康复机器人训练脑性瘫痪患者:改善下肢运动功能效果的Meta分析

目的:系统评价康复机器人治疗脑性瘫痪患者下肢运动功能的临床效果,并比较不同机器人的疗效差异。方法:检索PubMed、Web of Science、Embase、Cochrane Library、中国知网、中国生物医学文献数据库、维普和万方数据库,搜集从建库至2024-04-10发表的关于康复机器人治疗脑性瘫痪患者运动功能障碍的随机对照试验。主要结局指标包括肌肉力量,肌张力、平衡功能、步速、步频、步长、步行耐力、下肢运动功能、日常生活活动能力。根据《国际功能、残疾和健康分类》对上述指标进行编码,通过Meta分析评价临床疗效并比较不同机器人的疗效差异。由2名研究人员进行文献检索与筛选,使用Cochrane 5.1.0偏倚风险评估工具对纳入文献进行质量评价。采用RevMan 5.4软件和Stata 16.0软件进行Meta分析。结果:①最终纳入15篇文献,共512例患者,试验组260例、对照组252例。②Meta分析结果显示,与常规康复疗法相比,康复机器人可以提高身体结构和功能(SMD=0.41,95%CI:0.24-0.58,P<0.05)、活动(SMD=0.53,95%CI:0.41-0.65,P<0.05)和参与能力(MD=7.86,95%CI:1.54-14.18,P<0.05)。其中,康复机器人可以改善脑性瘫痪患者下肢肌力、平衡功能、步速、步行耐力、下肢粗大运动功能和日常生活活动能力,但对步频、步长和肌张力的效果不明显。③网状Meta分析结果显示,步速:Innowalkpro>Gait trainer>Lokomat>3DCalt;6MWT评分:Gait trainer>Lokomat>Lokohelp>Innowalkro;GMFM-88D区评分:Lokohelp>Lokomat>KidGo>Innowalkpro>3DCalt;GMFM-88E区评分:Lokomat>Lokohelp>KidGo>3DCalt>Innowalkpro。结论:基于《国际功能、残疾和健康分类》,康复机器人训练可以改善脑性瘫痪患者下肢运动功能和日常生活活动能力。在改善步速方面,Innowalkpro机器人效果更优;在改善6MWT评分方面,Gait trainer机器人效果更优;在改善GMFM-D区评分方面,Lokohelp机器人效果更优;在改善GMFM-E区评分方面,Lokomat机器人效果更优。

任务导向训练联合下肢康复机器人对脑卒中偏瘫患者下肢功能的影响

目的:探讨下肢康复机器人联合任务导向训练对脑卒中偏瘫患者的治疗效果。方法:选取我院2023年1月~12月收治的脑卒中偏瘫患者100例,随机分为对照组和观察组各50例。对照组在康复师的辅助下进行任务导向训练,观察组在对照组基础上给予下肢康复机器人训练。观察两组患者治疗前后下肢平衡、下肢肌力、运动功能、踝关节功能、膝关节屈曲活动范围及行走能力。结果:治疗后,两组患者BBS评分、股四头肌评分、腘绳肌评分、FMA-LE评分及AOFAS评分均较治疗前升高(P<0.05),且观察组治疗后的BBS评分、股四头肌评分、腘绳肌评分、FMA-LE评分及AOFAS评分均显著高于对照组(P<0.05);治疗后,两组患者的膝关节屈曲活动范围及6 min步行距离均较治疗前升高(P<0.05),且观察组治疗后的膝关节屈曲活动范围及6 min步行距离显著大于对照组(P<0.05)。结论:在脑卒中患者的临床治疗中,任务导向训练与下肢康复机器人相结合,可有效提高下肢肌力,促进平衡功能的恢复,对运动功能的恢复效果显著,可提高脑卒中患者的行走能力和膝关节屈曲的活动范围,达到较为理想的治疗效果。

