呂澤平-康復(fù)工程技術(shù)在腦卒中的應(yīng)用

康復(fù)工程技術(shù)在腦卒中的應(yīng)用

國家康復(fù)輔具研究中心附屬康復(fù)醫(yī)院

呂澤平師昉呂澤平-康復(fù)工程技術(shù)在腦卒中的應(yīng)用2目錄1康復(fù)工程學(xué)的內(nèi)容、特點、范圍和作用2腦卒中康復(fù)治療的主要瓶頸問題3康復(fù)工程技術(shù)腦卒中康復(fù)治療的運用呂澤平-康復(fù)工程技術(shù)在腦卒中的應(yīng)用第一部分呂澤平-康復(fù)工程技術(shù)在腦卒中的應(yīng)用

生物醫(yī)學(xué)工程(BiomedicalEngineering)

Aninterdisciplinarybranchofengineeringheavilybasedbothinengineeringandinthelifesciences.

生物材料和人工器官◆醫(yī)學(xué)圖像分析系統(tǒng)◆血液分析的新型診療儀器◆生物納米技術(shù)生物力學(xué)◆生物醫(yī)學(xué)傳感器◆醫(yī)學(xué)儀器安全性分析◆疾病診療專家系統(tǒng)神經(jīng)工程◆康復(fù)工程◆醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)分析軟件◆人體生理系統(tǒng)建模康復(fù)工程學(xué)的內(nèi)容康復(fù)工程是生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域中一個重要的分支學(xué)科。其內(nèi)容是充分利用工程學(xué)的原理、技術(shù)和方法，恢復(fù)、代償或重建病人功能

呂澤平-康復(fù)工程技術(shù)在腦卒中的應(yīng)用康復(fù)工程學(xué)的特點——多學(xué)科交叉康復(fù)工程技術(shù)相關(guān)學(xué)科包括：解剖學(xué)、生理學(xué)、康復(fù)醫(yī)學(xué)、生物力學(xué)、機械學(xué)、材料學(xué)、電子學(xué)、控制論與信息科學(xué)等呂澤平-康復(fù)工程技術(shù)在腦卒中的應(yīng)用康復(fù)工程學(xué)的應(yīng)用范圍

各種原因所導(dǎo)致的運動、感覺、智力以及語言等方面的功能障礙呂澤平-康復(fù)工程技術(shù)在腦卒中的應(yīng)用康復(fù)工程學(xué)在康復(fù)學(xué)科中的作用

