外骨骼康复机器人国内外研究现状(外骨骼康复机器人发展现状)

最近一个瘫痪12年的美女舞者(微博名:吉木多-;以下简称朵朵)借助外骨骼康复机器人重新行走的视频网络,登上了热搜。

2009年,她意外受伤,导致终身瘫痪。当时因为下半身无法发力,只能通过固定膝盖,利用身体支撑,将腿伸直弯曲,这样才能站立。如今,随着医学和技术的融合,外骨骼康复机器人使她能够再次行走。

她在微博中写道:“走路是一种很久没见的感觉,是一种快要忘记的感觉。我似乎习惯了轮椅,完全放弃了走路的欲望,但站起来走几步,上半身就被下半身带动,内心无法平静。”

外骨骼机器人如何帮助病人行走?是基于什么样的康复治疗原理?对医疗保健行业有什么影响?为了解上述问题,动脉网采访了外骨骼康复机器人龙头企业承天科技。

外骨骼机器人带来的康复变革

其实类似这位的患者还有很多。03010最新数据显示,我国约有4.6亿有康复需求的患者,包括老年人、术后患者、慢性病患者和残疾人。

康复医学作为四大医学之一,不仅可以消除和减轻病残患者的功能障碍,还可以提高其生活自理能力和生活质量。例如,康复治疗可使90%的脑卒中患者恢复行走和生活自理,30%的患者恢复轻劳动;但是,如果不进行康复治疗,只有6%的人会恢复行走和自理,5%的人会恢复轻工作。

然而,中国康复医学的发展仍处于初级阶段。首先,我国康复人才和康复机构的差距很大。数据显示,中国只有1.1万康复治疗师,而美国有20多万康复治疗师;中国的康复诊所比较少,而美国大概有3-7万家。其次,传统的康复设备需要依靠康复治疗师的经验才能得到较好的康复效果,而国内的康复治疗师水平参差不齐,借助传统的康复设备很难保证康复效果。最后,传统的康复设备缺乏量化的评价指标,患者使用后难以感受到康复效果,容易导致患者丧失信心,放弃康复治疗。

幸运的是,随着外骨骼机器人的出现,康复领域的现有格局将被颠覆和重塑。

1、康复水平全面提高,康复效率稳步提升

目前临床常用的康复原理是通过运动重塑大脑神经,强化肌肉记忆,恢复患者功能。以神经退行性疾病导致的偏瘫为例。患者根据自己的运动意图,借助康复器械进行标准运动,多次循环,对受损神经进行刺激和重塑,完成对肢体肌肉的记忆,最终达到功能恢复或部分恢复的状态。

传统的康复器械一般是通过物理支撑和牵引来帮助患者完成运动,对患者的关节等部位有一定程度的损伤,只能进行被动训练,不能通过自主意向进行运动,难以刺激神经重塑。同时,患者在使用传统康复设备时,需要康复治疗师的协助和长期训练,才有机会完成标准动作,从此开始康复治疗。

以临床常用的矫形器为例。在患者的使用过程中,矫形器由于限制了患者的肌肉活动,很容易导致患者的肌肉力量、肌肉耐力和肌肉体积的下降。而且关节、肌肉等软组织因关节固定而活动受限,容易导致患者关节主动和被动活动范围不足,最终导致患者挛缩。另外,矫形器的代偿功能对患者来说是僵硬的,难以体验主动行走的感觉。

与传统康复设备相比,外骨骼康复机器人不仅可以保护患者关节的安全和稳定,还可以提供更加准确有效的康复训练,提高康复效率和效果。比如外骨骼康复机器人,作为一种可穿戴设备,可以根据运动力学的表现,辅助人体完成标准动作。长期使用可使康复治疗效果加倍。而且外骨骼康复机器人可以替代长期依赖人力的简单重复的康复任务,解放康复治疗师,保证康复训练的强度和准确性。

此外,外骨骼康复机器人还有助于提供更加标准化和定制化的康复治疗方案。例如,承天科技自主研发的第二代外骨骼机器人,配备了多种训练模式,包括被动行走、主动行走和主被动结合模式。主动行走模式也根据步幅、步速等步态指标分为初级、中级、高级训练模式,训练节奏也可以实时动态变化。行走方式和康复训练方案有多种选择,康复治疗师可以制定出高效、科学的最佳康复路径。

最后,承天科技外骨骼康复机器人配备的数字化、信息化技术,可以有效监测和记录康复训练过程中人体运动学和生理学的数据,并能以可视化数据为患者展示康复前后的各项指标对比,为患者坚持康复治疗提供心理支持。丰富的指标和数据也可以为医生改进康复方案提供依据。

2、助推医科有机融合,加速产业创新发展

国家高度重视残疾人和老年人的康复,积极推动康复事业的发展。2021年6月8日发布的《柳叶刀》指出:积极支持一批高智能、高技术、高品质康复辅助器具和康复治疗设备等的研发和创新。从而逐步满足人民的健康需求。

