上肢偏瘫康复机器人的发展现状与应用前景

近年来，随着康复医疗技术的快速发展，医疗服务也正在通过科技创新为脑卒中患者寻找最佳的治疗方式。这促使国内外开始大量探索稳定、科学的辅助康复治疗的机器人研究。本文主要阐述上肢康复机器人的发展与进步以及所面临挑战，简要分析国内外现有的康复机器人设备系统所存在的不足，以及展望未来研究领域的潜能。

脑卒中是促老年人残疾的主要原因，它是由于中断的血液流进大脑，损害大脑细胞，严重情况可致死。而脑卒中幸存者，大多数有着不同的功能缺失，可能是全瘫或者偏瘫，对日常生活活动产生了很多不便，生活自理困难。康复治疗是改善肢体功能障碍，促进身体恢复的主要治疗手段。经研究发现强化治疗和任务型训练有助于肢体功能恢复。脑卒中患者在完成物理康复治疗后，状况能够得到持续改善。然而，很多能够促进肌肉神经恢复的因素，在传统康复作业治疗中并未被有效的利用，而传统的康复训练是治疗师与患者进行单独的训练和评估，这样的结果更容易受到医疗师的主观人为影响，无法保证得到准确可靠的评价参数和客观数据。随着社会对于有效的康复治疗需求越来越大，传统手工疗法已经难于应付，康复机器人应运而生。

上肢偏瘫康复机器人相比手动物理疗法，提供治疗持续时间较长，它可以在完全没有治疗师的情况下指导病人进行康复训练。它具有类似于人的肢体的运动结构，能够对病患在作业任务中进行指导性训练，通过客观的测试数据来评估病人的情况。这样不但确保更高效，科学的治疗，而且还大大的降低了成本。此外，上肢康复机器人通过与虚拟游戏的结合，提供一个娱乐的治疗方式，促进病人积极主动的参与到康复练习，大大提升了康复效率。

康复机器人主要分为两种，一种是末端牵引式机器人，一种是外骨骼式机器人。早期研究的上肢康复设备是基于末端效应机器人设计，它是通过牵引病人的手或前臂的一个点进行训练。美国麻省理工学院从1995年至今一直在研制名为MIT-MANUS的机器人，可以提供不同的训练模式，它主要的特点是反向驱动性，利用主动引导或者对病患施加阻力来干扰上肢运动，采集患者整个训练过程参数加以分析，并将运动信息反馈到电脑屏幕上，视觉可视化的观测到患者的实时状态。在2000年，美国斯坦福大学设计出了名为MIME的上肢康复机器人，该系列机器人历经三代研究创新，最终不但能够独立完成患者单侧肢体的训练，而且能够帮助患者进行患侧与健侧的同步镜像训练。2002年，英国雷丁大学研制出名为GENTLE/S机器人，该机器人通过吊索将患者上肢吊起，系统提供重力补偿和驱动，结合虚拟现实技术，对患者进行康复训练。近年来，外骨骼康复机器人的设计研究优势逐渐凸显，如以ARMin、CADEN-7等为代表，这些外骨骼机器人为患肢提供重力补偿，具有多个自由度，可以协助患者上肢关节进行复合运动。国外已经对这些康复设备进行广泛的临床试验，康复的效果十分显著。它不但可以实现高强度，高稳定的重复式训练，而且能够精确的保证训练效率和强度。我国近年来虽然已经开始重视康复医疗工程，但对康复机器人的研究仍处于初步阶段，仅有个别高校和医疗机构取得一定的科研成果，如从2000年开始，清华大学已经开展相应的辅助神经康复研究，并成功研制设计出肩肘复合运动康复机器人等多种康复机器人。与此同时，哈尔滨工程大学也开展了上下肢智能康复机器人的研究，并成功研制设计了多功能上肢康复训练机器人等多个样机。然而总的来说，国内的康复医疗设备研究还远远落后于国外。

随着科技化进程飞速发展，康复机器人技术研究已经到了一个新的高度。尽管如此，机器人的操作结构以及作业空间依然存在局限，当两个活动节点相互对齐时，很容易形成单一结构，从而导致一个自由度的丢失。因此运动幅度小，难以进行大活动范围的作业任务，对康复的整体效果也是有影响。用户的舒适性考虑也有所欠缺，特别是外骨骼机器人，用户在穿戴机器人手臂进行作业训练时，间接的限制了正常状态下手臂，致使活动关节和肌肉产生不确定性，影响评估结果。尽管现在的康复机器人依旧存在很多不足之处，但随着现代化科学技术的日益强大，相信在未来一定会有更大突破。

总的来说，康复机器人有着稳定，精确，客观训练的优点，通过更现实的任务型练习，让病患在娱乐中得到锻炼治疗，这相对于传统的手工疗法有着很大的优势。目前，国外已经有很多康复机器人应用于临床医学领域，并取得了一定的成效，而国内的康复医学和康复设备还处于初步阶段，系统的康复训练资源缺乏，病患却日与剧增，巨大的社会需求，大力的开展系统性康复医疗机器人的设计研究更具有现实意义，随着现代临床医学不断发展，国家的大力支持，越来越多的康复医疗师采用多种设备技术相结合的治疗手段，这对未来康复医疗的整体发展趋势有着很大的促进作用。相信在不就的将来，上肢偏瘫康复机器人在应对脑卒中患者的康复训练中将得到广泛的应用。

（作者单位：浙江理工大学）