Tracy Austin

General note: Title and date provided by Bettye Lane.

Billie Jean King

General note: Title and date provided by Bettye Lane.

Robotic Outcome Assessment in a Non-Human Primate Model of Middle Cerebral Artery Stroke

Stroke is a prevalent disorder with immense socioeconomic impact. A variety of chronic neurological deficits result from stroke. In particular, sensorimotor deficits are a significant barrier to achieving post-stroke independence. Unfortunately, the majority of pre-clinical studies that show improved outcomes in animal stroke models have failed in clinical trials. Pre-clinical studies using non-human primate (NHP) stroke models prior to initiating human trials are a potential step to improving translation from animal studies to clinical trials. Robotic assessment tools represent a quantitative, reliable, and reproducible means to assess reaching behaviour following stroke in both humans and NHPs. We investigated the use of robotic technology to assess sensorimotor impairments in NHPs following middle cerebral artery occlusion (MCAO). Two cynomolgus macaques underwent transient MCAO for 90 minutes. Approximately 1.5 years following the procedure these NHPs and two non-stroke control monkeys were trained in a reaching task with both arms in the KINARM exoskeleton. This robot permits elbow and shoulder movements in the horizontal plane. The task required NHPs to make reaching movements from a centrally positioned start target to 1 of 8 peripheral targets uniformly distributed around the first target. We analyzed four movement parameters: reaction time, movement time (MT), initial direction error (IDE), and number of speed maxima to characterize sensorimotor deficiencies. We hypothesized reduced performance in these attributes during a neurobehavioural task with the paretic limb of NHPs following MCAO compared to controls. Reaching movements in the non-affected limbs of control and experimental NHPs showed bell-shaped velocity profiles. In contrast, the reaching movements with the affected limbs were highly variable. We found distinctive patterns in MT, IDE, and number of speed peaks between control and experimental monkeys and between limbs of NHPs with MCAO. NHPs with MCAO demonstrated more speed peaks, longer MTs, and greater IDE in their paretic limb compared to controls. These initial results qualitatively match human stroke subjects’ performance, suggesting that robotic neurobehavioural assessment in NHPs with stroke is feasible and could have translational relevance in subsequent human studies. Further studies will be necessary to replicate and expand on these preliminary findings.

The Influence of the Family in the Development of Talent in Sport

The purpose of the present study was to describe patterns in the dynamics of families of talented athletes throughout their development in sport. Four families, including three families of elite rowers and one family of an elite tennis player were examined. The framework provided by Ericsson, Krampe, and Tesch- Römer (1993) to explain expert performance served as the theoretical basis for the study. Ericsson et al. suggested that the acquisition of expert performance involves operating within three types of constraints: motivational, effort, and resource. In-depth interviews were conducted with each athlete, parent, and sibling to explore how they have dealt with these three constraints. A total of 15 individual interviews were conducted. Results permitted the identification of three phases of participation from early childhood to late adolescence: the sampling years, the specializing years, and the investment years. The dynamics of the family in each of these phases of development is discussed

La popularización del fútbol en España. Análisis del fenómeno a través de la literatura especializada del fútbol (1920-1936)

La consolidación del fútbol en España se produjo a partir de los años veinte del siglo pasado. Entre 1920 a 1936 el fútbol adquirió todos los rasgos personales que hoy le caracterizan. En esta época surgió una literatura técnica y periodística especializada que se configuró como uno de los pilares más importantes para el desarrollo técnico deportivo y del espectáculo de masas. En torno a esta cuestión, el presente artículo busca un doble objetivo: recopilar la literatura técnica y periodística especializada publicada durante el período de 1920 a 1936, y reconocer el alcance social, técnico e ideológico de esta literatura futbolística en el proceso de configuración del fútbol en España. Para abordar este propósito hemos utilizado una metodología heurística y de análisis documental de las fuentes originales. Apreciamos que a través de estas obras podemos conocer mejor el contexto del espacio socio-deportivo del fútbol en España y, también, despertar nuevas líneas potenciales de investigación.