呂澤平-康復(fù)工程技術(shù)在腦卒中的應(yīng)用第二部分腦卒中康復(fù)治療的主要瓶頸問題呂澤平-康復(fù)工程技術(shù)在腦卒中的應(yīng)用9腦卒中康復(fù)治療主要瓶頸問題1.大腦結(jié)構(gòu)和功能的極其復(fù)雜性人類大腦擁有１０００億個神經(jīng)元和１００萬億個神經(jīng)突觸，包含著巨大科學(xué)奧秘人類大腦粗略來分主要是兩部分，一是司令部－智慧中心；二是執(zhí)行部－傳輸系統(tǒng)，二者雖有交互存在，但確有嚴格的結(jié)構(gòu)性分工腦組織的特點在于：一是高度耗“能”：二是不儲“能”所需的一切代謝物質(zhì)需要通過血流持續(xù)不斷的按時、按需供應(yīng)。呂澤平-康復(fù)工程技術(shù)在腦卒中的應(yīng)用10腦卒中康復(fù)治療主要瓶頸問題2.生物進化伴隨的高度的保守性低等動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)的可塑性很強，高等動物則減弱，哺乳動物更弱半世紀來雖然改變了腦細胞始終處在一種連續(xù)不斷地死亡且永不復(fù)生增殖的過程的傳統(tǒng)觀念。但成人神經(jīng)細胞再生是一種非常有限的現(xiàn)象（海馬和嗅球兩個區(qū)域）。事實上，關(guān)于神經(jīng)細胞是否可以再生的爭議也是始終存在的呂澤平-康復(fù)工程技術(shù)在腦卒中的應(yīng)用11腦卒中康復(fù)治療主要瓶頸問題3.腦卒中后主要危險因素持續(xù)存在腦卒中治療的過程實際上是一個疾病與康復(fù)并存的過程呂澤平-康復(fù)工程技術(shù)在腦卒中的應(yīng)用12腦卒中康復(fù)治療主要瓶頸問題4.疾病的恢復(fù)往往伴隨老化-學(xué)習困難隨著年齡的老化，細胞功能逐漸衰老、變性，死亡，學(xué)習變得困難，這是生物世界中不可抗拒的自然規(guī)律學(xué)習困難就意味著腦損傷后康復(fù)困難認知功能障礙嚴重影響康復(fù)效果呂澤平-康復(fù)工程技術(shù)在腦卒中的應(yīng)用目前缺血性腦血管病的諸多治療都存在明顯的瓶頸改善循環(huán)——主要瓶頸是時間窗和神經(jīng)血管單元的匹配細胞保護、挽救神經(jīng)元——主要瓶頸是細胞表面及細胞內(nèi)是無血管，借道血腦屏障的內(nèi)皮C、受體、細胞間質(zhì)。。。。對抗和清除有害物質(zhì)——主要瓶頸是病理情況下清除有害物質(zhì)的能力及其有限，毒性物質(zhì)的大量蓄積，反過來又會加重組織損傷，形成惡性循環(huán)神經(jīng)修復(fù)與再生醫(yī)學(xué)任重道遠神經(jīng)系統(tǒng)遭受損傷后的修復(fù)這個學(xué)科的發(fā)展剛剛跨過“能還是不能”這個起步階段，目前能夠達到的治療效果與患者的期望值仍存在很大差距。神經(jīng)一旦損傷，即使應(yīng)用修復(fù)手段使其修復(fù)，也難以達到損傷前的功能狀態(tài)呂澤平-康復(fù)工程技術(shù)在腦卒中的應(yīng)用2023/1/31呂澤平-康復(fù)工程技術(shù)在腦卒中的應(yīng)用卒中后亞急性和慢性期腦修復(fù)的主要新策略卒中急性期

——有限治療時間窗亞急性期、慢性期

——治療時間窗寬泛，需以神經(jīng)功能恢復(fù)為主要治療目的全世界有8千萬的卒中患者，急需發(fā)展新的治療策略呂澤平-康復(fù)工程技術(shù)在腦卒中的應(yīng)用目前比較公認的卒中后亞急性和慢性期有效的治療方法包括豐富環(huán)境、改良物理治療方法、藥物干預(yù)及干細胞治療豐富環(huán)境可促進神經(jīng)解剖、神經(jīng)化學(xué)的重塑及大腦功能代表區(qū)范圍的變化，其臨床研究結(jié)果呈陽性，最佳使用時間為缺血早期改良物理治療方法主要由現(xiàn)代技術(shù)構(gòu)成，包括機器人裝置、視頻教學(xué)、虛擬現(xiàn)實、交互視頻游戲。臨床研究顯示，該方法可促進卒中患者的神經(jīng)功能恢復(fù)，時間窗可擴展到6個月至8年，神經(jīng)功能恢復(fù)與梗死體積無關(guān)呂澤平-康復(fù)工程技術(shù)在腦卒中的應(yīng)用第三部分康復(fù)工程技術(shù)腦卒中康復(fù)治療的運用

