郭慧宇　程秀芳

摘 要：隨著社會(huì)老齡化日益嚴(yán)重，腦卒中患者患病人數(shù)不斷提升，急需將更加先進(jìn)的技術(shù)引入康復(fù)治療領(lǐng)域。本文對(duì)上肢康復(fù)機(jī)器人的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了闡述，并結(jié)合臨床康復(fù)醫(yī)學(xué)理論對(duì)上肢康復(fù)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：腦卒中；上肢康復(fù)；機(jī)器人

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.248

1 研究背景

腦卒中，俗稱中風(fēng)，是因急性腦血管病變引起血液循環(huán)被破壞造成局部或全腦神經(jīng)功能障礙的一種疾病。是當(dāng)今我國(guó)社會(huì)中老年人多發(fā)的一種疾病，且發(fā)病率逐年上升。這種疾病會(huì)使患者肢體運(yùn)動(dòng)功能喪失，尤其是上肢運(yùn)動(dòng)功能的喪失，所以極大地影響了患者日常生活的能力。伴隨經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)生活期望的不斷提高，對(duì)中風(fēng)患者進(jìn)行及時(shí)有效的康復(fù)運(yùn)動(dòng)治療變得尤為迫切和重要。

全球平均每年中風(fēng)的發(fā)病比率達(dá)到200/10萬(wàn)。世界衛(wèi)生組織有關(guān)調(diào)查表明：中國(guó)腦卒中發(fā)病率居所有國(guó)家之首位，遠(yuǎn)超于美國(guó)。根據(jù)我國(guó)現(xiàn)有的社會(huì)醫(yī)療水平，將近1/4的腦卒中患者會(huì)因治療水平的限制而喪失生命，腦卒中已成為中國(guó)第一致死因素。以“腦可塑性”為基礎(chǔ)的康復(fù)鍛煉，是早已被臨床醫(yī)學(xué)實(shí)踐應(yīng)用所證明了的有效的治療方法。目前，傳統(tǒng)的醫(yī)療康復(fù)訓(xùn)練主要是以專業(yè)康復(fù)治療師徒手操作為主，此類方法對(duì)患者自身和病患家屬及醫(yī)務(wù)人員來(lái)說(shuō)都是一項(xiàng)耗時(shí)、費(fèi)力、單調(diào)乏味的工作。而且由于我國(guó)患者眾多，專業(yè)康復(fù)治療師嚴(yán)重缺失（大概比例1%），使得更多患者因康復(fù)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度不足而導(dǎo)致康復(fù)效果不能達(dá)到理想狀態(tài)。因此，有必要將機(jī)器人技術(shù)引入康復(fù)治療領(lǐng)域，讓機(jī)器人代替理療師進(jìn)行繁重的工作。上肢康復(fù)機(jī)器人的研究和應(yīng)用，對(duì)我國(guó)康復(fù)醫(yī)療水平的提高及多學(xué)科交叉研究的進(jìn)步都具有重要意義。

2 上肢康復(fù)機(jī)器人研究現(xiàn)狀

康復(fù)機(jī)器人是機(jī)器人技術(shù)在康復(fù)醫(yī)學(xué)應(yīng)用的產(chǎn)物，涉及多門學(xué)科知識(shí)。如今，康復(fù)機(jī)器人已有了較為全面的發(fā)展。

1991年，美國(guó)麻省理工學(xué)院開(kāi)發(fā)了一款康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人MIT—MANUS，可以幫助偏癱患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。該設(shè)備的運(yùn)動(dòng)主體是五連桿機(jī)構(gòu)，提供兩個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，可以輔助患者完成手臂的平面運(yùn)動(dòng)，可同步獲取手臂運(yùn)動(dòng)速度、角度等參數(shù)，且能夠通過(guò)微機(jī)界面對(duì)患者反饋信息?；颊弑环殖蓛山M進(jìn)行傳統(tǒng)治療方法和機(jī)器人輔助康復(fù)訓(xùn)練的對(duì)比分析試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示表明：康復(fù)機(jī)器人可以有效地幫助患者進(jìn)行治療，治療效果較傳統(tǒng)方法有明顯的提高，且不會(huì)對(duì)患者有任何損傷及其他不良作用。