Creating New Design-Build-Test Experiences as Outputs of Undergraduate Design-Build-Test Projects

This paper describes a methodology of using individual engineering undergraduate student projects as a means of effectively and efficiently developing new Design-Build-Test (DBT) learning experiences and challenges.
A key aspect of the rationale for this approach is that it benefits all parties. The student undertaking the individual project gets an authentic experience of producing a functional artefact, which has been the result of a design process that addresses conception, design, implementation and operation. The supervising faculty member benefits from live prototyping of new curriculum content and resources with a student who is at a similar level of knowledge and experience as the intended end users of the DBT outputs. The multiple students who ultimately undertake the DBT experiences / challenges benefit from the enhanced nature of a learning experience which has been “road tested” and optimised.
To demonstrate the methodology the paper will describe a case study example of an individual project completed in 2015. This resulted in a DBT design challenge with a theme of designing a catapult for throwing table tennis balls, the device being made from components laser cut from medium density fibreboard (MDF). Further three different modes of operation will be described which use the same resource materials but operate over different timescales and with different learning outcomes, from an icebreaker exercise focused on developing team dynamics through to full DBT where students get an opportunity to experience the full impact of their design decisions by competing against other students with a catapult they have designed and built themselves.

Mécanismes psychophysiques et neuronaux de la compensation dynamique de multiples champs de force : facilitation et anticipation liée à des indices de couleur