呂澤平-康復(fù)工程技術(shù)在腦卒中的應(yīng)用第三部分康復(fù)工程技術(shù)腦卒中康復(fù)治療的運用

呂澤平-康復(fù)工程技術(shù)在腦卒中的應(yīng)用呂澤平-康復(fù)工程技術(shù)在腦卒中的應(yīng)用呂澤平-康復(fù)工程技術(shù)在腦卒中的應(yīng)用運動障礙神經(jīng)康復(fù)技術(shù)1生物反饋技術(shù)（視覺、力）+機器人輔助運動傳感技術(shù)+模式識別技術(shù)，基于模式識別的運動意圖檢測（生物電、關(guān)節(jié)角度，精細動作的準確控制）2情景互動技術(shù)--基于虛擬現(xiàn)實的主動康復(fù)訓(xùn)練平臺3肌痙攣定性分析--靜息肌張力4第三部分呂澤平-康復(fù)工程技術(shù)在腦卒中的應(yīng)用中風病人通過意念驅(qū)動進行重復(fù)性的任務(wù)練習，以促使病人的大腦可以通過創(chuàng)造新的機能路徑來恢復(fù)之前喪失的運動能力建立可視的運動目標導(dǎo)向大量重復(fù)性訓(xùn)練主動參與實時生物反饋第三部分科學(xué)家經(jīng)過多年臨床研究發(fā)現(xiàn)，只有滿足一些“特殊條件”的康復(fù)訓(xùn)練才能在腦卒中早期真正有效地讓患者大腦受損區(qū)域的代償連接重新建立起來

這些“特殊條件”主要包括四個方面：

呂澤平-康復(fù)工程技術(shù)在腦卒中的應(yīng)用

機器人輔助訓(xùn)練器機器人機電外骨骼輔助裝置神經(jīng)接口或腦計算機接口技術(shù)減重步行訓(xùn)練器功能性電刺激裝置康復(fù)工程新技術(shù)在卒中康復(fù)中的應(yīng)用呂澤平-康復(fù)工程技術(shù)在腦卒中的應(yīng)用減重步行訓(xùn)練器是通過減輕體重負荷，改善步行能力的一種康復(fù)訓(xùn)練器械，近年來國內(nèi)應(yīng)用較為廣泛。它是是通過減輕體重負荷，改善步行能力的一種康復(fù)訓(xùn)練器械，近年來國內(nèi)應(yīng)用較為廣泛。它是經(jīng)傳送帶的強迫性運動，使髖關(guān)節(jié)被動過伸，肢體向前擺動，糾正步態(tài)的不對稱性，使步行及平衡能力都得到最大程度恢復(fù)卒中患者步行時患側(cè)肌電活動的影響包括：1、使抗重力肌的運動電位降低；2、降低跖屈肌的前期收縮，防止足的跖屈痙攣，同時減少脛前肌和腓腸肌的同時收縮，使小腿肌肉收縮節(jié)律接近生理狀態(tài)；3、使豎脊肌動作電位接近生理狀態(tài)。減重步行訓(xùn)練還可以使偏癱恢復(fù)期患者步行速度提高，步幅加大，步行耐力增強，平衡功能改善康復(fù)工程新技術(shù)呂澤平-康復(fù)工程技術(shù)在腦卒中的應(yīng)用減重步行訓(xùn)練器康復(fù)工程新技術(shù)主要技術(shù)要求呂澤平-康復(fù)工程技術(shù)在腦卒中的應(yīng)用減重步行訓(xùn)練器呂澤平-康復(fù)工程技術(shù)在腦卒中的應(yīng)用機器人輔助訓(xùn)練器機器人輔助訓(xùn)練器是一種自動化康復(fù)醫(yī)療設(shè)備，以康復(fù)醫(yī)學(xué)理論為依據(jù)，幫助患者進行科學(xué)而有效的科學(xué)訓(xùn)練，使患者機能得到有效的恢復(fù)計算機--傳感器--安全裝置

