 2007)

Şekil 17.28: (Yamaura ve diğerleri, 2009)

Yamaura ve diğerleri bir el rehabilitasyon sistemi geliştirmişlerdir. Bu

sistem iki ünite içermektedir. Bunlardan birincisi eyleciler ile parmakları

hareket ettiren rehabilitasyon mekanizması, ikincisi ise mekanizmayı kontrol

eden veri eldivenidir. Mekanizma kablo sürümlüdür ve parmağın üç eklemi de

bu kablolarla kontrol edilir. (Şekil 17.26) (Yamaura ve diğerleri, 2009)

Şekil 17.29: BONES (Klein ve diğerleri, 2008)

BONES (Biomimetic Orthosis for the Neurorehabilitation of the Elbow

and Shoulder) 4 serbestlik dereceli bir ExRM'dir. Bu robot kolun içe ve dışa

dönüş hareketlerini dairesel bir dönüş elemanı kullanmadan gerçekleştirir.

Sistemde tahrik elemanı olarak pnömatik eyleyiciler kullanılmıştır. BONES

insan kolunun hareketlerini geniş açılarla taklit edebilmektedir. (Klein ve

diğerleri, 2008)

Şekil 17.30: SUEFUL-7 (http://www.me.saga-

u.ac.jp/~kiguchi/research_en.html#research01, Aralık 2011)

SUEFUL-7 (Şekil 17.30) Saga Üniversitesi tarafından geliştirilen 7

serbestlik dereceli EMG sinyal işleme tabanlı kontrol edilen bir ExRM'dir. Bu

robot omuzun dikey ve yatay fleksiyon/ekstansiyon hareketlerini, omuzun

içe/dışa dönüş hareketlerini, dirseğin fleksiyon/ekstansiyon hareketlerini,

önkolun supinasyon/pronasyon hareketlerini, el bileğinin fleksiyon/ekstansiyon

hareketlerini ve bileğin radyal/ulnar deviyasyon hareketlerini

destekleyebilmektedir. (Gopura ve diğerleri, 2009)

4. Ortez ve Protezler

Bu bölümde biyomedikal teknolojisinde önemli bir yere sahip ortez ve

protezlerden bahsedilecektir. Özellikle akıllı material ve eyleyicilerdeki

gelişmeler ışında ortez ve protezler daha akıllı ve kullanışlı hale gelmiştir.

Protez tasarımında, biyouyumluluk ve mümkün oldukça insan etkileşimi

konuları önem arz etmektedir. Bunların yanı sıra ağırlık, sessiz çalışma ve

uzun ömür gibi konular da protez tasarımında göz önünde bulundurulur.

4.1 Ortezler

Orto, “Grekçe” Düz, doğru, normal demektir. Ortez : Vücudun veya

herhangi bir segmentinin mobilizasyonunu, deformitelerini önlemek ya da

fonksiyonlarını artırmak amacı ile eksternal olarak uygulanan cihazlardır

“Breys”, “Splint” gibi isimler de kullanılmaktadır. Bu terimler daha çok

immobilizasyon sağlamak amaçlı yapılan cihazlar için kullanılan terimlerdir.

Metal, plastik ve deri başta olmak üzere günümüzde çok çeşitli

malzemelerden yapılmaktadır. Çoğu düşük derecede yumuşak bükülebilir

hale gelebilen termoplastiklerdir. Yüksek ısılı termoplastik malzemelerin

şekillendirilebilmeleri için kalıplanması gerekir. Romatizmal hastalıklarda

genellikle fabrikasyon ortezler kullanılmaktadır

Ortezler, nöromüsküler ve muskuloskeletal rahatsızlıklarda farklı

amaçlarla kullanılmaktadır. Genel olarak ortezler eklemlerdeki ligament

instabilitesinden kaynaklı yaralanma veya zedelenmelerden korunmada,

kasların normal olmayan tonus veya zayıflıklardan kaynaklı eklem kontrol

sorunlarında, fleksibl deformiteleri düzeltmekte, fonksiyonel kayıpları yerine

koymakta kullanılır, bazı ortezler kinestetik geri bildirim (feedback) sağlamak

amacıyla da kullanılır.

Ortez tasarımında eklem hareket açıklığı, ekstremite uzunluğu ve

genişlliği, ligaman stabilitesi, kas fonksiyonu, duyusal fonksiyon, deri

bütünlüğü ve kas gücü ve tonusu hakkında bilgi sahibi olmak gereklidir.

Ortezlerin, kabul edilebilir en düşük enerji tüketimi, giyip çıkarma ve kullanım

kolaylığı sağlamaları temel he- deflerdendir.

Alt ekstremitede ortez kullanımı ise yürümeye yardımcı olmak, ağrıyı

azaltmak, yükü azaltmak, hareketin kontrolü, deformitenin ilerlemesinin

kontrolü gibi amaçlarla yapılmaktadır.

Ortezin kullanılım amaçları genel olarak;

1- Ağrının azaltılması

2- Eklem üzerindeki mekanik stresin giderilmesi

3- Deformitelerin önlenmesi (Skolyoz, yanık vb.)

4- Fonksiyonun artırılması (kas zayıflığı, instabilite )

5- İmmobilizasyonun (kırık, çıkık) korunmasına yardımcı olmak.

6- Hareketin kontrolü

olarak sıralanabilir.

Ortezler fonksiyonlarına göre, statik ve dinamik olarak iki ayrı

yapıdadır. Statik ortez, uygulandığı eklemde hareketi kısıtlar, istirahat ve rijit

destek gerektiğinde kullanılır. Dinamik artezler ise kaldıraç, yay, lastik bant,

elektrik üreteci, sıkıştırılmış gaz tankı gibi dış güç kaynakları kullanılarak

eklem hareketlerini sağlayarak, ekstremitenin fonksiyonunu artırmaya

yardımcı ortezlerdir.

Ortopedi ve Travmatoloji alanında kullanılan ortezler genel olarak üç

başlık altında toplanır:

1- Üst Ekstremite Ortezleri

2- Alt Ekstremite Ortezleri

3- Spinal Ortezler

4.1.1 Üst Ekstremite Ortezleri

Üst ekstremite kol, ön kol ve elden oluşan işlevsel yapının bütünüdür.

Üst ekstremite içinde elin işlevleri aktif yaşamda çok önemlidir. Bu nedenle

elin veya üst ekstremite bileşenlerinden birinin hareketini yapamaması veya

kısıtlı yapması önemli sorunlara yol açar. Doğumsal, edinsel veya idiopatik

nedenlerle oluşan ve üst ekstremiteyi ilgilendiren bozukluklar hassas tedavi

yaklaşımlarını da beraberinde getirir. Ortotik yaklaşımlar gerek konservatif,

gerekse de cerrahi tedavi öncesi ve sonrası önemli yer tutar.

Üst ekstremitede daha çok el ve el bileği rahatsızlıkları ile karşılaşılır.

Hastanın günlük yaşam aktiviteleri olumsuz yönde etkilenir. Bu yüzden sıklıkla

ortez kullanımı gerekir. El ortezleri alt ekstremite ortezlerine göre daha

işlevsel ve daha estetik olmalıdır.

Üst ektremite ortezleri; El-bilek, dirsek ve omuz olmak üzere üç ayrı

kısımda incelenebilir. Her üç kısımda da dinamik ve statik uygulamaları

bulunmaktadır. Statik uygulamlarda, ağrıyı azaltmak, zayıf ligaman yada kasa

destek fleksiyon ve eksatansiyon hareketlerini kısıtlama hedeflenmektedir.

Dinamik ortezlerde ise çeşitli yapılarla ekstansiyon, fleksiyon hareketlerinin

yapılması sağlanır. Örneğin; Bilek kontrollü felksör menteşeli el ortezi

(Tenodezis) ile el bilek dorsifleksiyonu ile parmak fleksiyonunu sağlanır.

Şekil 17.31’de çeşitli üst ektremite ortezleri görülmektedir.

