中国国际医疗器械设计与制造技术展览会(Medtec China)2021

专注于为医疗器械研发与生产服务

2022年8月31-9月2日 | 上海世博展览馆1&2号馆

 

医疗器械制造展携艾利特等医疗机器人展商共同关注下一代康复机器人设计要点

2022-07-11

基于庞大的人口数据,我国被认为是全球康复需求最大的国家。《柳叶刀》统计数据显示,2019年我国有康复需求的人数达4.6亿人。例如,我国脑卒中患者约为1300万人,残疾人总数约为8502万,其中肢体残疾达2472万。

近日,医疗器械制造展Medtec中国展了解到山东省青岛市胶州中心医院王洋、侯玉华发表的论文《脑卒中康复治疗的护理配合》显示:脑卒中患者接受康复治疗后,90%的患者能够自理生活,30%能够做较轻的工作;未接受康复治疗的脑卒中患者,仅有6%的患者能够自理生活,仅有5%的患者能够做较轻的工作。


通过该研究可以看到,康复治疗对于患病人群恢复正常生活、回归社会有巨大帮助。庞大的患者需求催生了巨大的康复市场,而随着人口老龄化的加速、国民康复意识的觉醒以及国家政策的强力推动,康复医疗服务行业市场规模将持续增长。

蛋壳研究院发布的《2019康复产业发展潜力研究报告》显示:2018年,我国康复医疗市场规模达450亿元,预计到2022年将达到1033亿元,2018-2022的年复合增长率达23%。

同时,蛋壳研究院还对康复产业细分领域发展潜力进行综合评价,认为康复机器人、远程康复、康复信息化、骨关节康复、康复护理和心肺康复是未来的六大黄金赛道。

困于技术与理念,传统外骨骼康复机器人存在三大局限

康复行业的前途是光明的,但道路是曲折的。一方面,我国康复行业存在康复机构数量少、康复医师少、康复师水平参差不齐等痛点;另一方面,用于解决上述痛点的传统外骨骼康复机器人存在一定的局限性。

事实上,外骨骼是美国军队于20世纪60年代专为增强单兵作战能力而研发的设备。1960年左右,美国通用电气公司和美国国防先进研究项目局研发出外骨骼设备——Hardiman,该设备能使穿戴者的力量增加25倍,但其体积庞大,重达680kg,且供能不足、无法长久续航。 随着传感器、计算机等技术的发展,美国、英国、加拿大等国在20世纪80年代加大了对外骨骼设备的研究。同时,一部分研发团队基于外骨骼设备支撑人体、带动人体运动的功能,开始探索将外骨骼技术应用于医疗康复领域。据统计,20世纪90年代初,全球已有至少56个外骨骼康复机器人研究中心。

公开资料显示,传统外骨骼机器人可通过牵拉、支撑等方式帮助截瘫等患者重新实现站立、行走、转身等动作。同时,还可以帮助患者进行一定的康复训练。例如,脑卒中、偏瘫等患者可能在早期出现1-2周的软瘫期,且软瘫时间越长,患者的功能恢复越差。通过传统外骨骼康复机器人进行被动运动,有助于患者肢体功能的恢复,加速患者的康复过程,提升预后效果。

另外,对于部分患者,如长期卧床者,传统外骨骼康复机器人可帮助其拉伸肌肉,延缓肌肉萎缩。但是,以军用外骨骼为内核的传统外骨骼康复机器人,在辅助截瘫等患者方面具有显著价值,但将其用于康复治疗,则存在着明显的局限性。

首先,传统外骨骼康复机器人是被动训练,较主动训练的康复效果更小。在康复领域,医学界有一个共识:相比于牵拉式的被动训练,患者主动训练的临床获益更高。

其次,传统外骨骼康复机器人较为笨重、庞大,使用也较为复杂。例如,一部分传统外骨骼康复机器人需要康复师先进行约1周时间的培训,再培训患者多次后,才可以在康复师陪护的情况下使用。

最后,人体下肢有7个自由度,但传统外骨骼康复机器人的自由度无法满足患者需求。例如,一机构研发出的坐卧式外骨骼康复机器人,单下肢具有3个自由度。

总的来看,传统外骨骼康复机器人可用于辅助截瘫等患者行走、运动,但其要用于康复治疗,还需更进一步的优化和突破。

春江水暖鸭先知,许多专注于医疗机器人等医械产品设计研发的企业也纷纷入驻医疗器械制造展Medtec中国展展会现场,包括迈得Maider,米克朗,赛能,欧赛斯,艾利特等,点击快速预登记,来现场看火热与前沿展品。

突破硬件及算法,下一代康复机器人将实现轻便、智能、精准

对于传统外骨骼康复机器人在康复领域的局限性,业界普遍认为需研发下一代康复机器人。对于下一代康复机器人,丁也博士认为应当需具备以下三个特点:第一,下一代康复机器人需更加轻便,使患者穿戴更方便、操作更方便。基于轻便的设备,患者可在无康复师辅助的情况下自行穿戴,并自行开展主动康复训练。

第二,下一代康复机器人需更加智能,使机器人对患者的动作意图更加了解,对患者的思维想法更加理解。其智能化水平需要达到:在特定时间和特定情况下,给予患者需要的支持。同时,智能化康复机器人还需实现针对不同患者提供个性化定制康复服务,并适应不同的康复环境,如广场、楼道、康复室等。

第三,下一代康复机器人需更加精准。算法是使机器人更理解患者的动作意图,准确则是在人机交互过程中,机器人能够精准的给患者提供辅助。如患者在抬腿1秒时,大腿前侧肌肉需要3N力,机器人则在其抬腿1秒时给予大腿前侧肌肉3N力。

说起来容易做起来难。要研发出下一代康复机器人,各企业还需从材料、结构、算法等方面逐一突破。同时医疗电子的前沿设计与机器人的先进程度也是息息相关的,医用电子供应商将在医疗器械制造展Medtec中国展现场带来,包括高性能滤波器,内窥镜摄像系统线缆连接器,电容触摸人机界面模组开发,内窥镜手柄线、PTFE DC 直流型静电消除器等。

在材料上,传统外骨骼康复机器人较为笨重,使患者穿戴不便、康复师操作不便。对此,丁也博士认为:“康复机器人企业需要探索新材料,确保产品更轻便,并保持支撑性。”

在硬件结构上,康复机器人企业需要设计出让患者穿戴更方便、更轻松的整体结构,且这一结构需要考虑到新材料、新驱动器、新算法,实现康复机器人整体的优化。同时,硬件结构还需符合康复机器人的价值。

丁也博士表示:“下肢康复机器人的价值在于康复,因此,适应症患者应是有一定肌力、有康复需求的患者,而非截瘫等患者。基于此,下肢康复机器人的结构不应是传统的支撑患者全身重量的结构,而应在其康复价值上进行对应的创新。”

在驱动器上,康复机器人企业需要实现突破,使功率密度更大,即更轻、更小的驱动器能够释放更大的能量。

在算法上,康复机器人需要考虑如何更好地感知用户的行为方式和行动意图。

丁也博士表示:“远也科技自主研发的智能肌肉外甲在立项之初便是朝着下一代机器人的方向研发的。作为全球首款智能肌肉外甲,其具备轻便舒适、智能定制、精准助力等特性。”

来源:动脉网