基于空间末端引导式上肢康复机器人平面游戏的交互方式研究

目的:游戏互动可以极大提高上肢功能障碍者康复训练的积极性,本文结合空间末端引导式上肢康复机器人的结构特点,分别基于关节角度变化和机械臂末端点位置提出了2种平面游戏的交互设计方法。方法:通过建立机械臂3个驱动关节角度与游戏界面坐标系的映射关系实现人-机游戏互动,并比较了同一运动轨迹在2种不同交互设计方法下的游戏界面轨迹。结果:基于关节角度变化的平面游戏交互方式,通过建立关节角和游戏界面坐标系的映射函数,可以简化运算过程提高运算效率;基于机械臂末端点位置信息的平面游戏交互方式则更能准确地表述机械臂的实际运动姿态,可以实现1∶1复原机械臂末端轨迹。结论:提出的2种基于不同数据信息的游戏交互方式均有各自的特点和优势,为多自由度上肢康复机器人进行平面游戏交互设计提供了解决方案。

基于模糊控制的上肢康复机器人变导纳控制

传统固定参数的导纳模型无法对上肢康复机器人的柔顺性实时调节,而现有变参数导纳模型需要结合实际康复需求进行改善。为此,以自主研发的串并混联的末端牵引式上肢康复机器人为研究对象,结合模糊控制与导纳控制,提出了一种面向实际康复需求的新型变导纳控制策略,制定了4条有利于康复效率与安全的模糊规则。该策略利用交互力误差及其变化率作为模糊控制输入,实时改变导纳模型的参数,实现柔顺性自主调节。仿真和实验结果验证了所提出的变导纳模型控制策略可行性和所制定的4条模糊规则的有效性。在患者可适应训练强度的场景中,相较于固定导纳模型,变导纳模型追踪给定路径时产生的冗余路径最多可降低56.13%,提高了康复训练效率;当康复运动超出患者可承受范围时,变导纳模型可提前0.5 s改变追踪路径,提高了康复的安全性。

六自由度上肢康复机器人机构设计及轨迹规划

本研究设计一款六自由度上肢康复机器人,机器人采用绳索驱动、串并联相结合的关节结构形式,能够牵引偏瘫患者的上肢实现多个关节且活动范围较大的康复运动训练。针对上肢康复机器人机构适用性问题,基于运动学理论和D-H坐标系法建立上肢康复机器人本体D-H参数模型,根据空间坐标向量之间的平移、旋转关系,对运动序列建模分析,求解正运动学,通过封闭解法求解逆运动学。基于运动学分析结果,提出五次多项式函数关节空间轨迹规划方法,对上肢提拉抬肘运动进行轨迹规划仿真,验证了康复运动过程中的运动能力。

气动肌肉驱动的上肢康复机器人动力学仿真

针对目前外骨骼机器人本体结构复杂,人机交互安全性不高的问题,结合驱动系统中气动人工肌肉的轻质、大驱动力、高柔顺性和接近人体肌肉的特性,提出一种基于气动肌肉的外骨骼上肢康复机器人。采用蒙特卡罗方法获得机器人的安全工作空间,并基于拉格朗日方程对外骨骼上肢康复机器人进行动力学建模,通过MATLAB软件对上肢康复机器人动力学特性仿真。

一种新型坐卧式下肢康复机器人控制系统设计

目的:针对脑卒中和外伤等因素导致的下肢功能障碍问题,设计一种新型坐卧式下肢康复机器人的控制系统。方法:开发了基于坐卧式下肢康复机器人的分布式控制系统;提出了高精度的被动训练控制方案和主被动混合训练控制方案;并进行了传感器采集模块测试试验、被动康复训练试验和主被动混合训练试验,来验证所设计的控制系统性能。结果:传感器采集模块具有很高的精度,被动康复训练和主被动混合训练均达到了预期效果。结论:该下肢康复机器人控制系统设计合理,方案可行。

