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原创 医用康复机器人设想

2017-9-4 14:38 1005 1 1 分类: 医疗电子


前言:

家里老人走了一个,走的很痛苦,自己无法自理,给家人也带来不小麻烦。病情是脑梗死,偏瘫。

对于偏瘫目前最好的方式是清醒后3个月内的强化恢复锻炼,主要依靠的是病人的自制力,多运动,以实现部分运动功能的恢复。除此以外,任何药石都无用。而恰好我家的老人比较重,锻炼的慢,恢复的差。

眼看着从能走、扶墙、轮椅、坐床、卧床,一步步恶化,基本没啥办法,可以说做好了心理准备,知道肯定有一天会结束。

类似于中风偏瘫的还有前两年备受大家关注的:渐冻人。都是已知的结果,慢慢在绝望中挣扎,最后在痛苦中死去。这种经历几乎是每个老人必经之路,最后的日子里开始是轮椅,后面就是卧床,不能动弹,只能依靠外力帮助。


现状:

中国现在偏瘫病人700W左右,再加上行动不便的老年人,中国65岁以上8.87%,空巢老人超过5000W,其中很大一部分是行动不便;如果每人使用了5W元的医疗器械,而这是一个超过万亿的市场,并且这市场是不会消失,不会被取代,也不会遭受国家禁止。


但是现实社会中,反而是一大堆假药、理疗的抢占市场,鱼目混珠。


就连轮椅这种最基本的器械,市面上也多数是伪劣产品,更不用说电动轮椅,说句不客气的话,现在多数电动轮椅就是普通的轮椅加上电动机的拼装货,再加上道路不方便,所以在中国,自己开着电动轮椅走的老人几乎没有。


而康复类产品,更是十分简陋,目前基本上还都是固定式的扶手之类,能动的也是手动,电动的几乎没有,更不用说“智能”。


究其原因,可能一个是门槛高,另一个可能是因为病人形态多样,现有的机械手臂是依赖于电机的高精度定位,很难做到匹配不同的病人。另一方面,除了年轻的人还有个奔头会主动训练以外,缺少人际沟通,缺少舒心的环境和家人陪伴,在医院的理疗室很少有中老年人可以坚持。


未来:

新闻上评价十个最实用的机器人,可能在未来逐渐进入我们的生活

 1. 远程通话机器人,可以跟随老人,双向视频通话。

 2. 机器人患者,可以模拟病人来培训医生。

 3. 医用移动机器人,用于医院内部物品的周转。

 4. 疾病诊断机器人,可以识别细微病情,给医生更多的辅助。

 5. 远程医疗机器人,可远程交互监控病人。

  6. 手术机器人,例如达芬奇,给病人做高精度的手术。

  7. 辅助就餐机械臂。

  8. 康复机器人,康复病人的物理治疗辅助。

  9. 护理机器人。

 10. 替换肢体。

其中康复机器人是这个样子的:

也就是传说当中的外骨骼。


误区:

目前所谓的康复机器人一种是上图的外骨骼,可以实现自由行走;另外一种是固定的康复设备,如下图:

是将患者全身固定,用机械强制性的带动身体部位运动,以达到刺激恢复的目的。


这两种康复设备看起来是很先进,尤其是外骨骼,应用到的科学技术内容无论是电机还是驱动亦或是电池,甚至骨架都是尖端的。除了设计复杂以外,造价也非常的昂贵,但是我认为这两种设备都走进了康复机器人的误区。


  1. 病人首先的需求是能动,而不是能走。
  2. 病人需求的是主动交互,而不是被动看护。
  3. 病人的想法中站起来 > 坐起来 > 躺着。

    对于行动不变乃至只能卧床的病人,并不希望躺在床上等人来看,但也不奢望和正常人一样行走,只要立起来、能移动出去,能和家人正常面对面交流,这就是最基础的需求。目前康复业是做不到。没有病人梦想100%自己活动,也没有病人希望把自己绑起来强制性运动,尤其是后一种上机都要一个小时的更是鸡肋,这两种康复机器人都忽略了病人的心理。

    设想:
    因此,病人真正需要的是能够坐在上面,较大自由度的室内室外活动,可以非强迫式的辅助运动。

    那么,首先病人需要的是一个电动的底盘,可以是轮式或者履带式,个人更倾向于履带式,更稳定,越野能力更好;但是轮式更灵活,经济性更好,因此可能轮式的会实际占领市场。但是为了安全和提高驱动能力,和轮子一体的变频盘式电机是必须的,在停止的时候,可以确保轮子不产生位移。

    其次,病人需要一个可以变换工作模式的支架,仅胸腹部使用X形固定带固定,臀部下面用倾斜的椅面依托,背部靠板稍向后倾斜,多个面实现对病人体重的支撑。在不同环境下,可以变换不同的模式,变为直立、前倾、后倾、平躺等模式。

    最后,病人需要被动的驱动四肢的康复模式,在底盘运动的同时,四肢半被动驱动,但是并不和底盘运动同步,各动各的。半被动是驱动机构针对关节使其弯曲,但是依靠自身力量伸直。或者使用硬驱动机构使关节弯曲,但是使用例如气囊等软驱动机构将四肢拉直,避免肢体的损伤。

    在智能方面要实现以下功能:
  4. 底盘大小、中心位置要跟随运行模式和病人体态而改变;当病人直立时,要适当扩大底盘面积增强稳定性;上楼梯时病人身体要前倾,重心前移来保持稳定;下坡时候要重心后移。当病人非自主的倾斜时要适当调整姿态,紧急时刻变为躺姿。

    定时可以改变病人姿态,以防止褥疮。白天主要以直立形态运行和交互,晚上以睡姿交互,这样病人就可以减少从轮椅上移动到病床上的次数。
  5. 带有超声传感器识别周围障碍物或者凹地,能够实现自我规避。
  6. 希望能实现目标识别和跟踪,比如家中有人陪伴,那么能够根据图像或者声音,亦或者跟踪标记设备进行自主跟踪,可以时刻交流。
  7. 配备病人生理监控设备,必要的时候可以加装病人生理所需的设备,例如尿液袋等,可以减轻维护的强度。因此也要求设备具备一定的防水防腐蚀能力。
  8. 未来针对渐冻病人重症期或者老人无法交流的时候,增加眼睛控制或者脑波控制,也可以由看护人员遥控。如果可以遥控,在就医的时候,如果病人病重、昏迷导致无法控制,此时就必须能够自动调整为躺姿,并切换控制方式为遥控或者线控。

    我的这个设想,一定程度上可以优化病人的生活质量,另一方面可以取代部分卧床等配套,不足的应该就是技术难度不小,价格会很好。

    电机的驱动不是问题,被动的康复机构也比较简单,但是针对病人的重心移动是最困难的,因为按照设想,是需要至少三轴,且能够承重100kg左右,不过对于速度要求要低很多。再加上加速度记等传感器,总体的控制复杂度还是比较高的。

    如果真的可以实现,那么对于患者的康复以及陪护人员的压力都有很大的帮助,希望这个设想能够实现,并且有实用的地方。
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