文摘
病人康复的全球需求大幅上升随着时间的推移,由于越来越多的事故,受伤,与年龄有关的问题,和其他方面。平行,治疗和病人护理的成本也增加了歧管。此外,持续的监控和支持患者有身体残疾的医疗体系已经成为一个持续的挑战。自动机neurorehabilitation已经减少了人为错误而协助这类病人,准确解读信号,和病人交流。随时间逐步精确的应用和改进的技术取得了一个新颖的方向病人护理和支持。许多先进技术的跨学科贡献分支允许我们开发自动机援助与高精度的上肢和下肢损伤。现在的一代和背景作一综述机器人实现病人的支持,进步,现状和未来需求。
1。介绍
人类是地球上最复杂的机器之一。然而,多个系统之间的同步性,他们的组织相互作用,适当的对环境刺激的反应是惊人的。同时管理多个复杂的响应赞赏多维组织水平,优秀的系统之间的协调。所有这些协调管理和维护网络的神经系统产生和传输大量分裂秒信号和响应;因此,它有助于系统功能顺利和有效的方式。
然而,有些时候一个不必要的中断发生因肌肉骨骼或神经系统疾病,损伤、截肢和类似的原因。如此痛苦的环境阻碍了患者的日常和定期运动和功能,因此停滞的正常生活。根据情况的严重性,康复时间,过程,步骤不同。因此,neurorehabilitation归因于高度复杂的过程或系统的医学努力帮助恢复,恢复,或者减少损失与所有可能的神经损伤正常的功能在一个人1]。某些健康问题仍然是一个挑战为病人,医生,护理人员和家庭成员。因此,康复过程通常是长期和广泛的。
需要neurorehabilitation非常感到重要二战后当几个受伤的士兵避免死亡和感染需要康复的脊髓和脑损伤。从那时起,neurorehabilitation观察一个渐进发展的过程和新颖应用更好的治疗方法和适用性。许多重大疾病会导致不同程度的肢体残疾如多发性硬化症、阿尔茨海默氏症、帕金森病、神经病变,除了严重的脊髓,头部受伤,和中风。格林-巴利综合征是另一个主要原因,导致限制身体的运动,通常需要大量的康复和相关的病人护理。通常,一个复杂的neurorehabilitation过程需要一个团队的专业人士或专家一起工作对优化病人的结果。这样的团队包括专业医生和护士培训在一个特定类型的康复治疗,言语治疗师、患者和家庭顾问,和其他专家根据案例和必要性。康复过程的循环图所实现的1。
在第一步中,评价的具体要求是检查,紧随其后的是特定的应用程序开发的要求。之后,开发应用程序分为审判实践,如果找到合适的和有效的;验证后,继续开发的应用程序或协议,否则进一步改善完成取决于的必要性。
2。健康状况需要康复的主要类型
2.1。中风
主要情况下多半由于中风、脑损伤、脊髓损伤分配neurorehabilitation治疗在短期或长期的计划根据治疗需要的程度。通常,病人需要康复治疗中风幸存者由于部分或完全瘫痪和特定方面的下降或丧失功能或病人的肢体2]。功能的局限性,主要是轻偏瘫或半身不遂,需要康复治疗。病人的病情决定治疗的可能性;例如,左脑梗塞和右半身不遂患者将激发试图作为一个右投手而不是左撇子;执行重点从治疗师让病人尽可能最独立。在这样的中风患者,主要是影响身体部位等上肢手臂和手比腿等下肢。因此,在合适的沃克的帮助下,病人可以行走。因此,一个特定类型的疾病或状况会影响特定的肢体或器官可以相应地治疗。病人的结果不断评估和监控使用各种扩展措施理解逐步改善,估计所需的时间达到最大改善。损伤的程度决定了经济复苏的持续时间; for instance, only motor involvement can be improved comparatively quickly rather than involvement of sensory nerves and hemianopsia. Several ways are implemented depending on the stroke survivor patient’s condition. Modern therapies may include external noninvasive brain stimulations, improvement of the brain plasticity as part of the therapy [3),应用程序的复杂和协调良好的脑机接口(4,实时应用的机械设备。
2.2。头部受伤
