吕泽平康复工程技术在脑卒中的应用

康复工程技术在脑卒中应用

国家康复辅具研究中心从属康复医院

吕泽平师昉吕泽平康复工程技术在脑卒中的应用第1页2目录1康复工程学内容、特点、范围和作用2脑卒中康复治疗主要瓶颈问题3康复工程技术脑卒中康复治疗利用吕泽平康复工程技术在脑卒中的应用第2页第一部分吕泽平康复工程技术在脑卒中的应用第3页

生物医学工程(BiomedicalEngineering)

Aninterdisciplinarybranchofengineeringheavilybasedbothinengineeringandinthelifesciences.

生物材料和人工器官◆医学图像分析系统◆血液分析新型诊疗仪器◆生物纳米技术生物力学◆生物医学传感器◆医学仪器安全性分析◆疾病诊疗教授系统神经工程◆康复工程◆医学数据分析软件◆人体生理系统建模康复工程学内容康复工程是生物医学工程领域中一个主要分支学科。其内容是充分利用工程学原理、技术和方法，恢复、代偿或重建病人功效

吕泽平康复工程技术在脑卒中的应用第4页康复工程学特点——多学科交叉康复工程技术相关学科包含：解剖学、生理学、康复医学、生物力学、机械学、材料学、电子学、控制论与信息科学等吕泽平康复工程技术在脑卒中的应用第5页康复工程学应用范围

各种原因所造成运动、感觉、智力以及语言等方面功效障碍吕泽平康复工程技术在脑卒中的应用第6页康复工程学在康复学科中作用

吕泽平康复工程技术在脑卒中的应用第7页第二部分脑卒中康复治疗主要瓶颈问题吕泽平康复工程技术在脑卒中的应用第8页9脑卒中康复治疗主要瓶颈问题1.大脑结构和功效极其复杂性人类大脑拥有１０００亿个神经元和１００万亿个神经突触，包含着巨大科学奥秘人类大脑粗略来分主要是两部分，一是司令部－智慧中心；二是执行部－传输系统，二者虽有交互存在，但确有严格结构性分工脑组织特点在于：一是高度耗“能”：二是不储“能”所需一切代谢物质需要经过血流连续不停按时、按需供给。吕泽平康复工程技术在脑卒中的应用第9页10脑卒中康复治疗主要瓶颈问题2.生物进化伴随高度保守性低等动物中枢神经系统可塑性很强，高等动物则减弱，哺乳动物更弱半世纪来即使改变了脑细胞一直处于一个连续不停地死亡且永不复生增殖过程传统观念。但成人神经细胞再生是一个非常有限现象（海马和嗅球两个区域）。实际上，关于神经细胞是否能够再生争议也是一直存在吕泽平康复工程技术在脑卒中的应用第10页11脑卒中康复治疗主要瓶颈问题3.脑卒中后主要危险原因连续存在脑卒中治疗过程实际上是一个疾病与康复并存过程吕泽平康复工程技术在脑卒中的应用第11页12脑卒中康复治疗主要瓶颈问题4.疾病恢复往往伴随老化-学习困难伴随年纪老化，细胞功效逐步衰老、变性，死亡，学习变得困难，这是生物世界中不可抗拒自然规律学习困难就意味着脑损伤后康复困难认知功效障碍严重影响康复效果吕泽平康复工程技术在脑卒中的应用第12页当前缺血性脑血管病很多治疗都存在显著瓶颈改进循环——主要瓶颈是时间窗和神经血管单元匹配细胞保护、挽救神经元——主要瓶颈是细胞表面及细胞内是无血管，借道血脑屏障内皮C、受体、细胞间质。。。。反抗和去除有害物质——主要瓶颈是病理情况下去除有害物质能力及其有限，毒性物质大量蓄积，反过来又会加重组织损伤，形成恶性循环神经修复与再生医学任重道远神经系统遭受损伤后修复这个学科发展刚才跨过“能还是不能”这个起步阶段，当前能够到达治疗效果与患者期望值仍存在很大差距。神经一旦损伤，即使应用修复伎俩使其修复，也难以到达损伤前功效状态吕泽平康复工程技术在脑卒中的应用第13页2023/4/24吕泽平康复工程技术在脑卒中的应用第14页卒中后亚急性和慢性期脑修复主要新策略卒中急性期

——有限治疗时间窗亚急性期、慢性期

——治疗时间窗宽泛，需以神经功效恢复为主要治疗目标全世界有8千万卒中患者，急需发展新治疗策略吕泽平康复工程技术在脑卒中的应用第15页当前比较公认卒中后亚急性和慢性期有效治疗方法包含丰富环境、改良物理治疗方法、药品干预及干细胞治疗丰富环境可促进神经解剖、神经化学重塑及大脑功效代表区范围改变，其临床研究结果呈阳性，最正确使用时间为缺血早期改良物理治疗方法主要由当代技术组成，包含机器人装置、视频教学、虚拟现实、交互视频游戏。临床研究显示，该方法可促进卒中患者神经功效恢复，时间窗可扩展到6个月至8年，神经功效恢复与梗死体积无关吕泽平康复工程技术在脑卒中的应用第16页第三部分康复工程技术脑卒中康复治疗利用

