下肢外骨骼康复机器人的研究与进展

背景：如何提高脑血管疾病所致中枢神经系统损伤患者的日常活动能力是康复医学亟待解决的问题,而外骨骼康复机器人的发展为解决这一问题提供了可能。 目的：回顾下肢外骨骼康复机器人的研究进展,对下肢外骨骼康复机器人的设计与开发提出新的展望。 方法：由第一作者检索1990/2008 PubMed数据库(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/PubMed)及万方数据库(http://www.wanfangdata.com.cn)有关医用下肢外骨骼康复机器人的文献,英文检索词为“exoskeletons robot,central nerve damage,passive rehabilitation training,the man-machine integration interaction interface”,中文检索词为“外骨骼机器人,中枢神经损伤,主被动康复训练,人机一体化交互接口”。排除重复性研究。 结果与结论：共纳入26篇文献归纳总结。外骨骼康复机器人研究报道较多,但如能解决体积小、轻便、低功耗、大功率输出等问题,同时具有响应快、低惯性、高精度和高安全性等性能,必将使神经损伤患者下肢功能最大化地恢复成为可能。     

基于PCI-1240运动控制卡的肢体康复训练控制系统的实现与软件设计EI北大核心CSCD

本研究开发了一种基于坐姿的下肢康复运动控制系统,该系统包括下肢外骨骼机构、电机驱动控制电路、运动控制程序等。通过6个电机为髋、膝、踝关节转动提供动力,采用PCI-1240运动控制卡作为控制核心,实现了下肢各关节重复性转动训练和步态康复训练的速度、角度和运动时间的精确控制和调节。本文试验结果表明,该运动控制系统能很好地满足下肢功能障碍患者重复性康复训练运动的需求。本文为康复训练机器人中运动控制系统提供了更多的方法数据,可促进工业自动化设备向医疗领域转变,有利于康复机器人的更进一步研究。     

下肢步态康复机器人:研究进展及临床应用

背景:为解决康复训练过程中出现的问题,需要安全、定量、有效及可进行重复训练的新技术,康复机器人的出现从某种程度上解决了这一问题。目的:对如何使用康复机器人加强和恢复肌肉骨骼的功能,并改善其协调能力进行相应的探讨。分析以上新发展对康复领域的影响,局限性以及现在科研人员所面临的挑战。方法: 以stroke,gait,biofeedback,rehabilitation,treadmilltraining,rehabilitationrobot为检索词,检索Pubmed数据库(1992-04/2009-12);以"脑卒中,步态,生物反馈,康复疗法,活动平板训练,康复机器人"为检索词,检索中国期刊全文数据库(1992-04/2009-12)。以与下肢步态康复机器人的相关文献为评价指标。纳入与下肢步态康复机器人相关的内容,排除重复研究。结果与结论:腿部驱动步态康复训练机器人通过牵引患者大腿和小腿协调摆动完成腿部步行动作,足底驱动步态康复训练机器人通过驱动患者足部模拟步行过程中踝关节的运动轨迹来进行步态训,从某种程度上解决很多临床问题。在探索脑卒中患者如何使用康复机器人的过程中发现:机器人的应用提供了各种康复机会来改善残疾人的生存质量。     

基于PCI-1240运动控制卡的肢体康复训练控制系统的实现与软件设计

本研究开发了一种基于坐姿的下肢康复运动控制系统,该系统包括下肢外骨骼机构、电机驱动控制电路、运动控制程序等。通过6个电机为髋、膝、踝关节转动提供动力,采用PCI-1240运动控制卡作为控制核心,实现了下肢各关节重复性转动训练和步态康复训练的速度、角度和运动时间的精确控制和调节。本文试验结果表明,该运动控制系统能很好地满足下肢功能障碍患者重复性康复训练运动的需求。本文为康复训练机器人中运动控制系统提供了更多的方法数据,可促进工业自动化设备向医疗领域转变,有利于康复机器人的更进一步研究。     

不同模式平衡障碍康复机器人训练老年全髋关节置换后的效果比较

背景:髋关节置换不但改善了股骨颈骨折患者的生活质量、下肢功能,还降低了死亡率,但因术后康复手法单一、康复医师分配不均,总体人群疗效不明,因此康复机器人运用于髋关节置换后不失为一种更有效及安全的方式.目的:研究基于平衡障碍康复机器人多场景康复模式对全髋关节置换后老年人下肢功能的影响.方法:招募中国人民解放军军区总医院及成...     