下肢康复机器人短期辅助双任务训练在脑卒中患者康复期的运用效果

目的:探讨下肢康复机器人对脑卒中患者下肢康复效果及步行和平衡能力的影响。方法:本研究选取2023年3月—2024年6月于南通大学附属医院收治的76例脑卒中患者作为研究对象。按照随机数字表法,将其分为对照组(采用双任务训练)和观察组(双任务训练基础上给予下肢康复机器人辅助训练),每组38例。比较两组患者下肢运动功能、步行能力及平衡功能。结果:治疗4周、8周后,观察组下肢运动功能评分(FMA)、功能性步行分级量表(FAC)评分和Berg平衡量表(BBS)评分显著高于对照组(P<0.05)。决策树模型结果显示,治疗8周后FMA、FAC及BBS评分均无显著差异(P>0.05)。结论:下肢康复机器人辅助双任务训练在脑卒中患者康复中能够提升其下肢运动功能、步行能力及平衡功能。

上肢康复机器人任务导向性训练对肩关节功能障碍患者的疗效观察

目的:观察上肢康复机器人任务导向性训练治疗肩关节功能障碍的疗效。方法:选取肩关节功能障碍患者58例,随机分为观察组和对照组各29例。2组均接受物理因子与关节松动术联合治疗,在此基础上,对照组增加肌力训练,观察组增加上肢康复机器人任务导向性训练。在治疗前和治疗4周后,采用Constant-Murley肩功能评分量表(CMS)评定比较2组疗效。结果:治疗4周后,2组CMS总分及疼痛、功能活动、关节活动范围、肌力4个分项的评分均高于治疗前(P<0.01);观察组CMS总分及疼痛、关节活动范围、肌力评分3个分项的评分均高于对照组(P<0.05),2组功能活动评分差异无统计学意义。结论:上肢康复机器人的任务导向性训练可以有效减轻患者肩关节疼痛,提高患者的上肢运动功能和康复效果。

经颅磁刺激联合下肢康复机器人对脑卒中患者下肢功能康复的效果观察

目的:探讨经颅磁刺激联合下肢康复机器人对脑卒中患者下肢功能的康复效果。方法:收集2021年1月—2023年6月首都医科大学附属北京康复医院收治的100例脑卒中患者作为研究对象,随机将其分成治疗组(50例)和对照组(50例)。对照组采用常规康复训练联合下肢康复机器人治疗,治疗组在对照组的基础上增加经颅磁刺激治疗。观察两组患者临床疗效、关节活动度指标、Fugl-Meyer量表、Berg平衡量表、ADLs和WHOQOL-100评分。结果:治疗前,两组患者关节活动度指标、Fugl-Meyer量表、Berg平衡量表、ADLs和WHOQOL-100评分比较,差异均无统计学意义(P>0.05)。治疗后,两组患者各项指标均得到显著改善,且治疗组均优于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论:经颅磁刺激联合下肢康复机器人对脑卒中患者治疗能够有效促进下肢功能的康复,增强患者髋关节、膝关节的灵活度,促进身体平衡的建立,进一步强化患者运动功能的恢复,提升患者日常生活的活动能力并有助于为其培养积极的生活预期。

康复机器人在脊髓损伤中应用的研究现状、热点及前沿分析

目的:使用文献计量学对康复机器人在脊髓损伤中应用的相关研究进行分析。方法:以Web of Science数据库核心合集为数据源,系统检索与分析从建库至2023年12月31日收录的康复机器人在脊髓损伤中应用的相关文献,使用VOSviewer 1.6.18软件统计分析并构建作者、关键词共现网络;使用Excel 2021统计康复机器人在脊髓损伤中应用的相关研究发文趋势;使用Origin 2021对国家科研合著图谱进行突现分析;使用CiteSpace 5.7.R5软件构建共被引参考文献的时间线视图。并通过R语言Bibliometrix包(http://www.biblimetrix.org)辅助展示了年度热点变化趋势。结果:共纳入康复机器人在脊髓损伤中应用的文献884篇,2007年后发文量迅速增多。共有56个国家的2182位作者涉足了该领域研究,其中发文量前三的作者是RIENER R(12篇)、OMALLEY MK(7篇)、CURT A(6篇),国家分别是美国、瑞士和中国,机构分别是苏黎世大学、美国西北大学、苏黎世联邦理工学院,文献刊载在197种期刊上,刊文量最高的期刊是Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation,研究热点主要涉及外骨骼设备的革新、神经康复的个性化和智能化、机器学习在康复中的应用等。结论:欧美发达国家在康复机器人在脊髓损伤中应用的研究领域处于领先,国家间的合作有待加强。跨学科合作与技术革新将是未来推动康复机器人技术在脊髓损伤治疗中取得更多突破的关键。随着研究的深入与技术的成熟,康复机器人有望为脊髓损伤患者提供更加精准、高效的康复服务。

