自动化所机器人亮相2015世界机器人大会,万里行活动视角康复技术发展展望

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2015世界机器人大会于11月23至25日在国家会议中心举行,中国科学院自动化研究所自主研制的助老机器人、上肢康复机器人、仿生机器鱼等展品现身大会智慧生活馆展览区,吸引众多观众驻足参观。

【康复中国万里行】公益团队历时6个月,实地探访15个省的近100家康复机构发现:因为上肢和手部功能恢复比较困难和康复过程中容易出现代偿,不管是临床还是日常生活的康复都不把上肢功能康复作为重点。

智能助老机器人是一种服务性智能机器人,不仅可以执行语音、手势、遥控等操作指令,而且可以定时提醒老人服药、测量血压等,同时可以对老人进行实时跟踪、24小时进行异常行为监控,一旦发生异常行为,则进行远程报警,从而实现智能养老、助老。目前我国已经进入老龄化社会。社会压力的增大使年轻子女无暇照顾老人,助老机器人成为新的社会需求。助老机器人的亮相吸引了众多人士的关注,前来参观咨询的人络绎不绝,同时新华社也对本机器人进行了采访报道。

可有上肢功能康复需求的患者却与日俱增,脑损伤、外伤、周围神经损伤等因素,不断在增加上肢功能障碍的人数。据了解,仅在脑卒中幸存的病人中,就有25%丧失劳动能力,15%严重残疾,且只有15%的患者手功能能够恢复到原来的50%左右,有3%的患者能恢复到原来的70%以上。

上肢康复机器人主要用于辅助由中风等导致的上肢运动功能障碍的病人进行康复运动训练,逐步恢复运动能力。该机器人集成了视觉反馈、力反馈、肌电反馈等多种反馈形式,有助于提高患者参与康复训练的积极性,增强对神经系统的刺激,促进患侧肢体运动能力的恢复。康复机器人可以辅助患者完成平面两自由度的运动,根据患者不同的康复阶段,结合虚拟训练环境,提供被动训练、主动训练等多种康复训练模式。在世界机器人大会展览期间,吸引了众多观众尤其是老年人、医生和医疗器械厂商前来体验和咨询,受到广泛关注和好评。

而且在日常生活中,大多数的动作是由上肢发出并完成的。小到一个手部的抓握,大到摸摸头,都需要上肢和手部的参与。所以上肢功能康复必不可少。

作为本届大会唯一水下仿生机器人项目,“仿生机器鱼”项目向公众分别展示了高机动尾推仿生机器鱼及带状波动鳍水下仿生乌贼。前者根据鱼类的机动运动机理,利用先进的智能控制方法,灵活再现了鱼类的快速C形起动、S形起动,甚至海豚的跃水等机动运动;而后者则分析鱼类长鳍波动推进机理,实现了定深、定向和三维路径点跟踪运动。仿生机器鱼的精彩表演吸引了众多观众驻足停留,并就相关技术、应用前景等问题与演示人员进行热烈交流。

在【康复中国万里行】公益团队的实地探访期间,我们发现了很多值得学习和交流的上肢康复技术、经验、器械和治疗方法。其中,目前运用最为广泛的上肢功能康复治疗方法有以下几种。

据悉,由中国科协、工信部、北京市人民政府主办的2015世界机器人大会是业界最高规格、最权威的机器人产业高端盛会。此次大会共吸引12个机器人国际组织,58家国内科研机构参与大会。共有来自中国、美国、德国、加拿大、日本等16个国家和地区的上百款机器人参与展示,不仅让观众感受到现代科技的震撼,还让观众体验到未来智能生活的乐趣。此外,大会还组织了主旨报告会和专题论坛,以及为期两天的世界青少年机器人邀请赛。

运动想象疗法

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助老机器人展示

运动想象疗法是近几年脑卒中康复的一种新兴康复方法。这一疗法是一个认知的处理过程,没有任何的运动输出,依靠想象某种运动动作和运动场景来刺激神经,从而促进受损神经的修复和重建,促进肢体功能障碍者的功能恢复。

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运动想象又分为视觉运动想象和动觉运动想象。在视觉想象过程中,被试者想象看到自己正在做某项要求完成的动作;在动觉运动想象过程中,被试者想象感觉到自己实际完成某一动作。