减重步行康复训练机器人的设计及其临床应用

目的为提高减重步行训练机器人的临床应用,进一步促进康复机器人的实际应用与推广提供方法和措施,针对以往步行训练机器人临床应用性不强的问题,提出一种操作简单、结构灵活、实用性强的下肢康复机器人设计方案。方法利用模块化、集约化的设计方法,从人机工程学、康复医学、机械设计等方面对机器人整体进行穿戴式外骨骼、减重训练架、自适应跑台、悬吊背心等功能模块的划分和设计。同时,结合理论计算与SolidWorks有限元仿真,对机器人的关键部位进行优化分析。结果经过实体样机加工和初步临床实验,验证了该减重步行康复训练机器人设计的可行性和科学性。结论本次临床应用性设计研究可以提高减重步行训练机器人的实用性,可以为类似的研究和设计提供参考。     

下肢运动想象脑机接口的研究进展及康复应用

运动想象脑机接口(brain computer interface based on motor imagery, MI-BCI)是一种完全不依赖于外周神经和肌肉就可实现与外界环境交互的前沿技术，该技术能够充分利用患者的运动意图，并触发大脑的神经可塑性，以实现脑卒中患者的运动功能康复。针对下肢MI-BCI系统识别率低、实验环境要求高等问题，研究人员从范式、算法和应用等方面不断地探索下肢MI-BCI技术的新方向，并通过长期的临床研究验证了下肢MI-BCI技术在脑卒中患者下肢功能康复领域的优越性。本文对近年来下肢MI-BCI的国内外研究进展进行综述，归纳下肢MI-BCI在临床康复领域的应用现状，最后分析其面临的挑战和发展趋势，以期推动下肢MI-BCI的快速发展，并为下肢功能康复提供新思路。     

踝关节人机耦合生物力学特性分析

目的 设计一种2-PSU/RR并联踝关节康复机器人,并对人体肌肉进行生物力学特性分析,研究踝关节康复机器人的康复策略。方法 采用数值离散搜索法获得机器人的实际工作空间,探究结构参数变化对机器人动平台高度的影响。通过人体生物力学仿真软件AnyBody得到肌肉力、肌肉活动度等人体生物力学响应,研究动平台高度变化对肌肉行为的影响。结果 机器人能够满足踝关节跖屈/背屈和内翻/外翻运动需求。适当增大定长杆的初始倾角和减小长度,使得踝关节康复机器人具有较低的整体高度。动平台高度依次递减10 mm,人体参与运动的肌肉力和肌肉活动度都有一定幅度下降。结论 本研究为踝关节康复提供一种新的设计方案,为踝康复机器人运动分析提供理论指导,并通过修改机构参数加快患者脚踝康复。     

绳索并联驱动下肢康复机器人的设计与分析

下肢运动障碍患者对下肢康复器械的需求日益增大.基于刚性连杆康复机器人的局限,本研究设计了一款绳索并联驱动的下肢康复机器人.通过对人体步态运动规律的分析,建立了人机运动学模型,利用数值法对运动学正逆解进行了验证,得到了绳索长度、速度、加速度变化规律,并进行了工作空间的研究.最后将模型导入Adams软件进行仿真,其下肢各关...     

下肢外骨骼康复机器人在膝关节活动受限康复治疗中的应用*

背景：下肢外骨骼康复机器人以持续主被动活动联合为理论基础,通过模拟人体运动,刺激机体的自然复原力,发挥组织代偿作用。 目的：动态观察并了解下肢外骨骼康复机器人在膝关节活动受限患者功能锻炼中的康复作用。 方法：将20例术后早期膝关节活动受限患者随机等分为实验组与对照组,实验组采用下肢外骨骼康复机器人行肢体功能锻炼,对照组采用被动训练装置CPM机行功能锻炼,治疗间隙2组均采用心理疏导、低频脉冲电疗和红外线等物理治疗。 结果与结论：治疗2个月后,实验组与对照组患者膝关节后屈、前伸活动度均较治疗前明显改善(P < 0.01),同时实验组股四头肌肌力较治疗前明显改善(P < 0.01)。2个月后的后续治疗,实验组患者膝关节后屈、前伸活动度有了进一步的改善(P < 0.05),对照组上述指标无明显改善。说明早期采用下肢外骨骼康复机器人或CPM机配合心理疏导、低频脉冲电疗和红外线等治疗均能明显提高膝关节活动受限患者膝关节活动度,同时下肢外骨骼康复机器人具有恢复患者股四头肌肌力的作用。     

