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数十亿康复市场待激活,数十万人才缺口期待“钢铁侠”,外骨骼机器人何时能落地?

2019-03-29 10:08
动脉网
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动脉网记者曾经采访过的睿瀚医疗、新加坡Roceso以及香港Zunosaki(HandyRehab)等企业均为上肢外骨骼辅助康复的形式。

以Roceso为例,这家位于新加坡的上肢外骨骼手套研发商生产的软机器人解决方案为康复和日常生活中患有肢体运动功能障碍的患者提供功能性帮助。

据Roceso CEO王璐介绍,上肢的难度在于,手部关节的细小和运动方向的复杂。手肘是比较接近下肢的180度运动,肩膀、手腕的运动维度可能360度都会有不同的方向。

而手指的难度在于每个人的手指关节都有不一样的长度和运动方向,所以刚性外骨骼不太适用于上肢的康复,Roceso选择以布料织物和橡胶为主的柔性材料。

另外上肢外骨骼设计起来更复杂还有另一个原因,就是上肢各关节协调运动时的不确定性。下肢走路各关节的角度方向以及次序是可设定的,因此,对于下肢外骨骼来说,另一个好处就是步态学习。

从材料和关节驱动来看,外骨骼也可以分为柔性和刚性两类。对于下肢来说,要支撑偏瘫、截瘫甚至残疾患者的整个身体,达到行走的目的,还是只有刚性材料才能达到支撑的强度。

柔性外骨骼的开发难度主要体现在动力传递上,即如何安全准确的输出力量,这又涉及到基于人工智能算法的模式识别。即通过穿戴传感器数据,识别出步态周期中需要助力的时间点,并自适应各种行走模式。

外骨骼机器人的控制模型可以分为感知层、控制层和决策层。其中,控制系统需要确保外骨骼能快速准确的响应人体的各种动作,还要考虑外骨骼与不同操作者之间的默契,以适应不同操作者的运动特点,整体拥有较高的技术壁垒。

从公司定位来看,傅利叶智能并不算一家典型的外骨骼机器人企业,而是专注于研发多种形态的康复机器人公司,顾捷表示:“外骨骼机器人是从形态上定义的一类机器人,这是比较泛的概念,包覆在人的身体上的穿戴式机器人可以叫做外骨骼,从技术角度来讲主要用到机器人的技术、传感器的技术、算法的技术,属于比较宽泛的技术概念。”

傅利叶智能商务经理杨志豪告诉记者,傅利叶智能的外骨骼机器人产品的控制有好几种模式,一种是被动模式,机器人本身设置了被动的轨迹,患者在穿戴上机器人后,可根据标准轨迹行走;另外也有主动模式,根据采集的力学信号,进行助力行走。

“不同模式针对不同康复期的使用者。被动模式是针对下肢完全瘫痪的,比如说脊髓损伤的患者,然后主动模式更多的是针对偏瘫、脑卒中的患者,或者是非完全性脊髓损伤的患者,应用场景不太一样。”

除了被动的轨迹训练、肌电信号的捕捉,关于脑电形式控制行动的技术也正在突破,以期更好地进行人机交互。包括Roceso、布法罗在内的几家企业均在此技术方面有一定成果。布法罗已经实现使用肌电、脑电、肌脑电混合的技术产品化,并在CCTV1的机智过人节目中展示了以上技术。

主要用于步态障碍,外骨骼可一定程度恢复行走能力

随着我国老年化进程加重,脑卒中患者数量持续上升。据2017年《中国脑卒中防治报告》公布的数据显示,我国每年约有246万脑卒中新发人群,并以每年8.7%的速度持续上升。其中高达75%卒中幸存者存有着不同程度的运动功能障碍。

然而,上述数据也仅仅是需要康复的人群中的一部分,在外骨骼机器人的适应症方面和功能方面,一般应用于由脑卒中、脑瘫、帕金森、脊髓损伤等神经退行性疾病引起的步态障碍。

一个人如果失去了独立行走的能力就需要专门找人去看护,对家庭来说需要投入较大的看护费用。北航教授、大艾机器人的创始人兼CEO帅梅在机器人领域深耕了十几年,她认为,研发外骨骼机器人真正帮助到无法行走的患者康复,一定程度上是“康复一人幸福全家”。

“对于脑卒中病人来说,这些障碍可以通过康复训练的方式得到改善,甚至恢复。因为大脑是具有可塑性的,通过重复性的大量的训练,大脑里面会形成新的神经回路,症状得到改善,这就是所说的康复训练。”

目前,大艾机器人与与国内顶尖的康复团队合作(北京积水潭医院、北京宣武医院、301医院、国家康复辅具研究中心等),已进行了2000例临床患者应用,据帅梅透露,目前机器人应用的康复效果已有数据可证,数据将作为研究成果发表相关文献。

王璐表示,在外骨骼用于下肢康复效果方面。国际上的一些会议有很多研究者用Rewalk或者用ekso来做研究。针对手部康复而言,有研究显示,相比较单关节运动,针对日常生活行为(ADLs)的“脑部功能区域学习”,不仅会提高病人的积极性, 而且会提高康复效果。

“外骨骼的好处在于至少使患者动起来了,动起来之后至少患者体内脂肪就,尤其腹部的脂肪就会减少,相应地也会减少一些病人得其它病的几率。”

在访谈多家外骨骼企业后,我们总结出,外骨骼这一形态的机器人主要针对脑卒中、外伤或术后神经损伤所致肢体功能障碍患者,帮助截瘫或偏瘫的病人恢复上肢机能或下肢行动能力。

当然,在健康领域,也有利用外骨骼机器人增强人体运动能力的企业,如博灵机器人。据博灵机器人CEO张萌介绍,外骨骼机器人应当是主动适应、主动帮助人的机器人设备,因此,博灵机器人的使用场景并不局限于如康复之类的某一个具体的场景。

与医疗器械不同,博灵机器人目前瞄准了两大场景,一是当用户的行动或运动能力有所下降时,通过帮助使用者提升运动能力和运动量的方式,来帮助他更好地管理自己的体重,从而更好地管理自己的健康;二是运动健身领域,通过为用户提供外骨骼机器人产品,运动健身机构能够提供有效、量化的身体评估测量分析,并提供运动规划,帮助健身房实现个性化服务,升级迭代。

除了步态障碍的康复外,创瑞基金投资总监李弘燚表示,针对正常人增强负重避免肌肉损伤或者柔性材料增强正常人的运动能力的外骨骼应用,也是比较有前景的方向。

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