外骨骼康复机器人涉及传感、控制、机械动力、人机交互、人体生物力学、临床医学、人机工程学、神经电生理学等多个学科。是目前最智能的康复设备。随着政策的实施,外骨骼机器人将在康复领域得到更广泛的应用。

同时,国家还推动康复医疗资源下沉,鼓励民间力量建设康复领域。2021年6月16日,国家卫健委发布的《关于印发加快推进康复医疗工作发展意见的通知》提出,推动医疗资源丰富地区的部分一、二级医院向康复医院转型,支持和引导社会力量兴办大型、连锁康复医疗中心,增加辖区内提供康复医疗服务的医疗机构数量。创新康复服务模式,逐步推广康复与临床多学科合作模式,积极发展社区和家庭康复服务,促进康复服务与康复辅助器具配置服务的衔接和融合。

外骨骼康复机器人凭借其优势和特点,将推动医疗资源下沉,促进基层和社区康复服务的发展。首先,外骨骼康复机器人规范了康复治疗,让基层和社区康复机构能够有更高水平的康复治疗,扩大了医疗资源的有效覆盖面。其次,外骨骼康复机器人可以长时间进行简单的重复性工作,大大减少了康复治疗师的重复性工作,不仅提高了康复治疗师的工作效率,也减少了传统康复训练对护理人员的完全依赖。最后,外骨骼康复机器人的智能匹配可以通过一系列指标及时显示用户的康复情况,增强用户的信心。也影响着越来越多的人去了解和开展康复,最终推动国内康复行业的发展。

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2020年,承天科技自主研发的下肢外骨骼行走康复装置获得国家美国食品药品监督管理局批准上市,为中枢神经系统疾病(包括截瘫、偏瘫)患者带来了新的选择。2021年3月,承天科技第二代优行外骨骼康复机器人再次获批上市,带来了更好的性能、更舒适的体验和更好的临床效果。

目前,大部分外骨骼康复机器人产品仍处于临床试验和注册阶段,承天科技自主研发制造的外骨骼系列产品在康复应用和康复产业发展中发挥了积极作用。承天科技的系列产品获得NMPA医疗器械注册证书,进一步认可了其外骨骼技术的安全性、有效性和可靠性。

资料显示,第二代优行外骨骼机器人实现了整个康复过程的数字化,即可以对每个用户的康复数据进行记录、评估和评价,对关节活动度、腿部肌肉力量、平衡、肌肉张力、步幅、步速等做出评估和判断。并能通过可视化数据显示用户康复活动后的具体情况。

此外,第二代优行外骨骼机器人还具有意图检测技术。患者佩戴外骨骼康复机器人后,机器人可以通过多个传感器的有机融合,检测佩戴者的动作意图,辅助其进行标准步态训练。

临床上,优行外骨骼机器人二代也有更好的康复效果。据承天科技康复治疗师负责人秦介绍:“患者佩戴外骨骼康复机器人后,可以在机器人的帮助下以标准的步态行走,并通过高效、反复的训练,刺激患者的脑神经,形成肌肉记忆,逐步恢复患者的腿部行走功能。第二代步行外骨骼机器人独特的多传感器信息融合技术,可以准确判断用户的行走意图,并做出步态响应,实现人与外骨骼的柔性力交互,配合主被动训练模式,将加速患者的康复进程。”

以一位急性中风患者的康复为例。在使用第二代步行外骨骼机器人之前,她需要拐杖的帮助,行走以移动为主,而且步幅极小,行走速度极慢,行走动作非常僵硬。用第二代承天外骨骼机器人治疗一个疗程后,她的肌力恢复很快,肌张力变强,能够独立行走,不需要任何辅助设备。

除了科技赋能,承天科技正在通过尝试模式创新,推动康复医疗资源下沉。此前,大部分有强烈康复需求的用户只能在国内三级医院的康复科接受治疗。鉴于整体康复资源和康复人才的短缺,现阶段康复市场无法满足康复需求,基层医疗机构更无力承担。

基于市场形势和外骨骼机器人的安全性和有效性,承天科技正努力通过创新的“RaaS康复即服务”模式,为用户提供外骨骼康复解决方案。具体来说,承天科技结合中国三级康复体系,协调家庭、社区、民营机构,实现了康复治疗的科学“转诊”。借助外骨骼康复机器人,家庭、社区、二级康复医院等机构也可以有标准化的康复治疗方案,有一致的、重复的康复治疗目标,从而为患者提供阶段性、全周期的康复服务。

可以预见的是,在未来,外骨骼康复机器人将帮助越来越多的人实现康复,梦想“行走”!诚天科技表示:“希望大家都能享受到机器人的服务!”

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