人工智能技术在中国康复医疗中的应用研究

来源:互联网周刊
关键字:康复机器人,康复治疗评估,远程康复
发布时间:2024-11-08 17:18

　　文/卿瑶瑶广州软件学院

　　摘要：传统的康复治疗手段存在效率低、成本高等问题，人工智能技术与康复医疗的结合能有效弥补这些不足。本文概述了人工智能技术在康复机器人、康复治疗评估、远程康复等方面的应用，并进行了总结与展望。中国在智能化康复医疗上起步较晚，目前人工智能技术在康复医疗中的应用存在一些问题，但由于人工智能技术日渐成熟和康复产业需求日益增长，人工智能技术在康复医疗中具有很好的应用前景。未来，应提高对人工智能技术的认识，着力解决目前存在的不足，积极推动人工智能技术在康复医疗中的应用。

　　关键词：人工智能技术；康复机器人；康复治疗评估；远程康复

　　引言

　　中国在康复医疗领域起步较晚，但随着社会的进步和康复需求的增多，以及国家给予的政策与财政方面的支持，康复医疗行业目前正迎来重要的发展机遇[1]。

　　人工智能技术利用算法实现对人类学习、推理、感知和决策等能力的模仿，以解决实际问题，包括机器学习、机器人、人机交互、神经网络算法等技术。近年来，随着人工智能技术的快速发展，智能化已经延伸到各个领域。智能康复器械由此开始进入医疗领域，康复医疗已开始慢慢实现工程与医学的结合[2]。目前，人工智能技术在康复医疗中已经实现多方面的应用。例如，在辅助康复训练方面，肢体运动康复可通过计算机视觉与可穿戴设备实现动作监测和反馈；康复机器人可基于机器学习辅助肢体运动训练；结合大数据和机器学习算法可对脊髓损伤、中风、创伤性脑损伤、运动损伤等疾病进行康复治疗[3]。本文将从康复机器人、智能康复评估、远程康复辅助治疗等三个方面，对人工智能技术在中国康复医疗中的应用现状进行概述。

　　1. 人工智能技术在康复机器人中的应用

　　近年来，人工智能技术和机器人技术发展火热，康复机器人以人工智能技术为基础，在康复医疗领域中被广泛应用。康复机器人代替了大量重复性的人力工作，减轻了医护人员的工作强度，同时提高了工作效率。由于与人工智能技术融合，康复机器人在智能化、交互性、有效性等方面都有了显著的提升[4]。康复机器人种类繁多，本文只对肢体康复机器人进行综述，即上肢康复机器人和下肢康复机器人。上肢康复机器人适用于以脑卒中为代表的神经性疾病导致上肢运动功能障碍的患者，帮助其恢复上肢的肌肉力量、关节活动度和协调性；下肢康复机器人主要用于脊髓损伤、下肢骨折、关节置换术后等导致下肢运动功能受损的患者，促进其下肢的运动功能恢复。

　　目前，在关于康复机器人的研究中，人工智能技术得到了大量应用。一种具创新性的上肢康复机器人被高建设等提出，研究人员建立了该机器人的运动学逆解方程，展开了典型康复轨迹的仿真和实验研究，如“0”字形、“1”字形、“8”字形等[5]。杜豪等人设计了一款绳牵引的上肢康复机器人，该机器人与虚拟现实技术相结合，为患者提供含有特定任务的重复训练[6]。患者上肢运动信息可通过动作捕捉系统获取，然后通过获得的运动信息，自动判断患者的自主运动能力，如运动速度等，以此达到控制机器人的运动模式，实现虚拟现实运动交互的目的。孙建起等设计了一款基于STM32F103RCT6微控制器芯片的人机交互主被动康复机器人系统[7]。系统能在患者运动的过程中实时采集其足底压力、心率、血氧等数据，通过智能语音控制系统提高人机交互的安全性，满足下肢功能障碍患者多场景下的康复需求。李科岐等提出了一种基于表面肌电信号的下肢运动意图识别方法与主动控制模式，对表面肌电信号进行分析，建立基于BP神经网络的运动意图分类模型，将下肢运动时分类模型产生的输出结果作为下肢康复器的控制信号，实现患者的动作识别与主动训练[8]。

