Upper Limb Training and Assessment System for Application in Post Stroke Rehabilitation Therapies: a Bimanual Cooperative Coordination Study

O número de sobreviventes hemiplégicos tem crescido devido ao aumento da taxa de sobrevivência após o Acidente Vascular Cerebral. As Terapias Assistidas por Robôs têm sido introduzidas como ferramenta terapêutica auxiliar na reabilitação para aumentar a qualidade dos tratamentos, entretanto pesquisas mostram uma predisposição dos dispositivos em se concentrarem apenas na recuperação do membro parético, negligenciando a aplicação de exercícios bimanuais durante o tratamento, os quais são de extrema importância na realização de tarefas cooperativas da vida diária. A proposta deste trabalho partiu do desenvolvimento de um sistema mecatrônico para fins de treinamento e avaliação motora dos membros superiores capaz de coletar medidas inerciais, de força e deslocamento a partir de um instrumento cooperativo sensorizado e uma mesa de atividades inteligente que interagem com jogos virtuais orientados à tarefa visando, inicialmente, o estudo da cinética e cinemática de pessoas típicas para caracterização da coordenação bimanual como uma primeira etapa para a validar a aplicação da tecnologia na reabilitação. O projeto compreendeu três abordagens principais: o Desenvolvimento Tecnológico do sistema, o Experimento composto por 4 atividades e 36 participantes e a Análise de Dados através de princípios estatísticos fundamentais e modelos lineares. Os resultados permitiram classificar diferentes tipos de assinaturas de força, estratégias de execução, padrões de movimento e verificar características como simetria, estabilidade, temporização e precisão, que evidenciaram principalmente a presença da aprendizagem motora ao longo dos exercícios, a independência de correspondência da força de preensão em relação à lateralização e à força máxima de cada mão e, por último, a influência do membro dominante particularmente à precisão do movimento. As medidas dos participantes saudáveis envolvidos formam um banco de dados possibilitando posterior consulta e comparação com outros grupos experimentais.The number of hemiplegic survivors has risen due to the increase in the post-stroke survivability rate. Robot Assisted Therapies have been introduced as an auxiliary therapeutic tool in patient\'s rehabilitation in order to improve the treatment quality, however studies suggest a device predisposition to focus only in paretic limb, neglecting the practice of bimanual exercises during the treatment, which are extremely important to complete daily cooperative tasks. The purpose of this work arises from the development of a mechatronic system for motor training and assessment of the upper limbs, being capable to collect inertial, force and displace measurements from a single sensorized cooperative instrument and a smart activities table, interacting with task oriented computer games aiming, initially, kinematics and kinect study of healthy subjects, to characterize the bimanual coordination as a first step in order to validate the technology application in rehabilitation. The project has been divided into three main categories: the System Technology Development, the Experiment composed by 4 activities and 36 participants and Data Analysis using fundamental statistical principles and linear models. The results allows one to classify different types of force signatures, execution strategies, movement patterns and to verify characteristics such as symmetry, stability, timing and accuracy that mainly evidenced the presence of motor learning during the exercises, the independence of correspondence of the prehension force between lateralization and maximum hand strength and, lastly, the dominant limb influence in the movement precision. The healthy subjects\' measurements were used to build a data bank, allowing a future inquiry and comparison between other experimental group