瘫痪病人康复训练中智能辅助设备的应用

瘫痪病人康复训练中智能辅助设备的应用

孙语桐

天津医科大学

摘要：随着社会的发展，医疗水平不断提升。脑梗死是一种急性缺血性脑血管疾病，在神经内科中非常常见，主要是因为各种不利因素造成部分脑组织坏死而引发持续性的病灶性神经功能障碍。该疾病致死率和致残率均较高，通常存活下来的脑梗死患者中约有一半会留下偏瘫、失语等各种严重残疾，不仅影响患者的生活质量，而且给患者带来沉重的心理负担。因此，临床早期进行脑梗死后偏瘫的护理及康复指导是脑梗死规范化管理的关键。康复器械的存在降低了康复师的人力成本，但仍旧无法完全替代康复师高定制化的手法治疗，针对该领域的需求缺口，能替代康复师手法治疗的康复机器人应运而生。康复机器人集训练、评估、康复策略定制等功能于一体，颠覆了传统的康复程序依赖于治疗师的限制，可以有效缩短康复周期。康复机器人由于具有灵活性、安全性，在脑梗死患者中应用广泛，且获得较好的康复效果。

关键词：瘫痪病人；康复训练；智能辅助设备；应用

引言

脑卒中高发于老年人群已成为我国首要死亡原因，也是导致残疾的首要原因。以康复机器人为代表的治疗技术可以辅助患者进行运动再学习，帮助患者恢复运动本能无论是康复医疗还是助老助残，机器人的功能康复与辅助都将面临巨大的社会群体需求。康复机器人起源于20世纪80年代，1990年以后康复机器人的研究在国际上进入全面发展时期。与国际发展速度相比，我国康复机器人行业尚处于发展初期，康复机器人还在研发阶段，现有的康复机器人普及率偏低，缺乏成熟的、市场普遍认可的产品，但在政策与市场的驱动下，大量资本涌入康复机器人市场，康复机器人行业即将步入快速发展期。

1康复机器人的概述与分类

1.1外骨骼类型机器人技术工具外骨骼类型的

RTT混合了机械和电子部件系统，构成了一个机电一体化装置，不仅可以穿在身上，还可执行患者所需要练习的各种类型的运动以及动力活动。此外，外骨骼RTT可完全覆盖肢体，无论是上肢还是下肢，都遵循并复制人体所测量出的数据特征，完整的运用至康复训练的每一环节，代表性机器人有walkbot、Lokomat和ReWalkTM。

1.2末端效应器类型机器人技术工具末端效应

器类型的RTT是将末端执行器与末端肢体相连接，通过末端带动近端运动，以此激活肢体原本地运动学形式，减少不自然地约束。末端效应器类型的RTT也可应用于上下肢的康复，代表机器人有GaitTrainer、InMontion2等。当末端效应器类型的RTT与特定的软件、虚拟现实技术（virtualreality,VR）、增强现实技术（augmentedreality,AR），以及在保护下的沉浸式虚拟环境中康复为洞穴自动虚拟环境（caveautomaticvirtualenvironment,CAVE）相结合时，可发挥出更大的康复优势。

2康复机器人在脑梗死患者中的应用

2.1应用领域　

康复机器人是协助手臂、手、腿、脚踝等不同的感觉运动器官而量身定制的机器人设备，帮助人类进行多种辅助治疗训练，评估患者的感觉运动表现（运动能力）；对于不同的患者而言，康复机器人能够帮助行动障碍患者进行治疗（如由中风、创伤性脑损伤等引起的行动障碍），也是自闭症、多动症等患者社会与行为障碍的干预与治疗工具，还能帮助患者进行肢体康复训练，有着独特的趣味性和精准性，使得诊治的效率大大提高，整体需求前景较大。不同康复期患者，康复机器人的训练模式存在差异，主要原理是利用康复机器自带的传感器记录人体运动学、生理学特征、机体康复情况及耐受能力，提供科学化、个性化的康复方案。随着人口老龄化趋势的加剧，康复机器人作为一种新兴的辅助技术，受到了越来越多的关注。康复机器人不仅可以提高康复治疗的效率和质量，也可以降低医疗机构的人工成本和劳动强度。