(a) (b)

(c) (d)

Şekil 17.31: Ortez Uygulamaları a- Statik Omuz b- Dinamik Dirsek c-Statik Bilek d-Dinamik Bilek

4.1.2 Alt Ekstremite Ortezleri

Alt ekstremitede ortezler, yürümeye yardımcı olmak, ağrıyı azaltmak,

yükü azaltmak, hareketin kontrolü, deformitenin ilerlemesinin kontrolü gibi

amaçlarla kullanılmaktadır. Alt ekstremite ortezleri isimlendirilirken ortezin

geçtiği her eklemin baş harfi kullanılır (Şekil 17.30).

Şekil 17.32: Alt ekstremite ortez sınıfları

FO (Foot-Orthosis/Ayak-Ortezi), AFO (Ankle-Foot-Orthosis/Ayak,Bilek ortezi),

KAFO (Knee-Ankle-Foot-Orthosis/Diz,Bilek-Ayak ortezi ), HKAFO (Hip-Knee-

Ankle-Foot-Othosis/Kalça,Diz,Bilek, Ayak ortezi) gibi isimlendirmeler

yapılmaktadır. Bu ortezlerin özelliklerini biraz daha detaylı inceleyelim.

Ayak Ortezleri (FO): Ayağı ilgilendiren sorunlarda kullanılır. Özellikle

taban ve topuk bölgelerine destek amaçlı kullanılmaktadır.

Ayakbileği Ayak Ortezleri (AFO): En çok kullanılan alt ekstremite

ortezidir Kısa bacak cihazı olarak ta isimlendirebilinir. Bilek hareketinin

kontrolünde kullanılır. Plastik veya metal yapıda uygulamaları bulunmaktadır.

AFO’lar hem ayak hem de ayakbileği hareketlerini, dolaylı olarak da dizi

kontrol etmek, deformiteleri düzeltmek ve kas zayıflığını kompanse etmek

amacıyla kullanır. AFO’lar klasik kısa yürüme ortezleri ve termoplastik

ayakbileği ayak ortezleri olmak üzere iki gruba ayrılır.

Diz Ayakbileği Ayak Ortezleri (KAFO): Uzun bacak cihazı olarak ta

adlandırılır. Bölümleri AFO ile aynı, ek olarak diz eklemi, uyluk destekleri,

proksimal uyluk bandı içerir. Yürüyüş sırasında subtalar eklem, bilek ve dizde

stabilite sağlar. Genellikle Kuadriseps Femoris kas zayıflığı olan ve bu yüzden

de dizini kontrol etmekte güçlük çeken polio sekelli hastalarda veya

paraplejiklerde yürüme amaçlı kullanılır. KAFO’lar metal-deri karışımı

malzemelerden yapılabildiği gibi termoplastik malzemelerden de yapılabilir.

Kalça Diz Ayakbileği Ayak Ortezleri (HKAFO): Kalça eklemi ve

pelvik veya bel kemeri eklenmesi ile oluşan ortezlerdir. HKAFO’lar kalça

ekleminde stabilizasyonu sağlamak ve rotasyonu kontrol etmek amacıyla

kullanılır. Genel amaç alt ekstremiteyi stabilize edip hareketi sağlamaktır.

Paraplejik hasta bu şekilde yürütülebilir. Ayak, diz ve kalça ekleminin aktif

olarak kontrol edilemediği durumlarda uygulanır. Ayak bileği stabilitesi için

ortopedik bot ilave edilebilir.

Şekil 17.33: Alt ekstremite ortezleri

4.1.3 Spinal Ortezleri

Gövde kaslarını ıstırahat ettirmek, yumuşak dokuya ve omurgaya binen

yükleri azaltmak ve ağrıyı azaltmak amacıyla kullanılır. Omurga ve gövdenin

stabilitesini sağlar. Medulla spinalisi korur. Gelişmekte olan çocuklarda kifoz,

skolyoz gibi anormal eğriliklere düzeltici güçler uygulamak için kullanlılırlar.

Akut travmalar ve özel cerrahi girişimlerden sonra, haraketle artan irritasyon

olduğu zaman omurga hareketlerini kısıtlamak için kullanılır.

Spinal ortezleri 3 ana gruba ayrılır;

FO

1- Servikal ortezler; Servikal ortezler, boyun hareketliliğine karşı

sınırlama için kullanılır.

2- Spinal deformite ortezleri; Bu ortezlerdeki temel amaç, vücut eğrilik

şiddetinin önüne geçmek ve mümkünse ameliyatsız bir tedavi sağlamaktır.

Ortez yapımı ve biomekanik prensiplerin uygulanabilmesi için eğriliğin yönü ve

seviyesi önemlidir.

3- Diğer spinal bölge ortezleri ; Lumbosakral (LS) bölgede fleksiyon ve

ekstansiyon hareketlerini kontrol, ekstansiyon ve lateral fleksiyonu kontrol ve

fleksiyon-ekstansiyon–lateral fleksiyonu kontrol eden korseler en sık kullanılan

destekleyici ortezlerdendir.

4.2 Protezler

Yaralanmalar, kazalar veya herhangi bir tıbbi rahatsızlık sonucunda

kaybedilen vücut uzuvlarını şekil ve fonksiyon olarak taklit edecek şekilde

yapılmış aygıtların genel adıdır. Bir başka değişle, protez, ampüte insanların

başkaları olmadan günlük hayat aktivitelerini devam ettirmek amacıyla

geliştirilen mekanizmalardır. Protezler yerini aldıkları uzva göre adlandırılırlar

(Kol protezi, bacak protezi vb.). Günümüzde yaygın kullanımı olan mekanik el

protezleri sınırlı hareket özellikleri nedeniyle tatmin edici bulunmamaktadır.

Son yıllarda klinik uygulamalarda yer bulan miyoelektrik kontrollü protez eller

yüksek maliyet, kullanım zorlukları, enerji verimsizliği, işlevsel kısıtlılık gibi

bazı olumsuz özellikleri nedeniyle henüz yaygın olarak kullanılamamaktadır.

Bireyin yaşam kalitesini ciddi ölçüde düşüren uzuv kayıpları, felç gibi

hareket yeteneğinin sınırlandığı durumlar ve sonrasındaki tedavi, müdahale

yöntemleri günümüz bilim dünyasının önemli bir araştırma konusudur. Alt ve

üst uzuvlarını kaybetmiş insanlar için basit ve mekanik yapıda farklı yapı ve

materyallerle bir çok protez üretilmekte olup, bu protezler çok sayıda insan

tarafından kullanılmaktadır. Bu sayının 2002 nüfus istatistiklerine göre

ülkemizde 450.000 olduğu tahmin edilmektedir. Bununla birlikte mekatronik ve

elektronik konularındaki teknik gelişmeler robot kol ve robot bacak olarak

adlandırılabilecek yeni protezlerin gerçekleştirilmesine ve güvenle

kullanılmasına olanak sağlamaktadır. Bu özellikteki protezlerin gelişmesi

yönünde bir çok çalışma devam etmekte, yeni teknikler uygulanmaktadır. Bir

protez kol ya da bacak için istenen gerçek insan kolunun ve bacağın sahip

olduğu tüm kabiliyetlere sahip olması, ve düşünülen, istenen fonksiyonu

sergilemesidir. Hareketin oluşması için merkezi sinir sisteminden gönderilen

sinyallerin ölçülebilmesi, algılanması ve yorumlanması bu çalışmalardaki esas

konudur. Diğer bir konu da algılanan ve yorumlanan sinyaller karşısında

robotun bu isteği, hareketi yerine getirip getiremeyeceğidir. Bunun içinde

robotlar gerçek bir insan kolunun ya da bacağının sahip olduğu serbestliğe

sahip olmalıdır ya da en azından hedeflenen fonksiyona uygun yapıda

olmalıdır. Protezler genel anlamda, aktif ve pasif olmak üzere iki gruba

ayrılabilir. Aktif protezler yapısında bulunan algılayıcılar ve eyleyiciler

(aktüator) yardımıyla vücut üzerinden aldıkları sinyallerle (örn. EMG) hareket

etmektedirler.

4.2.1 Üst Ekstremite Protezleri

Genel olarak kozmetik amaçlı (pasif) ve fonsiyonel amaçlı (aktif)

protezler olarak iki gruba ayrılır. Üst ekstremite protezleri yapısal olarak, bir

parmak amputasyonunun kozmetik amaçlı tasarlanan pasif protezden, birden

fazla eklemin motorsal hareketini gerçekleştiren ve kas aktivasyonu ile

kumanda edilen aktif omuz protezlerine kadar çeşitlilik gösterir. Genel olarak

beş bölümde incelenir.

