From the past to the future of therapeutic orthoses for upper limbs rehabilitation

Abstract Introduction The expansion of assistive technologies has been increasing significantly, involving almost all the daily activities, performed by disabled people. One of the highlights to be mentioned is the robotic orthoses, which are being used to amplify movements, to replace amputated limbs, and for a variety of rehabilitation therapies, among others. This study aims to present a review about upper limbs' orthoses, discussing their weaknesses, potentialities, and pointing out for future perspectives under the motor rehabilitation. Methods For this research, it had been identified 161 papers, based on the bibliographic bases from IEEE and Science Direct, which were filtered by the keywords orthoses, hand, upper-limbs and technology. After the appropriate exclusions, 22 papers were analyzed. Results This review indicates that most of the orthoses have been developed for rehabilitation therapies to be employed by people who have suffered stroke, cerebral palsy or spinal cord injury. This research summarized that the upper limbs movements are effectively produced by electric or pneumatic actuators, having a variety of degrees of freedom. Conclusion This review has shown that, although there are many orthoses styles, ranging from electric to pneumatic actuators; also there are some technical restrictions that prevent their use by most people. However, upper limb orthoses seem to be a great solution for the rehabilitation of people who have suffered a stroke.

Assessment of techniques of massage and pumping in the treatment of breast engorgement by thermography / Avaliação das técnicas de massagem e ordenha no tratamento do ingurgitamento mamário por termografia / Evaluación de las técnicas de masaje y bombeo en el tratamiento de la congestión mamaria por termografía

OBJECTIVE: to evaluate techniques of massage and pumping in the treatment of postpartum breast engorgement through thermography. METHOD: the study was conducted in the Human Milk Bank of a hospital in Curitiba, Brazil. We randomly selected 16 lactating women with engorgement with the classification lobar, ampullary and glandular, moderate and intense. We compared the differential patterns of temperature, before and after the treatment by means of massage and pumping. RESULTS: we found a negative gradient of 0.3°C of temperature between the pre- and post-treatment in the experimental group. Breasts with intense engorgement were 0.7°C warmer when compared with moderate engorgement. CONCLUSION: massage and electromechanical pumping were superior to manual methods when evaluated by thermography. REBEC: U1111-1136-9027. .

OBJETIVO: avaliar técnicas de massagem e ordenha no tratamento do ingurgitamento mamário puerperal, por meio da termografia. MÉTODO: a pesquisa foi realizada no Banco de Leite Humano de um hospital de Curitiba, Brasil. Selecionaram-se, aleatoriamente, 16 lactantes com ingurgitamento com classificação lobar, ampolar e glandular moderado e intenso. Compararam-se os padrões diferenciais de temperatura, antes e após o tratamento realizado, por meio de massagem e ordenha. RESULTADOS: constatou-se um gradiente negativo de 0,3ºC de temperatura entre o pré e o pós-tratamento no grupo experimental. Mamas com ingurgitamento intenso foram 0,7ºC mais quentes quando comparadas com ingurgitamento moderado. CONCLUSÃO: a massagem e ordenha eletromecânicas são superiores às manuais, quando avaliadas por termografia. REBEC: U1111-1136-9027. .

OBJETIVO: evaluar los métodos de masaje y bombeo en el tratamiento de la congestión mamaria posparto a través de la termografía. MÉTODO: el estudio se realizó en el Banco de Leche Humana de un hospital en Curitiba, Brasil. Se seleccionaron al azar 16 mujeres en periodo de lactancia con congestión con clasificación lobar, ampular y glandular, moderada e intensa. Se compararon los patrones diferenciales de temperatura, antes y después del tratamiento por medio de masaje y bombeo. RESULTADOS: se encontró un degradado negativo de 0,3°C de temperatura entre el pre y post-tratamiento en el grupo experimental. Las mamas con intensa congestión eran 0,7°C más caliente en comparación a aquellos con congestión moderada. CONCLUSIÓN: el masaje y el bombeo electromecánico fueron superiores a los métodos manuales cuando se evaluaron por termografía. REBEC: U1111-1136-9027. .

