圖片來源：視覺中國
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腦卒中就是通常意義上稱的“腦中風(fēng)”，是由大腦中的血管破裂或是堵塞引發(fā)的腦組織死亡。破裂出血一般稱為腦出血，堵塞一般稱為腦梗塞。
隨著我國加速進(jìn)入老齡化，腦中風(fēng)的發(fā)病率越來越高，目前中風(fēng)病人已經(jīng)超過了一千萬，每年還會增長150萬到200萬。歐洲美國日本這些發(fā)達(dá)國家情況更加嚴(yán)重。在2012年，美國與腦卒中相關(guān)的開支就高達(dá)716億美元，預(yù)測到2030年這個(gè)開支將會達(dá)到1840億美元以上。所以說隨著老齡化的發(fā)展，腦卒中相關(guān)的醫(yī)療開支會變得越來越高。
腦卒中疾病的癥狀主要有三個(gè)：一是偏癱，因?yàn)橐话愣际菃蝹?cè)的腦區(qū)受到損傷，所以中風(fēng)病人大部分一側(cè)的身體會有問題，比如說肌肉無力僵硬，肌張力過高，或者麻木、感覺能力下降等；二是語言能力，大部分病人語言、認(rèn)知等都會受到一部分的損害；三是殘疾，腦卒中也是造成成年人殘疾的主要原因之一，它死亡率沒有那么高，但是中風(fēng)病人一般都會保留有殘疾，是致殘率非常高的疾病。
在這些癥狀里面，我們覺得步態(tài)障礙對人獨(dú)立生活的能力影響是最大的。一個(gè)人如果失去了獨(dú)立行走的能力就需要專門找人去看護(hù)，對家庭來說需要投入較大的看護(hù)費(fèi)用。
對于腦卒中病人來說，這些障礙可以通過康復(fù)訓(xùn)練的方式得到改善，甚至恢復(fù)。因?yàn)榇竽X是具有可塑性的，通過重復(fù)性的大量的訓(xùn)練，大腦里面會形成新的神經(jīng)回路，癥狀得到改善，這就是所說的康復(fù)訓(xùn)練。
一個(gè)病人需要好幾個(gè)康復(fù)理療師去輔助他，有時(shí)候需要理療師把病人的整個(gè)身體給托起來，對理療師來說體力消耗非常大，甚至某些姿勢也會對理療師造成損傷。
而且在我國康復(fù)理療師的數(shù)量是嚴(yán)重不足的，根據(jù)我國中風(fēng)病人的數(shù)量，我國需要40多萬的康復(fù)理療師，但是其實(shí)專業(yè)的從業(yè)人員只有兩萬左右，所以說這個(gè)缺口非常的大。
我國康復(fù)產(chǎn)業(yè)不管是從人均康復(fù)理療師的數(shù)量還是康復(fù)流程，都是相對來說落后的。而且在老百姓的認(rèn)知中，康復(fù)也不是一個(gè)很必要的概念。在我國致殘率高達(dá)75%，而在國外只有30%左右，因?yàn)樗麄冇谐墒斓囊惶卓祻?fù)體系，一旦脫離危險(xiǎn)馬上進(jìn)行康復(fù)，只有少部分人會有殘疾。但是在我國，中風(fēng)之后就回家一躺，一躺就再也起不來了。
所以說采用機(jī)器人來輔助人工進(jìn)行康復(fù)是一個(gè)必然的趨勢。而且在國外這種老齡化更嚴(yán)重、人力成本更高的地方，他們對機(jī)器人的需求也更加迫切。
機(jī)器人本身不知疲倦，非常適合高體力消耗、重復(fù)性的活動。而且機(jī)器人可以內(nèi)置很多傳感器，可以實(shí)時(shí)檢測人體的狀態(tài)，也可以做出評估，這樣的話也不需要依賴康復(fù)理療師的經(jīng)驗(yàn)或者知識背景。而且康復(fù)機(jī)器人可以預(yù)先植入多樣化的算法，可以實(shí)時(shí)根據(jù)人體的情況提供智能化的訓(xùn)練，達(dá)到更好的康復(fù)效果。
不同形態(tài)的步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人
