[00126778]基于运动意念感知的脑中风主被动协同下肢康复机器人研发

中风康复设备一直受到国内外研究者的关注,但一直停留在被动训练层面。随着脑机接口技术的发展,对大脑中枢的直接主动刺激成为可能,加之上世纪90年代以来在镜像神经元机制、光点生物运动技术方面的科技新成果,使得脑中风主被动协同康复机器人研发成为可能。美国杜克、匹兹堡、西北大学等开发脑控外骨骼机械人,国内清华、浙大、华南理工、西安交大也在脑控设备上进行了探索,初步验证了脑控技术具有了一定的实际应用能力,特别针对脑中风等中枢神经功能障碍具有独特的康复优势。在此基础上,本项目提出中风脑控主被动协同康复的理念,并开发脑中风主被动协同下肢康复机器人,具有前沿技术的创新性,也具有康复应用的可行性。同时该项目获国家自然科学基金委的支持,脑控轮椅导航技术和脑控康复机器人协同控制技术获基金面上项目支持;中风神经通道重建的脑控康复机器人关键技术获基金重大项目的支持,为应用样机的研发奠定了理论基础。 为了实现中风康复脑机协同的训练需求,本项目主要进行研究基于运动意念感知的脑中风主被动协同康复机器人技术及系统。针对运动意念诱发,重点聚焦光点生物运动诱发混合脑机接口,进行光点生物运动诱发电位机理和范式、基于光点生物运动诱发电位的信号处理技术研究;针对脑机协同控制和评估,重点进行基于光点生物运动诱发电位的脑机协同控制技术和康复训练评估与优化技术研究。最后在现有下肢康复机器人基础上进行技术集成与改造,完成系统研发与技术功能验证。 本项目所研究得到的多项技术成果均达到行业内领先水平。其中光点生物运动混合脑-机接口和康复机器人脑机协同控制与评估技术,中风康复机器人脑机协同控制与训练评估技术以及本项目开发的基于目标诱导运动想象的下肢主被动协同康复训练系统,均达到行业内领先水平。运用各项新技术集成的康复训练系统对临床患者进行康复训练,训练效果达到预期,得到受试者、康复治疗师以及同行的一致认可。 本项目应用脑控前沿技术,提出脑控中风主被动协同康复的全新理念,借助脑机接口实现大脑与外部设备直接双向通讯,完成脑神经功能代偿训练,具有良好的康复效果预期和成熟的临床应用,对老龄化社会提供有效的地支持。本项目与西京医院康复科开展合作,进行了面向中风患者的脑控下肢康复训练系统临床应用。基于运动功能健全侧肢体与偏瘫侧肢体肌电信号的差异度,构建肢体运动能力评估方法,实现对偏瘫侧肢体运动机能及康复程度量化,确定了的入组病例纳入与排除标准、相关评估指标。同时申报了关于“脑机接口下肢康复训练系统对中枢神经损伤功能恢复的临床研究”的伦理审批。 本项目进行了脑控中风主被动协同康复机器人研发,并完成了系统的验证及应用,并在相关的技术研究上取得了相应成果。但由于人体运动、人体大脑的复杂性,相关的体感技术以及大脑微弱信号的处理技术需要进一步的完善;同时,需进一步研究机器人与人交互的控制方法。 本项目相继获得2017年“丝绸之路机器人创意大赛”特等奖（亚军）;2018年“联想高校AI精英挑战赛”全国冠军;“第十二届中国研究生电子设计大赛”全国二等奖,等奖项。