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工業機器人培訓介紹受損神經功能自動修復如何實現

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工業機器人培訓介紹受損神經功能自動修復如何實現

發布日期:2018-06-19 作者:中國科技網 點擊:

工業機器人培訓介紹受損神經功能自動修復如何實現

工業機器人培訓

--專訪中 科 院寧波材料 所/中科院慈溪醫工所 研究員 左國坤


“腦卒中”又稱“中風”、“腦血管意外”,調查顯示,腦卒中已成為我國第一位死亡原因,也是中國成年人殘疾的首要原因。隨著人工智能、大數據、VR 技術的飛速發展,尤其是醫療機器人--“神經康復機器人系統”的問世將有望緩解這一疾病。


6月12 日,入選中科院STS 雙創引導項目的“神經康復機器人系統關鍵技術研究及產業化應用”項目負責人,中國科學院寧波材料技術與工程研究所 暨 中國科學院慈溪生物醫學工程研究所 左國坤研究員接受了本網獨家專訪,講述了一個利用醫療機器人技術進行產業化轉變的創新故事。


康復機器人,將改變傳統治療方法


據《中國腦卒中防治報告2016》統計,目前全國總共約1600 萬鬧卒中患者,每年新增患者250 萬,死亡患者160 萬。


“隨著老齡化的不斷加劇,偏側肢體運動障礙、認知障礙、語言障礙等癥狀的腦卒中疾病隨之增加?!弊髧ぴ诮邮懿稍L時表示,入選中科院STS 雙創引導項目一年來,團隊 聚焦任務,圍繞著“手功能康復”的 重大 臨床需求,完成 了 從需求分析到產品樣機的 全流程 自主研發??梢源龠M大腦受損功能區域 重建“機器人 神經康復 中心”隨之而生。


在 治療師等專業 資源匱乏的情況下,如何讓康復機器人改變傳統治療手段,提升治療效果?成為業界普遍關注的難點之一。左國坤介紹,在傳統康復治療過程中,康復 治療師與臨床 醫師勞動強度非常大,而一般患者主動通過訓練去康復的意愿 并不是太高,這這恰恰是神經康復機器人所能彌補的環節。


左國坤認為,大量的重復功能導向運動可以促進CNS受損功能區域的重建,而機器人可以提供神經重塑所需的條件:大量的、可重復的、高一致性的、以功能為導向的運動輔助,不僅可以有效解決傳統康復治療過程中的難點問題,而且在 研究 運動、認知、言語功能障礙之間的內在聯系及康復規律、外部環境對神經重塑的影響也起到積極作用。


創新突破,運動+認知+綜合虛擬環境


冰凍三尺非一日之寒。


2010年10 月,左國坤帶領團隊成立康復 與 輔助機器人團隊,從Z簡單的技術開發入手,經過實驗室不斷的嘗試和創新,Z終確定康復機器人需要從運動、認知、言語、綜合虛擬環境等不同緯度入手。


左國坤介紹,首先是要融合康復任務的虛擬場景。模擬實際生活場景,在視聽覺提示基礎上融合 觸力覺提示,可以充分激發患者主動參與康復的意愿;其次是個性化的康復。在傳統的主被動、助動和抗阻康復訓練模式基礎上,引入了機器人示教功能,實現了肩肘等關節運動軌跡個性化定制;第三是精準的安全預警機制。提供視覺、聽覺和觸力覺警示,精準的狀態監測與遷移,提升了患者使用安全感、安心感;Z后是思行合一的人機融合技術?;谀繕塑壽E和人體運動意圖、意圖與柔順控制之間的物理關系與數學模型,實現了人與任務、患肢與機器人 的融合控制。


另外,許多腦卒中患者腿部無力、平衡能力差,康復機器人 可以 為腦卒中患者提供 具有支持功能的輔助 康復訓練,提升患者生活自理能力。


“非侵入式精準神經康復”,讓受損神經自然生長


康復機器人的核心功能是什么?在左國坤看來,隨著人工智能、大數據、物聯網、VR等技術的飛速發展,機器人在醫療領域扮演的角色應該不僅僅只是助手這么簡單,更重要的是通過醫療機器人去提升醫療水平,解決行業痛點。


“傳統的醫療手段往往都是通過打針、吃藥來進行藥物治療,但是非侵入式精準神經康復,可以讓受損神經自然生長?!弊髧じ嬖V記者,盡管神經調控也需要一些藥物的手段,但是康復機器人的Z終目的還是想通過不打針、不吃藥的方式來進行精準治療康復。他形象的舉例說:“小孩子 成長,是 通過一系 列教育、學習等輔助訓練,去 促進嬰幼兒神經的 生長發育??祻蜋C器人也可以通過外部的輔助訓練,激發成千上萬 相關區域的神經元,重建受損 神經功能”。


為此,在整個“機器人 神經康復 中心”中,他們對基于虛擬現實技術的視、聽、觸力覺及多感覺刺激融合對于大腦運動皮層激活效果進行研究發現,視聽 觸力 覺融合 的 多感覺刺激 可增強對于運動皮層的激活效果。


VR虛擬場景融合,讓患者邊做游戲邊康復


“手是人們日常生活中,使用Z多、Z重要的肢體部位”。左國坤介紹,目前,針對手腕功能三自由度康復訓練系統的原理樣機已經完成。他們以手功能神經康復的基礎研究為指導,完成 了 手部康復訓練樣機研制,并將已有的研究成果 末端牽引上肢康復設備 作為操縱桿 和觸力覺提示設備 與弧幕立體投影虛擬場景 融合,有效 提升 了 用戶視聽覺臨場感與沉浸感。


簡言之,就是讓患者可以以游戲的方式輕松進行康復訓練。比如,在游戲訓練中,患者要通過扭動腰和骨盆,就像打保齡球一樣,進行重復訓練。讓患者在反復練習中不感到枯燥乏味,反而有一種挑戰自我的樂趣。通過“互聯網+”,醫生還可以遠程在線分析患者的康復情況,為其制訂進一步的訓練方案。


此外,左國坤還透露,他們還通過VR與機器人的深度融合,實現了多源VR 誘導腦電與 認知 功能 重建、基于運動想象 的神經重塑VR的設計、基于增強現實的 防 步態凍結 眼睛、高度智能的鏡像手部康復設備 等功能和產品樣機。

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