吕泽平康复工程技术在脑卒中的应用第17页第三部分康复工程技术脑卒中康复治疗利用

吕泽平康复工程技术在脑卒中的应用第18页吕泽平康复工程技术在脑卒中的应用第19页吕泽平康复工程技术在脑卒中的应用第20页运动障碍神经康复技术1生物反馈技术（视觉、力）+机器人辅助运动传感技术+模式识别技术，基于模式识别运动意图检测（生物电、关节角度，精细动作准确控制）2情景互动技术--基于虚拟现实主动康复训练平台3肌痉挛定性分析--静息肌张力4第三部分吕泽平康复工程技术在脑卒中的应用第21页中风病人经过意念驱动进行重复性任务练习，以促使病人大脑能够经过创造新机能路径来恢复之前丧失运动能力建立可视运动目标导向大量重复性训练主动参加实时生物反馈第三部分科学家经过多年临床研究发觉，只有满足一些“特殊条件”康复训练才能在脑卒中早期真正有效地让患者大脑受损区域代偿连接重新建立起来

这些“特殊条件”主要包含四个方面：

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机器人辅助训练器机器人机电外骨骼辅助装置神经接口或脑计算机接口技术减重步行训练器功效性电刺激装置康复工程新技术在卒中康复中应用吕泽平康复工程技术在脑卒中的应用第23页减重步行训练器是经过减轻体重负荷，改进步行能力一个康复训练器械，近年来国内应用较为广泛。它是是经过减轻体重负荷，改进步行能力一个康复训练器械，近年来国内应用较为广泛。它是经传送带强迫性运动，使髋关节被动过伸，肢体向前摆动，纠正步态不对称性，使步行及平衡能力都得到最大程度恢复卒中患者步行时患侧肌电活动影响包含：1、使抗重力肌运动电位降低；2、降低跖屈肌前期收缩，预防足跖屈痉挛，同时降低胫前肌和腓肠肌同时收缩，使小腿肌肉收缩节律靠近生理状态；3、使竖脊肌动作电位靠近生理状态。减重步行训练还能够使偏瘫恢复期患者步行速度提升，步幅加大，步行耐力增强，平衡功效改进康复工程新技术吕泽平康复工程技术在脑卒中的应用第24页减重步行训练器康复工程新技术主要技术要求吕泽平康复工程技术在脑卒中的应用第25页减重步行训练器吕泽平康复工程技术在脑卒中的应用第26页机器人辅助训练器机器人辅助训练器是一个自动化康复医疗设备，以康复医学理论为依据，帮助患者进行科学而有效科学训练，使患者机能得到有效恢复计算机--传感器--安全装置

—生理监测（生物电信号测量、生理参数测试等）—运动功效评定（人体运动分析、步态分析、关节活动度检测、平衡功效测试等）康复工程新技术吕泽平康复工程技术在脑卒中的应用第27页机器人辅助训练器康复工程新技术脑卒中训练康复机器人当前现实状况上肢康复机器已经逐步实现主动、被动、助动三种模式相结合运动，并实现神经控制参加目标导向运动，能够准确测量手平面运动参数，并为患者提供视觉反馈，技术相对成熟手部康复机器人是当前国际研究难点,也有一定突破下肢康复机器人也逐步改变了以被动运动模式为主，运动模式单一，缺乏目标导向训练设计；新研发步态机器人能将干扰感觉信息输入最小化，易化正确感觉信息输人和步态力学，并智能化地依据外界改变同时作出辅助量大小调整，还可为机器人配以适当生物信息检测系统，实现生物反馈控制，以提升康复效果存在问题机器人步态训练设备进行辅助步态训练时，仍需要治疗师适当辅助训练指导，尤其是矫正下肢关节力线、力矩，使其与正常步行周期靠近，以到达最优化效果吕泽平康复工程技术在脑卒中的应用第28页吕泽平康复工程技术在脑卒中的应用第29页功效性电刺激装置康复工程新技术功效性电刺激能够重建和改进部分丧失神经功效