1993年，加利福尼亞大學(xué)的Lum P. S.等人研制了一種利用雙手協(xié)調(diào)性進(jìn)行鍛煉的康復(fù)系統(tǒng)系統(tǒng)--“手-物體-手”（hand-object-hand system）。系統(tǒng)包含兩個(gè)把手，其中一個(gè)把手有電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)可以帶動(dòng)患者雙手完成平面移動(dòng)和對(duì)物體擠壓的練習(xí)，以鍛煉雙手協(xié)調(diào)性，由于兩個(gè)剛性?shī)A板限制了腕關(guān)節(jié)自由度，患者只能進(jìn)行手腕的屈伸運(yùn)動(dòng)，保證了康復(fù)動(dòng)作的準(zhǔn)確性，同時(shí)在夾板處安裝有力學(xué)傳感器，便于醫(yī)生采集相關(guān)參數(shù)。

1995年，Lum P. S.團(tuán)隊(duì)又研發(fā)了一款雙手向上舉物的康復(fù)系統(tǒng)（bimanual lifting rehabilitator），該裝置為2DOF連桿機(jī)構(gòu)，可以鍛煉患者上舉及平移動(dòng)作，獲取垂直位移及旋轉(zhuǎn)角度等參數(shù)，當(dāng)患者肌力不足時(shí)為患者提供適當(dāng)?shù)闹亓χ?，從而保持上舉運(yùn)動(dòng)的平衡。

1999年，加州大學(xué)與芝加哥康復(fù)研究所聯(lián)合研發(fā)了ARM- Guide，用于測(cè)定患者手臂的活動(dòng)范圍，同時(shí)幫助上肢進(jìn)行完成康復(fù)鍛煉。

2002年，英國(guó)雷丁大學(xué)牽頭組建的歐洲跨國(guó)研究小組針對(duì)肩肘關(guān)節(jié)研制了一款上肢康復(fù)機(jī)器人GENTLE。患者手臂用吊索與HapticMaster機(jī)器人相連，由工業(yè)機(jī)器人提供驅(qū)動(dòng)力和重力支撐，與虛擬技術(shù)相結(jié)合提供視覺(jué)上的反饋信息，在對(duì)患者的看反復(fù)訓(xùn)練中取得了顯著的療效。

英國(guó)利茲大學(xué)的Raymond Holt等人研制發(fā)了IPAM雙臂康復(fù)機(jī)器人，每個(gè)機(jī)械臂上都有3個(gè)關(guān)節(jié)，通過(guò)氣壓驅(qū)動(dòng)裝置提供力矩。

CADEN-7是由華盛頓大學(xué)的Joel Perry等人設(shè)計(jì)出的一款7自由度的外骨骼機(jī)器人。既能夠幫助患者的肩、肘、腕關(guān)節(jié)完成康復(fù)鍛煉，也能夠用于對(duì)健康人體的實(shí)驗(yàn)探究。

在中國(guó)，人們雖然加強(qiáng)了對(duì)康復(fù)醫(yī)學(xué)的重視，但與國(guó)外相比，康復(fù)機(jī)器人的研究水平仍然相對(duì)落后。大多數(shù)康復(fù)機(jī)器人的研發(fā)都是由學(xué)校進(jìn)行的，且都處于較淺層次階段，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的研究成果以簡(jiǎn)易單關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練器居多。

清華大學(xué)是我國(guó)較早進(jìn)入康復(fù)領(lǐng)域進(jìn)行研究的大學(xué)之一，到目前為止研發(fā)了多種康復(fù)機(jī)器人，其中包括肩肘復(fù)合康復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)器人和肩關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人。