Dans cette thèse, nous abordons le contrôle moteur du mouvement du coude à travers deux approches expérimentales : une première étude psychophysique a été effectuée chez les sujets humains, et une seconde implique des enregistrements neurophysiologiques chez le singe. Nous avons recensé plusieurs aspects non résolus jusqu’à présent dans l’apprentissage moteur, particulièrement concernant l’interférence survenant lors de l’adaptation à deux ou plusieurs champs de force anti-corrélés. Nous avons conçu un paradigme où des stimuli de couleur aident les sujets à prédire la nature du champ de force externe actuel avant qu’ils ne l’expérimentent physiquement durant des mouvements d’atteinte. Ces connaissances contextuelles faciliteraient l’adaptation à des champs de forces en diminuant l’interférence. Selon le modèle computationnel de l’apprentissage moteur MOSAIC (MOdular Selection And Identification model for Control), les stimuli de couleur aident les sujets à former « un modèle interne » de chaque champ de forces, à s’en rappeler et à faire la transition entre deux champs de force différents, sans interférence. Dans l’expérience psychophysique, quatre groupes de sujets humains ont exécuté des mouvements de flexion/extension du coude contre deux champs de forces. Chaque force visqueuse était associée à une couleur de l’écran de l’ordinateur et les deux forces étaient anti-corrélées : une force résistante (Vr) a été associée à la couleur rouge de l’écran et l’autre, assistante (Va), à la couleur verte de l’écran. Les deux premiers groupes de sujets étaient des groupes témoins : la couleur de l’écran changeait à chaque bloc de 4 essais, tandis que le champ de force ne changeait pas. Les sujets du groupe témoin Va ne rencontraient que la force assistante Va et les sujets du groupe témoin Vr performaient leurs mouvements uniquement contre une force résistante Vr. Ainsi, dans ces deux groupes témoins, les stimuli de couleur n’étaient pas pertinents pour adapter le mouvement et les sujets ne s’adaptaient qu’à une seule force (Va ou Vr). Dans les deux groupes expérimentaux, cependant, les sujets expérimentaient deux champs de forces différents dans les différents blocs d’essais (4 par bloc), associés à ces couleurs. Dans le premier groupe expérimental (groupe « indice certain », IC), la relation entre le champ de force et le stimulus (couleur de l’écran) était constante. La couleur rouge signalait toujours la force Vr tandis que la force Va était signalée par la couleur verte. L’adaptation aux deux forces anti-corrélées pour le groupe IC s’est avérée significative au cours des 10 jours d’entraînement et leurs mouvements étaient presque aussi bien ajustés que ceux des deux groupes témoins qui n’avaient expérimenté qu’une seule des deux forces. De plus, les sujets du groupe IC ont rapidement démontré des changements adaptatifs prédictifs dans leurs sorties motrices à chaque changement de couleur de l’écran, et ceci même durant leur première journée d’entraînement. Ceci démontre qu’ils pouvaient utiliser les stimuli de couleur afin de se rappeler de la commande motrice adéquate. Dans le deuxième groupe expérimental, la couleur de l’écran changeait régulièrement de vert à rouge à chaque transition de blocs d’essais, mais le changement des champs de forces était randomisé par rapport aux changements de couleur (groupe « indice-incertain », II). Ces sujets ont pris plus de temps à s’adapter aux champs de forces que les 3 autres groupes et ne pouvaient pas utiliser les stimuli de couleurs, qui n’étaient pas fiables puisque non systématiquement reliés aux champs de forces, pour faire des changements prédictifs dans leurs sorties motrices. Toutefois, tous les sujets de ce groupe ont développé une stratégie ingénieuse leur permettant d’émettre une réponse motrice « par défaut » afin de palper ou de sentir le type de la force qu’ils allaient rencontrer dans le premier essai de chaque bloc, à chaque changement de couleur. En effet, ils utilisaient la rétroaction proprioceptive liée à la nature du champ de force afin de prédire la sortie motrice appropriée pour les essais qui suivent, jusqu’au prochain changement de couleur d’écran qui signifiait la possibilité de changement de force. Cette stratégie était efficace puisque la force demeurait la même dans chaque bloc, pendant lequel la couleur de l’écran restait inchangée. Cette étude a démontré que les sujets du groupe II étaient capables d’utiliser les stimuli de couleur pour extraire des informations implicites et explicites nécessaires à la réalisation des mouvements, et qu’ils pouvaient utiliser ces informations pour diminuer l’interférence lors de l’adaptation aux forces anti-corrélées. Les résultats de cette première étude nous ont encouragés à étudier les mécanismes permettant aux sujets de se rappeler d’habiletés motrices multiples jumelées à des stimuli contextuels de couleur. Dans le cadre de notre deuxième étude, nos expériences ont été effectuées au niveau neuronal chez le singe. Notre but était alors d’élucider à quel point les neurones du cortex moteur primaire (M1) peuvent contribuer à la compensation d’un large éventail de différentes forces externes durant un mouvement de flexion/extension du coude. Par cette étude, nous avons testé l’hypothèse liée au modèle MOSAIC, selon laquelle il existe plusieurs modules contrôleurs dans le cervelet qui peuvent prédire chaque contexte et produire un signal de sortie motrice approprié pour un nombre restreint de conditions. Selon ce modèle, les neurones de M1 recevraient des entrées de la part de plusieurs contrôleurs cérébelleux spécialisés et montreraient ensuite une modulation appropriée de la réponse pour une large variété de conditions. Nous avons entraîné deux singes à adapter leurs mouvements de flexion/extension du coude dans le cadre de 5 champs de force différents : un champ nul ne présentant aucune perturbation, deux forces visqueuses anti-corrélées (assistante et résistante) qui dépendaient de la vitesse du mouvement et qui ressemblaient à celles utilisées dans notre étude psychophysique chez l’homme, une force élastique résistante qui dépendait de la position de l’articulation du coude et, finalement, un champ viscoélastique comportant une sommation linéaire de la force élastique et de la force visqueuse. Chaque champ de force était couplé à une couleur d’écran de l’ordinateur, donc nous avions un total de 5 couleurs différentes associées chacune à un champ de force (relation fixe). Les singes étaient bien adaptés aux 5 conditions de champs de forces et utilisaient les stimuli contextuels de couleur pour se rappeler de la sortie motrice appropriée au contexte de forces associé à chaque couleur, prédisant ainsi leur sortie motrice avant de sentir les effets du champ de force. Les enregistrements d’EMG ont permis d’éliminer la possibilité de co-contractions sous-tendant ces adaptations, étant donné que le patron des EMG était approprié pour compenser chaque condition de champ de force. En parallèle, les neurones de M1 ont montré des changements systématiques dans leurs activités, sur le plan unitaire et populationnel, dans chaque condition de champ de force, signalant les changements requis dans la direction, l’amplitude et le décours temporel de la sortie de force musculaire nécessaire pour compenser les 5 conditions de champs de force. Les changements dans le patron de réponse pour chaque champ de force étaient assez cohérents entre les divers neurones de M1, ce qui suggère que la plupart des neurones de M1 contribuent à la compensation de toutes les conditions de champs de force, conformément aux prédictions du modèle MOSAIC. Aussi, cette modulation de l’activité neuronale ne supporte pas l’hypothèse d’une organisation fortement modulaire de M1.