悬吊康复机器人设计与电流跟踪控制仿真分析

设计了一种悬吊康复机器人,可以满足不同脑卒中患者的差异化减重需求,用于患者的平衡步态训练。对悬吊康复机器人进行机构设计,悬吊机构采用磁粉离合器驱动,并设计驱动电路。为提高输出电流的稳定性,提出反向传播神经网络比例积分微分控制,对悬挂康复机器人输出电流进行跟踪控制。通过电流跟踪控制仿真分析,验证了设计的合理性。

手部康复机器人的研究现状

介绍了国内外不同结构、不同驱动方式以及不同训练模式的手部康复机器人的研究现状及优缺点,分析了现有手部康复机器人存在的不足,指出了刚性和柔性可穿戴相结合、采用新型智能驱动方式和多种康复训练模式是未来手部康复机器人的发展趋势。

下肢康复机器人及等速肌力训练对胸腰段脊髓损伤患者康复效果的影响

目的:探讨下肢康复机器人及等速肌力训练对胸腰段脊髓损伤患者康复效果的影响。方法:选取2022年1月—2023年12月收治的120例胸腰段脊髓损伤患者,采用随机数字表法分为对照组(n=60,采用常规训练+下肢康复机器人训练)和研究组(n=60,采用常规训练+下肢康复机器人训练+等速肌力训练),比较两组患者膝关节、髋关节活动度,步行功能和下肢肌力。结果:与训练前比较,两组患者训练4周后膝关节和髋关节活动度、脊髓损伤步行指数(WISCIⅡ)、6min步行测试(6MWT)、屈肌群和伸肌群峰力矩(PT)、屈肌群和伸肌群力矩加速能(TAE)、胭绳肌与股四头肌肌力比率(H/Q)、髋伸肌肌力、髋屈肌肌力、髋外展肌肌力、踝跖屈肌肌力升高(P<0.05),两组患者训练4周后10 m步行时间(10MWT)降低(P<0.05),且与对照组比较,研究组患者训练4周后膝关节和髋关节活动度、WISCIⅡ、6MWT、屈肌群和伸肌群PT、屈肌群和伸肌群TAE、H/Q、髋伸肌肌力、髋屈肌肌力、髋外展肌肌力、踝跖屈肌肌力更高(P<0.05),研究组患者训练4周后10MWT更低(P<0.05)。结论:下肢康复机器人及等速肌力训练应用于胸腰段脊髓损伤患者可改善膝关节、髋关节活动度,提升步行功能和下肢肌力。

桌面式上肢康复机器人自适应柔顺性控制方法

以一种六自由度桌面式上肢康复机器人(desktop upper limb rehabilitation robot,DULRR)为研究对象,观察到传统的位置控制无法满足患者康复训练的需求,可能导致其在康复过程中二次受伤。针对这一问题,提出一种基于位置闭环的自适应柔顺性控制方法。首先,根据DULRR的运动学模型,构建基于模糊比例-积分-微分(proportional-integral-derivative,PID)的位置控制器。然后,利用阻抗模型将力信号转换为速度和位置信号的特点,提出了基于压力传感器的自适应柔顺性控制器,与所提出的模糊PID控制器相结合,形成了完整的DULRR被动康复训练控制方法。最后,通过仿真分析和样机实验的方式,验证了基于位置闭环的自适应柔顺性控制方法的优越性。实验结果表明:相较于传统的PID控制器,在DULRR系统下模糊PID响应时间更短、稳态误差更小,体现出了较好的轨迹跟踪能力。同时,该控制器表现出良好的柔顺性效果,满足了患者早期被动康复训练的需求,并避免了康复过程中的二次伤害。