a減重跑臺系統(tǒng)：BWS(body weight support)是一個(gè)減重系統(tǒng)，可以幫人保持平衡并且分擔(dān)一部分體重。底下還配置了一個(gè)跑臺。它其實(shí)不能算是機(jī)器人，但是最早的步態(tài)康復(fù)器械就是這樣，通過減重系統(tǒng)把人吊起來，在跑步機(jī)上或者平地做行走訓(xùn)練，很多康復(fù)機(jī)器人就是在此基礎(chǔ)之上研發(fā)的。
瑞士Hocoma公司生產(chǎn)的Lokomat
廣州一康
b減重跑臺外骨骼：在前面的基礎(chǔ)之上就有了b形態(tài)，在腿上配上機(jī)器人外骨骼，對下肢的關(guān)節(jié)進(jìn)行輔助。比如說上圖是瑞士Hocoma公司生產(chǎn)的Lokomat，還有一個(gè)是國產(chǎn)廣州一康的產(chǎn)品。這種設(shè)備一般單價(jià)都比較高，lokomat國內(nèi)要賣500萬以上，國產(chǎn)的也要接近300萬，一般人很難負(fù)擔(dān)得起，所以大多用在醫(yī)院里。除了貴之外，還比較笨重，而且髖關(guān)節(jié)自由度比較少，會導(dǎo)致步態(tài)異常。
Lokohelp
Gait Trainer
c末端軌跡機(jī)器人：c類型和b不一樣的地方就在于，它對下肢的引導(dǎo)不是通過下肢關(guān)節(jié)，而是通過抓住他的腳，即末端軌跡來實(shí)現(xiàn)的。上面這臺叫Lokohelp，底下這臺叫Gait Trainer。它通過減重系統(tǒng)把人吊起來，腳步固定機(jī)器人上，底下踏板會根據(jù)步態(tài)的軌跡做運(yùn)動。但是這種機(jī)器人步態(tài)軌跡比較單一，只能用事先規(guī)劃好的末端軌跡。
踝關(guān)節(jié)機(jī)器人
d固定式機(jī)器人：人可以坐著或者是躺著做訓(xùn)練。這張圖是一個(gè)踝關(guān)節(jié)機(jī)器人，大家可以看到腳踩在平臺上面，然后通過底下的并聯(lián)結(jié)構(gòu)給踝關(guān)節(jié)提供多個(gè)自由度，人就可以坐著單獨(dú)對腳踝進(jìn)行訓(xùn)練。
常州錢璟公司的Flexbot
這張圖是常州錢璟公司出的Flexbot，可以使人躺著也可以把人豎起來，腿部可以通過外骨骼帶動下肢進(jìn)行步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練，像這種系統(tǒng)有減重系統(tǒng)和外骨骼，但是底下是沒有跑臺的。
踝關(guān)節(jié)機(jī)器人
膝關(guān)節(jié)機(jī)器人
e單關(guān)節(jié)機(jī)器人：這里列舉的機(jī)器人可以對下肢單關(guān)節(jié)提供助力，可以針對情況比較輕的病人，他們不需要整條腿的輔助。這種機(jī)器人必須重量得輕，電池續(xù)航也要很好。目前市面上有的幾款大多都比較重，一個(gè)關(guān)節(jié)就要三公斤以上，重量完全承在人的腿部，對人會造成一定的負(fù)擔(dān)，特別針對病人或者是老年人。
以色列的ReWalk
日本的HAL
f可穿戴外骨骼機(jī)器人：我們公司做的機(jī)器人也是這個(gè)樣子的。上面這臺灰色的是以色列的ReWalk，白色的這個(gè)是日本的HAL，他們兩個(gè)做得比較早，也比較成熟。
這種機(jī)器人體積比較緊湊，重量相對較輕。因?yàn)樗袃蓷l腿，總有一條腿是在地上的，所以機(jī)器人本身重量的一部分可以傳到地面，人不需要負(fù)擔(dān)整個(gè)機(jī)器人所有的重量。它不止可以用在中風(fēng)病人的步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練上，也可以給殘疾人或者老年人做日常步態(tài)輔助用。
