第六章-新技术在康复工程中的应用...ppt

新技术在康复工程学中的应用 一种可编程和多功能的 用来搬运材料 零件 工具的操作机 或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统 机器人系统具有类人的功能 还能完成各种动作 机器人系统的结构由机器人的机构部分 传感器组 控制部分及信息处理部分组成 属于医疗机器人范畴 康复机器人是人 机 环境的和谐统一体 是康复工程与机器人技术相结合的产物 体现了康复医学和机器人技术的完美结合 涉及康复医学 生物力学 机械学 力学 电子学 材料学 计算机科学以及机器人学等诸多领域 康复机器人是为了帮助病人进行康复训练 或以机器人辅助病人的某些生理功能 照顾老人或残疾人的日常生活 帮助处理医院里的一些日常事务而设计的一类机器人 涉及机器人运动学 动力学 伺服控制技术外 还涉及到人体的运动机理和运动模型 人与机器人的协调运动控制 人机安全 特种机构 人的运动状态测量及康复评价方法等多项技术 一 定义从广义上讲 康复机器人系统包括医院机器人系统 家庭日常生活护理机器人和智能轮椅等 从狭义上讲 康复机器人系统是帮助残疾人解决生活中困难的一种工具 它可以在家里或在工作场合使用 使残疾人获得更强的独立生活能力 并相当大的提高他们的生活质量 1 Handy1康复机器人目前世界上最成功的一种低价的康复机器人系统 提供可以拆卸的滑动托盘 以实现相应的功能 吃饭 喝水托盘洗脸 刮脸 刷牙托盘化妆托盘 2 机器人护士 Ri Man 日本的物理与化学研究所 RIKEN 研制高158厘米 重约100公斤 装备了5个天线传感器和19个传动装置 能和人一样保持身体平衡并完成看护病人的任务 3 护士助手 护士助手 是一个移动式护理机器人 由行走部分 行驶控制器及大量的传感器组成 可以在医院中自由行动 其速度为0 7米 秒左右 1 双手协调训练装置 手 物体 手 hand object hand 该装置从人类日常生活中对双手协调性工作的需要出发 利用健手带动患手的主从方法 通过实现简单的双手移动和挤压物体以达到训练双手协调性的目的 康复训练机器人应用现状 2 MIT Manus康复机器人该机器人是一种30英寸高的机械臂 可以与计算机屏幕相连接 是由五连杆组成的平面两自由度并联机构 3 MIME Mirror ImageMotionEnabler 该系列机器人分为三代 第一代能够完成两个自由度的单关节运动 包括肘部屈 伸 前臂旋前 旋后的运动 第二代能够实现前臂的平面运动 第三代能够实现前臂的三维空间运动 可执行被动运动和主动 辅助运动两种训练形式 4 ARMGuide AssistedRehabilitationandMeasurementGuide 该设备具有三个自由度 通过手动调节其中两个自由度Yaw和Pitch使患者完成不同直线轨迹的上肢及物 reach 运动训练 5 Lokomat下肢康复机器人下肢康复训练机器人能够使患者模拟正常人的步伐规律作康复训练运动 锻炼下肢的肌肉 恢复神经系统对行走功能的控制能力 达到恢复走路功能的目的 第二节环境控制系统 一 概述 环境控制系统 environmentalcontrolsystemorunite ECSorECU 是专为四肢瘫或其他重度残疾者设计的一种自动控制系统 系统可以帮助患者利用其尚存的活动能力 有效的控制病床周围环境中的一些常用设施 并按照编好的程序完成特定的任务 环境控制系统是残疾人与环境间的桥梁 可以帮助残疾人不同程度地减少日常生活依赖程度 提高生活自理能力 在提高重度残疾人的生活质量方面有着积极意义 二 内容 一 定义环境控制系统 environmentalcontrolsystemorunite 简称ECSorECU 是为四肢瘫或其他重度残疾者设计的 用以控制病床周围环境中的一些常用设施 以减少在日常生活中的依赖程度的自动控制系统 二 系统的组成 三 临床应用 一 环境控制选择 二 典型环境控制系统介绍由吹吸指令管控制的生活环境系统 第三节功能性电刺激 