　　同时，一批高水平的智能康复机器人研究团队和企业开始崭露头角，如中国科学院深圳先进技术研究院，以及成都布法罗公司、上海傅利叶公司、杭州程天公司，都是拥有自主知识产权的康复机器人制造企业[9]。

　　例如，成都布法罗机器人科技有限公司生产的布法罗下肢步行外骨骼机器人产品，其工作原理主要是利用计算机系统对患者的行走意图进行分析，生成相应的行走指令，行走指令转化为电信号，电信号驱动外骨骼关节处的电机工作，模拟人体自然步态，帮助脊髓损伤、瘫痪等患者进行康复训练，助力患者进行更科学的康复训练。康复训练的项目可以依据自身的康复训练意向在智能APP选择，如行走、抬腿、拄拐行走等训练项目，并且髋关节角度范围、训练速度等也可以根据个人的实际情况自由选择，充分满足不同患者的需求。

　　再如，傅利叶智能ArmMotus™ M2Pro上肢康复机器人。该产品以人工智能技术为基础，能对康复治疗师的手法、力道进行模拟，从而实现人机交互，并制定与患者需求相对应的康复训练方案。

　　2. 人工智能技术在康复治疗评估中的应用

　　传统的康复医疗评估主要依赖医生的临床从医经验，存在一定程度上的主观判断，已不再满足当代对评估结果的高速、高准确度的需求。随着科技的进步，人工智能技术的兴起给康复治疗评估带来了更精确、快速的评估结果。很多慢性病患者一般在治疗后需要长期的康复评估，传统的康复治疗在长期追踪中存在一定的局限性，人工智能技术的加入可以解决这一局限性，利用先进的大数据技术，对海量的医学数据进行全面分析，快速发现潜在的规律，为医生提供更为精准的预测信息。

　　此外，由于每个患者自身的病情和身体状况不一样，其康复需求也不同。因此，通过人工智能技术对与患者相关的数据进行分析，如患者的影像、检查、过往病史等数据，可以为患者提供高精准度的康复评估结果，依据患者需求制定康复方案。

　　刘岩等提出一种面向养老社区的数字化康复评估方法。该评估方法基于人工智能物联网技术、多传感器融合方式，采集老年人的个人信息、基本健康数据、认知能力等。通过提炼数据，分析特征，利用人工智能算法模型能够实现6项评估，即健康状态、日常生活能力、认知能力、关节活动能力、平衡能力、步态和肌力评估，根据这些评估结果可对老年人的身体机能作出综合判断并依此为患者提出康复建议[10]。王晓春等提出一种基于运动反馈虚拟现实四肢康复系统的智能康复评估方法，可监测患者康复训练表现，并即时反馈，同时能自动分析患者康复训练的综合表现[11]。白敬等提出一种基于姿态与力测量的手功能自动康复评估方法，该系统采用双目视觉传感器跟踪手部或者手腕的运动姿态，将压力传感器分别附着在5种抓握工具上，记录5种抓握方式下手部的力信息，提取运动姿态和力信息的特征值用于手部运动功能的康复评估[12]。

　　在康复治疗评估方面，国内的研究情况比较一般，康复评估系统产品数量有限，与实际的需求有着很大差距，可查看的资料相对较少。例如，贵州海迩西科技有限公司研发的面向运动及认知等功能障碍的智能康复诊疗系统，其主要用于评估脑卒中、运动及认知障碍等疾病等。其工作原理融合视觉和可穿戴设备等感知的数据，借助智能算法自适应地构建康复诊疗模型，全面评估患者的运动、认知障碍，生成符合患者实际情况的个性化康复方案。

　　3. 人工智能技术在远程辅助康复治疗中的应用

　　目前，中国三甲医院的康复训练系统比较完善，患者在住院期间的康复治疗效果比较好。但患者在出院后，会面临与医师联系不畅、康复治疗资源有限、康复周期长等多重问题。患者在出院后康复训练很难保持连续、规范，很多患者会因此中断改善其功能的康复训练，而远程康复可以改善这个问题[13]。在患者出院后，远程康复辅助可发挥作用，辅助患者进行持续性的康复治疗。辅助系统能对患者进行远程康复训练指导，记录训练成绩，监控康复效果，远程监测患者生理指标，实时传输数据到医生端，医生可根据这些数据知晓患者出院后的情况，并根据康复进度和实际情况对患者的康复训练方案进行实时调整，实现对患者远程的长期康复治疗追踪[14]。