Andago
KineAssist
g減重系統(tǒng)加可移動平臺：平地行走的訓(xùn)練比跑臺訓(xùn)練的效果相對更好，這點(diǎn)已經(jīng)得到驗(yàn)證了，所以說才會有這種形態(tài)的機(jī)器人。在A的基礎(chǔ)之上把跑臺取消了，然后用一個(gè)滑動的平臺來幫助人做平地行走的訓(xùn)練。上面一個(gè)是Andago，另一個(gè)叫KineAssist。
h減重系統(tǒng)加可移動的平臺加外骨骼：g系統(tǒng)還是會面臨跟a一樣的問題，就是中風(fēng)病人下肢是沒有力量的，沒有辦法走出很好的步態(tài)，下肢還是需要一定的助力。所以就有一些學(xué)校研究組就結(jié)合了減重系統(tǒng)、可移動的平臺，并且還在腿上加關(guān)節(jié)加了外骨骼，即h系統(tǒng)。
新加坡南洋理工的機(jī)器人
上海交大的機(jī)器人
比如這兩張圖是新加坡南洋理工和上海交大的機(jī)器人，但是這種系統(tǒng)整體來說太過復(fù)雜，機(jī)器人本身變得非常難以控制。目前市面上還沒有這種形態(tài)的康復(fù)機(jī)器人產(chǎn)品出現(xiàn)，僅僅還存在于研究之中。
這個(gè)問題主要于機(jī)器人控制相關(guān)，因?yàn)橥夤趋罊C(jī)器人還可以用在殘疾人或者老年人的輔助行走，在這種情況下人體運(yùn)動意圖的檢測就會變得非常重要。這個(gè)人到底是想走還是想停？想站還是想坐？通過這些方式機(jī)器人和機(jī)器人協(xié)作完成這樣復(fù)雜的任務(wù)。
比較直接的方法就是采用人體生理學(xué)的信號。比如肌電信號——肌肉用力的時(shí)候會產(chǎn)生電信號，機(jī)器人采到這個(gè)信號之后，跟人同一個(gè)方向做出輸出就可以了。這個(gè)技術(shù)有一些本身的問題經(jīng)過了十多年也還沒有很好的解決。比如人和人之間的信號會有差異，而且皮膚出汗或者干燥采到的信號是不一樣的，肌肉疲勞了測得的信號也會不一樣，所以說用肌電信號還沒有辦法做到很穩(wěn)定精確的機(jī)器人控制。
再比如腦電信號——在大腦皮層采集電信號，通過解析可以很直接的獲取人想要運(yùn)動的意圖。但是這個(gè)信號也會有比較大的問題。首先設(shè)備一般都比較貴，實(shí)驗(yàn)室里邊64通道的EEG的采集設(shè)備都要一百多萬以上，想要做成產(chǎn)品化會是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。而且腦電信號非常的嘈雜，頻道也非常多，想從這些嘈雜的信號里面得到需要的意圖是很難得。而且下肢的運(yùn)動意圖，因?yàn)槁裨谀X區(qū)相對比較深的地方，所以如果僅僅是采大腦皮層的信號的話，難度比較大。
第三，機(jī)器人信號——通過MU檢測人體的姿態(tài)或者重心等等。人走路會有一些預(yù)動作，比如邁左腿重心就會往右移。通過檢測重心的變化可以識別一部分人的意圖，或者通過多個(gè)角度的傳感器融合也可以得到一些想要的信息。
如果只是緊緊抓住人的腿去跟蹤步態(tài)軌跡，這種被動訓(xùn)練是沒有任何效果的，甚至還會起到反作用，這一點(diǎn)學(xué)術(shù)界已經(jīng)證明了。理療師可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來給病人施加助力，機(jī)器人也應(yīng)該跟人類一樣根據(jù)需要施加助力。
理想的康復(fù)策略是像人類理療師一樣讓病人主動去走，走不好的話，機(jī)器人可以得知他需要多少力并且要給他提供多少力，用這種方式才能達(dá)到最好的康復(fù)訓(xùn)練效果，所以在康復(fù)訓(xùn)練里邊，激發(fā)人訓(xùn)練主動的意圖這點(diǎn)是非常重要的。