这种类型的损伤需要广泛的康复计划,头部严重受伤可能会导致身体、认知、学习、运动障碍和可能维持生命长,可能需要家庭和社区成员的支持至关重要。因此,这些影响导致病人的人格改变,需要适当的和病人和家庭成员的详细咨询。头部受伤的条件与其他几个相关因素在康复过程中如情感和生物心理社会方面。各种各样的病人结果的标准化和报告来了解头部受伤的恢复。睡眠障碍和应对这些问题仍然加速复苏的一个重要方面封闭的头部受伤的病人。现代活动检测仪等仪器和设备和多导睡眠图是广泛用于监控neurorehabilitation过程和进步病人结果(5,6]。
2.3。脊髓损伤
脊髓损伤可以导致严重的残疾程度可能包括截瘫、自愿和非自愿反应受损,受损的肠道运动,等等。这种情况可能出现的事故或类似的事件。问题的复杂性取决于脊髓损伤的程度和面积等,例如,瘫痪患者患者有严重的颈椎损伤可能有很多复杂的问题。运动机能的损伤变化取决于脊髓地区受到影响,如患者有损伤在上臂C5-C7可能的功能。对脊髓损伤康复过程有关,一些现代的努力变得富有成效的脑机接口应用程序等刺激脊髓专为精确的结果和功能(7]。其他简单的应用程序,如被动循环(8虚拟现实的帮助),调用反应,实施有更好的结果,患者受益9]。精确的生物标志物如cutaneomuscular脊髓反射活动也被认为是理解运动功能障碍的程度和确定适当的neurorehabilitation措施(10]。
2.4。疾病情况
几个疾病疾病如多发性硬化、帕金森病、周围神经病变,阿尔茨海默病经常寻求neurorehabilitation。人们进行了无数次研究在这些方面。Messinis和他的同事们最近进行了一项随机对照试验的影响的计算机认知neurorehabilitation继发型多发性硬化(spm)患者(11]。他们报道,训练由RehaCom™软件有效的康复spm通过减少认知疲劳,提高认知,和考虑病人的生活质量11]。同样,神经可塑性作为neurorehabilitation项目的一部分也被认为是多发性硬化患者(12]。最新进展报告认知赤字多发性硬化症的治疗sokolv et al。13]。计算机化神经心理训练和认知行为疗法使用disease-combating药物组合来减弱疾病进展或改善认知同时被使用。同样,一些研究涉及neurorehabilitation进行治疗神经病变(14),阿尔茨海默病(15),和帕金森病(16,17]。
2.5。跨学科的方法和自动化的要求
这些研究在各种复杂的neurorehabilitation健康状况表明,迫切要求一个跨学科的方法(18和康复过程的自动化19]。某些因素鼓励我们采用neurorehabilitation的自动化过程。精确识别的身体、情感、行为信号的病人,不断的要求和昼夜不停地监测的病人,准确诊断和部署适当的治疗措施,病人无法沟通的条件,和长期的不知疲倦的身体和系统支持病人是如此的重要因素导致对neurorehabilitation采用自动化。
2.6。自动化:Neurorehabilitation一步使用机器人
2.6.1。自动化在病人评估协议
计算机的成功条件评价和系统的训练和对neurorehabilitation疗法是另一个重要的原因拥抱neurorehabilitation过程自动化。在1960年代,这样的努力已经在考虑,有一些初步的成功。脑损伤评估成功地通过电脑威斯康辛卡片分类测试,帮助避免人类的错误。功能内存是评估受试者使用Rivermead行为记忆测试(RBMT)检查的日常功能主题与记忆功能。在线版本的相同的测试(OL-RBMT)是有效实现和自动化准确评估大量的病人。
2.6.2。自动化在生理信号拦截,解释,和行为
最初的自动化的进步成功病人的评估允许研究者升级自动化和建立人机交互和理解的生理方面neurorehabilitation过程通过一个基于机器自动化的方式缺乏可能的手动错误更好的治疗和恢复。一些特定的重要进展是在以下部分中提到。
定量脑电图(QEEG)是一个复杂的力学过程,其中包括大量的工具和技术。这个系统捕获高速序列的认知过程发生在几分之一秒在一个特定的顺序。因此,这样一个过程的自动化可以帮助跟踪病人的反应对一个特定的正常应用刺激(20.]。这样一个复杂的QEEG系统自动化并成功地实现了延迟脑缺血(DCI)分析α三角洲比和相对α的变化(21]。