Hybrid formulation solution for stress analysis of curved pipes with welded bending joints

A method is presented for evaluating the stress intensity factor of part-through cracks in a thin pipe elbow. A hybrid formulation solution is used to evaluate the stress field close to the crack area. The stress field values are then inputted into a previously developed method published in the literature to evaluate the stress intensity factor in cylindrical shells. Results from cylindrical shells with part-through cracks are extended to double-curvature pipe configurations that contain the same kind of flaw.

Arterial entrapment syndrome in the cubital fossa: a rare cause of acute stress-related arterial thrombosis in a patient with brachial artery duplication

Arterial entrapment syndrome (AES) at elbow level is very rare and to our knowledge no case of AES by lacertus fibrosus in the cubital fossa in presence of brachial artery duplication has been described to date. We describe a rare case of acute arterial thrombosis of one of two brachial arteries highlighted in the cubital fossa which developed after strenuous right elbow flexor muscle activity and hyper-extensions presumably related to AES by lacertus fibrosus at elbow level. A 43-year-old right-handed woman, experienced paleness, coldness and numbness of the right hand, after 8 consecutive hours of gardening. As she worked, her ipsilateral flexor elbow muscles remained in prolonged and inappropriate tension. Clinical examination evidenced the absence of radial artery pulse in the wrist and mild hypothermia in the second and third finger. During surgical exploration two anastomosed brachial arteries were detected in the cubital fossa under the lacertus fibrosus. The lateral superficial brachial artery was occluded. Intraoperative arteriography evidenced brachial artery duplication at the third superior of the arm and normal vascular pattern at the forearm level. In cases of unexplained atypical intermittent upper extremity claudication or acute ischemic symptoms an AES should always be ruled out, particularly when symptoms are exacerbated by strenuous upper extremity activity or when upper limb muscular hypertrophy is evident. In these cases a thorough dynamic clinical and instrumental examination is mandatory to confirm a diagnosis of AES and to avoid possible future ischemic complications.

Correlação entre o sinal mecanomiográfico e a escala modificada de Ashworth durante avaliação clínica da espasticidade