在康復(fù)訓(xùn)練里邊有一些工具可以使用，比如視覺的刺激，通過VR游戲，來增加訓(xùn)練的趣味性。比如在左邊放個(gè)金幣刺激人去往左轉(zhuǎn)，這種方式可以起到一定的效果。聽覺引導(dǎo)也是可以的，目的就是為了激發(fā)人體主動訓(xùn)練的意圖。
工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)應(yīng)用了非常多年了，但是工業(yè)機(jī)器人一直沒有進(jìn)入人們的生活之中，甚至在工廠里都是關(guān)在籠子里面的，大家都不能靠近他，因?yàn)榭赡軙θ梭w造成傷害。但是康復(fù)機(jī)器人這種領(lǐng)域，機(jī)器人和人體是直接連在一起的，同時(shí)還要完成復(fù)雜的任務(wù)，在種情況下安全性就變得至關(guān)重要。
傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)械臂采用的都是剛性驅(qū)動的方式，但是因?yàn)槠浔旧礓摱雀?，慣性大，做力控制時(shí)就會有一定的難度，需要用復(fù)雜的算法去保證穩(wěn)定性，而且這個(gè)系統(tǒng)的帶寬也比較小，導(dǎo)致訓(xùn)練的速度會比較慢。
我們的解決辦法就是：機(jī)器人上采用柔性驅(qū)動器，在剛性驅(qū)動器的基礎(chǔ)之上增加一些柔性的傳動元件。這樣就可以增加機(jī)器人本身內(nèi)在的柔性，也可以在不需要力和力矩傳感器的情況下實(shí)現(xiàn)力反饋，提供精確穩(wěn)定的力控制。柔性驅(qū)動器其實(shí)可以適用于非常多的應(yīng)用場景，只要機(jī)器人涉及到和人物體交互的情況都可以使用。
我們公司叫深圳市邁步機(jī)器人科技有限公司，2016年9月成立，是一家專注于開發(fā)醫(yī)療康復(fù)機(jī)器人和人機(jī)交互技術(shù)的公司。我們公司在今年4月份完成了天使輪融資，由聯(lián)想創(chuàng)投集團(tuán)領(lǐng)投。
我本科畢業(yè)于上海交通大學(xué)機(jī)械工程及自動化系，后來在新加坡國立大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程讀的博士，博士的課題就是康復(fù)外骨骼機(jī)器人，以及柔性驅(qū)動器人機(jī)交互方面，后來還做過一段時(shí)間的博士后，博士后研究的課題是腦控康復(fù)機(jī)器人等。我們團(tuán)隊(duì)的CTO葉晶博士是日本早稻田大學(xué)的博士，后來在新加坡國立大學(xué)做博士后。那時(shí)候我們是一個(gè)實(shí)驗(yàn)室的，他研究的課題也在步態(tài)康復(fù)機(jī)器人領(lǐng)域，他的導(dǎo)師非常出名——藤江正克老師，在日本相當(dāng)于是這個(gè)領(lǐng)域的開山鼻祖。
上圖是我們的外骨骼機(jī)器人產(chǎn)品，它屬于二類的醫(yī)療器械，主要用在醫(yī)院里面給中風(fēng)病人做步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練，我們的客戶主要是醫(yī)院和康復(fù)中心等。
這個(gè)機(jī)器人的尺寸是可以調(diào)節(jié)的，身高1.5米到1.9米之間，體重不超過85公斤的病人都可以使用，它本身的重量在20公斤以下。
跟目前現(xiàn)有的外骨骼機(jī)器人不同，我們機(jī)器人有六個(gè)關(guān)節(jié)，包括雙側(cè)的髖、膝、踝關(guān)節(jié)。我們的機(jī)器人采用了柔性驅(qū)動器作為輸出，這樣在力控制的時(shí)候，穩(wěn)定性和精度會變得非常高，特別適合在人機(jī)交互的場景里面使用。