脊髓损伤患者步行功能康复设备的研究进展

脊髓损伤是导致瘫痪的主要原因之一,患者常伴有下肢运动功能障碍,给患者、家庭和社会带来沉重的负担。重建步行能力是帮助脊髓损伤患者重返社会的有效措施。我们总结了目前步态康复训练设备和辅助行走设备在帮助脊髓损伤患者重建步行能力中的应用情况,并对今后的发展作出展望与分析。     

脑卒中患者上肢康复机器人及评价方法综述

利用机器人技术进行上肢康复训练是脑卒中患者进行康复治疗的重要手段之一。本文根据中枢神经系统具有高度的可塑性,分析了机器人辅助康复训练的理论依据。并且依据康复机器人的社会需求和研究意义,归纳总结了5种上肢康复机器人的研究进展和研究成果,其中包括上肢康复机器人、功能性电刺激辅助上肢康复机器人、基于虚拟现实技术的上肢康复机器人、基于sEMG的上肢康复训练机器人、基于BCI上肢康复训练机器人。为完善康复机器人的功能,实现对脑卒中患者上肢运动功能的量化评估,本文还分析了目前临床上常用的几种评价方法,即Brunnstrom等级评价法、Fugl?Meyer量表评价法、上田敏评价法和Bobath评价法。最后分析了上肢康复机器人在机械设计、控制策略和评价方法等方面的发展趋势。     

一种跟随人体重心高度的骨盆支撑减重康复系统EI北大核心CSCD

支撑减重康复训练系统现已成为下肢运动功能障碍康复的重要治疗方法。本文针对现有的恒定阻抗减重的骨盆支撑减重康复系统在康复训练过程中骨盆机构提供固定的运动轨迹、患者主动参与康复训练程度低等问题,提出了一种跟随人体重心高度(CoMH)的骨盆支撑减重康复系统。该系统通过惯性测量单元采集人体下肢运动信息,经过人工神经网络对CoMH进行预测,实现骨盆支架高度的跟踪控制。通过偏瘫患者康复训练进行试验,结果表明,相比于骨盆支架运动轨迹固定的传统减重康复训练,跟随CoMH骨盆支撑减重康复训练使患者患侧髋、膝关节活动范围分别提升25.0%和31.4%,患侧摆动相与支撑相占比更接近健侧步态相位。该减重康复训练模式的骨盆支架的运动轨迹取决于当前训练者的状态,可实现偏瘫患者健侧主动运动引导行走训练。动态调整减重支撑的策略更有助于提高行走康复训练效率。     

截瘫步行器的仿生效果

背景：截瘫步行器的临床应用,使截瘫患者重建步行功能成为可能,但截瘫步行器只为进行步行康复训练及简单的行走,距离真正意义上的步行功能代偿相差还很远。 目的：对目前几种截瘫步行器的结构特点、作用机制及仿生效果进行归纳、分析。 方法：应用计算机检索1990-01/2008-12 PubMed数据库及万方数据库有关截瘫步行器的特点、仿生效果及临床应用方面的相关文献,英文检索词“reciprocation gait orthosis,walkabout,bionice”,中文检索词“截瘫步行器,仿生”。检索文献量总计32篇。 结果与结论：目前无动力截瘫步行器运用较广泛,但对截瘫患者来说,通常只为进行步行康复训练及简单的行走,距离真正意义上的步行功能代偿相差还很远。运用最广的往复式截瘫步行器和互动截瘫步行器这两种截瘫步行器仿生效果较差,步态严重失真,体能消耗大,而由外部能源补充能耗的步行器则可以克服无动力步行器的不足,随着人工智能技术在机器人和许多工业领域得到了广泛应用,它的发展可为患者提供性能优良,安全可靠,更具有仿生性的截瘫步行器产品。     

功能性电刺激结合其他疗法在下肢康复的研究现状

脊椎损伤、脑血管意外、脑血管外伤的患者会出现不同程度的下肢运动障碍。采用有效的方法对患者进行下肢康复训练,进而改善患者的步态,增强患者的步行能力,具有重要的意义。大量的临床实验表明,功能性电刺激与其他的康复疗法相结合对于下肢偏瘫患者运动功能的恢复有着极好的疗效。     

基于减重步行训练的下肢康复机器人结构设计与分析

提出了一款基于气囊式减重原理的下肢康复训练机器人。它集主动训练与被动训练、静态平衡与功能评定于一体,适用于下肢偏瘫的脑卒中患者。装置的机械结构包括减重支持结构、步行器、拉伸锁定结构配合U型架、箱体结构和外框架辅助结构。对跑步机这一运动部件用SolidWorks软件进行三维建模,并用有限元分析软件Ansys进行应力计算表明:跑步机最大应力值为3.593 2 MPa,最大变形值为1.062 7 mm,均在材料容许范围以内,验证了设计的合理性与可行性。     