上肢康复机器人展示

国内外大量的研究表明,在日常康复训练过程中,运动想象疗法可以明显改善患者动作的准确度和运动指数,提高病人上肢运动功能和日常生活活动能力。

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双侧上肢训练

仿生机器鱼展示

双侧上肢训练,顾名思义便是两侧上肢同时活动,从而产生一个同步化的趋势,有利于克服神经肌肉对复杂的运动控制系统的约束。

临床证明,双侧同时进行相同的活动,患手代偿动作少,精确度高,患侧上肢功能恢复迅速且持久。而且双侧训练机制是双侧同名肌群同时进行的对称性运动,
激活大脑两侧半球相似的神经网络,在一定程度上刺激能患者神经,促进康复。

虚拟现实技术(VR)

虚拟现实技术即由计算机和多种传感器生成的不同真实事物的虚拟场景,例如走路、跑步、绘图等,使患者在三维视觉空间实现人机交互体验,产生视、听、触等感觉,以营造与真实的环境相同的印象。

VR设定的虚拟环境通过为患者提供特定任务的重复训练、塑造模拟用户需求的真实情景活动、安全可靠的治疗环境,从而帮助患者提高解决问题和执行任务的能力。

大量临床数据表明,如果能够在训练过程中提供多种形式的信息反馈,充分发挥患者的主观能动性,并根据患者状态给予暗示或建议等,将会使康复效果得到很大提高。

而VR通过计算机精确记录用户信息,不断地对虚拟环境进行调整,再加上多种传感器的配合,实现视觉反馈与触觉反馈的结合,从而达到实时反馈、及时调整、人机交互的目的。

镜像疗法

镜像疗法是通过视觉控制和对患侧肢体的注意来代偿失去的视觉反馈和建立肢体间的联系。将镜子放置患者健康肢体一侧,使病人只能看到健康肢体的活动。通过健康肢体运动在镜子中的反射,让患者接受到视觉上的反馈。

镜像疗法可以通过正常、无痛的途径,来改善患者运动的不协调性,其优点在于操作简单,节省人力物力。

而且临床表明,镜像疗法在改善上下肢活动度、功能、感觉等方面有着良好效果。还可以与其他治疗方法相互配合,如运动想象疗法,对患者功能恢复有积极作用。

上肢康复机器人

机器人一直是高科技、智能化的代表。上肢康复机器人在康复领域也是高科技的代名词。随着社会的发展和科技的进步,上肢康复机器人也被应用于临床,其他康复治疗方法,逐渐成为一种安全、经济、便捷的上肢康复治疗手段。

上肢康复机器人的康复训练通过提供安全、定量、有效及重复的训练,让有功能障碍的肢体主动或者被动运动,刺激肢体功能的恢复;还能准确测量患者的运动量,为康复过程中的观察和评估提供依据。

临床验证,患者在通过康复机器人做康复训练后,上肢的运动能力和日常生活能力均得以提高,而且疗效持久可达6个月以上。能够根据患者的训练状态来调整训练模式的康复机器人系统越来越被人们所需要。

而且上肢康复机器人不但对患者有很大的益处,对康复行业也意义深远。患者可以通过上肢康复机器人进行自主的康复训练,能够做出高强度、有针对性和重复性的训练;对康复行业而言则能节省人力。

强制性运动疗法(CIMT)

强制性运动疗法是近年针对脑卒中后上肢功能障碍的一种新型康复治疗方法,由美国
Aabama
大学神经科学研究人员通过动物实验而来,是研究治疗神经元损伤的训练方法。

其主要是通过限制病人健侧上肢的运动,强迫患侧上肢进行锻炼,为患侧上肢土工再塑训练和反复练习的机会,从而促进患侧上肢功能的恢复。

强制性运动疗法根据每例病人的动作能力和日常生活能力情况来制定个体化的塑形训练计划,这些计划中执行的活动大多是日常生活中常用的动作,有时需将这些活动分成许多较小的技巧动作来完成,让病人重复练习,并逐渐增加复杂性,将技巧动作与生活实际相结合。

据了解,强制性运动疗法能明显提高有功能障碍的上肢运动功能,还可以促进脑卒中患者的大脑功能重组,在上肢康复方面有着重要地位。

经颅磁技术(TMS)

经颅磁是是一种利用脉冲磁场作用于中枢神经系统,再通过感应电流调节神经细胞的动作电位、从而影响神经电生理活动的磁刺激技术,是一种新型、无创、有效的康复治疗手段。

经颅磁刺激能安全、有效的促进卒中后偏瘫上肢病人的神经功能康复,且治疗效果不受发病时间和年龄影响。

研究发现,经颅磁刺激可以提高患者的肌力、日常生活行为能力和运动功能,而且操作简单、无痛无创、无副作用、使用安全、不会造成交叉感染。

神经肌肉电刺激

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