可穿戴式下肢外骨骼康复机器人设计与分析

针对现今下肢康复外骨骼机器人外部结构以及运动问题,利用Solidworks设计一款可穿戴式下肢外骨骼康复机器人,可以实现患者在手术后对下肢进行康复训练,恢复身体机能。基于人体下肢生物力学结构,使其关节和链接与人体的关节和链接相互对应,根据此基础设计出人体下肢运动学模型,应用D-H参数法分析了外骨骼机构运动模型,通过Matlab机器人工具箱进行运动学分析以及工作空间仿真模拟,进一步验证了康复训练的可行性。

基于表面肌电信号的上肢康复机器人变阻抗控制技术研究

我国老龄人群肢体障碍者很多,运动康复技术是康复治疗的有效手段。但医患比例严重失调难以使得人人都能享受到康复医疗服务。康复机器人通过阻抗控制技术能够与人体进行一定的安全交互,但现有康复机器人多采用定阻抗控制,环境适应能力弱,难以应用于临床。针对上述问题,提出一种变阻抗控制方法,以采集使用者的表面肌电信号为输入条件,通过改进随机森林算法训练识别使用者上肢的运动角度。并配合末端力传感器,获得使用者的运动意图,再通过变阻抗控制器完成康复运动。搭建了实验平台,并对轨迹跟踪和康复训练能力进行验证与评估。结果表明所设计的控制器能够控制机器人完成康复运动。

下肢康复机器人机构研究现状及临床应用初探

人体下肢康复机器人作为一种恢复下肢运动能力的辅助设备,在康复领域和临床应用上的作用日益显著。随着科技的进步,国内外在该领域均有较大的发展,本研究对下肢康复机器人的发展脉络进行了较为细致地梳理,对临床应用的现状进行了综述,以机构研究为重点,从自由度,工作空间,奇异性,步态模拟,运动学仿真及人机交互等角度对其进行分析辨识,结果表明,国内对下肢康复机器人的研究重点在机构构型的设计与优化,国外的研究重点则是基于人机交互的控制系统与训练模式的提升与创新。最后结合研究现状对未来的发展趋势进行了展望。

上肢康复机器人的发展及应用综述

介绍了康复机器人的理论基础,综述了上肢康复机器人的研究现状,阐述了上肢康复机器人在脑卒中、脑瘫、脊髓损伤、多发性硬化、帕金森等疾病康复中的应用现状,分析了应用上肢康复机器人进行康复训练的优势和不足,指出了实现更高自由度、选材轻量化、提高设备运行安全性、研发智能控制技术、实现较低成本生产、扩大覆盖率是上肢康复机器人未来发展的方向。

老年人持续使用康复机器人的动因研究与设计思考

目的针对老年人使用康复机器人意愿不足的现状,本文深入探索老年人使用康复机器人背后的动因,从而为开发能够有效激励老年人参与康复训练的机器人提出设计改进建议。方法以老年人为调查对象收集339份有效问卷,基于技术接受模型等理论基础,从技术与产品、用户体验和社会关系三个方面构建老年人使用康复机器人的动因模型,并进一步从用户性格方面对使用康复机器人的不同动因进行对比分析。结果感知有用性、自我价值感知、感知趣味性、社会影响和便利条件与他人建立社会联系是影响老年人持续使用康复机器人的主要动因。而对于开放性高的老年人,感知有用性、自我价值感知对提升其持续使用意愿的影响较大;对于开放性低的老年人,社会影响的影响较大。对于神经质高的老年人,感知信任对提升其持续使用意愿的影响较大;对于神经质低的老年人,感知有用性、自我价值感知的影响较大。对于尽责性高的老年人,提升感知易用性、降低感知信任和便利条件,对提升其持续使用意愿的影响较大;对于尽责性低的老年人,感知信任和便利条件的影响较大。结论提升老年人对康复机器人的使用意愿不仅在于技术角度的创新,还在于充分理解老年人的使用动因。因此,提出个性化设计建议,激发老年人持续使用康复训练机器人意愿,对于提升老年人生活品质具有重要的现实意义。