基于氣動肌肉外骨骼和功能性電刺激的肢體康復技術研究.pdf

1、因神經(jīng)損傷導致肢體運動功能障礙的患者日益增多。這將給家庭和社會帶來沉重的負擔，而康復訓練能讓癱瘓患者重新獲得日常生活自理能力。以神經(jīng)可塑性為理論依據(jù)的肢體康復，從最初的人工康復發(fā)展成為康復醫(yī)學、計算機科學、機械工程、電子工程和控制理論為一體的智能康復。康復機器人和功能性電刺激是臨床上兩個主要的肢體智能康復技術。本文將康復機器人和功能性電刺激兩種智能康復技術有機組合，探索肢體智能康復技術經(jīng)濟實用的新途徑。
　　可穿戴五自由度上肢外骨

2、骼康復機器人RUPERT具有重量輕和造價低的特點。其各關節(jié)由一根具有內(nèi)在柔順性的人工氣動肌肉驅(qū)動，是針對因上肢屈肌的肌張力過高而導致伸展運動障礙的一類患者研制的。為了擴大RUPERT的使用范圍，并使其普及到軟癱期患者，作者對氣動肌肉和神經(jīng)肌肉電刺激進行建模，使用氣動肌肉和電刺激的癱瘓肌肉形成雙向?qū)?，并利用迭代學習控制的方法實現(xiàn)伸展輔助運動。
　　手功能康復訓練可以幫助患者恢復抓握功能，對患者的日常生活有著重大意義?；颊咧鲃訁⑴c訓

3、練相對被動訓練更能促進手功能康復。作者借助研制的陣列電極，并通過掃描搜索方法尋找陣列電極的最佳刺激靶點，通過刺激較小的手指肌肉實現(xiàn)大力抓和釋放的手功能活動。表面肌電信號能體現(xiàn)患者主動意圖，而電刺激下表面肌電信號被刺激瑕疵和M波淹沒。作者使用梳齒濾波器和空窗等技術提取主動表面肌電，實現(xiàn)上肢伸展和主動抓握訓練。
　　康復機器人可以替代康復治療師對患者進行智能輔助，同時實時記錄康復訓練數(shù)據(jù)提供客觀和定量的評價。然而康復機器人治療的有效性

4、仍存在爭議。本文通過臨床試驗來驗證五自由度RUPERT上肢外骨骼康復機器人的有效性?？祻椭委煄煂颊哂柧毲昂蟮倪\動功能評估和作者對RUPERT試驗數(shù)據(jù)分析，表明RUPERT上肢外骨骼康復機器人是安全的。在家庭環(huán)境訓練中進一步證明了該康復機器人具有良好的應用效果。臨床試驗讓大多數(shù)患者上肢運動功能得到改善，但有效性缺乏統(tǒng)計意義上的臨床顯著差異。
　　對于肢體癱瘓的患者來說，下肢功能康復同等重要。本文研制了一款低造價應用于髖膝關節(jié)康復訓

5、練氣動下肢外骨骼康復機器人。氣動肌肉驅(qū)動的外骨骼機器人是一個高度非線性系統(tǒng)，這會造成步態(tài)跟蹤控制的困難。作者先采用滑模代理控制算法(PSMC)對下肢外骨骼進行控制。PSMC不依賴模型，在位置誤差過大時能產(chǎn)生慢速過阻尼作用，避免高的角速度和力過度飽和。早期被動步態(tài)訓練有利于患者自然步態(tài)模式訓練，對跟蹤精度要求高。為了進一步提高步態(tài)訓練跟蹤精度，一種抖振減弱魯棒滑模控制算法(CRVC)應用到下肢外骨骼步態(tài)訓練控制上。CRVC跟蹤精度優(yōu)于PS

6、MC，但CRVC需要建立復雜模型。
　　神經(jīng)損傷患者的踝關節(jié)會出現(xiàn)足下垂等運動功能失調(diào)。如果上述的髖膝外骨骼機器人再集成踝關節(jié)動力裝置，下肢外骨骼結構會變得復雜并且重量會增加。作者研究了功能性電刺激應用于踝關節(jié)的康復技術，對踝關節(jié)跖屈/背屈運動進行神經(jīng)肌肉電刺激動力學建模，并通過電刺激實驗來探索相關肌肉（脛骨前肌、比目魚肌和腓腸肌）最佳協(xié)調(diào)控制機制。借助下肢外骨骼和功能性電刺激組合，作者通過跑臺步態(tài)實驗實現(xiàn)了下肢髖膝踝關節(jié)一體訓練