脑机接口结合外骨骼机器手对脑梗死患者手功能障碍的闭环康复效果

目的 观察基于闭环干预理论的脑机接口结合外骨骼机器手训练对脑梗死患者手功能恢复的疗效,并分析患者认知功能和内在运动想象能力对脑机接口识别率的影响。方法 选取50例脑梗死患者,随机分配至观察组和对照组,每组各25例。两组患者均接受常规康复项目,观察组在此基础上额外接受脑机接口闭环康复训练。治疗前后比较两组患者的Fugl-Meyer运动功能量表上肢部分(FMA-UE)、手臂动作调查测试(ARAT)、WOLF运动功能评定(WMFT)和腕指屈肌肌张力的改良Ashworth评分(MAS)。干预前使用心理旋转测试和蒙特利尔认知评估量表(MoCA)判断观察组患者基线内在运动想象能力和认知能力,分析影响脑机接口闭环康复疗效的相关因素。结果 两组患者治疗前各评分差异均无统计学意义(P> 0.05),干预后观察组FMA-UE、ARAT及WMFT的评分均较对照组提高,腕指屈肌MAS评分较对照组有所下降,差异有统计学意义(均P <0.05)。此外,脑机接口识别通过率与心理旋转试验正确率、MoCA认知功能评分呈正相关(P <0.05),与心理旋转试验反应时间呈负相关(P <0.05)。结论 基于闭环干预理论的脑机接口结合外骨骼机器手可以促进脑梗死患者上肢和手运动功能的恢复。同时,进行脑机接口干预前应对患者的内在运动想象能力以及认知功能进行筛查,以筛选适合接受训练的患者。

基于蓝牙的手部外骨骼体感同步控制设计

现如今,中国人均寿命普遍增长,老年人群体逐渐扩大,2021年已增长到2.1亿。快速老龄化容易导致更多人群出现脑部疾病或关节老化,而对上肢康复服务的需求不断增大。目前,主要的治疗方法如:服用神经营养药,针灸按摩等,能在一定程度上缓解症状,但想要完全恢复还需要加强肌肉的主动和被动活动,促进肌肉抗力,拉力和压应力的恢复。这就需要通过康复训练来完成。为解决上述问题,本项目基于Arduino系统设计构建了一种基于蓝牙的外骨骼手控制系统,可以通过蓝牙HC-05来连接外骨骼手,从而完成腕部旋转,手指运动,抓取物体等生活常用功能。并增加体感遥控设计,通过手的动作直接控制外骨骼手,增加患者主动康复训练的意愿。通过蒙特卡洛法在Matlab中对该外骨骼收进行空间上的仿真,验证了本设计能有效地辅助康复患者的手指运动,能够完成日常生活用品的抓取。通过理论推导与体感手部外骨骼实验数据表明该控制系统设计合理,能够在后续该机械手的临床实验中,提高康复患者的训练质量,在手康复训练中起到积极的作用。

多段连续结构手功能康复外骨骼运动规划与结构优化

针对现有康复机器人手指运动轨迹仿生度低、轨迹规划策略与正常人手指运动轨迹差异较大的问题,提出了基于Tau-jerk引导策略的手指运动轨迹规划方法。首先建立外骨骼机器人的运动学模型,并用ABAQUS进行运动学仿真,引入修正系数调整运动学模型;然后以jerk值为耦合对象,推导出内部Tau-jerk引导策略,引入最小做功和最小面积确定最优轨迹和最优多段连续结构;最后比较了Tau-jerk规划的运动轨迹与多项式插值方法规划的轨迹同真实人手运动轨迹的偏差。实验结果表明:采用Tau-jerk轨迹规划的外骨骼运动平均关节角度误差小于1.5°,且平均指尖轨迹误差小于1 mm;与3次多项式插值和3、4、5次多项式插值运动规划相比,Tau-jerk轨迹规划方法更符合人手指运动轨迹。