—生理監(jiān)測（生物電信號測量、生理參數(shù)測試等）—運動功能評估（人體運動分析、步態(tài)分析、關(guān)節(jié)活動度檢測、平衡功能測試等）康復(fù)工程新技術(shù)呂澤平-康復(fù)工程技術(shù)在腦卒中的應(yīng)用機器人輔助訓(xùn)練器康復(fù)工程新技術(shù)腦卒中訓(xùn)練康復(fù)機器人目前的現(xiàn)狀上肢康復(fù)機器已經(jīng)逐步實現(xiàn)主動、被動、助動三種模式相結(jié)合的運動，并實現(xiàn)神經(jīng)控制參與的目標導(dǎo)向運動，可以精確測量手的平面運動參數(shù)，并為患者提供視覺反饋，技術(shù)相對成熟手部康復(fù)機器人是目前國際研究的難點,也有一定的突破下肢康復(fù)機器人也逐步改變了以被動運動模式為主，運動模式單一，缺乏目標導(dǎo)向訓(xùn)練設(shè)計；新研發(fā)的步態(tài)機器人能將干擾感覺信息輸入最小化，易化正確的感覺信息輸人和步態(tài)力學(xué)，并智能化地根據(jù)外界變化同步作出輔助量大小調(diào)整，還可為機器人配以合適的生物信息檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)生物反饋控制，以提高康復(fù)效果存在的問題機器人步態(tài)訓(xùn)練設(shè)備進行輔助步態(tài)訓(xùn)練時，仍需要治療師適當?shù)妮o助訓(xùn)練指導(dǎo)，尤其是矯正下肢的關(guān)節(jié)力線、力矩，使其與正常步行周期接近，以達到最優(yōu)化效果呂澤平-康復(fù)工程技術(shù)在腦卒中的應(yīng)用呂澤平-康復(fù)工程技術(shù)在腦卒中的應(yīng)用功能性電刺激裝置康復(fù)工程新技術(shù)功能性電刺激可以重建和改善部分喪失的神經(jīng)功能

FES治療的目的是幫助病人完成某些功能活動,如步行、抓握,協(xié)調(diào)運動活動,加速隨意控制的恢復(fù)FES在刺激神經(jīng)肌肉的同時，也刺激傳入神經(jīng)，加上不斷重復(fù)的運動模式信息，傳入中樞神經(jīng)系統(tǒng)，在皮層形成興奮痕跡，逐漸恢復(fù)原有的運動功能英國曼斯切特的一些科技人員和歐洲12個國家的研究人員聯(lián)合研制成一種使下肢癱瘓者正常行走的電子裝置。這種電子裝置產(chǎn)生一種類似于由大腦發(fā)出的神經(jīng)信號的電刺激,能使病人的肌肉恢復(fù)活力,行走比較自如呂澤平-康復(fù)工程技術(shù)在腦卒中的應(yīng)用功能性電刺激裝置康復(fù)工程新技術(shù)已研制的輔助癱瘓者行走的電子裝置,安置在患者的臀部,可使患者緩慢地行走一公里手部痙攣治療儀。左側(cè)動畫是患者手部攣縮情況。通過肌電信號識別人手的動作意圖，對手部肌肉群施加電刺激可以恢復(fù)手部運動新一代的功能性電刺激采用沒有電荷積累的電刺激脈沖，根據(jù)人的意圖進行電刺激，根據(jù)人皮膚阻抗調(diào)節(jié)電刺激脈沖，保證電刺激強度。實現(xiàn)了根據(jù)人意圖進行主動治療的功能呂澤平-康復(fù)工程技術(shù)在腦卒中的應(yīng)用呂澤平-康復(fù)工程技術(shù)在腦卒中的應(yīng)用機器人機電動力外骨骼輔助裝置康復(fù)工程新技術(shù)動力外骨骼機器人，也稱“電子腿”，是一款可穿戴式新型輕量機器人。它不僅能幫助殘疾人恢復(fù)行走能力，還有望避免患者因長時間坐在輪椅上而生壓瘡，同時還可以改善心臟健康狀況、鍛煉肌肉強度、緩解抑郁癥等

動力外骨骼機器人適用于脊髓損傷患者、中風患者或多發(fā)性硬化癥和大腦性麻痹患者等呂澤平-康復(fù)工程技術(shù)在腦卒中的應(yīng)用動力外骨骼機器人它由多塊零部件組裝而成，拆卸后可放入背包內(nèi)。這種設(shè)計的目的是讓使用者能夠背著它坐在輪椅上，自己組裝、穿戴，實現(xiàn)獨立行走當使用者身子前傾，這種裝置就會啟動。當左右晃動，裝置就會走動。如果想停下來，只需后傾，這時機械腿支架就會停止工作。使用者靠前臂拐杖保持平衡為機械腿的發(fā)動機提供動力的是安裝在臂部零件內(nèi)的電池技術(shù)原理康復(fù)工程新技術(shù)機器人機電動力外骨骼輔助裝置呂澤平-康復(fù)工程技術(shù)在腦卒中的應(yīng)用呂澤平-康復(fù)工程技術(shù)在腦卒中的應(yīng)用洛克希德馬丁公司研制了一款名為