1- El Protezleri

2- Dirsek Altı Kol Protezleri

3- Dirsek Dezartikulasyon Kol Protezleri

4- Dirsek Üstü Kol Protezleri

5- Omuz Dezartikulasyon Kol Protezleri

Pasif Protezler

Pasif protezler hiçbir şekilde tutma/kavrama fonksiyonuna sahip

değildirler. Buna rağmen ampute için büyük önem taşırlar. Çünkü protez

kullanılarak vücut engeli belirginliği ortadan kalkmış durumdadır. Bu da

hastanın psikolojik dengesi açısından önemli bir durumdur. Ayrıca psikolojik

desteğinin yanı sıra protez kullanımı ile vücut ağırlığının dengelemesi de

sağlanır. Çeşitli pasif protez uygulamaları Şekil 17.34’de görülmektedir.

Şekil 17.34: Pasif üst ekstremite protezleri

Aktif Protezler

Aktif protezler klasik yada modüler yapıda olabilir. Uzuv kaybı

yaşanınca El fonksiyonları ve haberleşme kaybolur. Bu sebeple aşağıdaki

sorulara yanıt verilmesi gerekmektedir.

Protez El ile el hareketleri (Fonksiyonları) nasıl gerçekleşecek?

Protez elin kontrolü için haberleşme nasıl olacak?

Bu sorulardan hareketle tasarlanan protezler, -kişinin kendi vücut hareketiyle

çalışan basit kanca (hook) el protezi (Şekil 17.35a) -dış bir enerji kaynağı ile

çalışan ve tutma/kavrama hareketlerini gerçekleştirebilen miyoelektrik

kontrollü el protezi (Şekil 17.33b) yapıları ile çeşitlilik gösterir.

(a) (b)

Şekil 17.35: Aktif üst ekstremite protezi (a) Mekanik b) Miyoelektrik kontrollü)

Uzuv kaybı yaşayan kişiler üzerinde yapılan araştırmalarla, aşağıda sunulan

faktörlerin, protez el performansını etkilediği ortaya konmuştur.

1- Çevre ile etkileşimi

2- Azaltılmış ağırlık

3- Yüksek Kavrama hızı ve kuvveti

4- Gürültüsüz çalışma

5- Gerçeğe yakın görünüm

6- Artan İşlevsellik

Günümüzde kullanılan protezler bu faktörlerin tamamını henüz

karşılayamamaktadır. Öreğin yüksek kavrama kabiliyetine sahip her bir eklemi

DC motorla kontrol edilen bir protez normalden daha ağır ve gürültülü

çalışmaktadır. Öte yandan sesiz ve hafif tasarım için tercih edilen akıllı

materyallerle oluşturulmuş bir protezden normal insan elinden beklenen

kavrama kuvveti ve hızı elde edilememektedir. Ayrıca ticari olarak sunulan

birçok protez el kavrama fonksiyonlarını yerine getirmekle birlikte insanla

duyusal geri beslemeli etkileşimi bulunmamaktadır.

Miyoelektrik kontrollü protezler

İnsan kolu omuzdan itibaren 21 derece hareket serbestliğine sahiptir.

Protezin nereden itibaren takılacağı ve ortopedik engellilik seviyesi sistemin

karmaşıklığını ortaya koyar. Ticari olarak mevcut robotik protez kollar ve

bacaklar bulunmaktadır. Bunların başında Ottobock, Bebionics ve Touch

Bionics firmaları gelmektedir. Bu firmaların ürünleri miyoelektrik kontrole

dayanır. Merkezi sinir sisteminden hareket için yollanan sinyaller kaslarda

ölçülebilecek çok küçük elektrik sinyalleri oluşturur. Bunlar miyoelektrik sinyal

olarak adlandırılır. İnsan vücudundaki kaslar kasıldığı zaman bir biyoelektrik

sinyal ortaya çıkar. Bu elektriksel sinyalin seviyesi kas aktivitesi ile orantılıdır.

Elektromiyografi (EMG) adı verilen bu sinyaller teşhis, tedavi ve protezlerin

otomatik denetimi için önemli bir enstrümandır. Protez uzuv uygulamalarında,

kesilmiş ya da tahrip olmuş kasların EMG işaretleri ile kişiye özel tasarlanmış

mekanik uzuv uyarılarak hareket sağlanır. Kelime anlamı itibariyle, elektriksel

aktivite ile ilgili olarak “electro”, Yunanca “muscle” (Kas) kökünden gelen

“miyo” ve kayıt miktarı anlamına gelen “gram” terimlerinden oluşan

elektromiyogram bilim literatürüne 17. yüzyılda girmiştir.

Bu sinyalleri vücudun dış yüzeyinden, hemen deri üzerinden noninvazif

olarak ölçmek mümkündür. Öte yandan elde edilen sinyallerin ayırt edici

özelliği düşüktür önemli oranda gürültü içermektedir. Elektrotun uzun süre cilt

üzerinde bulunması tahriş ve alerjik reaksiyonlara sebebiyet vermektedir.

Elektrotların mekanik bağlantıları zaman içinde değişerek sinyal

bozulmalarına sebep olabilmektedir. EMG işaretleri yüzey elektrotları ve iğne

elektrotlar olmak üzere iki tip elektrot aracılığıyla ölçülmektedir. Bunlardan

yüzey elektrotları ile yapılan ölçümlerde geniş bir alandaki elektriksel aktivite

ile ilgili bilgi edinilmektedir. EMG işaretleri tek kutuplu (monopolar) ve çift

kutuplu (bipolar) olarak alınabilir. Daha iyi sonuç vermesi sebebiyle bipolar

mod daha sık tercih edilmektedir.

Miyoelektrik kontrollü protezlerde yaygın olarak, ekstansör ve fleksör

kas gruplarına yerleştirilmiş EMG elektrotlarından alınan sinyaller

sınıflandırılarak tutma/kavrama hareketlerinde kullanılır. Miyoelektrik kontrollü

protezlerin çalışmasına ait akış şeması Şekil 17.36’te görülmektedir.

Şekil 17.36: EMG kontrollü el protezi çalışma adımları

El protezinden beklenen sağlıklı bir elin yapabildiği tüm tutma/kavrama

hareketlerini yapabilmesine karşın bu hedefin gerçkleşmesi oldukça güç bir

durumdur. Yapılan çalışmalarda, günlük yaşantımızdaki aktivitelerimizin çok

büyük bir kısmını karşılamak için Şekil 17.37’te görülen 6-7 farklı hareketin

yeterli olduğu görülmektedir. Bunlar; El açma, el kapama, işaret etme,

silindirik tutma, hassas tutma olarak isimlendirilebilen el pozisyon ve

kavramalarıdır. EMG sinyalleri için kullanılan sınıflandırma yöntemi ile için

bahsi geçen hareketler seçilir.

Şekil 17.37: Günlük ihtiyaçlar için el pozisyonları

4.2.2 Alt Ektremite Protezleri

Alt ekstremite protezleri;

1-Ayak Protezleri

2-Diz Altı Protezleri

3-Diz Dezartikulasyon Protezleri

4-Diz Üstü Protezleri

5-Kalça Dezartikulasyon Protezleri

olmak üzere genel olarak beş bölümde incelenir. Amputasyon sonrası önce

geçici, 2-3 ay sonra kalıcı protezler uygulanır. Kalıcı bir alt ektremite protezi

1. Soket

2. Protez ayak eklemi

3. Süspansiyon

4. İskeletsel dizayndan

oluşur.

Parsiyel Ayak Protezi

Bu tip amputasyonlarda yapılan protez tipleri genellikle kozmetik

amaçlıdır (Şekil 17.36). Lisfranc veya chopart amputasyonu geçirmiş kişi

protezsiz ayakta durabilir ev içinde yürüyebilir bu da duş alırken kolaylık

sağlar aynı zamanda protez ile yürürken zemini hisseder, bu durum kişinin

kendisini daha güvende hissetmesine olanak sağlar. Syme ve Pirogoff

amputasyonlarında ise soket genellikle diz altına kadar çıkar.

