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康复机器人蓝海正蓝 | 虚拟现实技术在康复机器人中的应用案例

 tianlord 2016-12-16

来源:蝶和智能康复


依据ICF理论,最理想的康复模式是融合了人、任务与环境三者在一起的模式。虚拟现实(VR)技术作为一种新兴的智能技术,能够清晰地模拟人类现实的自然环境里的各种感官行为,因此将虚拟现实应用到康复机器人控制技术上成为当今科研的热点。



回顾“专题”往期关于康复机器人技术介绍中,我们依次了解了Hocoma上、下肢机器人和Amadeo手功能康复机器人的在临床康复中的应用。可以说康复机器人的介入用全方位、多维度、连续性的方式解决了训练个体(人)和训练模式(任务)的问题,从早期的ArmeoPower带动患者运动到ArmeoSpring 和ArmeoBoom的主动控制运动,甚至是Amadeo的精细化手指训练使得整个康复过程变得更加完整和流畅。在个体和训练模式之上,针对训练环境,虚拟现实则成为实现康复终极目标即回归社会的最有力工具。


越来越多的实践证明,借助VR技术,可将康复机器人的工作状态更直观的呈现出来,让患者得到最好的视觉、听觉、甚至触力觉感受,患者在安全、充满刺激和趣味的环境中主动进行多次训练,且能够及时得到反馈评估,进而大幅提升康复进程。




不少研究者甚至认为,基于机器人技术的康复新环境中如何最大程度的发挥虚拟现实的作用决定了未来智能康复的走向。目前国际领先的康复机器人研究公司中无论是Hocoma的Armeo、Locomat还是Tyromotion系列Amadeo、Pablo产品,都融入了大量的虚拟现实技术,然而强大的VR技术可以实现的还远远不止这些。


前沿案例:

且看VR+机器人技术如何激活“沉睡”的神经

最近一项由美国杜克大学著名神经科学家Miguel Nicolelis所领导的研究正是利用了脑机接口+下肢外骨骼式康复机器人+虚拟现实三大技术的训练
实现了脊髓损伤病人从完全瘫痪的状态提升到了下肢肌肉功能和感知功能的明显恢复。通过让患者在佩戴VR头戴设备下进行完全想象的行走,同时脑机接口在捕捉到神经信号之后,提取行走信号,指示机器外骨骼带着下肢做相应的动作。


Nicolelis说:“一项早期的研究发现,大部分瘫痪患者的部分脊髓神经是完好的,由于与大脑之间信号中断,那些神经就静静地躺在那里,通过脑机接口和外骨骼可以重新激活这些“沉睡”的神经。即使只有一小部分神经保持完好无损,通过这种训练,也可以使患者机体的部分功能得以恢复”。基于这种理论,研究人员开始使用脑机接口试图更好的了解中枢控制和神经肌肉协同的原理,从而在患者的大脑和电脑以及假肢之间建立联系。


Nicolelis过去几年的研究中已经积累了大量的大脑神经信号分离读取的经验,通过从看似杂乱无章的信号里获取人体大脑与肌肉交流的信号就可以利用这些信号并移植到外骨骼上再结合生物力学的原理重现相应的动作。


行走时脑部电波信号读取→信号分离与整合→同步脑电波与外骨骼


在整个过程中,VR技术的切入首先给予了患者一个逼真的场景去想象用身体控制体足球运动员角色,当患者精力集中在如何进行迈步相关的动作时,研究人员便从脑电中剥离出了准确、可靠的控制腿部区域运动的脑电活跃信号。之后患者会穿着可以帮他们自动移动双腿的固定式外骨骼机器人进行步行训练,最终让患者头戴VR设备继续想象步行同时穿着便携式外骨骼机器人,后者则会通过读取整合过的脑电波信号来指挥外骨骼患者实现训练动作。于是这种用意念操控运动的模式就在脑机接口+下肢外骨骼式康复机器人+虚拟现实三大技术的支持下实现了!




总之,这项振奋人心的研究旨在让那些因脊髓损伤和中风等原因导致瘫痪的患者,重新站立起来,并实现独立生活。


未来,随着机器人技术和虚拟现实技术日益完善、将环境、人和机器整合成互补互助的康复生态系统会是发展智能康复的必经之路。虚拟现实与机器人技术的进一步融合还将碰撞出更多的智慧火花。


蝶和作为全球智能康复的领军企业,将携手康复机器人和VR康复领域的两大国际巨头:Hocoma与Motekforce Link,紧紧抓住4.0时代智能控制(机器人)技术、VR技术、智能感知及可穿戴技术对大健康产业带来的空前机遇,努力打造从智能终端向应用平台及服务端延伸的全球智能健康生态系统,不断引领行业蝶变创新,为人类健康福祉做出更大贡献!


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