第六章_新技術(shù)在康復(fù)工程中的應(yīng)用

1、新技術(shù)在康復(fù)工程學中的應(yīng)用一種可編程和多功能的，用來搬運材料、零件、工具的操作機；或是為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可改變和可編程動作的專門系統(tǒng)。機器人系統(tǒng)具有類人的功能，還能完成各種動作。機器人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)由機器人的機構(gòu)部分、傳感器組、控制部分及信息處理部分組成。屬于醫(yī)療機器人范疇?？祻?fù)機器人是人-機-環(huán)境的和諧統(tǒng)一體, 是康復(fù)工程與機器人技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，體現(xiàn)了康復(fù)醫(yī)學和機器人技術(shù)的完美結(jié)合。涉及康復(fù)醫(yī)學、生物力學、機械學、力學、電子學、材料學、計算機科學以及機器人學等諸多領(lǐng)域,康復(fù)機器人是為了幫助病人進行康復(fù)訓練，或以機器人輔助病人的某些生理功能，照顧老人或殘疾人的日常生活，幫助處理醫(yī)院里的一些

2、日常事務(wù)而設(shè)計的一類機器人。涉及機器人運動學、動力學、伺服控制技術(shù)外，還涉及到人體的運動機理和運動模型、人與機器人的協(xié)調(diào)運動控制、人機安全、特種機構(gòu)、人的運動狀態(tài)測量及康復(fù)評價方法等多項技術(shù)。（一）定義（一）定義從廣義上講從廣義上講，康復(fù)機器人系統(tǒng)包括醫(yī)院機器人系統(tǒng)、家庭日常生活護理機器人和智能輪椅等；從狹義上講從狹義上講，康復(fù)機器人系統(tǒng)是幫助殘疾人解決生活中困難的一種工具，它可以在家里或在工作場合使用，使殘疾人獲得更強的獨立生活能力，并相當大的提高他們的生活質(zhì)量。康復(fù)康復(fù)機器人機器人 結(jié)構(gòu)分類結(jié)構(gòu)分類 功能分類功能分類 移動式機器人移動式機器人搭載式機器人搭載式機器人工作站式機器人工作站式機

3、器人康復(fù)訓練機器人康復(fù)訓練機器人輔助型康復(fù)機器人輔助型康復(fù)機器人1.Handy11.Handy1康復(fù)機器人康復(fù)機器人目前世界上最成功的一種低價的康復(fù)機器人系統(tǒng)。提供可以拆卸的滑動托盤,以實現(xiàn)相應(yīng)的功能。吃飯/喝水托盤洗臉/刮臉/刷牙托盤化妝托盤2.2.機器人護士機器人護士“Ri-ManRi-Man” 日本的物理與化學研究所（RIKEN）研制高158厘米，重約100公斤，裝備了5個天線傳感器和19個傳動裝置.能和人一樣保持身體平衡并完成看護病人的任務(wù)。 3.3.護士助手護士助手“護士助手”是一個移動式護理機器人，由行走部分、行駛控制器及大量的傳感器組成，可以在醫(yī)院中自由行動，其速度為0.7米/秒

4、左右。1.雙手協(xié)調(diào)訓練裝置：手雙手協(xié)調(diào)訓練裝置：手-物體物體-手（手（hand-object-hand） 該裝置從人類日常生活中對雙手協(xié)調(diào)性工作的需要出發(fā)，利用健手帶動患手的主從方法，通過實現(xiàn)簡單的雙手移動和擠壓物體以達到訓練雙手協(xié)調(diào)性的目的?？祻?fù)訓練機器人應(yīng)用現(xiàn)狀康復(fù)訓練機器人應(yīng)用現(xiàn)狀2.MIT-Manus 康復(fù)機器康復(fù)機器人人 該機器人是一種30英寸高的機械臂，可以與計算機屏幕相連接。 是由五連桿組成的平面兩自由度并聯(lián)機構(gòu)。3.MIME（Mirror-Image Motion Enabler） 該系列機器人分為三代，第一代能夠完成兩個自由度的單關(guān)節(jié)運動，包括肘部屈/伸，前臂旋前/旋后的運動