Şekil 17.36: Parsiyel ayak protezi

Diz Altı Protezleri

Diz altı protez sistemleri, modüler, klasik ve lateral eklemli (korse-

manşonlu) olarak gruplara ayrılır. Bir protez; soket, soft soket; birleştirme

konstrüksüyonu ve ayak veya güdük boyu çok kısa ise lateral eklem

korsesinden oluşur. Protez güdüğe bir elastik bandaj veya Protez giydirme

kılıfı yardımı ile giydirilir, bandaj soketin içinden tamamen çıktıktan sonra

soketin ucuna ventil takılır ve soketin içindeki hava tamamen çıkarılarak

oluşan vakum sayesinde tam tutunma sağlanır (Şekil 17.39).

Şekil 17.39: Diz altı protezleri

Diz Dezartikülasyon Protezleri

Diz altı ve diz üstündeki amputasyonlar, kemiklerin ve kas kütleleri

kesilmesinden dolayı güdük ucuna bastırılamaz. Amputasyonlarda diz

dezartikülasyonun tercih edilme sebebi; uyluk kemiğine müdahale

edilmediğinden vücudunuzun ağırlığını güdük ucu yani uyluk kemiğinden

taşıtmaktır. Bu durum siz yürürken zemini hissetmenizi, yani güvende

olduğunuzu her adımda algılamanızı sağlar. Dezavantajı ise sağlam taraf ile

protezli taraf diz uzunluğu arasında oturma esnasında bir mesafe farkı

oluşmasıdır. Bu protezler soft soket, sert soket, diz eklemi, modüler

birleştirme konstrüksiyonu ve ayak parçasından oluşmaktadır (Şekil 17.40).

Şekil 17.40: Diz dezartikülasyon protezleri

Diz Üstü Protezleri

Diz üstü protez sistemleri, modüler ve klasik olarak ikiye ayrılmaktadır.

Fakat, klasik protezlerin eski kullanıcılar dışında pek tercih edilmediği

söylenebilir. Modüler protezler soket, diz eklemi, modüler birleştirme parçaları

ve ayak parçasından oluşur. Diz üstü amputelerde güdük boyu ne kadar

uzunsa o kadar iyidir. Protezin medio-lateral stabilitesi, protez diz ekleminin

kontrolü uzun güdükte daha kolay sağlanır (Şekil 17.41).

Şekil 17.41: Diz üstü protezleri

Kalça Dezartikülasyon Protezleri

Bu protez sisteminde de diz üstünde olduğu gibi vücut ağırlığını insan

vücudunda ağrıyı en az hisseden kısım olan tuberosisischii kemiği taşır. Kalça

dezartikülasyon protezleri, bir pelvik (leğen kemiği) korse yardımıyla vücuda

adapte edilir. Bu korsede kalça eklemi, tercihe göre alt kısımda veya ön

kısımda bulunmaktadır (Şekil 17.42).

Şekil 17.42: Kalça dezartikülasyon protezleri

5. Tedavi Edici (Terapatik) Egzersiz Robotları

Genelde kol ve bacak problemleri sebebiyle hareket engelli bir insan

uzun zamana yayılmış fizik tedavi periyotları bölümleri görmeye ihtiyaç

duyarlar. Bu bölümler fizyoterapistin gözlemleri ve yardımı altında tekrarlanan

ve rutin fiziksel hareketler içermektedir. Hastayı medikal merkeze götürmek ya

da fizyoterapisti hastanın bulunduğu yere getirmek bu sürecin maliyetini

arttıran faktörlerdir. Rehabilitasyon süreci maliyetli, zaman ve sabır gerektirir.

Rehabilitasyonda robotların kullanımı yaygınlaşmasının en önemli sebepleri

aşağıda verilmiştir. (Krebs, 2006)

Robotlar rehabilitasyondaki periyodik hareketleri gereksinimlerini

kolaylıkla sağlarlar;

Robotlar ön tanımlı kuvvetleri üretebilirler ve kararlılığını

sağlarlar;

Robotlar gerekli terapi koşullarını bir insana göre daha doğru

yerine getirebilirler.

Robotlar aynı terapi şartlarını donanımına bağlı olmak koşulu ile

istenen süre ve miktarda yerine getirebilirler.

Bu sebepler nedeniyle rehabilitasyonda robotların kullanımıyla ilgili

çalışmaların sayısı, özellikle son on beş yılda artış göstermiştir.

Rehabilitasyon sürecinde hastalar bazen ani refleksler verebilirler. Bir

CPM (Continous Passive Motions) bu gibi durumlara pasif çalıştıklarından

dolayı cevap vermezler. Eğer refleksler sistem cevap veremiyorsa hasta

ekleminde yanlış yüklenme meydana gelir ve hastanın kas veya tendon

dokusuna zarar verilebilir (Sakaki ve diğerleri, 1999). Bundan dolayı hasta

tepkilerini geri besleme yolu ile algılayan ve buna uygun olarak tedavi

sürecinde değişikliğe gidebilen terapatik egzersiz robotlarına ihtiyaç

duyulmaktadır. Terapatik egzersiz robotları üst uzuv ve alt uzuv rehabilitasyon

robotları olmak üzere iki grupta incelenebilir. Bu sistemlerle ilgili örnekler

aşağıda verilmiştir.

5.1 Üst uzuvlar için terapatik egzersiz robotları

Lee ve diğerleri bir uzman sistem kullanarak felçli hastaların üst

uzuvlarının rehabilitasyonu için bir robotik sistem geliştirmişlerdir (Lee ve

diğerleri, 1990). Bu sistem sensör entegre edilmiş ortez ile birlikte ihtiyaç

duyulan terapist yeteneklerini, uygun etkileşimi garantilemek için gerçek

zamanlı grafik arayüze ve terapinin hedeflerine ulaşmak amacıyla hasta ile

işbirliğini bir platformda toplamıştır. Bu robot pasif egzersiz ve motor-beceri

eğitimi amaçlı olarak kullanılabilmektedir.

Lum ve diğerleri üst ekstremiteler için aktif ve pasif egzersizleri

gerçekleştiren MIME (Mirror Image Motion Enabler) isimli bir sistem

geliştirmişlerdir (Lum et al., 1995, 1997). Sistem iki robot kullanmaktadır (Şekil

17.43).

Şekil 17.43: MIME

Üst ekstremitelerin rehabilitasyonu için geliştirilen diğer bir sistem ise 5

serbestlik derecesine sahip olan MULOS isimli bir robot manipülatörüdür (

https:// www.asel.udel.edu, August 2008). Bu robot pasif ve dirençli

egzersizleri gerçekleştirebilmek için destekleyici bir cihaz olarak

kullanılmaktadır. (Bakınız Şekil 17.44)

Şekil 17.44: MULOS (Johnson et al., 2001)

Krebs ve diğerleri MIT-MANUS olarak adlandırdıkları robot yardımlı

nöro-rehabilitasyon sistemini geliştirmişler ve klinik yönden test etmişlerdir

(Şekil 17.45) (Krebs ve diğerleri, 1998, 2003). Bu cihaz felçli hastalar için üst

ekstremitelerin çok serbestlik dereceli egzersizlerini gerçekleştirmeleri sağlar.

MIT-MANUS rehabilitasyon robotlarının en bilineni olup, bu alanda yazılmış

neredeyse tüm bilimsel makalelerde ilk referanstır. Diğer bir özelliği ise

rehabilitasyon robotlarının klinik uygulamalarda etkinliğini kanıtlayan önemli

sistemlerden birisidir. Bu nedenle MIT-Manus bu alanda çalışacakların

öncelikli olarak tanımaları gereken bir sistemdir.

Şekil 17.45: MIT-Manus (http://coobox.wordpress.com)

Rao ve diğerleri üst ekstremitelerin pasif ve aktif egzersizleri için Puma

240 robotunu kullanarak bir sistem geliştirmişlerdir (Rao et al., 1999). Pasif

modda robot hastanın kolunu ön tanımlı yörüngeler boyunca hareket ettirir.

Aktif modda ise hasta robota önceden tanımlanmış yörünge boyunca rehberlik

eder ve robot kontrol metodları ile üretilen esneklik parametresi ile ayarlana

direnç seviyelerini yenmeye çalışır.