我們機(jī)器人上裝了非常多的傳感器，可以實(shí)時(shí)檢測人體的運(yùn)動狀態(tài)。而且通過一些人工智能的算法，我們可以預(yù)測人體的意圖，比如想走得快一點(diǎn)還是慢一點(diǎn)，包括他想邁左腿還是右腿以及想走想停這些，這些信息會用于控制機(jī)器人。
目前我們的產(chǎn)品已經(jīng)完成了第三代的樣機(jī)，再過一個(gè)月左右，我們的產(chǎn)品就出來了，就會變成大家在這張圖中所看到的樣子——一個(gè)很漂亮的外骨骼機(jī)器人。
1、聽您剛才介紹，我感覺對步態(tài)康復(fù)機(jī)器人來說非常重要的就是運(yùn)動意圖感知。您剛才也說了這方面存在很多困難。我想更多地了解這方面的信息，還有邁步機(jī)器人采用的是哪種方法？
陳功：從應(yīng)用的角度來說，要實(shí)現(xiàn)人對機(jī)器人的控制其實(shí)也不難，最簡單的比如說通過按紐方式，選擇機(jī)器人的模式或者是速度之類的要求。
但我們是希望機(jī)器人能做到比較智能，可以在不需要人額外操作的情況下機(jī)器人就可以對人進(jìn)行輔助康復(fù)訓(xùn)練。我們會首先讓人主動去行走，在前面幾步里機(jī)器人給比較小的助力，然后機(jī)器人會檢測人體的運(yùn)動狀態(tài)，把軌跡記錄下來和正常人的步態(tài)軌跡進(jìn)行對比，以此找到步態(tài)的異常，再決定機(jī)器人助力的等級，通過這種方式就可以達(dá)到智能訓(xùn)練的效果。
2、剛才說到價(jià)格，我覺得這個(gè)痛點(diǎn)非常痛，幾百萬的價(jià)格一般家庭無法負(fù)擔(dān)得起，邁步機(jī)器人會是家用的，還是醫(yī)院用的？
陳功：我們現(xiàn)在做的這款機(jī)器人主要是在醫(yī)院里邊用的。價(jià)格現(xiàn)在還沒有確定，因?yàn)槭忻嫔线€沒有類似的產(chǎn)品，也沒有辦法對比，但最后的價(jià)格肯定會比國外的產(chǎn)品便宜，可能會在30到50萬之間吧。如果要進(jìn)入家庭的個(gè)人版那種，這個(gè)價(jià)格肯定還是太高了，希望以后可以控制在10萬以內(nèi)。
3、畢竟每個(gè)患者情況不同，請問步態(tài)康復(fù)機(jī)器人怎么實(shí)現(xiàn)的適應(yīng)不同患者的需要？
陳功：對于不同的病人，身高體重這種都是可以滿足的，機(jī)器人的尺寸是可以調(diào)節(jié)的?；颊咧g的差異主要還是體現(xiàn)在步態(tài)異常上，所以我們的機(jī)器人會采集分析病人的步態(tài)特征并據(jù)此決定助力情況。
當(dāng)然也不是所有的病人都可以使用外骨骼機(jī)器人設(shè)備。首先患者還是得具有一定的行動能力，至少是自己可以保持平衡，如果他連平衡都沒有辦法保持，比如說無力的或者是僵硬那種情況的話，可能就不適合用我們這個(gè)機(jī)器人了。
4、請問陳總，能不能透露下邁步機(jī)器人的技術(shù)壁壘主要在哪里？
陳功：我們的技術(shù)特點(diǎn)主要集中在柔性驅(qū)動器。目前市面上現(xiàn)存的包括美國、日本的機(jī)器人都是采用的剛性驅(qū)動器，就是說電機(jī)通過減數(shù)據(jù)直接帶動負(fù)載。我們?nèi)嵝则?qū)動器中間會有一些彈性的元件，在人機(jī)交互的時(shí)候，安全性就可以得到極大的提升，而且力控制的穩(wěn)定性和精確性也是比較高的。
我們也有與柔性驅(qū)動器相匹配的控制算法，會更加的安全、舒適，這也涉及到我最后提到那點(diǎn)康復(fù)策略那塊，因?yàn)槿俗呗返臅r(shí)候，在康復(fù)訓(xùn)練之中需要的其實(shí)是一個(gè)力的輔助，而不必要過于強(qiáng)調(diào)軌跡的精確性。通過柔性驅(qū)動器，我們就可以提供所需要的力。