功能性电刺激 functionalelectricalstimulation FES 属于神经肌肉电刺激 neuromuscularelectricalstimulation NES 的范畴 是利用一定强度的低频脉冲电流 通过预先设定的程序来刺激一组或多组失去神经控制的肌肉 使其收缩 诱发肌肉运动或模拟正常的自主运动 以替代或矫正器官及肢体已丧失的功能 达到改善或恢复被刺激肌肉或肌群功能的目的 一 概述 二 基本原理 正常神经肌肉组织产生动作的原理 功能性电刺激引起动作产生的原理 二 基本原理 肌肉电刺激 广泛应用 肌肉刺激电极是传递控制信号的关键元件 一个完整的电极是保证整个系统工作的必要条件 临床中 通常选用不锈钢作为电极材料 如SS304 SS316和SS316LVM等型号的不锈钢丝 二 基本原理 FES中常有的Lily刺激波型A 幅度pw 脉宽d 延迟SP 刺激脉冲的周期 即刺激频率的倒数 产生Lily刺激波型原理框图I 脉冲波型发生器C 串联电容R 人体 电极界面阻抗P 可控电子开关 电刺激系统 三 物理特性 波升是指达到最大电流所需要的时间 波降是指从最大电流回落到断电时所需的时间 四 治疗作用 1 适应证与禁忌证 1 适应证 脑卒中 脊髓损伤 脑瘫后的下肢 上肢运动功能障碍 进行站立 步行功能训练 手功能训练 马尾或脊髓损伤后的排尿功能障碍等 2 禁忌证 带有心脏起搏器者禁用其他部位的神经功能性电刺激 意识不清 肢体骨关节挛缩畸形 下运动神经元受损 神经应激性不正常者 五 临床应用 五 临床应用 2 上运动神经元瘫痪 1 辅助站立和步行 2 控制上肢运动 3 呼吸功能障碍膈肌起搏器 有体外式和植入式二种 主要用于脑血管意外 脑外伤 高位脊髓损伤所致的呼吸肌麻痹 4 排尿功能障碍 1 尿潴留 FES对尿潴留的治疗都是采用植入式电极刺激逼尿肌 使其收缩 并达到一定的强度 克服尿道括约肌的压力 使尿排出 典型的刺激参数是频率20Hz 脉冲宽度1ms 电极植入的位置和刺激部位有几种 直接刺激逼尿肌 刺激脊髓排尿中枢 刺激单侧骶神经根 刺激骶神经根的部分分支 2 尿失禁 FES刺激尿道括约肌和盆底肌 增强其肌力 对男性患者可用体表电极或直肠电极 对女性患者可用阴道电极 最早使用阴道电极是在1977年 刺激参数为频率20Hz 波宽0 1 5ms 通断比为8 15 波型为交变的单相方波或双相方波 用阴道电极治疗的有效率很高 Susset等 1995 报道成功率达62 Smith 1996 报道对紧张性尿失禁的有效率为66 对压力性尿失禁的有效率为72 5 特发性脊柱侧弯用双通道仪器 体表电极置于侧弯的两个曲线最高的脊椎旁 刺激髂肋肌 最长肌 棘肌 每晚睡觉后治疗 达到每天8 10小时 电流强度以引起肌肉强收缩而又不引起疲劳为限 电流参数 推荐用RanchoLosAmigos医院康复工程中心的标准 频率25Hz 脉冲宽度0 2ms 通断比6 6 上升时间1 5s 下降时间0 8s 强度60 80mA 连续治疗6 42个月 或直到患者的骨骼成熟为止 疗效与矫形器的效果一致 病人的年龄 弯曲的位置和程度 是否有并发症 能影响疗效 一般说弯曲度 Cobb角 在20 40 之间的进行性侧弯 适合FES治疗 6 肩关节半脱位常见于脑血管意外 四肢瘫 格林 巴利综合征 是由于冈上肌 三角肌无力所致 可出现疼痛 上肢肿胀等症状 方法是用双相方波刺激冈上肌和三角肌后部 附 心脏起搏器 第四节其他新技术的应用 一 远程康复 远程康复系统 二 视觉与听觉障碍的辅助技术 一 视觉障碍的辅助技术 一 视觉障碍的辅助技术 二 听觉障碍的辅助技术 人工耳蜗目前全聋患者恢复听觉的惟一有效的治疗方法 二 听觉障碍的辅助技术 人工耳蜗人工耳蜗一般包括体内的植入体 和体外的言语处理器 头件三个部分 二 听觉障碍的辅助技术 人工耳蜗人工耳蜗的工作过程 一 等速肌力测训系统包括 Cybex Biodex Lido Kin com及Ariel等多种仪器 可以进行等速离心 等速向心 等长 等张等多种不同肌肉收缩方式的肌力测试 提