5、。第二代能夠?qū)崿F(xiàn)前臂的平面運動，第三代能夠?qū)崿F(xiàn)前臂的三維空間運動，可執(zhí)行被動運動和主動輔助運動兩種訓練形式。4.ARM Guide（Assisted Rehabilitation and Measurement Guide） 該設(shè)備具有三個自由度，通過手動調(diào)節(jié)其中兩個自由度Yaw和Pitch使患者完成不同直線軌跡的上肢及物(reach)運動訓練。5.Lokomat下肢康復(fù)下肢康復(fù)機器人機器人 下肢康復(fù)訓練機器人能夠使患者模擬正常人的步伐規(guī)律作康復(fù)訓練運動，鍛煉下肢的肌肉，恢復(fù)神經(jīng)系統(tǒng)對行走功能的控制能力，達到恢復(fù)走路功能的目的。第二節(jié)第二節(jié) 環(huán)境控制系統(tǒng)環(huán)境控制系統(tǒng)一、概述一、概述 環(huán)境控制系

6、統(tǒng)環(huán)境控制系統(tǒng)（environmental control system or unite，ECS or ECU）是專為四肢癱或其他重度殘疾者設(shè)計的一種自動控制系統(tǒng)。系統(tǒng)可以幫助患者利用其尚存的活動能力，有效的控制病床周圍環(huán)境中的一些常用設(shè)施，并按照編好的程序完成特定的任務(wù)。環(huán)境控制系統(tǒng)是殘疾人與環(huán)境間的橋梁，可以幫助殘疾人不同程度地減少日常生活依賴程度、提高生活自理能力，在提高重度殘疾人的生活質(zhì)量方面有著積極意義。二、內(nèi)容二、內(nèi)容（一）定義（一）定義 環(huán)境控制系統(tǒng)（環(huán)境控制系統(tǒng)（environmental control system or unite , 簡稱簡稱ECS or ECU）是為

7、四肢癱或其他重度殘疾者設(shè)計的、用以控制病床周圍環(huán)境中的一些常用設(shè)施，以減少在日常生活中的依賴程度的自動控制系統(tǒng)。（二）系統(tǒng)的組成（二）系統(tǒng)的組成三、臨床應(yīng)用三、臨床應(yīng)用（一）環(huán)境控制選擇（一）環(huán)境控制選擇 （二）典型環(huán)境控制系統(tǒng)介紹（二）典型環(huán)境控制系統(tǒng)介紹 由吹吸指令管控制的生活環(huán)境系統(tǒng)第三節(jié)第三節(jié) 功能性電刺激功能性電刺激 功能性電刺激（功能性電刺激（functional electrical stimulation,FES）屬于神經(jīng)肌肉電刺激（neuromuscular electrical stimulation,NES）的范疇，是利用一定強度的低頻脈沖電流，通過預(yù)先設(shè)定的程序來刺激一

8、組或多組失去神經(jīng)控制的肌肉，使其收縮，誘發(fā)肌肉運動或模擬正常的自主運動，以替代或矯正器官及肢體已喪失的功能，達到改善或恢復(fù)被刺激肌肉或肌群功能的目的。一、概述一、概述二、基本原理二、基本原理正常神經(jīng)肌肉組織產(chǎn)生動作的原理功能性電刺激引起動作產(chǎn)生的原理二、基本原理二、基本原理肌肉電刺激肌肉電刺激廣泛應(yīng)用廣泛應(yīng)用 肌肉刺激電極是傳遞控制信號的關(guān)鍵元件，一個完整的電極是保證整個系統(tǒng)工作的必要條件。 臨床中，通常選用不銹鋼作為電極材料，如SS304,SS316和SS316LVM等型號的不銹鋼絲。二、基本原理二、基本原理FES中常有的Lily刺激波型A：幅度 pw：脈寬 d：延遲SP：刺激脈沖的周期，即

9、刺激頻率的倒數(shù)產(chǎn)生Lily刺激波型原理框圖I：脈沖波型發(fā)生器 C：串聯(lián)電容 R：人體-電極界面阻抗 P：可控電子開關(guān)電刺激系統(tǒng)三、物理特性三、物理特性波升是指達到最大電流所需要的時間，波降是指從最大電流回落到斷電時所需的時間四、治療作用四、治療作用1. 適應(yīng)證與禁忌證（1）適應(yīng)證：腦卒中、脊髓損傷、腦癱后的下肢、上肢運動功能障礙（進行站立、步行功能訓練、手功能訓練）、馬尾或脊髓損傷后的排尿功能障礙等。（2）禁忌證：帶有心臟起搏器者禁用其他部位的神經(jīng)功能性電刺激。意識不清、肢體骨關(guān)節(jié)攣縮畸形、下運動神經(jīng)元受損、神經(jīng)應(yīng)激性不正常者。 五、臨床應(yīng)用五、臨床應(yīng)用五、臨床應(yīng)用五、臨床應(yīng)用2.上運動神經(jīng)元