Spasticity is a common disorder in people who have upper motor neuron injury. The involvement may occur at different levels. The Modified Ashworth Scale (MAS) is the most used method to measure involvement levels. But it corresponds to a subjective evaluation. Mechanomyography (MMG) is an objective technique that quantifies the muscle vibration during the contraction and stretching events. So, it may assess the level of spasticity accurately. This study aimed to investigate the correlation between spasticity levels determined by MAS with MMG signal in spastic and not spastic muscles. In the experimental protocol, we evaluated 34 members of 22 volunteers, of both genders, with a mean age of 39.91 ± 13.77 years. We evaluated the levels of spasticity by MAS in flexor and extensor muscle groups of the knee and/or elbow, where one muscle group was the agonist and one antagonist. Simultaneously the assessment by the MAS, caught up the MMG signals. We used a custom MMG equipment to register and record the signals, configured in LabView platform. Using the MatLab computer program, it was processed the MMG signals in the time domain (median energy) and spectral domain (median frequency) for the three motion axes: X (transversal), Y (longitudinal) and Z (perpendicular). For bandwidth delimitation, we used a 3rd order Butterworth filter, acting in the range of 5-50 Hz. Statistical tests as Spearman's correlation coefficient, Kruskal-Wallis test and linear correlation test were applied. As results in the time domain, the Kruskal-Wallis test showed differences in median energy (MMGME) between MAS groups. The linear correlation test showed high linear correlation between MAS and MMGME for the agonist muscle as well as for the antagonist group. The largest linear correlation occurred between the MAS and MMG ME for the Z axis of the agonist muscle group (R2 = 0.9557) and the lowest correlation occurred in the X axis, for the antagonist muscle group (R2 = 0.8862). The Spearman correlation test also confirmed high correlation for all axes in the time domain analysis. In the spectral domain, the analysis showed an increase in the median frequency (MMGMF) in MAS’ greater levels. The highest correlation coefficient between MAS and MMGMF signal occurred in the Z axis for the agonist muscle group (R2 = 0.4883), and the lowest value occurred on the Y axis for the antagonist group (R2 = 0.1657). By means of the Spearman correlation test, the highest correlation occurred between the Y axis of the agonist group (0.6951; p <0.001) and the lowest value on the X axis of the antagonist group (0.3592; p <0.001). We conclude that there was a significantly high correlation between the MMGME and MAS in both muscle groups. Also between MMG and MAS occurred a significant correlation, however moderate for the agonist group, and low for the antagonist group. So, the MMGME proved to be more an appropriate descriptor to correlate with the degree of spasticity defined by the MAS.

Proceedings from North American Symposium on Knowledge Organization, Vol. 3

In this volume are represented the proceedings of the Third North American Symposium on Knowledge Organization held at Ryerson University in Toronto Canada on June 16-17, 2011. It contains 21 papers and one abstract.

Lateral epicondylitis and physical exposure at work? A review of prospective studies and meta-analysis

International audience

Mécanismes psychophysiques et neuronaux de la compensation dynamique de multiples champs de force : facilitation et anticipation liée à des indices de couleur

