在社會(huì)老齡化、自然災(zāi)害、各類(lèi)事故等綜合影響下，由腦卒中、脊髓損傷、腦外傷等原因造成的殘障人口迅速增長(zhǎng)。由此帶來(lái)的康復(fù)器具需求也不斷增加。然而，現(xiàn)有康復(fù)醫(yī)療資源非常緊缺，國(guó)內(nèi)普遍采用的康復(fù)治療方法存在人員消耗大、康復(fù)周期長(zhǎng)、效果有限等問(wèn)題?？祻?fù)機(jī)器人技術(shù)是解決傳統(tǒng)康復(fù)方法的有效途徑。

 

　　在經(jīng)過(guò)諸如外科手術(shù)等急性期的臨床處理后，癱瘓患者一般要進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的康復(fù)訓(xùn)練以恢復(fù)部分運(yùn)動(dòng)能力，重新回歸正常生活。傳統(tǒng)的腦卒中療法與運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)理論的研究表明，通過(guò)強(qiáng)化運(yùn)動(dòng)控制和技能獲取鍛煉，腦卒中患者可得到部分功能恢復(fù)；通過(guò)重復(fù)性抗阻練習(xí)和各種各樣的任務(wù)與反饋練習(xí)，肌肉力量可得到增強(qiáng)。

 

　　傳統(tǒng)的康復(fù)治療手段通常依靠康復(fù)理療師手動(dòng)帶動(dòng)患者患肢進(jìn)行被動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練，訓(xùn)練策略比較單一；同時(shí)，在訓(xùn)練過(guò)程中，施加在患肢上的力度與患肢的訓(xùn)練軌跡都難以保持良好的一致性；而且，這種康復(fù)手段需要理療師進(jìn)行較強(qiáng)的體力勞動(dòng)，因此患者通常難以得到足夠強(qiáng)度與頻次的康復(fù)訓(xùn)練。

 

　　相對(duì)于傳統(tǒng)的人工康復(fù)訓(xùn)練模式，康復(fù)機(jī)器人帶動(dòng)患者進(jìn)行康復(fù)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練具有很多優(yōu)點(diǎn)：

 

　　（1） 機(jī)器人更適合執(zhí)行長(zhǎng)時(shí)間簡(jiǎn)單重復(fù)的運(yùn)動(dòng)任務(wù)，能夠保證康復(fù)訓(xùn)練的強(qiáng)度、效果與精度，且具有良好的運(yùn)動(dòng)一致性；

 

　?。?）通?？祻?fù)機(jī)器人具備可編程能力，可針對(duì)患者的損傷程度和康復(fù)程度，提供不同強(qiáng)度和模式的個(gè)性化訓(xùn)練，増強(qiáng)患者的主動(dòng)參與意識(shí)；

 

　?。?）康復(fù)機(jī)器人通常集成了多種傳感器， 并且具有強(qiáng)大的信息處理能力，可以有效監(jiān)測(cè)和記錄整個(gè)康復(fù)訓(xùn)練過(guò)程中人體運(yùn)動(dòng)學(xué)與生理學(xué)等數(shù)據(jù)，對(duì)患者的康復(fù)進(jìn)度給予實(shí)時(shí)反饋，并可對(duì)患者的康復(fù)進(jìn)展作出量化評(píng)價(jià)，為醫(yī)生改進(jìn)康復(fù)治療方案提供依據(jù)。

 

　　先進(jìn)的康復(fù)機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)精確化、自動(dòng)化和智能化的康復(fù)訓(xùn)練，進(jìn)一步提高康復(fù)醫(yī)療水平。但現(xiàn)有康復(fù)機(jī)器人在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、人機(jī)交互、訓(xùn)練策略、實(shí)驗(yàn)與評(píng)價(jià)等多個(gè)方面還存在不足，難以較好地滿(mǎn)足患者的康復(fù)需求。早期的康復(fù)機(jī)器人研究較多關(guān)注被動(dòng)訓(xùn)練模式，即，由機(jī)器人帶動(dòng)患肢執(zhí)行定軌跡的運(yùn)動(dòng)。

 

　　康復(fù)醫(yī)學(xué)的臨床研究表明，患者主動(dòng)參與的訓(xùn)練對(duì)于患者神經(jīng)康復(fù)和運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)更加有效。針對(duì)這種情況，目前研究人員主要從患者意圖主動(dòng)參與的主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練模式入手，解決意圖識(shí)別、柔順控制、患者參與水平增強(qiáng)等多方面的技術(shù)問(wèn)題。

 

　　目前，針對(duì)肌電、腦電、及運(yùn)動(dòng)和力學(xué)信息識(shí)別人體運(yùn)動(dòng)意圖已經(jīng)有大量的研究工作成果可以借鑒。通過(guò)肌電來(lái)估計(jì)關(guān)節(jié)力或者運(yùn)動(dòng)、通過(guò)力位信息來(lái)估計(jì)關(guān)節(jié)力等已經(jīng)獲得了較高的識(shí)別準(zhǔn)確率，而基于腦機(jī)接口的意圖識(shí)別一般只是限定在有限的動(dòng)作模式上，與人體自然運(yùn)動(dòng)還有差距。如何設(shè)計(jì)可靠性高、識(shí)別精度高、實(shí)時(shí)性能好的意圖識(shí)別系統(tǒng)還是有待突破的技術(shù)難點(diǎn)。而如何增強(qiáng)患者神經(jīng)、肌骨以及認(rèn)知等的參與水平目前還處在探索性的起步階段。

 

　　中科院自動(dòng)化研究所侯增廣研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合患者多模態(tài)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)柔順的控制方法，先后研發(fā)了坐臥式下肢康復(fù)機(jī)器人（iLeg）、上肢康復(fù)機(jī)器人（CASIA-ARM）和全周期多位姿下肢康復(fù)機(jī)器人（iLeg-II）等樣機(jī)平臺(tái)，從機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)等層面仿生人類(lèi)肢體功能，優(yōu)化人機(jī)相容性，提高人機(jī)交互柔順性。其中，iLeg是針對(duì)早期四肢癱/癱瘓患者研發(fā)的一款自動(dòng)化康復(fù)醫(yī)療設(shè)備；CASIA-ARM是面向家庭化康復(fù)需求研發(fā)的一款觸覺(jué)反饋上肢康復(fù)機(jī)器人；iLeg-II是針對(duì)腦卒中和脊髓損傷下肢癱瘓患者的臨床康復(fù)需求研發(fā)的一款覆蓋康復(fù)早、中、后期的全周期下肢康復(fù)機(jī)器人。

 

　　課題組以神經(jīng)肌肉的多層次協(xié)同感知和強(qiáng)化參與為特色，自主研發(fā)了多通道sEMG采集儀和FES刺激儀，并和自主研發(fā)的上下肢康復(fù)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了無(wú)縫集成，設(shè)計(jì)了基于閉環(huán)腦機(jī)接口、注意力調(diào)控系統(tǒng)、“按需輔助”原則的個(gè)性化訓(xùn)練策略和多種康復(fù)訓(xùn)練模式，從生理和心理多個(gè)層面強(qiáng)化患者參與水平，針對(duì)患者的個(gè)體特征和響應(yīng)實(shí)現(xiàn)按需輔助的個(gè)性化康復(fù)。相關(guān)樣機(jī)平臺(tái)在中國(guó)康復(fù)中心和國(guó)家輔具中心進(jìn)行了初步的患者臨床實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了樣機(jī)的臨床可行性和有效性。