FES治疗目标是帮助病人完成一些功效活动,如步行、抓握,协调运动活动,加速随意控制恢复FES在刺激神经肌肉同时，也刺激传入神经，加上不停重复运动模式信息，传入中枢神经系统，在皮层形成兴奋痕迹，逐步恢复原有运动功效英国曼斯切特一些科技人员和欧洲12个国家研究人员联合研制成一个使下肢瘫痪者正常行走电子装置。这种电子装置产生一个类似于由大脑发出神经信号电刺激,能使病人肌肉恢复活力,行走比较自如吕泽平康复工程技术在脑卒中的应用第30页功效性电刺激装置康复工程新技术已研制辅助瘫痪者行走电子装置,安置在患者臀部,可使患者迟缓地行走一公里手部痉挛治疗仪。左侧动画是患者手部挛缩情况。经过肌电信号识他人手动作意图，对手部肌肉群施加电刺激能够恢复手部运动新一代功效性电刺激采取没有电荷积累电刺激脉冲，依据人意图进行电刺激，依据人皮肤阻抗调整电刺激脉冲，确保电刺激强度。实现了依据人意图进行主动治疗功效吕泽平康复工程技术在脑卒中的应用第31页吕泽平康复工程技术在脑卒中的应用第32页机器人机电动力外骨骼辅助装置康复工程新技术动力外骨骼机器人，也称“电子腿”，是一款可穿戴式新型轻量机器人。它不但能帮助残疾人恢复行走能力，还有望防止患者因长时间坐在轮椅上而生压疮，同时还能够改进心脏健康情况、锻炼肌肉强度、缓解抑郁症等

动力外骨骼机器人适合用于脊髓损伤患者、中风患者或多发性硬化症和大脑性麻痹患者等吕泽平康复工程技术在脑卒中的应用第33页动力外骨骼机器人它由多块零部件组装而成，拆卸后可放入背包内。这种设计目标是让使用者能够背着它坐在轮椅上，自己组装、穿戴，实现独立行走当使用者身子前倾，这种装置就会开启。当左右晃动，装置就会走动。假如想停下来，只需后倾，这时机械腿支架就会停顿工作。使用者靠前臂拐杖保持平衡为机械腿发动机提供动力是安装在臂部零件内电池技术原理康复工程新技术机器人机电动力外骨骼辅助装置吕泽平康复工程技术在脑卒中的应用第34页吕泽平康复工程技术在脑卒中的应用第35页洛克希德马丁企业研制了一款名为

HUL（HumanUniversalLoadCarrier）外骨骼机器人加州大学伯克利分校于研制出了一款下肢外骨骼机器人BLEEX吕泽平康复工程技术在脑卒中的应用第36页康复工程新技术神经接口或脑计算机接口技术

因为目标和实现伎俩相同性，“神经修复”和“脑机接口”两术语经常能够通用。神经修复和脑机接口尝试到达一个共同目标，如恢复视觉、听觉、运动能力，甚至是认知能力。二者都使用类似试验方法和外科手术技术接口研究一些试验室已实现从猴和大鼠大脑皮层上统计信号方便操作脑机接口来实现运动控制。试验让猴只是经过回想给定任务（而没有任何动作发生）来操纵屏幕上计算机光标而且控制机械臂完成简单任务。另外在猫上进行研究对视觉信号进行了解码吕泽平康复工程技术在脑卒中的应用第37页当前神经接口主要路径

（自：华工何际平教授）神经损伤或疾病造成传感或运动动能退化或缺失神经接口技术对基础研究和临床治疗康复贡献吕泽平康复工程技术在脑卒中的应用第38页Amedeo康复机器手吕泽平康复工程技术在脑卒中的应用第39页康复科医生和治疗师思索

【个体化问题】基于手部运动复杂性，治疗师对疾病判断和治疗模式，有些时候我们需要代偿和联合运动等各种神经疗法配合，怎样个体化问题任何处理

【适应症问题】中枢神经系统重度损害，缺乏代偿基础，肌力低下，无可视运动动作情况下怎样训练

【功效完善问题】传感器能不能经过一些数据规律分析，对预后做出评判40吕泽平康复工程技术在脑卒中的应用第40页针对脑中风后肢体运动功效障碍者对主动、高性能康复训练模式与系统需求，拟采取脑-机接口、肌-机接口等信息识别与虚拟现实等技术，经过采集患者脑电信息与肌电信息，识别其运动意图；实现生物信息与人体运动及生物力学建模、了解肌肉协同多肌肉协同驱动机制；处理脑电、肌电信息以及脑-肌融合在脑中风主动康复系统应用中关键科学问题建立以脑中风患者为中心、主动式多层次康复训练模式，实现主观运动意愿康复治疗目标下列图1是课题技术路线，图2是训练原理图基于脑电与肌电运动意图识别脑卒中主动康复训练模式与系统研究”

（国自然项目：张秀峰）

吕泽平康复工程技术在脑卒中的应用第41页“基于脑电与肌电运动意图识别脑卒中主动康复训练模式与系统研究”

课题技术路线

吕泽平康复工程技术在脑卒中的应用第42页“基于脑电与肌电运动意图识别脑卒中主动康复训练模式与系统研究”