Dans cette thèse, nous abordons le contrôle moteur du mouvement du coude à travers deux approches expérimentales : une première étude psychophysique a été effectuée chez les sujets humains, et une seconde implique des enregistrements neurophysiologiques chez le singe. Nous avons recensé plusieurs aspects non résolus jusqu’à présent dans l’apprentissage moteur, particulièrement concernant l’interférence survenant lors de l’adaptation à deux ou plusieurs champs de force anti-corrélés. Nous avons conçu un paradigme où des stimuli de couleur aident les sujets à prédire la nature du champ de force externe actuel avant qu’ils ne l’expérimentent physiquement durant des mouvements d’atteinte. Ces connaissances contextuelles faciliteraient l’adaptation à des champs de forces en diminuant l’interférence. Selon le modèle computationnel de l’apprentissage moteur MOSAIC (MOdular Selection And Identification model for Control), les stimuli de couleur aident les sujets à former « un modèle interne » de chaque champ de forces, à s’en rappeler et à faire la transition entre deux champs de force différents, sans interférence. Dans l’expérience psychophysique, quatre groupes de sujets humains ont exécuté des mouvements de flexion/extension du coude contre deux champs de forces. Chaque force visqueuse était associée à une couleur de l’écran de l’ordinateur et les deux forces étaient anti-corrélées : une force résistante (Vr) a été associée à la couleur rouge de l’écran et l’autre, assistante (Va), à la couleur verte de l’écran. Les deux premiers groupes de sujets étaient des groupes témoins : la couleur de l’écran changeait à chaque bloc de 4 essais, tandis que le champ de force ne changeait pas. Les sujets du groupe témoin Va ne rencontraient que la force assistante Va et les sujets du groupe témoin Vr performaient leurs mouvements uniquement contre une force résistante Vr. Ainsi, dans ces deux groupes témoins, les stimuli de couleur n’étaient pas pertinents pour adapter le mouvement et les sujets ne s’adaptaient qu’à une seule force (Va ou Vr). Dans les deux groupes expérimentaux, cependant, les sujets expérimentaient deux champs de forces différents dans les différents blocs d’essais (4 par bloc), associés à ces couleurs. Dans le premier groupe expérimental (groupe « indice certain », IC), la relation entre le champ de force et le stimulus (couleur de l’écran) était constante. La couleur rouge signalait toujours la force Vr tandis que la force Va était signalée par la couleur verte. L’adaptation aux deux forces anti-corrélées pour le groupe IC s’est avérée significative au cours des 10 jours d’entraînement et leurs mouvements étaient presque aussi bien ajustés que ceux des deux groupes témoins qui n’avaient expérimenté qu’une seule des deux forces. De plus, les sujets du groupe IC ont rapidement démontré des changements adaptatifs prédictifs dans leurs sorties motrices à chaque changement de couleur de l’écran, et ceci même durant leur première journée d’entraînement. Ceci démontre qu’ils pouvaient utiliser les stimuli de couleur afin de se rappeler de la commande motrice adéquate. Dans le deuxième groupe expérimental, la couleur de l’écran changeait régulièrement de vert à rouge à chaque transition de blocs d’essais, mais le changement des champs de forces était randomisé par rapport aux changements de couleur (groupe « indice-incertain », II). Ces sujets ont pris plus de temps à s’adapter aux champs de forces que les 3 autres groupes et ne pouvaient pas utiliser les stimuli de couleurs, qui n’étaient pas fiables puisque non systématiquement reliés aux champs de forces, pour faire des changements prédictifs dans leurs sorties motrices. Toutefois, tous les sujets de ce groupe ont développé une stratégie ingénieuse leur permettant d’émettre une réponse motrice « par défaut » afin de palper ou de sentir le type de la force qu’ils allaient rencontrer dans le premier essai de chaque bloc, à chaque changement de couleur. En effet, ils utilisaient la rétroaction proprioceptive liée à la nature du champ de force afin de prédire la sortie motrice appropriée pour les essais qui suivent, jusqu’au prochain changement de couleur d’écran qui signifiait la possibilité de changement de force. Cette stratégie était efficace puisque la force demeurait la même dans chaque bloc, pendant lequel la couleur de l’écran restait inchangée. Cette étude a démontré que les sujets du groupe II étaient capables d’utiliser les stimuli de couleur pour extraire des informations implicites et explicites nécessaires à la réalisation des mouvements, et qu’ils pouvaient utiliser ces informations pour diminuer l’interférence lors de l’adaptation aux forces anti-corrélées. Les résultats de cette première étude nous ont encouragés à étudier les mécanismes permettant aux sujets de se rappeler d’habiletés motrices multiples jumelées à des stimuli contextuels de couleur. Dans le cadre de notre deuxième étude, nos expériences ont été effectuées au niveau neuronal chez le singe. Notre but était alors d’élucider à quel point les neurones du cortex moteur primaire (M1) peuvent contribuer à la compensation d’un large éventail de différentes forces externes durant un mouvement de flexion/extension du coude. Par cette étude, nous avons testé l’hypothèse liée au modèle MOSAIC, selon laquelle il existe plusieurs modules contrôleurs dans le cervelet qui peuvent prédire chaque contexte et produire un signal de sortie motrice approprié pour un nombre restreint de conditions. Selon ce modèle, les neurones de M1 recevraient des entrées de la part de plusieurs contrôleurs cérébelleux spécialisés et montreraient ensuite une modulation appropriée de la réponse pour une large variété de conditions. Nous avons entraîné deux singes à adapter leurs mouvements de flexion/extension du coude dans le cadre de 5 champs de force différents : un champ nul ne présentant aucune perturbation, deux forces visqueuses anti-corrélées (assistante et résistante) qui dépendaient de la vitesse du mouvement et qui ressemblaient à celles utilisées dans notre étude psychophysique chez l’homme, une force élastique résistante qui dépendait de la position de l’articulation du coude et, finalement, un champ viscoélastique comportant une sommation linéaire de la force élastique et de la force visqueuse. Chaque champ de force était couplé à une couleur d’écran de l’ordinateur, donc nous avions un total de 5 couleurs différentes associées chacune à un champ de force (relation fixe). Les singes étaient bien adaptés aux 5 conditions de champs de forces et utilisaient les stimuli contextuels de couleur pour se rappeler de la sortie motrice appropriée au contexte de forces associé à chaque couleur, prédisant ainsi leur sortie motrice avant de sentir les effets du champ de force. Les enregistrements d’EMG ont permis d’éliminer la possibilité de co-contractions sous-tendant ces adaptations, étant donné que le patron des EMG était approprié pour compenser chaque condition de champ de force. En parallèle, les neurones de M1 ont montré des changements systématiques dans leurs activités, sur le plan unitaire et populationnel, dans chaque condition de champ de force, signalant les changements requis dans la direction, l’amplitude et le décours temporel de la sortie de force musculaire nécessaire pour compenser les 5 conditions de champs de force. Les changements dans le patron de réponse pour chaque champ de force étaient assez cohérents entre les divers neurones de M1, ce qui suggère que la plupart des neurones de M1 contribuent à la compensation de toutes les conditions de champs de force, conformément aux prédictions du modèle MOSAIC. Aussi, cette modulation de l’activité neuronale ne supporte pas l’hypothèse d’une organisation fortement modulaire de M1.