基于镜像疗法的手部外骨骼机器人在脑卒中偏瘫手康复中的应用

目的:探讨基于镜像疗法的手部外骨骼机器人对脑卒中偏瘫患者手康复的临床疗效。方法:选取2020年9月—2021年3月,24例脑卒中偏瘫手功能障碍收住入院的患者,使用随机数字表法随机分为对照组(n=12)和试验组(n=12)。两组均接受常规药物和常规手功能作业治疗,试验组在对照组基础上进行镜像疗法外骨骼机器人的训练。常规手功能作业治疗30min/次,2次/天,5天/周,共训练4周;镜像疗法外骨骼机器人训练30min/次,1次/天,5天/周,共训练4周。治疗前后分别采用Fugl-Meyer评定量表(Fugl-Meyer assessment score,FMA)评分、Brunnstrom分期、患侧腕伸肌、指伸肌表面肌电积分肌电值(integral electromyography,i EMG)和均方根值(root mean square,RMS)对患侧手功能进行评定。结果:治疗前,两组患者的FMA评分、Brunnstrom分期、患侧腕伸肌、指伸肌iEMG和RMS比较,差异无显著性意义(P>0.05)。治疗后,两组患者的FMA评分、Brunnstrom分期、患侧腕伸肌、指伸肌iEMG和RMS均较治疗前提高,差异有显著性意义(P<0.05)。且治疗4周后,试验组在FMA评分、Brunnstrom分期、患侧腕伸肌、指伸肌iEMG和RMS方面均优于治疗组,差异有显著性意义(P<0.05)。结论:基于镜像疗法的手部外骨骼机器人对脑卒中偏瘫患者手功能的康复具有临床意义,值得在临床中推广使用。

手部外骨骼机器人辅助双侧对称性训练与镜像疗法对偏瘫患者手功能的康复效果比较

目的比较手部外骨骼机器人辅助双侧对称性训练与镜像疗法对脑卒中偏瘫患者手功能的康复效果。方法选取2018年6月至2019年7月在安徽医科大学第一附属医院康复医学科住院的脑卒中偏瘫患者36例,采用随机数字表法分为外骨骼组与镜像组,每组18例。外骨骼组患者利用手部外骨骼机器人进行双手同步对称性训练,镜像组给予镜像疗法。观察两组患者治疗前后手功能及日常生活活动能力的变化,比较两组患者治疗方法的疗效差异。结果治疗后,两组患者Fugl-meyer运动功能量表评分(FMA)及改良Barthel指数均较治疗前提高,差异有统计学意义(P<0.001)。治疗后,外骨骼组患者的FMA评分高于镜像组,差异有统计学意义(P=0.034)。治疗2周后,外骨骼组患者治疗有效率高于镜像组,差异有统计学意义(P=0.044),两组患者治疗显效率差异无统计学意义(P>0.05);治疗3、4周后,两组患者治疗有效率差异均无统计学意义(P>0.05),外骨骼组治疗显效率高于镜像组,差异均有统计学意义(P=0.035,P=0.022)。结论基于手部外骨骼机器人的双侧对称性训练能加速脑卒中患者手功能的恢复进程,对于手功能的改善程度优于镜像疗法。

一种新型7自由度上肢康复外骨骼机器人的结构设计和运动学仿真

针对现有的康复机器人在上肢重度偏瘫患者被动康复训练中存在的问题,提出了一种新型的7自由度上肢外骨骼机器人;设计了一种新型手部固定装置代替传统外骨骼的握把,可更好地实现重度偏瘫患者的腕部训练。根据外骨骼模型,使用Matlab建立了Denavit-Hartenberg(D-H)坐标系,对其工作空间进行仿真,验证了其工作空间满足设计要求,并使用Adams对外骨骼进行了动力学仿真。针对仿真中缺少患肢而导致仿真结果不符合实际的问题,采用了将患者大臂和前臂的质量添加到外骨骼大臂和前臂的质心处的新型设计方案,对该方案建立的模型进行负载特性分析,验证了机器人驱动选取的合理性。为实物样机的开发提供了理论基础。

外骨骼康复机械手的机构设计与仿真

脑卒中会引起的人的肢体运动功能丧失,手功能发生障碍便是其中一种。本文设计了一种辅助患者进行弯曲伸展运动的多自由度外骨骼康复机械手系统,通过一定的重复性训练治疗,降低患者因无法经常活动手部造成大脑相关运动神经功能衰弱和手部相关肌肉的萎缩的可能性,进而恢复手指的运动功能。

一种人机共融的手指外骨骼机器人设计与验证

手指外骨骼机器人是一种手部康复训练装置,传统的连杆型手指外骨骼机器人通常只考虑远指关节的末端轨迹重合度,未考虑掌指关节和指间关节的末端轨迹,无法保证手指能够自然的屈伸,存在舒适性和安全性问题。基于人机共融外骨骼机构构型综合方法,建立了人机构型的约束方程,提出了人机共融设计方法,认为外骨骼机器人在穿戴后与手指共融为一个整体机构。设计了自适应角度采集设备进行了数据采集实验,并拟合出2个指关节关联性函数,将其引入人机构型约束方程,通过粒子群算法求解并优化了尺度参数,完成人机共融外骨骼机器人设计并仿真分析了其工作空间。搭建了外骨骼机器人样机并进行了实验,结果显示机器人样机具备人机共融特性,能够很好地拟合三关节末端的轨迹,证明了设计方法的有效性。

