STTR Phase I: A Body Area Sensor Network with Smart Glove Base Station for Improved Physical Therapy

STTR 第一阶段:带有智能手套基站的身体区域传感器网络,用于改进物理治疗

基本信息

  • 批准号:
    1912945
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 22.5万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-07-01 至 2020-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The broader impact of this Small Business Technology Transfer (STTR) Phase I project will provide a low-cost wearable Internet-of-Things (IoT) device for upper extremity physical therapy rehabilitation. The project will contribute to the ultimate goal of helping patients suffering from stroke or joint-related injuries of the upper extremities. The project will result in a body of knowledge that physicians can leverage. For example, Fugl-Meyer assessment (FMA) scores can be computed from the acquired sensorimotor information to assess the physical performance of a patient. Our innovative body area sensor network with smart glove base station (BASN-SG) design can be used to track and speed up the patient recovery process by promoting neuroplasticity through biofeedback. Thus, providing both the physician and patient a quantitative tool for upper extremity rehabilitation. Outreach opportunities will be pursued through local middle schools to use this BASN-SG technology to generate student interest in Science, Technology, Engineering, and Mathematics (STEM) topics. The project also has a huge commercial impact and has a potential to lower the health care and labor cost associated with neurological rehabilitation of stroke patients by over 30%.The proposed project aims to develop and commercialize a novel BASN-SG design that leverages an award winning and patent pending IoT smart glove device to measure the sensorimotor information of the human hand, which is not possible through alternative means, e.g., smart phone. Furthermore, the smart glove will be exploited for secure centralized processing of the sensitive biokinetic and physiological information that will be wirelessly transmitted from the BASN. Conducting sensor data fusion and processing closer to the body will address issues associated with signal propagation and multipath, packet loss due to signal interference and noise, cyber threats due to network attacks to foster physician-patient confidentiality, and energy consumption of wireless sensor nodes. Our research objectives includes: (1) developing a wearable exercise shirt with built-in modular wireless sensor nodes for acquiring the bio-states of the user to be transmitted to the smart glove base station, (2) algorithms on the smart glove to enable conducting sensor data fusion and processing closer to the human body, and (3) a virtual reality software tool that uses the aggregated and fused data set from the smart glove base station as an input controller for user biofeedback.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
这个小企业技术转让(STTR)第一阶段项目的更广泛影响将为上肢物理治疗康复提供低成本的可穿戴物联网(IoT)设备。该项目将有助于帮助中风或上肢关节相关损伤患者的最终目标。该项目将产生一个医生可以利用的知识体系。例如,可以从所获取的感觉运动信息计算Fugl-Meyer评估(FMA)分数,以评估患者的身体表现。我们的创新体域传感器网络与智能手套基站(BASN-SG)设计可用于通过生物反馈促进神经可塑性来跟踪和加速患者康复过程。因此,为医生和患者提供了上肢康复的定量工具。将通过当地中学寻求推广机会,利用BASN-SG技术激发学生对科学、技术、工程和数学(STEM)主题的兴趣。该项目还具有巨大的商业影响,有可能将与中风患者神经康复相关的医疗保健和劳动力成本降低30%以上。拟议的项目旨在开发和商业化一种新颖的BASN-SG设计,该设计利用获奖和正在申请专利的物联网智能手套设备来测量人手的感觉运动信息,这是通过替代手段无法实现的,例如,在一个实施方式中,智能手机此外,智能手套将被用于安全集中处理将从智能手套无线传输的敏感生物动力学和生理信息。在更靠近身体的地方进行传感器数据融合和处理将解决与信号传播和多路径、由于信号干扰和噪声导致的数据包丢失、由于网络攻击导致的网络威胁(以促进医患保密性)以及无线传感器节点的能耗相关的问题。我们的研究目标包括:(1)开发具有内置模块化无线传感器节点的可穿戴运动衬衫,用于采集用户的生物状态以传输到智能手套基站,(2)智能手套上的算法,以使得能够进行更接近人体的传感器数据融合和处理,以及(3)一种虚拟现实软件工具,使用来自智能手套基站的聚合和融合数据集作为用户生物反馈的输入控制器。该奖项反映了NSF的法定基金会的使命是履行其使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评价,被认为值得支持。

项目成果

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