Richardson ve diğerleri PD kontrol ve empedans kontrol tekniklerini

kullanarak üst ekstremitelerin rehabilitasyonu için 3 serbestlik dereceli bir

pnömatik cihaz geliştirmişlerdir (Richardson et al., 2003, 2005) (Bkz. Şekil

17.46).

Şekil 17.46: 3 serbestlik dereceli pnömatik cihaz (Richardson et al., 2003)

Üst ekstremitelerin rehabilitasyonu için diğer bir çalışma ise endüstriyel

robot kullanan REHAROB projesidir (Şekil 17.47)

(http://www.rehab.manuf.bme.hu, Temmuz 2008). Veritabanı, rehabilitasyon

süreci sırasında hastaya bağlı sensörlerden üretilen gerekli kuvvet ve

pozisyon bilgisi ile birlikte geliştirilmiştir. Daha sonra endüstriyel robotlar

veritabanını kullanarak benzer prosedürü tekrar ederler.

Şekil 17.47: REHAROB

Reinkensmeyer ve diğerleri üst ekstremitelerin rehabilitasyonu için

ARM Guide (Assisted Rehabilitation and Measurement Guide) isimli 3

serbestlik dereceli bir sistem geliştirmişlerdir. ARM Guide (Şekil 17.48) felç ve

diğer beyin hasarlarını takiben oluşan kol hareket problemlerinin teşhis ve

tedavisinde kullanılır. Aktif egzersizleri başarılı bir şekilde gerçekleştirebilir.

Şekil 17.48 ARM Guide

Üst ekstremitelerin rehabilitasyonu için, bir haptik cihaz ve sanal

gerçeklik tekniği kullanan, admitans kontrol metodu ile kontrol edilen, 3

serbestlik dereceli GENTLE/s (Şekil 17.49) isimli bir sistem geliştirilmiştir

(Luieiro et al. 2003). Çalışmanın önemli hedeflerinden biri geliştirilen

rehabilitasyon ortamı ile hastaların bu tarz mekanizmalar ile tedavi olma

korkularını yenmek ve sistemi isteyerek ve zevkli bir şekilde kullanmasını

sağlamaktır.

Şekil 17.49: GENTLE/s (Amirabdollahian et al., 2007)

5.2 Alt uzuvlar için terapatik egzersiz robot sistemleri:

Okada ve diğerleri, uygun düşen hareketi taklit etmek amacıyla robotik

sistem için pozisyon ve kuvvet bilgilerinin alındığı ve kaydedildiği 2 serbestlik

dereceli robotik sistemde (Şekil 17.50) empedans kontrol metodolojisini

kullanmışlardır (Okada ve diğerleri, 2000).

Şekil 17.50: TEM: Therapeutic Exercise Machine

Bradley ve diğerleri önceden eğitilen görsel pozisyon bilgisini

kullanarak aktif yardımlı, pasif ve dirençli egzersizleri gerçekleştirebilen 2

serbestlik dereceli, Şekil 17.51’de verilen NeXOS (Bradley ve diğerleri, 2009)

isimli bir robotik sistem geliştirmişlerdir. Bu sistem diz ve kalça

fleksiyon/ekstansiyon hareketleri için kullanılabilir. NeXOS’un önemli

özelliklerinden biri evde kullanıma uygun, uzaktan kontrol edilebilen bir sistem

olmasıdır.

Şekil 17.51: TEM: Therapeutic Exercise Machine

Moughamir ve diğerleri Multi-Iso isimli bir egzersiz sistemi

tasarlamışlardır (Moughamir ve diğerleri, 2002). Bu sistem NeXOS’a benzer

şekilde aktif yardımlı, dirençli ve pasif egzersizleri gerçekleştirebilmektedir. Bu

1 serbestlik dereceli sistem diz ve bacak fleksiyon/ekstensiyon hareketleri için

kullanılabilir. Multi-Iso (Şekil 17.52) bulanık mantık tabanlı bir kontrolcüye

sahiptir.

Şekil 17.52: Multi-ISO

Geliştirilen birçok terapatik robotik sistem sadece destekleyici ya da

sadece pasif ve dirençli egzersizler için tasarlanmıştır. Ayrıca, bir kaç çalışma

ise fizyoterapistin manuel egzersizinin modellenmesini ve fizyoterapistin

rehabilitasyon yeteneğini doğrudan hastaya aktarmasını amaçlar

(http://www.rehab.manuf.bme.hu, July 2008; Okada ve diğerleri, 2000;

Akdoğan ve diğerleri, 2011).

Akdoğan, Adlı ve Taçgın alt uzuv rehabilitasyonu için FİZYOTERABOT

© isimli 3 serbestlik dereceli bir robot geliştirmişlerdir. (Akdoğan ve diğerleri,

2009, 2011). FİZYOTERABOT ©, (Şekil 17.53) tüm aktif ve dirençli terapatik

egzersizlere ek olarak fizyoterapistin alt uzuvlar için manuel egzersizlerini de

gerçekleştirebilmektedir. Özetle, FİZYOTERABOT sadece terapatik egzersiz

makinesi olarak değil ayrıca bir fizyoterapist gibi de çalışabilmektedir. Diğer

yandan FİZYOTERABOT, 3 serbestlik derecesine sahiptir ve dizin

fleksiyon/ekstansiyon hareketlerini ve kalçanın hem fleksiyon/ekstansiyon

hareketlerini hem de abduksiyon/adduksiyon hareketlerini

gerçekleştirebilmektedir. FİZYOTERABOT, Türkiye’nin ilk patentli Terapatik

Egzersiz Robotudur.

Şekil 17.53: FİZYOTERABOT ©, (Akdoğan et al., 2009, 2011)

5.3 Yürüme egzersizi (lokomasyon) robotları

Yürüme analizleri ve hastalara yürüme fonksiyonlarının tekrar

kazandırılması amaçlı rehabilitasyon robotlarına yürüme egzersiz veya

lokomasyon robotu adı verilir. Bunlardan en bilinenleri Haptic Walker,

Lokomat ve PAM+Arthur adları verilen sistemlerdir. Bu sistemler Şekil 17.54’

te verilmiştir. (www.fraunhofer.de, Berhardt ve diğ. 2005,

www.eng.uci.edu/~dreinken/Biolab)

(a) (b) (c)

Şekil 17.54 (a) Haptic Walker ( www.fraunhofer.de ) (b) LOKOMAT Yürüme Sistemi

(Berhardt ve diğ. 2005) (c) PAM+Arthur Yürüme Sistemi (

www.eng.uci.edu/~dreinken/Biolab )

5.4 Kognitif (Zihinsel) Robotik

Kognitif robotlar, iletişim yardımı robotları olarak da isimlendirilirler.

Kognitif robotlarda hedef, çocuğun diğer çocuklar ile etkileşim içinde olması

ya da aslında sadece oynaması için güvenli ve cana yakın ortamın

sağlanmasıdır. Bu kategorideki robotlar daha çok serebral palsi olan ya da

otizmi olan çocuklara odaklanmıştır (Van der Loos, ND). Bir çok kognitif robot

mevcuttur. Bunlardan bazıları aşağıda verilmiştir.

Şekil 17.55: Kognitif robot CosmoBOT (http://www.anthrotronix.com, 2011)

Cosmo Bot (Şekil 17.55), Down Sendromu, Serebral Felçli, kas gelişimi

problemli, işlev bozukluğu olan, nörogelişimsel düzensizlik ve dil gelişim

problemi olan olan çocuklarda kullanılmıştır. CosmoBot, 9 serbestlik

derecesine sahiptir. Kendi yazılımı ile veya bazı giriş cihazları ile

kullanılabilmektedir. (http://www.anthrotronix.com)

KASPAR (Kinesic and synchronization in personal assistant

robotics): KASPAR (Şekil 17.56) Herfordshire Üniversitesi tarafından

geliştirilmiş humanoid bir robottur. KASPAR, insan robot etkileşimi ile çalışır.