10、癱瘓上運動神經(jīng)元癱瘓（1）輔助站立和步行（2） 控制上肢運動控制上肢運動3.呼吸功能障礙呼吸功能障礙 膈肌起搏器。有體外式和植入式二種。 主要用于腦血管意外、腦外傷、高位脊髓損傷所致的呼吸肌麻痹。4.排尿功能障礙排尿功能障礙（1）尿潴留：）尿潴留： FES對尿潴留的治療都是采用植入式電極刺激逼尿肌，使其收縮，并達到一定的強度，克服尿道括約肌的壓力，使尿排出。 典型的刺激參數(shù)是頻率20Hz,脈沖寬度1ms。 電極植入的位置和刺激部位有幾種： 直接刺激逼尿肌： 刺激脊髓排尿中樞； 刺激單側(cè)骶神經(jīng)根； 刺激骶神經(jīng)根的部分分支。（2）尿失禁：）尿失禁： FES刺激尿道括約肌和盆底肌，增強其肌力。對男性

11、患者可用體表電極或直腸電極；對女性患者可用陰道電極。 最早使用陰道電極是在1977年。刺激參數(shù)為頻率20Hz，波寬0.15ms，通斷比為8：15，波型為交變的單相方波或雙相方波。用陰道電極治療的有效率很高，Susset等（1995）報道成功率達62%；Smith(1996)報道對緊張性尿失禁的有效率為66%，對壓力性尿失禁的有效率為72%。5.特發(fā)性脊柱側(cè)彎特發(fā)性脊柱側(cè)彎 用雙通道儀器，體表電極置于側(cè)彎的兩個曲線最高的脊椎旁，刺激髂肋肌、最長肌、棘肌。每晚睡覺后治療，達到每天810小時。電流強度以引起肌肉強收縮而又不引起疲勞為限。 電流參數(shù)：推薦用Rancho Los Amigos醫(yī)院康復(fù)工程

12、中心的標準。頻率25Hz,脈沖寬度0.2ms，通斷比6：6，上升時間1.5s，下降時間0.8s，強度6080mA。連續(xù)治療642個月，或直到患者的骨骼成熟為止。療效與矯形器的效果一致。 病人的年齡、彎曲的位置和程度、是否有并發(fā)癥，能影響療效。一般說彎曲度（Cobb角）在2040之間的進行性側(cè)彎，適合FES治療。6.肩關(guān)節(jié)半脫位肩關(guān)節(jié)半脫位 常見于腦血管意外、四肢癱、格林-巴利綜合征。是由于岡上肌、三角肌無力所致?？沙霈F(xiàn)疼痛、上肢腫脹等癥狀。 方法是用雙相方波刺激岡上肌和三角肌后部。附：心臟起搏器附：心臟起搏器第四節(jié)第四節(jié) 其他新技術(shù)的應(yīng)用其他新技術(shù)的應(yīng)用一、遠程康復(fù)一、遠程康復(fù)遠程康復(fù)系統(tǒng)遠程

13、康復(fù)系統(tǒng)二、視覺與聽覺障礙的輔助技術(shù)二、視覺與聽覺障礙的輔助技術(shù)（一）（一） 視覺障礙的輔助技術(shù)視覺障礙的輔助技術(shù)盲文打印技術(shù)盲文打印技術(shù)電子放大技術(shù)電子放大技術(shù)光學字符識別技術(shù)光學字符識別技術(shù)語音識別技術(shù)語音識別技術(shù)語音合成技術(shù)語音合成技術(shù)代表性技術(shù)代表性技術(shù)盲文顯示技術(shù)盲文顯示技術(shù)生物識別技術(shù)生物識別技術(shù)視覺假體技術(shù)視覺假體技術(shù)（一）（一） 視覺障礙的輔助技術(shù)視覺障礙的輔助技術(shù)（二）聽覺障礙的輔助技術(shù)人工耳蝸（二）聽覺障礙的輔助技術(shù)人工耳蝸 目前全聾患者恢復(fù)聽覺的惟一有效的治療方法（二）聽覺障礙的輔助技術(shù)人工耳蝸（二）聽覺障礙的輔助技術(shù)人工耳蝸 人工耳蝸一般包括體內(nèi)的植入體，和體外的言語處理器、頭件三個部分。（二）聽覺障礙的輔助技術(shù)人工耳蝸（二）聽覺障礙的輔助技術(shù)人工耳蝸 人工耳蝸的工作過程（一）等速肌力測訓系統(tǒng)（一）等速肌力測訓系統(tǒng)u包括：Cybex、Biodex、Lido、Kin-com及Ariel等多種儀器。u可以進行等速離心、等速向心、等長、等張等多種不同肌肉收縮方式的肌力測試，提供詳細的肌肉功能各