　　一般智能化远程康复系统有自动评估、诊断等系统，且可推荐治疗处方、调整治疗难度和进度等[15]。目前，六六脑脑康复云是比较受关注的产品，该产品是基于人工智能技术与神经科学、互联网及物联网技术建立的一个脑康复云平台，主要包括患者端、医生端、在线康复评估与训练系统等。平台基于病史、训练成绩和神经网络模型等，每日自动调节训练参数，制定适合患者的训练方案。另外，平台支持医生远程调整方案，实时查看训练记录成绩，支持患者自助康复、一对多康复、居家康复[16]。此外，山东泽普医疗科技有限公司的基于ICF架构的康复信息化系统，同样具有丰富强大的功能。该系统具有产品云端互联互通、远程诊断、数据分析、智慧处方等多种功能，患者和医生可以通过互联网互通数据，医生可以根据反馈的数据对患者进行康复训练指导，减少了患者出院以后的沟通成本，节省了患者和医生在进行康复训练过程中的时间和精力，提高了患者康复治疗的效率，让患者得到更好更全面的康复治疗服务。

　　4. 人工智能技术在中国康复医疗中的应用总结

　　虽然中国在智能化康复医疗领域方面起步较晚，但经过努力，人工智能技术在康复医疗领域的应用已取得很大进步，同时也存在很多不足。例如，在实际场景中，由于人类的动作多样且复杂，康复机器人难以全面准确地识别每个方向的运动轨迹，影响康复训练的效果和针对性。同时，在进行康复治疗评估时，由于患者情况的不同和患者需求的多样性，在采集患者数据的过程中会存在偏差，采集到的数据可能无法全面反映不同类型患者的实际情况，从而影响康复方案的效果。此外，在远程康复进行数据传输的过程时，可能会造成数据泄露，降低患者对智能康复医疗的信任度，数据如被不法分子利用，可能会使患者的利益受到侵害。

　　结语

　　康复机器人除了肢体方面的康复训练，还会更深入地应用在心理方面的康复治疗。随着数据处理能力的增强，能够更全面、更准确地采集患者生理数据，提高对患者康复评估的精准度，制定更加有效、个性化的康复方案。在远程康复中结合数据加密技术，对收集到的患者数据进行加密处理，确保数据的安全性。未来，人工智能技术会推动康复医疗朝着信息化、智能化、私密化、个性化等方向迈进。

　　参考文献：

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　　[3]陈柯羽,刘纾羽,吉祥,等.中国康复医学领域中的人工智能及发展趋势分析中国医学科学院学报[J].中国医学科学院学报,2021,43(5):773-784.

　　[4]张伟,孟青云,李敏.吉机器学习在康复机器人研究中的应用[J].软件,2022,43(9):87-90.

　　[5]高建设,左伟龙,于千源.一种上肢康复机器人的运动仿真与实验研究[J].机械设计与制造,2020(3):155-158.

　　[6]杜豪,杨岩,张成杰.虚拟现实技术在柔性上肢康复机器人中的应用[J].计算机工程与应用,2020,56(24):260-265.

　　[7]孙建起,徐振宇.基于人机交互的主被动康复机器人设计[J].物联网技术,2024,14(8):76-77,81.

　　[8]李科岐,姚固林,吴全玉,等.人体下肢康复运动意图识别与人机交互训练方法研究[J].赤峰学院学报(自然科学版),2024,40(4):11-15.

　　[9]程洪.智能康复产业进展与趋势[J].经济,2023(8):58-61.

　　[10]刘岩,刘挺军,赵成,等.面向养老社区的数字化康复评估方法研究与应用[J].中国数字医学,2023,18(5):110-116.

　　[11]王晓春,王俊华.运动反馈虚拟现实四肢康复系统评估模块设计[J].中国康复理论与实践,2019,25(5):597—601.