评价脑功能和认知能力被跟踪通过眼动跟踪系统,非侵入性和有效的过程监控病人的病情(22,23]。提高预测准确度和精密度的眼动跟踪系统,许多重要的变量被认为是如注视点,固定和相关参数。这样的输入允许分析刺激序列的处理甚至multistimulus氛围。因此,这种复杂的信号转导和解释允许我们评估病人对环境刺激的反应和他们的改善随着时间的推移。
然而,此外,改善被要求增加病人和医生之间的交互,照顾者或治疗师。虚拟现实(VR)在这一环境中发挥了关键作用,帮助改善neurorehabilitation程序。VR系统已经逐步认知训练的患者有效,特别是那些有困难执行日常顺序活动由于中风或类似的健康问题24]。类似的其他记忆训练和实践也报道使用虚拟现实的能力。
此外,专业认知训练和特殊序列常规活动培训现代传感器方法实施支持的病人需要温和,温和,或严重支持他们的生存和活动。自动化已经扮演了一个至关重要的角色,为病人和照顾者在neurorehabilitation并帮助病人的不同阶段来弥补他们缺乏一定程度上的重量。然而,现代机器人技术和基于人工智能的方法可以产生进一步。小说的发展决策支持系统(DSS)、基于人工智能(25),自动评估系统(AAS),深入学习系统(DLS)和康复机器人系统(RRS)可以在这方面成为一个改变游戏规则。人工智能的有用特征是准确的学习和培训系统的反应。这些设施能使帮助AI-derived社会辅助康复机器人能理解口头指令与精确的反馈和响应病人(26]。结合先进的算法,如人工神经网络(ANN),模糊逻辑,逆运动学是用于一种新颖的基于游戏的neurorehabilitation视频系统的发展为多发性硬化症病人的输入和输出预测精度较高的使用这些算法(27]。应用环境的智能监控和评估神经系统反应(早些时候报道28]。
3所示。机器人的应用
3.1。前评估
机器人的实现取决于先前的假设和详细的评估一个特定的病人的情况。它需要应用程序建立精确计划的基础上,深入分析病人的状态数据。个人问题是基于特定性质的问题,分析影响因素,预测,损伤的类型和严重程度,机械和系统的局限性,以及社会和环境问题。规模和检测水平的障碍,活动,和参与,一系列的测试和临床评估完成。
运动,平衡,和认知评估使用多尺度包括但不限于贝克抑郁量表、细微精神状态检查,行为注意力不集中测试,时钟测试,Fugl-Meyer评估电机恢复中风后,奥尔平顿鸡预后的规模,和蒙特利尔认知评估。执行所有这些评估了解病人的损伤程度。类似于损伤评估,天平的另一个数组用来理解病人的活动范围;例如,Barthel指数,行动研究机构测试,时间“,”测试,Chedoke-McMaster中风评估和Rivermead流动性指数广泛应用取决于的必要性。根据病人的情绪和意愿参与,参与评估使用另一组标准的尺度。这些练习都是指向降低病人的不舒服的情况和呈现一个相对活跃的独立生活。因此,我们的目标仍然是减少残疾,改善活动,最大的社会认可,和参与。机器人成功实现加强这些目标,缓解病人的损伤或改善活动尽可能多。
3.2。在上肢康复机器人
上肢主要是受中风幸存者的影响。因此,他们需要仔细和广泛的康复方法恢复和日常活动。实验elbow-shoulder机械手和评估stroke-affected病人建议机械设备支持改善病人的运动功能有关的手臂运动相比,很多病人不能利用这种设备。一个荟萃分析的应用远端和近端臂机器人认为机器人努力改善上肢运动功能恢复的功能对卒中后病人显著。另一个类似的调查也显示,机器人协助治疗轻瘫的上肢(RT-UL)在卒中后患者显著增加重复练习,提高病人复苏显著(29日]。另一个随机对照试验研究也符合治疗(RT)报道,手腕和前臂动作可以改善运动功能和增强功能表现在慢性中风患者(30.]。一项研究报道,慢性中风患者快速临床结果显示使用机器人评估通过的动力学和运动学macrometrics为上肢的功能开发(31日]。除了改善上肢功能受损的患者,竞争基于机器学习方法还可以预测上肢Fugl-Meyer评估(UE-FMA) posttherapeutic干预阶段的慢性中风患者(32]。此外,另一个试点研究上肢运动活动复苏表明,机器人的干预和支持刺激受损的功能的改善优于常规治疗(33]。具体的例子的手和上肢康复机器人将在下一节中讨论。
3.3。手康复
软机器人系统是简单的设计,成功地提高安全、有效,便于携带。手康复的主要应用程序(34]。评估基于控制单元和可穿戴矫正法建议几个独特的设计软近年来机器人系统已经开发出来。
