康复机器人及多种康复训练模式柱面镜

2017-04-13 20:21:43来源： 贤集网

目前,康复机器人的研究与应用较多面向脑卒中、脊髓损伤等造成的神经损伤患者,其典型症状是偏瘫、截瘫,患者在患病急性期一般先针对不同的病症进行手术和药物治疗。现代康复医学认为,在患者病情稳定之后应尽早开展康复治疗。例如,对于由脑卒中造成的偏瘫患者,其康复治疗应在患者病情稳定后1至7周开始为宜；一般认为,神经系统功能的康复效果在发生功能障碍后3个月内较显著,约在6个月内结束,此后神经系统功能恢复的可能性相对较小。经过实践检验和发展,康复治疗手段日益丰富,运动治疗和作业治疗是其中较为典型并在临床广泛应用的康复治疗方法。通常认为,康复训练主要对应于运动治疗和作业治疗。

传统的康复训练方法主要是由人工或者借助简单器械带动患肢进行,这类训练方法一般需要多名医护人员辅助,而且医护人员的体力消耗很大,因此,很难保证康复训练的强度和持久性；同时,人工康复训练方法容易受治疗师主观因素影响,难以保证训练的客观性、精确性和一致性,限制了康复训练方法的进一步优化和康复效果的提升。尤其是近年来人员成本不断攀升,使得传统训练方法的康复费用不断增加,给患者家庭及社会都带来很大压力。康复机器人正是为了应对传统康复训练方法的不足而产生并发展起来的,它是将先进的机器人技术和临床康复医学相结合的一种自动化康复训练设备,能够发挥机器人擅长执行重复性繁重劳动的优势,并可实现精确化、自动化、智能化的康复训练,进一步提升康复医学水平,增加患者接受康复治疗的机会,提高患者的生活质量,促进社会和谐。

现有康复机器人平台在机构设计、人机交互、实验与评价等多个方面还存在不足。康复机器人的机构设计与特定的康复需求紧密相关。例如,针对踝关节功能障碍患者的训练需求设计踝关节康复机器人,针对患者平衡能力不足设计平衡训练系统等。踝关节是人体下肢较容易受损的关节,现有踝关节康复机构存在机构复杂、机构与人体踝关节转动中心一致性难以保证、可靠性不足等问题。在本专刊中,李剑锋等提出基于3-UPS/RRR的并联踝关节康复机构,可弥补现有踝关节康复机器人的不足。该机构以踝关节的生理解剖结构和运动特性为基础,基于三个主动支链实现三自由度的转动、并采用约束支链和动平台相结合的设计方法实现人体踝关节与机构转动中心的一致匹配。姜礼杰等提出了一种适用于偏瘫训练的上下肢协调运动康复机器人,以肩、膝关节角度协调变化规律为设计目标,基于五杆变胞机构设计了康复训练机构及主/辅传动链,通过样机实验验证了系统的可行性。

针对下肢功能障碍患者腿部力量较弱、平衡能力差等常见问题,在下肢康复系统中设计主动减重功能有望改善系统整体性能、提高康复效果。现有减重系统多存在运动空间小、减重力变化大、易产生侧向和前后拉力等问题。设计的单绳悬吊主动减重系统有望解决上述问题。该系统在水平方向采用桥式吊架结构和伺服系统控制吊绳保持竖直；在竖直方向采用绳牵引弹性执行器并结合滑模控制器,实现对吊绳偏角和拉力的精确控制。现有康复机器人大多采用电机驱动,其重量、刚性及惯性往往较大,因而物理系统的柔顺性相对较差。采用气动肌肉、绳驱动等柔性驱动方式有望解决这方面的问题。

康复训练方法是康复机器人系统设计的重要内容。早期设计的康复机器人一般只提供被动式的训练方法。训练时,由机器人带动患肢执行定轨迹的运动训练,患者只是被动接收训练,而没有运动意图的主动参与。这种训练方法主要是为了减轻治疗师的繁重体力劳动,增加患者获得康复训练、恢复肢体功能的机会。例如,Lokomat的早期版本只提供被动的步态训练；临床上大量应用的CPM机、简易康复踏车等一般也只提供被动的训练模式。而现代康复医学认为,运动康复训练主要基于神经系统的可塑性原理,其根本目的是激发患者中枢神经系统的重组和代偿,实现患者神经系统功能的恢复,进而恢复患肢的运动功能。

康复医学的临床研究表明,有患者运动意图主动参与的康复训练对于患者神经系统重建和运动功能恢复更加有效。由此产生两个方面的问题,一方面需要精确识别患者的运动意图,以便有效驱动机器人按照患者意愿运动；另一方面,则需要根据患者病情设计力或者运动的辅助方式。目前,基于肌电、脑电、力位等信息识别患者运动意图的方法已经获得广泛研究,但在识别准确率、识别模型的鲁棒性方面还需进一步提高；多模态信息融合技术有望成为解决该问题的有效途径。同时,在主动康复训练中,机器人的辅助模式必须根据患者病情的不同进行相应的调整,实现个性化的训练。例如,针对康复初期患者,其肌力较弱,一般需要机器人提供较大的驱动力辅助患者完成运动训练；而随着患者肌力的逐渐恢复,机器人可以逐步减小辅助力,并逐渐由助力转化为阻力,以加大患者的训练强度,改善康复效果。这种\按需辅助"(Assistasneeded)的训练方式在上肢康复机器人(如MIT-MANUS)的临床应用中获得了较好的效果。在下肢康复方面,主动康复训练模式还需要进一步研究,包括进一步改善意图识别精度、改善操作柔顺性等。

此外,采用功能性电刺激(Functionalelectricalstimulation,FES)等先进技术手段有望进一步增强对患者神经的刺激、提高患者神经的参与程度。但是,FES容易受外部干扰、肌肉疲劳等因素影响,采用FES技术实现有意义的肢体关节运动是目前的难点之一。研究了基于FES闭环控制技术辅助下肢膝关节进行运动训练方法。该论文基于膝关节的动力学模型建立基本的滑模控制器,采用径基(Radialbasisfunction,RBF)神经网络对膝关节动力学模型误差进行补偿,并基于膝关节角度和角速度误差建立自适应律对RBF神经网络权值进行自适应调整,建立了运动反馈的FES闭环控制策略；同时,该论文给出了较丰富的仿真和人体实验,对控制策略的稳态响应性能、抗扰动性能、抗肌肉疲劳性能等进行验证；为FES控制技术的临床实用化提供参考。

成都看失眠症哪个医院好

瑞安哪里看男科病

杭州哪家医院看抽动症好

男性勃起功能障碍

白癜风可以治好吗想要告白顺利两大要点要注意