Galvanic vestibular stimulator for fMRI studies

INTRODUCTION: Areas of the brain that are associated with the vestibular system can be activated using galvanic vestibular stimulation. These areas can be studied through a combination of galvanic vestibular stimulation with functional magnetic resonance imaging (fMRI). In order to provide an appropriate sequence of galvanic stimulation synchronous with the MRI pulse sequence, a specific electronic device that was built and assessed is presented. METHODS: The electronic project of the GVS is divided in analog and digital circuits. The analog circuits are mounted in an aluminum case, supplied by sealed batteries, and goes inside the MRI room near to the feet of the subject. The digital circuits are placed in the MRI control room. Those circuits communicate through each other by an optical fiber. Tests to verify the GVS-MRI compatibility were conducted. Silicone (in-house) and Ag/AgCl (commercial) electrodes were evaluated for maximum balance and minimal pain sensations. fMRI experiments were conducted in eight human volunteers. RESULTS: GVS-MRI compatibility experiments demonstrate that the GVS did not interfere with the MRI scanner functionality and vice versa. The circular silicone electrode was considered the most suitable to apply the galvanic vestibular stimulation. The 1 Hz stimulation sinusoid frequency produced the biggest balance and the less pain sensations when compared to 2 Hz. The GVS was capable of eliciting activation in the precentral and postcentral gyri, in the central sulcus, in the supplementary motor area, in the middle and inferior frontal gyri, in the inferior parietal lobule, in the insula, in the superior temporal gyrus, in the middle cingulate cortex, and in the cerebellum. CONCLUSION: This study shows the development and description of a neurovestibular stimulator that can be safely used inside the MRI scanner room without interfering on its operation and vice versa. The developed GVS could successfully activate the major areas involved with multimodal functions of the vestibular system, demonstrating its validity as a stimulator for neurovestibular research. To the best of our knowledge, this is the first work that shows the development and the construction of a galvanic vestibular stimulator that could be safely used inside the MRI room.

Fusão 3D de imagens de MRI/CT e termografia / 3D image fusion using MRI/CT and infrared images

INTRODUÇÃO: A termografia por imagem infravermelha (IR) é uma técnica para diagnóstico não-invasiva que permite a avaliação e quantificação de variações de temperatura na superfície da pele. Apesar de fornecer informações significativas para auxiliar no diagnóstico médico, esta técnica não permite avaliar det alhes anatômicos da região sendo analisada. Este artigo apresenta uma nova metodologia para realizar a fusão entre diferentes modalidades de imagens, tais como ressonância magnética (MRI) ou tomografia computadorizada por raios X (CT), juntamente com imagens de termografia infravermelha. MÉTODOS: Para a construção do modelo 3D, primeiramente são adquiridas as imagens por ressonância magnética (MRI) ou tomografia computadorizada (CT) e um conjunto de imagens térmicas da região de interesse. Em seguida, realiza-se o registro utilizando as projeções 2D (dos planos tomográficos) com as imagens térmicas. Após o registro, as imagens térmicas são combinadas e projetadas sobre o modelo 3D das imagens de MRI ou CT. RESULTADOS: O resultado é uma imagem 3D que combina informação de duas modalidades de imagens médicas diferentes. A combinação dessas duas modalidades de imagens médicas disponibiliza uma nova técnica de imagem 3D que agrupa informações anatômicas (MRI ou CT) e funcionais (variações de temperatura na superfície do corpo). CONCLUSÃO: Os resultados obtidos até o momento com essa nova metodologia indicam que ela pode auxiliar em diagnósticos médicos.

INTRODUCTION: Infrared (IR) thermal imaging is a non-invasive and diagnostic technique that allows evaluation and quantification based on the temperature changes of the skin surface. It provides significant information for clinical diagnosis; however this technique does not present the anatomical details of the region under inspection. In this work, it is presented an innovative image fusion method between different imaging modalities, such as magnetic resonance images (MRI) or X-ray computed tomography (CT), together with IR thermal images. METHODS: Firstly, in order to build the 3D model, the MRI or CT images and the IR thermal images (from the region of interest) are acquired. Then, based on the tomographic planes (image slices), the 2D projections are generated, and the IR images are registered accordingly. Next, the already registered IR set of images are combined and projected over the 3D MRI or CT model. RESULTS: The result is a 3D fused image that combines the information contents from the two different medical imaging modalities. The combination of these two medical imaging modalities offers a new 3D imaging technique that combines anatomical (MRI or CT) and functional (the body's surface temperature) information. CONCLUSION: The results obtained up to now with this new methodology indicate that it can aid in medical diagnosis.

Pode a termografia auxiliar no diagnóstico de lesões musculares em atletas de futebol? / Can thermography aid in the diagnosis of muscle injuries in soccer athletes?