3.3.1。上肢练习使用机械设备
照顾受伤的病人通常需要长期的治疗疗程和住院。根据治疗的需要支出也激增和住院时间的长短。家庭机器人设备可能会有利于自动化机器人治疗方法和缓解的过程所需的准确度和精密度。最近的一份报告表明,一个病人在一个条件的优势以家庭为基础的计算机辅助手臂康复(hCAAR)可能在无人监督的情况下改善上肢运动。可用性和功能的设备可以提高患者的心理自信和独立,可能减少在家照顾者的努力(35]。
3.3.2。上肢运动结果的措施
长期治疗疗程需要偶尔测量结果理解的逐步改善患者进行康复治疗。然而,评估结果变得麻烦的直接反馈病人少。这样的问题进一步加剧,而应用机器人协助运动试验(RAET)。因此,定义、标准化和可接受的结果测量方法应该申请一个更好的理解病人的疗效。由息汪月和他的同事们最近的一项研究表明,应用不同的结果的措施建议的国际分类功能、残疾和健康(ICF)被发现有益的和适当的36]。几个ICF尺度用来评估慢性严重程度和缺点改进是有效的,和某些尺度等Fugl-Meyer (FM),修改Ashworth规模、运动状态得分,和运动的措施可能有助于评估结果有效措施以及其他测量等行动研究机构测试,ABILHAND,功能独立性测量(FIMTM),和沃尔夫运动功能测试。
3.3.3。上肢外骨骼控制
脑血管损伤影响患者的运动神经元的功能。这类病人需要大量康复疗法可能包括功能性电刺激(FES)设备,人工外骨骼,支持与脑机接口(BMC)。根据伤害和损失,这些系统可以应用的结合最好的合理的康复的病人。结合的方法与混合上肢外骨骼与增加准确性和脑机接口显示有前景的结果在最近的一项研究[37]。进一步的实验可能会允许在此上下文中理解增加的好处。
3.3.4。上肢外骨骼控制策略
除了用于neurorehabilitation外骨骼的机电一体化设备,理解和分类的控制系统是必不可少的理解定性的好处和改善病人的生活质量。更好的控制接口可能有优秀的传感器与最好的敏感性,可能支持更高的自由度(自由度)肢体运动,应该考虑更多的接触点数量更好的运动,而且应该在援助的优势,改正,电阻(38]。
3.3.5。在下肢康复机器人
延续的几个例子robotics-assisted改善上肢功能更好的neurorehabilitation患者,应用程序也报道大量的通过机器人下肢活动功能和改进。这样的机器人系统遵循不同的康复原则如foot-plate-based步态训练器,地上的步态运动鞋,跑步步态训练师,和脚踝康复系统(固定或活动足部矫形器)(39]。在大多数情况下,这些类型的机器人培训进行脊髓损伤下肢功能恢复的影响。等其他先进的机器人系统的运动训练可用于有脊髓损伤的病人如Ambulation-assisting人类康复机器人工具(ARTHuR),气动步态矫正法(POGO),和骨盆协助机械手(PAM) [40]。亚瑟艾滋病在评估介入跑步机上并生成所需的反馈。另一方面,POGO和PAM用于leg-robot设计和骨盆运动控制,分别。相当于这些复杂的自动机运动,平衡,姿势和运动协调整流系统,等其他活动腿外骨骼(ALEX)和洛佩斯(外骨骼动力下肢辅助机)是可用的。前者是一个强大的腿矫正法,侧重于纠正和准确的髋关节和膝关节的关节运动,和后来的支持在跑步机上行走运动。等foot-plate-based步态训练师Gangtrainer GT, HapticWalker等可用于有效培训和损伤恢复的病人。几个地上步态训练包括KineAssist WalkTrainer,“重新行走”可用来支持病人克服脊髓伤害造成的损伤。几个高级机器人支持也有助于执行各种活动,如混合辅助肢体(HAL)。其他几个步态如静止的步态,足部矫形器,脚踝和膝盖的康复系统根据功能的必要性和财务预算。然而,尽管大多数的机器人系统是精确,响应用户的需求,然而我们有理由技术改进和支持个性化的实用程序。 Moreover, all these robotic gaits are being used as a short-term or long-term supportive measure for the patients, and no clinical standardization has been decided globally yet.