机器人模式设计对脊髓损伤患者步态的影响

背景：治疗师帮助的减重运动平板训练方法是一种效果较好的步态训练方法,但因其对治疗师体力消耗较大,且人员需要较多,临床应用受到一定限制。机器人帮助的减重运动平板训练受到广泛关注。 目的：总结机器人在脊髓损伤患者步态康复中的作用及其对下肢运动及肌肉活动模式的影响。 方法：由第一作者检索PubMed数据库(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/PubMed)1995-01/2010-12涉及机器人、Lokomat、减重运动平板训练及脊髓损伤步态康复内容的文献,英文关键词为“spinal cord injury,gait,walking,locomotor,locomotion,rehabilitation,robot,robotic,Lokomat ”,排除陈旧性、重复性文献,保留30篇文献归纳总结。 结果与结论：虽然到时目前为止还没有证据证明机器人运动训练方法优越于其他方法,但其在脊髓损伤康复领域的应用也有明显的优势。机器人设备对下肢运动的被动引导及固定步行模式的重复训练不利于患者最大自主肌力的发挥及步行循环周期之间的变动,不能做到治疗师那样敏感地感受患者的运动表现。治疗师只有全面了解机器人设备并根据患者的运动能力不断调整训练参数,以致使患者在精确控制环境下最大限度地发挥自主运动能力,才能获得最佳的运动训练效果。     

踝关节外骨骼助行模式对下肢肌肉激活与协调模式的影响EI北大核心CSCD

踝关节外骨骼可用来提高人的行走效率,辅助老年人、运动功能障碍患者等进行日常活动或康复训练,但外骨骼的助行模式会对穿戴者的下肢肌肉激活与协调模式产生影响。本文利用一款绳驱动踝关节外骨骼,设计了不同助力时机与助力大小组合的助行模式,采集了7名穿戴者在跑步机上以1.25 m/s速度水平行走时的下肢表面肌电信号,研究不同助行模式对穿戴者下肢肌肉激活与协调模式的影响。实验结果表明,比目鱼肌激活程度在踝关节外骨骼助力时有明显降低,在助力时机为步态周期49%、助力大小为0.7 N·m/kg时,最高可降低(38.5±10.8)%。并且,相对于助力时机,助力大小对比目鱼肌激活程度影响更为显著。踝关节外骨骼不同模式助行时,所测量下肢肌肉可分解为5个基本协同模式,且合适的助力时机与助力大小条件下,下肢肌肉协调模式和正常行走相比改变较小。此外,比目鱼肌-胫骨前肌、股直肌-半腱肌的协同收缩度在外骨骼助力时比正常行走均有升高。本研究有助于理解健康穿戴者如何调整自身的神经肌肉控制机制来适应不同外骨骼助力,并为选择合适的助行模式以及合理利用外骨骼提高行走效率提供依据。     

坐姿下肢康复训练系统的结构设计与分析

目的设计一台基于坐姿的下肢康复训练系统,以帮助各类下肢运动功能障碍患者实现髋、膝、踝关节的有效康复训练。方法首先设计坐姿下肢康复训练系统的整体结构;然后采用SolidWorks对系统整体结构进行三维建模,并用有限元分析软件Ansys对主要受力部件进行变形量分析和强度校核;最后对实体样机进行调试,验证本训练系统设计的可行性和合理性。结果该系统主要包括可移动训练座椅、外骨骼机械腿、髋关节间距调节装置以及电控部分。座椅支撑最大的等效应力为5.2315 MPa,且最大变形量仅为0.0128 mm;移动导杆最大等效应力为204.59MPa,最大变形量为1.72 mm;脚踝部分最大等效应力为97.326 MPa,脚踝部分最大变形量为0.62mm。该训练系统可以满足身高在155~190 cm内的患者使用。机械腿膝关节运动到最大及最小极限角度的可靠性组内相关系数(intraclass correlation coefficient,ICC)分别为0.823和0.895;踝关节运动到背屈、趾屈极限位角度的可靠性ICC值分别为0.861和0.833。结论本训练系统各主要受力部件的强度和变形量都能满足要求;能够达到髋、膝、踝三关节预定动作范围,可带动受试者实现各种模式的下肢康复训练,具有较好的可行性和合理性。