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香港理工大学最近开发了一个机器人手臂,以促进中风患者的自助和上肢移动康复。轻巧的设备使患者能够在出院后的任何地方进行密集有效的自助康复锻炼。机器人手臂,称为“移动外神经-肌肉-骨骼”,是外骨骼,软机器人和外神经刺激技术的首创整合。
中风是全球第三大致残疾病。在香港,近年来每年约有25,例中风新发病。研究证明,强化,重复和长期康复训练对于提高中风患者的身体活动度至关重要,从而有助于缓解卒中后症状,如残疾。然而,难以获得中风患者的门诊康复服务。由于对康复服务的压倒性需求,患者必须排队很长时间才能获得康复训练。因此,他们无法得到及时的支持和日常康复锻炼。中风患者也发现从家到门诊都很困难。
由胡小玲博士及其在理大生物医学工程系(BME)的研究团队开发的“移动外神经肌肉骨架”采用轻量化设计(可穿戴上肢组件高达克,适合不同的功能训练需求),低功率需求(连续4小时使用12V可充电电池)和运动装功能。因此,机器人手臂为患者提供灵活,自助,易于使用的移动工具,以补充他们在诊所的康复训练。创新的培训选择可以有效地提高康复进度。
胡晓玲博士说,这种新型装置的开发受到许多出院的卒中患者反馈的启发。他们面临着对肢体康复至关重要的定期和强化康复训练的问题。“我们相信,通过我们的移动外神经-肌肉-骨骼,中风患者可以随时随地进行康复训练,将训练转化为日常活动的一部分。我们希望这种灵活的自助训练能够很好地补充传统的门诊康复服务,帮助中风患者获得更好的康复进展。“她的团队预计机器人手臂可以在两年内实现商业化。
BME创新集成了外骨骼和软机器人结构设计-现有的中风患者上肢康复训练设备中常用的两种技术,以及PolyU专利的外神经刺激技术。
外骨骼,软机器人和外神经刺激技术的整合
外骨骼和软机器人设计的工作原理是提供由自主肌肉信号驱动的外部机械力,以帮助患者进行所需的关节运动。传统的外骨骼结构主要由诸如金属和塑料的矫形材料构成,模拟患者的外部骨骼。虽然它的尺寸紧凑,但是它很重且不舒服。软机器人由充满空气或充满液体的管道组成,用于模拟一个人的外部肌肉,重量轻但体积非常大。两种类型的结构都需要用于驱动马达或泵的高电力,医院或康复中心外使用它们。结合两种结构设计的优点,BME创新机器人手臂重量轻,尺寸紧凑,
通过进一步将外部机械力设计与PolyU专利的神经肌肉电刺激(NMES)技术相结合,机械臂在执行出色的康复效果方面是独一无二的。在检测到用户肌肉处的肌电信号时,该装置将通过应用NMES来收缩肌肉,以及施加外部机械力以协助关节的期望的自主运动。研究发现,NMES引发的肌肉力量与外部机械力的结合对中风康复的有效性比单独使用外部机械力高40%。
在试验中证实了康复效果
对10名中风患者进行机器人手臂的初步试验表明,在完成20个2小时的训练课程后,所有人的肌肉协调性,手腕和手指功能以及肌肉痉挛状态均较低。医院和诊所合作开展进一步的临床试验。
机器人手臂由手腕/手,肘部和手指组成,可单独佩戴或一起佩戴,以满足不同的功能训练需求。运动服设计采用可紫色保护,透气性好的可洗面料,使机器人手臂舒适耐磨。
该设备还具有连接到移动应用程序(APP)的增值功能,用户可以使用APP界面控制自己的培训。APP还记录实时培训数据,以便更好地监控医疗从业人员和患者自身的康复进展。它还可以作为中风患者在线互相交流以获得相互支持的社交网络平台。