5、請問邁步機(jī)器人有走到獲得各種許可證的階段嗎？已經(jīng)有哪些進(jìn)展了呢？
陳功：目前我們的產(chǎn)品大概還需要一個(gè)月左右的時(shí)間完成，接下來還需要去做送檢，做臨床才可以拿認(rèn)證。保守估計(jì)，到2018年底左右我們的產(chǎn)品可以拿到許可證上市銷售，所以說中間還有一段過程。
6、政策方面有什么限制或利好嗎？
陳功：政策方面，國家整體還是很支持的。一方面我們這個(gè)是智能機(jī)器人，而且還是和醫(yī)療健康交叉的領(lǐng)域，這兩個(gè)領(lǐng)域都是國家重點(diǎn)支持的。不管是國家還是地方政府都大力支持我們這個(gè)事業(yè)的。
限制的話其實(shí)談不上，但是醫(yī)療器械本身審批是比較嚴(yán)格的，而且像外骨骼機(jī)器人因?yàn)槭忻嫔夏壳斑€沒有這樣的分類，包括標(biāo)準(zhǔn)之類的前例都還沒有，這可能也會加大審批的難度，所以說我們要做的工作也非常多。
7、請問陳總，為什么是步態(tài)康復(fù)，不是手指、手臂這種部位？
陳功：對中風(fēng)病人來說，手部的康復(fù)，包括手指手臂都是有需要的。中風(fēng)病人一般是偏癱，所以說不只是下肢，上肢也是需要的，但是上肢相對來說比較容易一些，因?yàn)槿丝梢宰祻?fù)，不會有一個(gè)平衡的問題。而且上肢的力量比下肢的要小一些，所以對理療師來說這種體力消耗比下肢康復(fù)要小很多，機(jī)器人的性能要求也低一些。
從機(jī)器人的角度來說，步態(tài)康復(fù)算是難度最大的了，因?yàn)橐环矫嬉颜麄€(gè)人體托起來，還要做復(fù)雜的行走運(yùn)動，同時(shí)還要保持平衡，所以說步態(tài)康復(fù)機(jī)器人相比上肢的領(lǐng)域難度會大很多，而且在市面上，上肢康復(fù)的不管是器械還是機(jī)器人，產(chǎn)品都已經(jīng)有了。
8、請問通過步態(tài)訓(xùn)練，恢復(fù)大腦的一些功能，這其中的機(jī)理是什么??？
陳功：這是基于大腦的可塑性。大腦里面的結(jié)構(gòu)，包括突觸、神經(jīng)回路，這些是會變化的。比如說打籃球，我們一開始不會，但是通過訓(xùn)練就慢慢的會了，因?yàn)樵诖竽X里面會形成新的突觸和神經(jīng)回路。
對于中風(fēng)病人來說，他們有一部分腦組織受到了損傷，大腦內(nèi)某一區(qū)域受到損傷之后可能一些功能就損傷了，但是通過康復(fù)訓(xùn)練，健康的腦組織會形成新的神經(jīng)回路，這些功能就可以得到改善。（本文獨(dú)家首發(fā)鈦媒體，根據(jù)邁步機(jī)器人創(chuàng)始人、CEO陳功在鈦坦白上的分享整理）
【鈦客介紹：陳功博士畢業(yè)于新加坡國立大學(xué)，博士后研究內(nèi)容包括步態(tài)康復(fù)外骨骼機(jī)器人的設(shè)計(jì)及控制、人機(jī)交互控制、腦控機(jī)器人等。在國際頂級期刊和會議發(fā)表論文近三十篇。獲深圳市孔雀計(jì)劃人才認(rèn)定?！?/p>
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用機(jī)器人來輔助康復(fù)病人之舉，不但是科技進(jìn)步的體現(xiàn)，也是行善積德的行為，我用雙手點(diǎn)贊。
陳總講得很好，作者整理的也很有條理，不知道這種機(jī)器人能不能用來給普通人調(diào)整錯誤走路姿勢呢...
請問不同形態(tài)的康復(fù)機(jī)器人的圖片是引用的哪篇論文，方便告知一下嗎？??