Upper Limb Posture Estimation in Robotic and Virtual Reality-based Rehabilitation.

New motor rehabilitation therapies include virtual reality (VR) and robotic technologies. In limb rehabilitation, limb posture is required to (1) provide a limb realistic representation in VR games and (2) assess the patient improvement. When exoskeleton devices are used in the therapy, the measurements of their joint angles cannot be directly used to represent the posture of the patient limb, since the human and exoskeleton kinematic models differ. In response to this shortcoming, we propose a method to estimate the posture of the human limb attached to the exoskeleton. We use the exoskeleton joint angles measurements and the constraints of the exoskeleton on the limb to estimate the human limb joints angles. This paper presents (a) the mathematical formulation and solution to the problem, (b) the implementation of the proposed solution on a commercial exoskeleton system for the upper limb rehabilitation, (c) its integration into a rehabilitation VR game platform, and (d) the quantitative assessment of the method during elbow and wrist analytic training. Results show that this method properly estimates the limb posture to (i) animate avatars that represent the patient in VR games and (ii) obtain kinematic data for the patient assessment during elbow and wrist analytic rehabilitation.

Inverse kinematics for upper limb compound movement estimation in exoskeleton-assisted rehabilitation

Robot-Assisted Rehabilitation (RAR) is relevant for treating patients affected by nervous system injuries (e.g., stroke and spinal cord injury) -- The accurate estimation of the joint angles of the patient limbs in RAR is critical to assess the patient improvement -- The economical prevalent method to estimate the patient posture in Exoskeleton-based RAR is to approximate the limb joint angles with the ones of the Exoskeleton -- This approximation is rough since their kinematic structures differ -- Motion capture systems (MOCAPs) can improve the estimations, at the expenses of a considerable overload of the therapy setup -- Alternatively, the Extended Inverse Kinematics Posture Estimation (EIKPE) computational method models the limb and Exoskeleton as differing parallel kinematic chains -- EIKPE has been tested with single DOFmovements of the wrist and elbow joints -- This paper presents the assessment of EIKPEwith elbow-shoulder compoundmovements (i.e., object prehension) -- Ground-truth for estimation assessment is obtained from an optical MOCAP (not intended for the treatment stage) -- The assessment shows EIKPE rendering a good numerical approximation of the actual posture during the compoundmovement execution, especially for the shoulder joint angles -- This work opens the horizon for clinical studies with patient groups, Exoskeleton models, and movements types --