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康復(fù)機(jī)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(jī)械按鈕、操縱桿、平板電腦等。硬件控制的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定明確，但患者接受的是被動(dòng)運(yùn)動(dòng)。雖然患者可主動(dòng)參與，但不可避免的是，其參與的動(dòng)機(jī)會(huì)自然消退，甚至?xí)霈F(xiàn)患者訓(xùn)練時(shí)瞌睡的尷尬局面。
事實(shí)上，我們還可通過更高級(jí)的運(yùn)動(dòng)意圖識(shí)別來控制。
運(yùn)動(dòng)意圖識(shí)別控制
運(yùn)動(dòng)意圖識(shí)別的方式主要有三種
一、腦電信號(hào)意圖識(shí)別
腦電信號(hào)意圖識(shí)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(dòng)。這種方式的最大優(yōu)勢(shì)是，第一時(shí)間就能被采集下來。但是植入電極在運(yùn)動(dòng)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(yàn)證使用。
目前成熟的方式是：通過一個(gè)布滿電極的帽子，在顱骨外、頭皮外進(jìn)行腦電信號(hào)的采集。這種方式無創(chuàng)、可接受程度高。缺點(diǎn)是：腦電信號(hào)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(hào)進(jìn)行意圖識(shí)別，信號(hào)直接及時(shí)，如果在操作便捷、解讀準(zhǔn)確、可重復(fù)性等方面達(dá)到要求后，被視為理想的意圖識(shí)別方式，是真正的意圖識(shí)別。巴西研究者已經(jīng)通過腦機(jī)接口控制外骨骼機(jī)器人的方式，實(shí)現(xiàn)了令人驚訝的顯著有效性。
二、肌電信號(hào)意圖識(shí)別
運(yùn)動(dòng)意圖從運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)產(chǎn)生，向下傳遞。通過皮質(zhì)脊髓束，到達(dá)脊髓前角，換神經(jīng)元后，經(jīng)由外周神經(jīng)到達(dá)神經(jīng)肌接頭，進(jìn)而引起肌肉收縮，肌肉收縮力大于肢體重力時(shí)，即產(chǎn)生動(dòng)作，這個(gè)過程是需要時(shí)間的。在神經(jīng)沖動(dòng)到達(dá)神經(jīng)肌接頭時(shí)，我們即可在肢體皮膚表面采集到電信號(hào)，此時(shí)肌肉還沒有收縮，因?yàn)榧∪獾氖湛s需要一個(gè)募集和啟動(dòng)的過程。在肌肉收縮之前， 我們就可以在皮膚表面采集到電信號(hào)，提早時(shí)間以毫秒計(jì)。
通過表面肌電信號(hào)的采集，我們提前識(shí)別出患者的運(yùn)動(dòng)意圖。這種方式非常適合肌肉軟癱、神經(jīng)肌接頭疾病、重癥肌無力等肌肉本身疾病的功能康復(fù)，以及生活輔助、肌電假肢等應(yīng)用場(chǎng)景。此技術(shù)結(jié)合康復(fù)機(jī)器人對(duì)上下肢康復(fù)、假肢輔具等都有應(yīng)用。高密度表面肌電的識(shí)別更具價(jià)值。
三、力傳感器意圖識(shí)別
力傳感器意圖識(shí)別分為力矩傳感器和壓電傳感器。肌肉收縮帶動(dòng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而對(duì)傳感器施加了力，傳感器也就采集到了患者的運(yùn)動(dòng)意圖。其實(shí)，此時(shí)已不是運(yùn)動(dòng)意圖識(shí)別了，而是運(yùn)動(dòng)效應(yīng)檢測(cè)，因?yàn)槠湎鄬?duì)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(cè)、足底壓力檢測(cè)等，道理一樣。
那諸如此類的價(jià)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(yùn)動(dòng)。所以，此時(shí)需要將傳感器結(jié)合電機(jī)，用電機(jī)輸出再補(bǔ)上一部分力，來滿足實(shí)際需要。力矩傳感器結(jié)合電機(jī)，我們稱之為“關(guān)節(jié)模組”。目前有些康復(fù)機(jī)器人正是采用了這樣的方式。
以上就是為了增加康復(fù)機(jī)器人的有效性和輔助性，采用的三種運(yùn)動(dòng)意圖識(shí)別的方式。腦電意圖識(shí)別多用于康復(fù)早中期，也就是常說的“腦機(jī)接口”，后期使用效果也不錯(cuò)。肌電意圖識(shí)別多用于康復(fù)中后期和假肢輔具，力矩傳感器意圖識(shí)別多用于康復(fù)后期。 意圖信號(hào)的處理識(shí)別，隨著機(jī)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(jìn)行數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)識(shí)別亦在規(guī)劃中。
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