上海大学电子版 - 第919期(2018年4月23日) - 第02版:第二版      语音播报
 

在4 月21 日闭幕的第六届中国(上海)国际技 术进出口交易会上,上海大学研发的智能助行康复 机器人i Re Go 荣获上海市技术转移协会“最具技术交 易潜力奖”。i Re Go 由上海市智能制造与机器人重点 实验室郭帅教授领衔研制。他带领团队经过3 代样 机迭代,研发出这款适合脑血管和神经系统疾病患 者在家、在社区康复中心使用的康复机器人。据悉,5 月i Re Go 将在华山医院进行临床验证,未来有望在社 区、家庭中进一步推广。

积跬步,至千里

———郭帅教授领衔研发国内首台智能助行康复机器人iRe Go






  随着生活水平的稳步提高,人们的物质生活越来越丰富,但同时由于不健康的饮食、生活方式等,一些疾病的发病率不断上升,尤其是脑血管和神经系统疾病。以脑卒中为例,我国每年新发病例超过200万。目前有约1100万脑卒中幸存者,每年因治疗产生的医疗费用约400亿元,给社会、家庭带来沉重的负担。
  康复机器人作为一种为脑卒中患者提供康复训练,同时提升患者生活自理能力的机器,获得了越来越多的关注。据有关部门统计结果显示,有约80%的脑血管和神经系统疾病患者适合购买个人用康复机器人。目前,市场主要被国外高端康复机器人占据,但这类机器人体积和重量都很大,如Erigo重量达300Kg,Loko-mat更是超过了800Kg,并不适合家庭、社区的康复治疗。更重要的是其动辄上百万的价格,导致只有大型医疗机构才有实力购买。
  上海市智能制造与机器人重点实验室在机器人研究领域,有着深厚的技术积累和积淀。团队在郭帅教授带领下,自2012年就与美国康复学科连续15年排名第一的芝加哥康复医学中心(RIC)、国内神经科顶级的华山和瑞金医院等机构进行合作,开始了康复机器人的研发。完成了国内首台高端康复机器人样机的研发后,他们在嘉兴第二医院开展了临床试验,康复训练效果显著,曾被央视焦点访谈、上海卫视等多家媒体报道。
  为了能使康复机器人以低廉的价格走入家庭、社区,让更多的普通中风患者受益,2014年,研究团队把康复机器人的性价比放在研发的首位。在总结吸收上一代康复机器人优点的基础上,致力打造一款面向家居训练的高性价比的小型助行训练机器人。为此,从结构设计到算法优化,每一处细微的改动都经过研发人员多次斟酌。历过3代样机的迭代研发,于今年推出了具有自主知识产权的小型多自由度下肢康复机器人,并取名iReGo,意为“我再一次出发”,体现了无数患者的内心诉求。
  在实验室里,记者看到工作人员正在对即将亮相上交会的新一代康复机器人进行测试。从外形上看,这台智能机器人更像是一台被卸下了履带的跑步机。站在原本“跑步”的位置,患者绑上防护带,就可以选择相应的“课程”进行训练。
  “往左、往左,再过去一点,好了好了到了。”区别于一般康复理疗过程枯燥、乏味的训练模式,工作人员进行测试的场景更像是在玩一款益智小游戏———屏幕中的方块、三角、五角星会在骨盆位置产生细小变化的同时发生位移,直到刚好嵌入指定区域的空隙中,才算完成目标。它还自带“闯关”模式,每完成一局游戏将获得一颗星星,集齐6颗便算完成了一组训练。“游戏的难度可以自由调节,要求高一些的话,位置嵌入的精度要求会很高。在简单的游戏中控制前后力度和旋转角度,达到训练效果的同时,也能大大提高患者的参与度。”
  这台康复机器人还有行走训练、轨迹训练、平衡测定等功能,可以满足患者对垂直体位、平衡站立、动态坐站、减重行走、助力抗阻、行走步态等等方面的训练要求,同时生成独立的数据报告,供专业医师、研究人员参考。
  郭帅教授表示,相较目前的进口康复机器人单纯依靠牵拉减重来辅助训练的模式,iReGo在牵引提拉的过程中,依然能够保持各关节部位的正常活动,同时也解决了训练运动轨迹不自然、不科学的问题。iReGo能实现骨盆在上下、左右、前后以及各方向上旋转这六个自由度范围内的运动,同时还能逐一拆分,方便患者根据自身需求,循序渐进地调节训练部位。“比如对失去行走能力的患者,最开始就要把六个方向全部‘锁死’,仅训练站立功能,随后根据训练效果一点点‘放开’,对不同部位进行相应方向、幅度的训练。”郭帅表示。
  为了避免患者在训练过程中的二次伤害,iReGo的保护装置运用了多项关键技术。例如在步行训练时,通过设置防跌倒限制范围,来调整患者重心在竖直方向上的可移动范围;并在机器人前后两端设置感应器,以提供防撞保护。此外,iReGo还引入了一般只在传统工业机器人设计中运用的“意图判断”技术。通过采集力感器信号,根据患者意图进行移动,不需要外力作用便能实现“智能跟随”。“这有点像‘无人驾驶’,不需要花力气推动,甚至不需要方向盘,系统能够自动感知到使用者的‘意念’,从而判断行进方向。”
  iReGo能完成高端康复机器人80%的核心训练,售价预计定在10万元上下。未来,还将配套一款“云康复社区”App,通过互联网+模式联系医患。“医生可以通过训练效果的反馈及时进行指导,并调整运动‘处方’。VR等视觉功能也将逐步引入。”郭帅表示。
  华山医院康复科主任医师白玉龙教授对iReGo样机非常满意。他说:“下肢能否站立行走,对患者的影响十分明显。比如偏瘫、截瘫的病人,其活动空间将非常狭小。如果在家就能依靠机器人进行简单的行走训练,甚至在不需要家人帮助下完成一些简单的日常动作,那整个家庭的生活质量都会有很大的提升。”他评价道:“iReGo设计小巧,符合人体生理特性。游戏训练模块可以提高患者的参与度,满足中后期脑卒中康复需求。”德国雅达康复医院院长顾旭东教授对iReGo的治疗效果非常满意:“iReGo康复机器人一代样机,在嘉兴康复医院临床测试,有效改善脑卒中患者平衡和步行能力,且PSR组患者治疗后Fugl-Meyer评分均高于对照组,具有较好的临床效果。”
  积跬步,至千里。基于iReGo的核心技术,团队研发人员已获得了两项发明专利的授权,还有2项发明专利在审核中,并且发表SCI研究论文3篇,核心期刊论文5篇。本报记者综合报道
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