康復(fù)機器人是非常重要的康復(fù)方式,目前多通過硬件來控制:如機械按鈕、操縱桿、平板電腦等。硬件控制的優(yōu)點是穩(wěn)定明確,但患者接受的是被動運動。雖然患者可主動參與,但不可避免的是,其參與的動機會自然消退,甚至?xí)霈F(xiàn)患者訓(xùn)練時瞌睡的尷尬局面。
事實上,我們還可通過更高級的運動意圖識別來控制。
運動意圖識別控制
運動意圖識別這項技術(shù),對患者康復(fù)極具意義。它充分調(diào)動和維持了運動的主動性,促進有效性最大化。豐富的隨機對照試驗和系統(tǒng)綜述已經(jīng)證明了這一點。
運動意圖識別的方式主要有三種
一、腦電信號意圖識別
腦電信號意圖識別植入電極最理想的方式是將電極放置在顱骨內(nèi),硬腦膜外,直接采集皮層的電活動。這種方式的最大優(yōu)勢是,第一時間就能被采集下來。但是植入電極在運動皮質(zhì)位置的選擇和固定,以及植入過程的有創(chuàng)操作,還有醫(yī)學(xué)倫理等問題,使這種方式尚不能在人體驗證使用。
目前成熟的方式是:通過一個布滿電極的帽子,在顱骨外、頭皮外進行腦電信號的采集。這種方式無創(chuàng)、可接受程度高。缺點是:腦電信號在穿透腦膜、顱骨、筋膜、頭皮的過程中,發(fā)生了深刻的變化,造成了去噪解讀的復(fù)雜。但通過技術(shù)處理后依然是目前最可接受的方式。
通過腦電的信號進行意圖識別,信號直接及時,如果在操作便捷、解讀準(zhǔn)確、可重復(fù)性等方面達到要求后,被視為理想的意圖識別方式,是真正的意圖識別。巴西研究者已經(jīng)通過腦機接口控制外骨骼機器人的方式,實現(xiàn)了令人驚訝的顯著有效性。
三、力傳感器意圖識別
力傳感器意圖識別分為力矩傳感器和壓電傳感器。肌肉收縮帶動關(guān)節(jié)運動,進而對傳感器施加了力,傳感器也就采集到了患者的運動意圖。其實,此時已不是運動意圖識別了,而是運動效應(yīng)檢測,因為其相對于意圖的產(chǎn)生,有嚴(yán)重的滯后性。壓電傳感器、重心偏移檢測、足底壓力檢測等,道理一樣。
那諸如此類的價值在哪里呢?在于患者恢復(fù)后期,雖有產(chǎn)生肌肉收縮和力,但不足以支撐自己的運動。所以,此時需要將傳感器結(jié)合電機,用電機輸出再補上一部分力,來滿足實際需要。力矩傳感器結(jié)合電機,我們稱之為“關(guān)節(jié)模組”。目前有些康復(fù)機器人正是采用了這樣的方式。
以上就是為了增加康復(fù)機器人的有效性和輔助性,采用的三種運動意圖識別的方式。腦電意圖識別多用于康復(fù)早中期,也就是常說的“腦機接口”,后期使用效果也不錯。肌電意圖識別多用于康復(fù)中后期和假肢輔具,力矩傳感器意圖識別多用于康復(fù)后期。
意圖信號的處理識別,隨著機器學(xué)習(xí)算法的應(yīng)用,也已經(jīng)到了新的發(fā)展階段,另外通過肌肉型態(tài)學(xué),通過綜合行為特征等,進行數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)識別亦在規(guī)劃中。
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