上肢偏癱康復機器人的發展現狀與應用前景

邵俊凱

近年來，隨著康復醫療技術的快速發展，醫療服務也正在通過科技創新為腦卒中患者尋找最佳的治療方式。這促使國內外開始大量探索穩定、科學的輔助康復治療的機器人研究。本文主要闡述上肢康復機器人的發展與進步以及所面臨挑戰，簡要分析國內外現有的康復機器人設備系統所存在的不足，以及展望未來研究領域的潛能。

腦卒中是促老年人殘疾的主要原因，它是由于中斷的血液流進大腦，損害大腦細胞，嚴重情況可致死。而腦卒中幸存者，大多數有著不同的功能缺失，可能是全癱或者偏癱，對日常生活活動產生了很多不便，生活自理困難。康復治療是改善肢體功能障礙，促進身體恢復的主要治療手段。經研究發現強化治療和任務型訓練有助于肢體功能恢復。腦卒中患者在完成物理康復治療后，狀況能夠得到持續改善。然而，很多能夠促進肌肉神經恢復的因素，在傳統康復作業治療中并未被有效的利用，而傳統的康復訓練是治療師與患者進行單獨的訓練和評估，這樣的結果更容易受到醫療師的主觀人為影響，無法保證得到準確可靠的評價參數和客觀數據。隨著社會對于有效的康復治療需求越來越大，傳統手工療法已經難于應付，康復機器人應運而生。

上肢偏癱康復機器人相比手動物理療法，提供治療持續時間較長，它可以在完全沒有治療師的情況下指導病人進行康復訓練。它具有類似于人的肢體的運動結構，能夠對病患在作業任務中進行指導性訓練，通過客觀的測試數據來評估病人的情況。這樣不但確保更高效，科學的治療，而且還大大的降低了成本。此外，上肢康復機器人通過與虛擬游戲的結合，提供一個娛樂的治療方式，促進病人積極主動的參與到康復練習，大大提升了康復效率。

康復機器人主要分為兩種，一種是末端牽引式機器人，一種是外骨骼式機器人。早期研究的上肢康復設備是基于末端效應機器人設計，它是通過牽引病人的手或前臂的一個點進行訓練。美國麻省理工學院從1995年至今一直在研制名為MIT-MANUS的機器人，可以提供不同的訓練模式，它主要的特點是反向驅動性，利用主動引導或者對病患施加阻力來干擾上肢運動，采集患者整個訓練過程參數加以分析，并將運動信息反饋到電腦屏幕上，視覺可視化的觀測到患者的實時狀態。在2000年，美國斯坦福大學設計出了名為MIME的上肢康復機器人，該系列機器人歷經三代研究創新，最終不但能夠獨立完成患者單側肢體的訓練，而且能夠幫助患者進行患側與健側的同步鏡像訓練。2002年，英國雷丁大學研制出名為GENTLE/S機器人，該機器人通過吊索將患者上肢吊起，系統提供重力補償和驅動，結合虛擬現實技術，對患者進行康復訓練。近年來，外骨骼康復機器人的設計研究優勢逐漸凸顯，如以ARMin、CADEN-7等為代表，這些外骨骼機器人為患肢提供重力補償，具有多個自由度，可以協助患者上肢關節進行復合運動。國外已經對這些康復設備進行廣泛的臨床試驗，康復的效果十分顯著。它不但可以實現高強度，高穩定的重復式訓練，而且能夠精確的保證訓練效率和強度。我國近年來雖然已經開始重視康復醫療工程，但對康復機器人的研究仍處于初步階段，僅有個別高校和醫療機構取得一定的科研成果，如從2000年開始，清華大學已經開展相應的輔助神經康復研究，并成功研制設計出肩肘復合運動康復機器人等多種康復機器人。與此同時，哈爾濱工程大學也開展了上下肢智能康復機器人的研究，并成功研制設計了多功能上肢康復訓練機器人等多個樣機。然而總的來說，國內的康復醫療設備研究還遠遠落后于國外。

隨著科技化進程飛速發展，康復機器人技術研究已經到了一個新的高度。盡管如此，機器人的操作結構以及作業空間依然存在局限，當兩個活動節點相互對齊時，很容易形成單一結構，從而導致一個自由度的丟失。因此運動幅度小，難以進行大活動范圍的作業任務，對康復的整體效果也是有影響。用戶的舒適性考慮也有所欠缺，特別是外骨骼機器人，用戶在穿戴機器人手臂進行作業訓練時，間接的限制了正常狀態下手臂，致使活動關節和肌肉產生不確定性，影響評估結果。盡管現在的康復機器人依舊存在很多不足之處，但隨著現代化科學技術的日益強大，相信在未來一定會有更大突破。

總的來說，康復機器人有著穩定，精確，客觀訓練的優點，通過更現實的任務型練習，讓病患在娛樂中得到鍛煉治療，這相對于傳統的手工療法有著很大的優勢。目前，國外已經有很多康復機器人應用于臨床醫學領域，并取得了一定的成效，而國內的康復醫學和康復設備還處于初步階段，系統的康復訓練資源缺乏，病患卻日與劇增，巨大的社會需求，大力的開展系統性康復醫療機器人的設計研究更具有現實意義，隨著現代臨床醫學不斷發展，國家的大力支持，越來越多的康復醫療師采用多種設備技術相結合的治療手段，這對未來康復醫療的整體發展趨勢有著很大的促進作用。相信在不就的將來，上肢偏癱康復機器人在應對腦卒中患者的康復訓練中將得到廣泛的應用。

（作者單位：浙江理工大學）