HUL（HumanUniversalLoadCarrier）的外骨骼機器人加州大學(xué)伯克利分校于研制出了一款下肢外骨骼機器人BLEEX呂澤平-康復(fù)工程技術(shù)在腦卒中的應(yīng)用康復(fù)工程新技術(shù)神經(jīng)接口或腦計算機接口技術(shù)

由于目標和實現(xiàn)手段的相似性，“神經(jīng)修復(fù)”和“腦機接口”兩術(shù)語經(jīng)?？梢酝ㄓ?。神經(jīng)修復(fù)和腦機接口嘗試達到一個共同的目標，如恢復(fù)視覺、聽覺、運動能力，甚至是認知的能力。兩者都使用類似的實驗方法和外科手術(shù)技術(shù)接口研究一些實驗室已實現(xiàn)從猴和大鼠的大腦皮層上記錄信號以便操作腦機接口來實現(xiàn)運動控制。實驗讓猴只是通過回想給定的任務(wù)（而沒有任何動作發(fā)生）來操縱屏幕上的計算機光標并且控制機械臂完成簡單的任務(wù)。另外在貓上進行的研究對視覺信號進行了解碼呂澤平-康復(fù)工程技術(shù)在腦卒中的應(yīng)用當前神經(jīng)接口的主要途徑

（自：華工何際平教授）神經(jīng)損傷或疾病造成傳感或運動動能的退化或缺失神經(jīng)接口技術(shù)對基礎(chǔ)研究和臨床治療康復(fù)的貢獻呂澤平-康復(fù)工程技術(shù)在腦卒中的應(yīng)用Amedeo康復(fù)機器手呂澤平-康復(fù)工程技術(shù)在腦卒中的應(yīng)用康復(fù)科醫(yī)生和治療師的思考

【個體化的問題】基于手部運動的復(fù)雜性，治療師對疾病的判斷和治療模式，有些時候我們需要代償和聯(lián)合運動等各種神經(jīng)療法配合，如何個體化的問題任何解決

【適應(yīng)癥的問題】中樞神經(jīng)系統(tǒng)重度損害，缺乏代償?shù)幕A(chǔ)，肌力低下，無可視的運動動作情況下如何訓(xùn)練

【功能完善的問題】傳感器能不能通過一些數(shù)據(jù)規(guī)律的分析，對預(yù)后做出評判40呂澤平-康復(fù)工程技術(shù)在腦卒中的應(yīng)用針對腦中風后肢體運動功能障礙者對主動、高性能康復(fù)訓(xùn)練模式與系統(tǒng)的需求，擬采用腦-機接口、肌-機接口等信息識別與虛擬現(xiàn)實等技術(shù)，通過采集患者的腦電信息與肌電信息，識別其運動意圖；實現(xiàn)生物信息與人體運動及生物力學(xué)建模、了解肌肉協(xié)同的多肌肉協(xié)同驅(qū)動機制；解決腦電、肌電信息以及腦-肌融合在腦中風主動康復(fù)系統(tǒng)應(yīng)用中的關(guān)鍵科學(xué)問題建立以腦中風患者為中心的、主動式多層次康復(fù)訓(xùn)練模式，實現(xiàn)主觀運動意愿康復(fù)治療的目的下圖1是課題技術(shù)路線，圖2是訓(xùn)練原理圖基于腦電與肌電運動意圖識別的腦卒中主動康復(fù)訓(xùn)練模式與系統(tǒng)研究”

（國自然項目：張秀峰）

呂澤平-康復(fù)工程技術(shù)在腦卒中的應(yīng)用“基于腦電與肌電運動意圖識別的腦卒中主動康復(fù)訓(xùn)練模式與系統(tǒng)研究”

課題技術(shù)路線

呂澤平-康復(fù)工程技術(shù)在腦卒中的應(yīng)用“基于腦電與肌電運動意圖識別的腦卒中主動康復(fù)訓(xùn)練模式與系統(tǒng)研究”