INTRODUÇÃO: Considerando que as lesões musculares desencadeiam processos inflamatórios e que a inflamação gera calor em decorrência do aumento do metabolismo local, então, o nível inflamatório pode ser avaliado por meio do gradiente de temperatura. OBJETIVO: Verificar a viabilidade da aplicação da termografia no diagnóstico de lesões causadas pelo treinamento físico. MÉTODOS: O estudo foi realizado com atletas adolescentes do Paraná Clube, Curitiba, PR, Brasil, que foram divididos em dois grupos, denominados controle e experimental. O grupo controle participou de uma sessão de treinamento de baixa intensidade e o grupo experimental de alta intensidade. Primeiramente, foi capturada uma imagem termográfica do quadríceps femoral de cada atleta antes do início da sessão de treinamento. Após a sessão de treinamento, coletou-se uma amostra de sangue para verificar o nível sérico de lactato de cada atleta. Posteriormente, 24h após o treinamento, efetuou-se outra coleta de sangue para verificar o nível sérico de CK de cada atleta. Outra imagem termográfica individual do quadríceps femoral também foi adquirida nessa etapa. RESULTADOS: A correlação entre os índices de lactato e CK foi positiva e estatisticamente significativa, com valor rho = 0,661 (p = 0,038). Não houve correlação estatisticamente significativa entre os valores de CK 24h pós-treino e na variação de temperatura (24h pós-treino - pré-treino) nos músculos avaliados para o grupo controle. Houve diferença de temperatura (24h pós-treino - pré-treino) estatisticamente significativa (p < 0,05) para os três músculos estudados apenas no grupo experimental. CONCLUSÃO: Os resultados do presente estudo sugerem a possibilidade da utilização de imagens termográficas para, em conjunto com a creatina-quinase, determinar a intensidade e a localização de lesões musculares pós-treino, uma vez que o citado marcador bioquímico não consegue determinar a localização anatômica da lesão muscular.

INTRODUCTION: Since muscle injuries trigger inflammatory processes and inflammation generates heat due to increased local metabolism, hence the level of inflammation can be measured by the temperature gradient. OBJECTIVE: To assess the feasibility of application of thermography in the diagnosis of injuries caused by physical training. METHODS: The study was conducted with adolescent athletes of the Paraná Club, Curitiba, Brazil, who were divided into two groups, namely control and experimental. The control group attended a training session of low intensity and the experimental group a high intensity one. First, a thermographic image of the quadriceps of each athlete was acquired before the training session. After the training session, a blood sample was collected to check the level of serum lactate of each athlete. Subsequently, 24 hours after training, an extra blood sample was performed to check the level of serum CK of each athlete. Another individual thermographic image of the quadriceps was acquired at that stage. RESULTS: The correlation between the lactate and CK was positive and statistically significant rho value = 0.661 (p = 0.038). There was no statistically significant correlation between CK values 24 h post-training and the change in temperature (24 h post-training - pre-training) in the muscles evaluated for the control group. There was a statistically significant difference in temperature (24 h post-training - pre-training) (p<0.05) for the three muscles studied only in the experimental group. CONCLUSION: The results of this study suggest the possibility of use of thermographic images, together with creatine kinase, in order to determine the intensity and location of post-training muscle damage, since the previously mentioned biochemical marker cannot determine the anatomic location of the muscle injury.

Integrando reconstrução 3D de imagens tomográficas e prototipagem rápida para aabricação de modelos médicos / Integrating 3D reconstruction of tomographic images and rapid prototyping for fabrication of medical models

Este trabalho descreve um sistema que integra reconstruçãotridimensional a partir de um conjunto de imagenstomográficas bidimensionais, técnicas de processamentode imagens e prototipagem rápida (RP), possibilitando acriação de modelos médicos através de dados tomográficos.Tais modelos podem ser manufaturados por meio de processosde RP e podem ser úteis em muitas aplicações médicas, tais como fabricação de próteses, diagnósticos, planejamento de tratamento ou em procedimentos cirúrgicos.Em imageamento médico, a Tomografia Computadorizada(CT) e a Ressonância Magnética (MRI) são duas técnicascomuns para capturar informação da anatomia dos pacientes.A Prototipagem Rápida é uma técnica relativamenterecente para produzir objetos com formas complexas diretamente de dados digitais tridimensionais. Estes modelos sólidos são construídos pela adição de camadas de material, camada por camada. Diversos processos de manufatura são atualmente disponíveis, tais como Modelagempor Deposição de Material Fundido (FDM), Estereolitografia(SLA) e Sinterização Seletiva a Laser (SLS). Um método de triangulação é usado para a reconstrução de imagens tridimensionais a partir de um conjunto de seçõestransversais. O sistema apresentado neste trabalho atuacomo interface entre as imagens tomográficas e a máquinade prototipagem...