哈爾濱工程大學(xué)同期也研制出了一款上臂康復(fù)機(jī)器人。該機(jī)器人能夠幫助患者的肩肘關(guān)節(jié)完成平面運(yùn)動(dòng)。他們還對(duì)機(jī)器人控制部分進(jìn)行了深入的研究，在分析與仿真技術(shù)領(lǐng)域取得了一定的成果。

河北工業(yè)大學(xué)研制的一款上肢外骨骼機(jī)器人采用氣動(dòng)控制系統(tǒng)，可以幫助患者完成肩肘關(guān)節(jié)三個(gè)自由度的訓(xùn)練。并可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，完成數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)裙ぷ鳌?/p>

3 發(fā)展展望

上肢康復(fù)機(jī)器人將智能控制與肢體運(yùn)動(dòng)用機(jī)器人系統(tǒng)完美的結(jié)合起來(lái)，可以幫助患者完成各種康復(fù)運(yùn)動(dòng)，具備傳統(tǒng)康復(fù)治療方法無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)：替代康復(fù)治療師完成高強(qiáng)度，高密集度的重復(fù)性體力勞動(dòng)，彌補(bǔ)我國(guó)專業(yè)理療師人員不足的現(xiàn)狀，保證每位患者得到客觀、均衡的治療?？刂葡到y(tǒng)可施加更精確的驅(qū)動(dòng)力矩，對(duì)治療數(shù)據(jù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)及訓(xùn)練次數(shù)詳實(shí)記錄，便于治療師根據(jù)數(shù)據(jù)，做出客觀評(píng)價(jià)，及時(shí)改善治療方案?？蒲腥藛T也可以將參數(shù)和療效進(jìn)行對(duì)比，從而發(fā)現(xiàn)機(jī)器人輔助康復(fù)治療的更多規(guī)律，為進(jìn)一步改善治療效果提供更詳實(shí)的科學(xué)依據(jù)。結(jié)合虛擬技術(shù)將鍛煉科目制作成游戲，使整個(gè)治療過(guò)程更具趣味性，患者對(duì)康復(fù)訓(xùn)練參與性更強(qiáng)；同時(shí)也便于治療后期治療師遠(yuǎn)程指導(dǎo)，使康復(fù)治療持續(xù)進(jìn)行，取得更好的康復(fù)效果。

今后對(duì)上肢康復(fù)機(jī)器人的研究工作有可能在以下幾方面進(jìn)行展開(kāi)：

（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，能夠帶動(dòng)患肢完成大幅度、多關(guān)節(jié)的空間運(yùn)動(dòng)；

（2）患者病理及身體條件各異，制定多樣的控制策略以適應(yīng)不同患病程度患者的治療，提高康復(fù)機(jī)器人的適用性；

（3）上肢康復(fù)機(jī)器人服務(wù)對(duì)象為肢體存在運(yùn)動(dòng)障礙的患者，要從硬件結(jié)構(gòu)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)入手，設(shè)置合理的保護(hù)裝置，保證患者的絕對(duì)安全。

（4）開(kāi)發(fā)新型的治療效果評(píng)價(jià)機(jī)制，將訓(xùn)練參數(shù)與治療效果的評(píng)價(jià)指標(biāo)建立較為明確的關(guān)系，可以實(shí)時(shí)有效的觀察康復(fù)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]王隴德.腦卒中篩查及干預(yù)—項(xiàng)被忽略的國(guó)民保健工程[N].人民日?qǐng)?bào)，2009，4（16）：015版.

[2]PRIOR S.D，WARNER P. R. A review of world rehabilitation robotics research[J].IEE Colloquium on High-Tech Help for the Handicapped. 1990：1-3.

[3]A. CREMA，A. MCNAUGHT， U. ALBISSER， M. BOLLIGER， S. Micera Senior Member， IEEE， A. Curt， M. Morari 33rd Annual International Conference of the IEEE EMBS Boston， Massachusetts USA， August30-September3， 2011.

作者簡(jiǎn)介：郭慧宇（1976-），女，河北唐山人，工學(xué)學(xué)士，高校實(shí)驗(yàn)師，研究方向：康復(fù)機(jī)器人。