Bu çalışma ile, kognitif araştırmalar için açık kaynaklı bir robot platformunun

inşa edilmesi amaçlanmıştır. Bu robot otizmli çocukların oyun faaliyetlerinin

desteklenmesinde kullanılabilmektedir. KASPAR kafasında ve boynunda 8

serbestlik derecesine ve kolunda ve elinde 6 serbestlik derecesine sahiptir.

Ağzını açabilir ve gülümseyebilirdir. Cilt yüzeyinde bulunan dokunma

sensörlerinin yardımıyla çocuklar ile etkileşime geçer.

(http://kaspar.stca.herts.ac.uk)

Şekil 17.56: KASPAR

Kognitif robotların diğer bir çeşidi ise evcil hayvanlara benzeyen

robotlarıdır(pet robots). Bu robotlar insanlarla iletişim ve etkileşim kurarlar. Bu

etkileşim, fiziksel bir etkileşimdir. Bu robotlar hayvan reaksiyonlarını taklit

ederler. Evcil hayvan robotlarının amacı, robotların modelleme yeteneklerini

kullanarak duygusal ve mental bozukluğa sahip yaşlı insanların ve çocukların

rehabilitasyonunu sağlamaktır. Görsel, işitsel ve dokunma gibi birçok tipte

sensörlere ve insanlarla etkileşim ile duyguları taklit etmek için öğrenme

yeteneklerine sahiptirler (Vander Loos; http:// www.aist.go.jp).

Evcil hayvan robotlarıyla ilgili birçok çalışma mevcuttur. Özellikle Paro

Terapatik Robot (Şekil 17.44) bunlar arasında en çok bilinenidir. Bu robot evcil

hayvan terapilerinin belgelenmiş yararlarından faydalanabilmek için

geliştirilmiştir. Bu robot hastalar tarafından tutulabilir, sevildiğinde mimik ve

ses ile cevap verebilir. Bu hastanın ve hastabakıcının stresini azaltır, hastalar

ile hastabakıcılar arasındaki etkileşimi canlandırır ve hastanın rahatlamasını,

motivasyonunu arttırır. Paro, dokunma, ışık, ses, sıcaklık ve vücut pozisyonu

sensörleri gibi beş çeşit sensöre ve 32-bit RISC işlemciye sahiptir. Aydınlığı

ve karanlığı algılayabilir. Okşandığını dokunma sensörleri ile hissetmektedir.

Bunun yanı sıra vücut pozisyonu sensörü yardımı ile bir insan tarafından

sanki bir hayvanı tutuyormuş hissi verebilir. Paro, ses algılama özelliği ile bazı

kelimeleri tanımlar. (http://www.parorobots.com, 2011).

Şekil 17.44: Paro Theraputic Robot (http://www.parorobots.com, 2011)

Keepon (Şekil 17.45) sensör olarak iki adet video kameraya (gözlerde)

ve bir adet mikrofona (burunda), eyleyici olarak dört adet motora sahiptir.

Farklı odadan terapist tarafından kontrol edilebilir. Otonom modda

çalıştırılabilir ve bu modda müzik ya da sesler süresince zıplar. Bu hareketleri

ile çocuğun ilgisini çeker ve böylelikle rehabilitasyon için çok önemli olan

çocukların reaksiyonlarının gözlenmesini sağlar (Michalowski ve diğerleri,

2009).

Şekil 17.45: Keepon (Michalowski et al., 2009)

6. Rehabilitasyon Teknolojilerinin Geleceği

Günümüzde artan dünya nüfusu ile beraber rehabilitasyona ihtiyaç

duyan kişi sayısı da artmaktadır. Bu nedenle rehabilitasyon teknolojileri

alanındaki gelişmelerin de devam edeceği ön görülmektedir. Bu alandaki

gelişmeleri etkileyecek faktörler aşağıda verilmiştir.

Bilgiyasar ve mikroişlemcili sistem donanımları

Yazılım

İnternet

Kablosuz Haberleşme

Sensörler

Tahrik elemanları

Batarya teknolojileri

Bilgisayar ve mikroişlemcili sistemler donanımlarının işlemci hızı, veri

depolama kapasitesi, matematik işlem kapasitesinin artması ve fiziksel

boyutlarındaki değişiklikler rehabilitasyon teknolojilerinin gelişimini

etkileyecektir.

Bu donanımları kontrol edecek olan yazılımlarda son derece önemli

olacaktır. Özellikle esnek, geliştirilmeye ve herkese açık programlama

tekniklerinin geliştirilmesi ile bu teknolojiler daha geniş bir kitle tarafından

kullanımı sağlayacaktır.

Yüksek hızlı internet bağlantısının sağlanması ve bunun

yaygınlaştırılması hastaların evde bakımına olacak sağlayacaktır. Tedavi

merkezlerine gitmelerine gerek kalmadan rehabilitasyon uzmanı ile iletişime

geçilebilecektir. Uzmanlar tedavi cihazlarına tedavi programlarını

yükleyebilecek, uzaktan kontrol edebileceklerdir.

Kablosuz haberleşme güvenli, hızlı ve ucuz olması ile hastalar “her

yerde ve her zaman” tedavi anlayışı çerçevesinde daha hızlı ve zahmetsiz

tedavi olabileceklerdir.

Diğer yandan daha kararlı, çevresel faktörlerden etkilenmeyen, yüksek

performanslı, küçük boyutlu ve ucuz sensörler rehabilitasyon teknolojilerini

ileri götürecektir.

Tahrik elemanlarının boyutlarının küçülmesi, kontrollerinin

kolaylaşması, güçlerinin artması ile mekanizmalar daha etkin hareket

edebilecektir.

Günümüzde her türlü sistemin enerjisinin sağlanması ciddi bir

problemdir. Bunun için elektriksel enerjiye ihtiyaç duyan sistemlerde

bataryaların gücü kritik önemi haizdir. Rehabilitasyon teknolojilerinde de

bataryaların önemli rol oynayacağı ön görülmektedir. Uzun ömürlü, yüksek

performans, boyutları küçük, kolay hatta uzaktan şarj edilebilme özelliğine

sahip bataryalar geleceğin elektronik teknolojilerinde besleme elemanı olarak

kullanılacaktır.

Sonuç olarak rehabilitasyon teknolojilerindeki gelişmeler hastaların

daha hızlı, etkin ve güvenli tedavilerine olanak tanıyacak veya engelli

bireylerin topluma entegrasyonuna destek sağlayacaklardır. Bu durumdan

başta hastanın kendisi olmak üzere, hasta yakınları, sağlık alanında çalışan

uzmanlar ve topyekün toplum fayda görecektir.

7. Referanslar

[1] http://www.eyh.gov.tr/tr/8245/Turkiye-Engelliler-Arastirmasi-Temel-Gostergeleri (4 Temmuz 2014’te yararlanılmıştır)

[2] http://www.amputee-coalition.org/inmotion/nov_dec_07/history_prosthetics.html (4 Temmuz 2014’te yararlanılmıştır)

[3] Szeto, A.Y.J., “Rehabilitation Engineering and Assistive Technology,”

Introduction to Biomedical Engineering, 2nd Ed, Chapter 5, J. Enderle,

S. Blanchard, and J. Bronzino (eds.), Elsevier Academic Press,

Burlington, MA, pp. 211-254, 2005.

[4] Akdogan, E. (2004). Yeni Bir Disiplin Olarak Mekatronik ve Türkiye'de

Mekatronik Eğitimi, Proceedings of IV. Uluslararası Eğitim Teknolojileri

Konferansı, Sakarya-Turkey, Kasım 2004

[5] Akdogan, E.; Tacgin, E. & Adli, M.A. (2009). Knee Rehabilitation Using

an Intelligent Robotic System, Journal of Intelligent Manufacturing,

Springer Verlag., Vol:20, No:2, pp. 195-202

[6] Akdogan, E. & Adli, M.A. (2011). The Design and Control of a

Therapeutic Exercise Robot for Lower Limb Rehabilitation:

Physiotherabot, Mechatronics-Elsevier, Vol: 21, No:3, pp. 509-522

[7] Amirabdollahian, F.; Loureiro, R., Gradwell, E., Collin, C., Harwin, W. &

Johnson, G. Multivariate analysis of the Fugl-Meyer outcome measures

assessing the effectiveness of GENTLE/S robot-mediated stroke

therapy, Journal of Neuroengineering and Rehabilitation (2007)

[8] Banala, S.K.; Agrawal, S.K. & Scholz, J.P. Active Leg Exoskeleton

(ALEX) for Gait Rehabilitation of Motor-Impaired Patients, Proceedings

of the IEEE 10th International Conference on Rehabilitation Robotics,

2007, pp. 401 – 407

[9] Bradley D.; Marquez C., Hawley M., Brownsell S., Enderby P. &

Mawson S. (2009). NeXOS – The design, development, and evaluation

of a rehabilitation system for the lower limbs, Mechatronics, 19, pp.