3.4。脊髓损伤(SCI)
严重的脊髓损伤影响,减少病人的功能能力受损神经运动的功能;因此,患者可能有肠胃问题,尿,心肺,osteomioarticular和其他功能的限制。先进机器人步态的应用是成功的在改善反射、感觉和敏感性,电动机和神经肌肉活动,独立性和灵活性在肢体运动,和心理上的自信。这类应用程序的机器人步态也帮助减少痉挛状态和疼痛在许多病人41]。
4所示。现代先进的应用程序
了解详细的神经生理学机制有可能由于科学和技术的进步。这些知识将导致更好地了解正常的神经肌肉系统[42,43]。错综复杂的生理知识、生化和遗传方面的神经肌肉功能将帮助理解系统的机制。因此,它可以帮助患者定制需求的现代科学技术的帮助。
机器人技术的发展进一步激发了全球努力开发一个集成系统的最大精度和灵活性患者不同程度的障碍。越来越多的情况下允许的慢性残疾和病人护理的费用不断增长的全球研究人员开发大规模多维和跨国项目如“认知辅助生活环境System-COALAS”1.6欧元一直在资助(44]。这个项目的目标是实现现代机器人技术方法集成了信息和通讯技术(ICT)和呈现一个更好的灵活的解决方案需要帮助的病人,提高他们的生活质量。患者坐在轮椅上,项目支持导航改善电能轮椅广泛以及更好的通信技术与环境等。另一个这样的融合技术是超项目(45]。这个项目实现了骨骼外的混合实现机器人(ERs),电动机neuroprosthesis(基于),虚拟现实(VR)和大脑neuro-machine接口(BNMI)。专门为孩子们需要这样的机器人协助技术neurorehabilitation,治疗师在自动化项目的概念,可以帮助儿童符合电动机通过社交互动功能(46]。RoboCog系统在这个项目中,建立了能与病人互动相当于人类,因此开发一个robotic-based光滑的病人与环境之间的通信。另一个重要的方面是正确及时的药物输送通过机械方法在复杂的情况下。一直在努力建立neurorehabilitation触觉设备药(47]。
5。未来的角度
自动机应用程序显示的广泛承诺neurorehabilitation过程中患者通过校准培训,帮助他们恢复信心,练习,增加他们的情感和精神的信心。最先进的技术,结合生物,信息技术和通信、机械工程、生物医学工程和基于传感器的方法提高了病人和照顾者的希望。然而,在不久的将来有很多障碍需要克服。精密度和准确度的提高,假肢的机械运动的灵活性,发展个性化解决方案的关键技术难题。最重要的是,这些产品的成本效益的生产和自动机辅助工具可以满足广泛的患者群体迫切需要这样的支持。
6。结论
自动机neurorehabilitation证明了其技术的勇气和适用性在许多严重的病人护理方面,手术,neurorehabilitation。然而,时代已经来临,全球标准应确定和进一步基于完整系统的方法则是大型国际合作为了迎合一个巨大的要求需要的病人。今天,许多选项可用于不同类型的上肢和下肢的损伤可能出现的由于严重的健康问题。然而,克服一些技术挑战和金融问题可能病人人口大量的援助。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。