2.2应用优势　

康复机器人的临床应用优势主要在于三个方面。（１）替代康复治疗医师的机械重复操作：康复机器人具有机械设备优势，可进行高强度、重复性训练，使患者可直接脱离康复治疗师的陪同，在康复机器人的辅助下即可完成繁重、反复的康复训练，同时康复治疗师也能够花更多的精力致力于康复治疗方案的创新。（２）精准控制康复治疗过程：康复机器人可为医师提供患者真实测量的人体运动学、生理学数据，为改进和优化患者的康复训练方案提供数据支持；对患者进行功能评估后，康复机器人的治疗强度及不同训练模式主要由算法计算而获得，更加贴合患者的实际治疗需求。（３）结合反馈系统和交互式设计：可为患者设置任务导向，激励其主动运动意识，同时可以提升治疗过程的趣味性，增强患者的康复信心，从而提高康复治疗的依从性与康复效果。

3国产康复机器人中的新技术应用

3.1人工智能技术

人工智能是计算机科学的一个重要分支，包含了如机器学习、机器视觉等多个领域，有助于分析建模的自动化以及疾病的预测、诊断和治疗。一项关于人工智能驱动外骨骼的研究为我们提供了新的思路，结合物联网平台实现对社区患者的集中监控，而对外骨骼控制上也实现了即时相应和连续控制。但实际人工智能在康复领域应用最多的是康复评估。国内高校、企业等对人工智能在康复领域的应用仍在不断的探索，目前，该项技术在上肢肌电仿生手、机器人无障碍人机交互、陪护机器人产品、智能导航产品中有少量运用，在康复机器人智能评估、处方方面还处于研究的初期阶段。

3.2虚拟现实技术

康复训练机器人中的虚拟现实技术主要是基于运动控制神经通道重塑及运动再生学理论，通过提供视、听、触觉等多感官反馈，充分刺激大脑的感觉运动中枢，促进神经细胞再生与修复的新型人机交互技术。早期国际上一些学者对虚拟现实对功能恢复的影响进行的探索，发现基于游戏的虚拟现实有益于改善脑卒中后的上肢运动功能，提高生活质量。最新的研究以健康受试者的表现为衡量指标，通过虚拟现实临床医生对患者的定量评估。十三五期间，我国在虚拟现实技术领域提供了众多科技支撑，依托多方位的科技支撑计划，国内众多康复机器人领域的研究或企业突破技术瓶颈，实现了虚拟现实技术在康复机器人中的广泛和有效的应用。

3.3柔性关节技术

传统的刚性关节存在着运动单一、与人体关节的融合程度不高、无法实现连续变形、运动过程中容易产生刚性冲击等问题。为弥补刚性关节在康复训练中的不足，通过设计柔性关节不仅可以增大驱动关节的活动范围，还能更好地拟合人体的运动轨迹，降低刚性冲击可能会对人体造成伤害的风险。国外对康复机器人中柔性关节技术的研究多集中在气动人工肌肉，尽管气动人工肌肉在模拟人体肌肉运动上极具优势，但其庞大的气源供应系统和噪音限制了在康复机器人中的发展。

结语

康复机器人的出现是缓解目前医疗困境、提高训练水平的一个重要技术路径，具有重要的社会应用价值。康复机器人在脑梗死偏瘫患者康复中具有良好的应用前景，在改善上肢功能、手部功能、下肢功能、平衡功能、认知功能方面均有显著效果。康复机器人训练不仅可以提供科学有效的康复训练，促进患者早日康复；还能解决当前临床康复治疗师缺乏的现状。

参考文献

[1]郭海滨,周璇,杜青.下肢康复机器人对脑瘫患儿步行能力改善的研究进展[J].中国康复,2021,36(6):376-379.DOI:10.3870/zgkf.2021.06013.

[2] 潘静,杨旭博,徐开寿.机器人辅助步行训练改善脑性瘫痪儿童运动功能的作用及机制研究进展[J].中国康复医学杂志,2021,36(12):1602-1605.DOI:10.3969/j.issn.1001-1242.2021.12.024.