247-257

[10] Bernhardt, M.; Frey, M., Colombo, G. & Riene, R. Hybrid force-position

control yields cooperative behavior of the rehabilitation robot

LOKOMAT, Proceedings of the 9th International Conference on

Rehabilitation Robotics, 2005, pp. 536–539

[11] Bishop, R. H. & Ramasubramanian, M. K. (2002). What is

Mechatronics?, In: The Mechatronics Handbook, R. H. Bishop, pp. (1-

1,1-10), CRC Press, 0-8493-0066-5, USA

[12] Boldea, I. & Nasar, S. A. (1997). Linear electric actuators and

generators, Cambridge University Press, 0-521-48017-5, New York,

USA

[13] Boian R. F., Kourtev H., Erickson K., Deutsch J.E., Lewis J.A., Burdea

G.C., Dual Stewart-Platform Gait Rehabilitation System for Individuals

Post-Stroke, Second Int. Workshop on Virtual Rehabilitation, pp. 92,

September 2003.

[14] Bolton, W. (1999). Mechatronics: Electrical Control Systems in

Mechanical and Electrical Engineering (2nd Ed.), Addison-Wesley

Longman, 0-582-35705-5, Harlow, England

[15] Ceres, R.; Pons, J.L., Calderón, L., Jiménez, A.R. & Azevedo, L.

(2005). A Robotic Vehicle for Disabled Children, In: Engineering in

Medicine and Biology Magazine, IEEE , Issue Date : Nov.-

Dec.,Volume : 24 , Issue:6 pp. 55 - 63

[16] Craig, K. (2010). Mechtronic System Design, In: The Mathworks Virtual

Academic Conference 2010, Data Access, Available from:

<http://multimechatronics.com/images/uploads/home_Page/recent_Ev

ents/mathWorks_2020/Mathworks%202010%20Academic%20Virtual%

20Conference%20Presentation.pdf>

[17] Dubowsky, S.; Genot, F., Godding, S., Kozono, H., Skwersky, A.,

Haoyong Y. & Shen Y. L. PAMM - a robotic aid to the elderly for

mobility assistance and monitoring: a “helping-hand” for the elderly,

Proceedings of ICRA '00. IEEE International Conference, 2000, vol.1,

pp. 570 - 576

[18] Fuxiang, Z. (2007) . An Embedded Control Platform of a Continuous

Passive Motion Machine for Injured Fingers, In: Rehabilitation

Robotics, Kommu, S. S., pp.( 579-606 ), I-TEch Education and

Publishing, 978-3-902613-01-1, Vienna, Austria

[19] Gelin, R.; Lesigne, B., Busnel, M. & Michel, J.P. (2001). The first

moves of the AFMASTER workstation, Adv. Robotics, 14, pp. 639–649

[20] George, T. & Chiu, C. (2002). Electromechanical Actuators, In: The

Mechatronics Handbook, R. H. Bishop, pp. (20-1,20-33), CRC Press,

0-8493-0066-5, USA

[21] Girone, M.; Burdea, G., Bouzit, M. & Popescu, V. (2001). A stewart

paltform-based system for ankle telerehabilitation, Autonomous Robots

10, pp. 203-212

[22] Gopura, R.A.R.C.; Kiguchi, K. & Yang L. SUEFUL-7: A 7DOF upper-

limb exoskeleton robot with muscle-model-oriented EMG-based

control, Proceedings of International Conference on Intelligent Robots

and Systems, IROS 2009, 2009, pp. 1126 - 1131

[23] Griffith, H.W. (2000). Spor Sakatlıkları Rehberi, Birol Basın Yayın

Dağıtım Tic. A.Ş., İstanbul, Türkiye, pp. 451-452

[24] Hammel, J. (1995). The role of assessment and evaluation in

rehabilitation robotics research and development: Moving from concept

to clinic to context, IEEE Trans. Rehab. Eng., 3, pp. 56–61

[25] Hammel, J. MA, OTR; Karyl Hall, EdD ; David Lees, MS ; Larry Leifer,

PhD; Machiel Van der Loos, EdME ; Inder Perkash, MD ; Robert

Crigler, (1987). Clinical evaluation of a desktop robotic assistant,

Journal of Rehabilitation Research and Development, Vol . 26, No . 3,

pp. 1-16

[26] Hon Nin Chow, H. N. & Yangsheng Xu, Y. (2006). Learning Human

Navigational Skill for Smart Wheelchair in a Static Cluttered Route,

IEEE Transactions On Industrial Electronics, vol. 53, no. 4

[27] Howell, R. D.; Hay, K. & Rakocy, L. Hardware and software

considerations in the design of prototype educational robotic

manipulator, Proceedings of 12th RESNA Conf., Washington D.C.,

1989, pp. 113–114

[28] Inal S. (2000). Kas hastalıklarında rehabilitasyon ve ortezler, Cizge

tanitim Ltd.Şir., Istanbul

[29] Inal, S. (2000), Üst ekstremite protezleri, Cizge tanitim Ltd.Şir., Istanbul

[30] Johnson, G.R.; Carus, D.A., Parrini, G., Scattareggia Marchese, S. &

Vale, R. (2001). The design of a ve-degree-of-freedom powered

orthosis for the upper limb, Proc. Instn. Mech. Engrs., Vol 215, Part H.

[31] Kayhan O. (1995). Lectures and Seminars in Physical Medicine and

Rehabilitation (1st edition) Marmara Universitesi Yayınları, İstanbul,

Türkiye

[32] Khalili, D & Zomlefer M., (1988). Intelligent robotic system for

rehabilitation of joints and estimation of body segment parameters,

IEEE Trans. Biomed. Eng., Vol. 35, no. 2, pp. 138-146

[33] Kikuchi, T. & Furusho, J., (2009). "Hybrid-PLEMO", Rehabilitation

system for upper limbs with Active/Passive Force Feedback mode, In:

Recent Advances in Biomedical Engineering, Ganesh, G. N., pp. (361-

376) , InTech, Retrieved from

a. < http://www.intechopen.com/books/show/title/recent-advances-

in-biomedical-engineering>

[34] Klein, J.; Spencer, S.J., Allington, J., Minakata, K., Wolbrecht, E.T.,

Smith, R., Bobrow, J. E & Reinkensmeyer, D. J. Biomimetic Orthosis

for the Neurorehabilitation of the Elbow and Shoulder (BONES),

Proceedings of IEEE/RAS-EMBS Int. Conf. on Biomedical Robotics

and Biomechatronics, 2008, pp. 535-541

[35] Klute, G. K.; Czerniecki, J. M. & Hannaford, B. (1999). McKibben

Artificial Muscles: Pneumatic Actuators with Biomechanical

Intelligence, Proceedings of IEEE/ASME International Conference on

Advanced Intelligent Mechatronics, Atlanta, September and 1999

[36] Krebs, H.I.; Hogan, N., Aisen, M.L. & Volpe, B.T. (1998). Robot-aided

neurorehabilitation, IEEE Trans. Rehabil. Eng., 6, pp. 75-87

[37] Krebs, H.I.; Palazzolo, J.J., Volpe, B.T. & Hogan, N. (2003).

Rehabilitation robotics: performance based progressive robot assisted

therapy, Auton. Robotics, 15, pp. 7-20

[38] Krebs H.I. (2006). An overview of rehabilitation robotic technologies. In:

American Spinal, Injury Association Symposium

[39] Kristy, K.A.; Wu, S.J., Erlandson, R.F., deBear, P., Geer, D. & Dijkers,

M. A Robotic arm -smart exercise system-: a rehabilitation therapy

modality, Proceedings of IEEE Engineering in Medicine 11th Annual

International Conference, (1989)

[40] Kyura, N. & Oho, H. (1996). Mechatronics—an industrial perspective,

IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, Vol. 1, No. 1, pp. 10–15

[41] Lee, S.; Agah, A. & Bekey, G. An intelligent rehabilitative orthotic

system for cerebrovascular accident, Proceeding of the IEEE

International Conf. on Systems, Man and Cybernetics, 1990, pp. 815-

819

[42] Loueiro, R.; Amirabdollahian, F., Topping, M., Driessen B. & Harwin W.