手部外骨骼机器人联合Bobath训练在脑卒中偏瘫患者手功能康复治疗中的应用效果观察

目的:观察手部外骨骼机器人联合Bobath训练在脑卒中偏瘫(HAS)患者手功能康复治疗中的应用效果。方法:选取有手功能障碍的HAS患者120例,随机分为Bobath组、机器人组、联合组3组,每组40例。3组患者均实施常规康复治疗,在此基础上,Bobath组增加Bobath训练,机器人组增加手部外骨骼机器人训练,联合组增加Bobath训练联合手部外骨骼机器人训练,均干预4周。比较3组手功能、上肢运动功能、日常生活能力及相应脑皮质区的激活情况。结果:干预2周后,3组Carroll手功能评定量表(UEFT)、Fugl-Meyer评定量表上肢部分(FMA-UL)及Bathel指数(BI)评分均较治疗前增加(均P<0.01),联合组的上述3项评分均高于Bobath组、机器人组(均P<0.05),机器人组的3项评分均高于Bobath组(均P<0.05);干预4周后,3组的3项评分高于干预2周后(均P<0.01),联合组的3项评分均高于Bobath组、机器人组(均P<0.05),机器人组的3项评分均高于Bobath组(均P<0.05),3组中央前回、辅助运动区、顶叶、枕叶和基底节激活率均高于干预前(均P<0.05),其中联合组除枕叶和基底节以外的其它脑区激活率均高于Bobath组、机器人组(均P<0.01)。结论:对HAS患者开展手部外骨骼机器人联合Bobath训练,可有效激活功能脑区,改善手功能,增强患者的日常活动能力。

手功能康复机器人技术

手功能康复机器人是一种帮助手外伤或偏瘫患者逐步恢复手指运动功能的医疗康复机器人,结合了康复医疗理论和机器人技术。讨论了国内外手功能康复机器人的研究现状,依据人手生物力学特性和临床康复医疗训练要求,从提供机构驱动力的不同方式出发,围绕现有手功能康复机器人的机械结构设计、运动学和动力学、控制系统设计、力觉和位置信息反馈等问题展开了阐述,分析了目前手功能康复机器人存在的不足和解决途径,在此基础上,对其研究前景进行了展望。

肌电触发机器手对脑卒中早期患者手功能康复的影响

目的 观察肌电触发康复机器手对脑卒中早期患者手运动功能的影响.方法 选取符合入组标准的脑卒中患者30例,采用随机数字表法分为对照组(n=15)和试验组(n=15),对照组患者接受常规康复训练,试验组在常规康复训练基础上给予肌电触发康复机器手训练.于治疗前、治疗4周后(治疗后)采用Fugl-Meyer量表(FMA)评定2组患者腕、手的运动功能,采用改良Ashworth量表(MAS)评定2组患者四指(示指、中指、环指、小指)的痉挛程度,并采用康复机器手自带的表面肌电系统评估2组患者四指、拇指和全指伸肌、屈肌的肌力.结果 治疗后,2组患者的腕、手以及总FMA评分与组内治疗前比较,差异均有统计学意义(P＜0.01),且治疗后试验组的腕、手以及总FMA评分均显著优于对照组治疗后,差异均有统计学意义(P＜0.05).治疗后,试验组患者四指屈肌MAS评分为(0.47±0.13)分,较组内治疗前和对照组治疗后均显著改善,差异均有统计学意义(P＜0.05),治疗后,2组患者四指、拇指、全指屈伸肌的平均肌电幅值较组内治疗前均显著改善,差异均有统计学意义(P＜0.05),且试验组治疗后四指、拇指、全指屈伸肌的平均肌电幅值与对照组治疗后比较,差异均有统计学意义(P＜0.05).结论 肌电触发康复机器手联合常规康复可改善早期脑卒中患者患手的运动功能、痉挛程度和肌力.

多杆连续体机构:构型与应用

在若干刚性杆件机器人作业困难的场合,柔性机器人可轻易完成操作,因而在近十余年成为研究热点。从柔性铰链机器人到连续体机器人再到柔体机器人,柔性机器人通过逐步引入更多的弹性元件及其变形模态而不断发展。柔性机器人中的连续体机器人通常由连续体机构及其驱控、传感组件构成,其形状可描述为平面或空间曲线。介绍多杆连续体机构的多种构型及其应用。自其狭义构型到广义构型,再到广义构型的组合和连接,多种多杆连续体机构的新构型构成了手术机器人、深腔机械臂、康复外骨骼和欠驱动假肢手等新系统,并于其针对的应用场合展示出了优异的作用性能,体现了连续体机构广泛的应用前景。期望所述范例可启发连续体机构在手术治疗、康复服务和工业生产等领域更多的创新设计和应用,从而进一步拓展机器人机构学的研究范畴和理论体系。