(2003).Upper limb mediated stroke therapy – GENTLE/s approach,

Auton. Robotics, 15, pp. 35-51

[43] Lum, P.S.; Lehman, S., Steven, L. & Reinkensmeyer, D.J. (1995). The

bimanual lifting rehabilitator: An adaptive machine for therapy of stroke

patient, IEEE Trans. Rehabil. Eng., 3, pp. 166-173

[44] Lum, P.S.; Burgar, G. & Van Der Loos, M. The use of robotic device for

post stroke movement therapy, Proceeding of The International

Conference on Rehabilitation Robotics, 1997, pp. 79-82

[45] Metrailler P.; Brodar R., Stauffer Y., Clavel R. & Frischknecht, R..

(2007). Cyberthosis: Rehabilitation robotics with controlled electrical

muscle stimulation, Rehabilitation Robotics, Itech Education and

Publishing, Austria

[46] Mihelj, M.; Nef, T. & Riener, R. ARMin II-7 DOF Rehabilitation Robot:

Mechanism and Kinematics, Proceedings of IEEE Int. Conf. On

Robotics and Automat., 2007, pp. 4120-4125

[47] Mori, T. (1969). Mechatronics, Yasakawa Internal Trademark

Application Memo, 21.131.01, July 12

[48] Mosher, R. S. (1967). Handyman to Hardiman, Society of Automotive

Engineers Publication, MS670088

[49] Moubarak, S.; Pham, M. T., Pajdla, T. & Redarce, T. Design and

Modeling of an Upper Extremity Exoskeleton, Proceedings of Int.

Congress of the IUPESM: Medical Physics and Biomedical

Engineering, 2009

[50] Moughamir, S.; Zaytoon, J., Manamanni, N. & Afilal, L. (2002). A

system approach for control development of lower limbs training

machines, Control Eng. Pract., 10, pp. 287-299

[51] Okada S.; Sakaki T., Hirata R., Okajima Y., Uchida S. & Tomita Y.

(2000). TEM, A therapeutic exercise machine for the lower extremities

of spastic patient, Adv.Robotics, 14, pp.597-606

[52] Prassler, E.; Scholz, J. & Fiorini, P. (2001). A robotics wheelchair for

crowded public environment, IEEE Robotics & Automation Magazine,

IEEE , Volume: 8 Issue:1 , pp. 38 - 45

[53] Perry, J. C.; Rosen, J. & Burns, S. (2007). Upper-Limb Powered

Exoskeleton Design, IEEE/ASME Trans. on Mechatronics, vol. 12, no.

4, pp. 408- 417

[54] Petruzella , F.D. (2010). Electric Motors Control Systems, McGraw-Hill,

978-0-07-352182-4, New York, USA

[55] Quiroga, R. (1998). Quantitative analysis of EEG signals: Time-

frequency methods and Chaos theory, Ph.D. Thesis, Argentina.

[56] Rao, R.; Agrawal, S.K. & Scholz, J.P. A robot test-bed for assistance

and assessment in physical therapy, Proceeding of the International

Conference on Rehabilitation Robotics, 1999, pp. 187-200

[57] Reinkensmeyer, D.J.; Kahn. L.E., Averbuch. M., McKenna-Cole. A.,

Schmit. B.D. & Rymer, W.Z. (2000). Understanding and treating arm

movement impairment after chronic brain injury: Progress with the

ARM Guide, Journal of Rehabil. Res. Dev., 37, pp. 653-662

[58] Reinkensmeyer D.J. (2003). Standard Handbook of Biomedical

Engineering and Design Rehabilitators (1st edition). McGraw-Hill,

Columbus

[59] Richardson, R.; Brown, M., Bhakta, M. & Levesley M.C. (2003). Design

and control of a three degree of freedom pneumatic physiotherapy

robot, Robotica, 21, pp. 589-604

[60] Richardson, R.; Levesley, M.C., Brown M. & Walker P. (2005).

Impedance control for a pneumatic robot-based around pole-

placement, joint space controllers, Control Eng. Pract. 2005,13, pp.

291–303

[61] Sakaki, T.; Okada, S., Okajima, Y., Tanaka, N., Kimura, A., Uchida, S.,

Taki, M., Tomita, Y. & Horiuchi, T. TEM: Therapeutic exercise machine

for hip and knee joints of spastic patients, Proceeding of the Sixth

International Conference on Rehabilitation Robotics, 1999, pp. 183-186

[62] Salter R. & Simmonds B. W., (1980). The Biologicial Effect of

Continuous Passive Motion on the Healing of Full Thickness Defects in

Articular Cartilage: An Experimental Investigation in The Rabbit, The

Journal of Bone and Joint Surgery, 62-A, pp. 1232-1251

[63] Simpson, R. (2005). Smart wheelchairs: A literature review, Journal of

Rehabilitation Research and Development, Vol. 42, No. 4, pp. 423-438

[64] Tsai, B. C.; Wang, W. W., Hsu, L. C., Fu, L. C. & Lai, J. S. An

Articulated Rehabilitation Robot for Upper Limb Physiotherapy and

Training, Proceedings of IEEE/RSJ Int. Conf. on Intelligent Robots and

Systems, 2010, pp. 1470-1475

[65] TOPPING, M. (2002). An Overview of the Development of Handy 1, a

Rehabilitation Robot to Assist the Severely Disabled, Journal of

Intelligent and Robotic Systems, 34, pp. 253–263

[66] Van der Loos, H.F.M.; Wagne, J.J., Smaby, N., Chang, K., Madrigal,

O., Leife, L.J. & Khatib, O. ProVAR assistive robot system architecture,

Proceedings of the 1999 IEEE International Conference on Robotics &

Automation Detroit, Michigan, 1999, pp. 741-746

[67] Van der Loos, H.F.M. Lecture Notes in Assistive Technologies

[68] Witte, H.; Lutherdt S. & Schilling, C. (2005). Biomechatronics: how

much biology does the engineer need?, Proceedings of the 2004 IEEE

International Conference on Control Applications, 0-7803-8633-7,

Taiwan, September and 2004.

[69] Yamaura, H.; Matsushita, K., Kato, R. & Yokoi, H. Development of

Hand Rehabilitation System for Paralysis Patient-Universal Design

Using Wire-Driven Mechanism, Proceedings of Int. Conf. of the IEEE

EMBS, 2009, pp. 7122-7125

[70] Yu, W. & Rosen, J. (***) A Novel Linear PID Controller for an Upper

Limb Exoskeleton, in Proc. of IEEE Int. Conf. on Decision and Control,

pp. 3548-3553 (2010)

[71] <http://www.manchesterneurophysio.co.uk>

[72] <http://www.ece.ncsu.edu/research/bee/biomd>

[73] <http://www.arthroscopy.com/sp06001.htm> (Access time: 11.10.2011)

[74] <http://www.biodex.com> (Access time: 11.10.2011)

[75] <http://robots.mit.edu>

[76] <http://www.me.saga-u.ac.jp/~kiguchi/research_en.html#research01,

Access time: December 2011>

[77] <http://www.robaid.com/>

[78] <www.asel.udel.edu>, Access Time: Aug. 13, 2008.

[79] <http://coobox.wordpress.com>

[80] <reharob.manuf.bme.hu>, Access Time: July. 30, 2008.

[81] <http://www.anthrotronix.com>

[82] <http://kaspar.stca.herts.ac.uk>

[83] <http://www.aist.go.jp>

[84] <http://www.parorobots.com>

[85] <http://www.dynamicdevices.com>

[86] <http:// www.wikipedia/biomechatronics> (Access Time: December

2011)

[87] < http://www.BeBionic.com> (Access Time: December 2011)

[88] <http://www.roswellpark.org/robotics/about/da-vinci