重点项目 | 基于增强神经环路调控的手指/腕协同康复训练机器人关键技术研究

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       手是人体的一个重要器官，手的精细操作能力是人类进化的重要标志，手功能的丧失通常是由卒中等神经系统疾病或者外伤导致。目前，我国带病生存的脑卒中患者已超过1300万，其中60%以上伴有手部功能障碍，我国也是全球卒中终生风险最高的国家。然而，研究人员的焦点大多在人体四肢的大关节（肩肘腕髋膝踝）上，再加上医疗资源有限等原因，针对手部的康复任务优先级一直较低，这在一定程度上又增加了手指损伤后遗症的人数。

       自21世纪以来，研究针对神经系统损伤或丧失后手部运动功能康复的科学与技术问题，利用机器人系统进行手部康复的研究逐渐开展，机器人的康复训练逐渐覆盖了手指、手腕的各个关节，结构形式由刚性逐渐发展到柔性以及刚柔耦合，驱动形式则包含了电动、气动、液压驱动、形状记忆合金驱动等多种形式，运动意图识别的方法也从布置压力传感器、角度传感器发展到语音识别、肌电及脑电信号识别等，此外一些针对手部的运动功能评价方法也逐渐完善。但是在临床应用中还存在协同性与适配性差、人机交互信息匮乏、运动功能与神经功能康复融合度低等问题，严重影响了手部功能康复机器人系统在临床中的应用及推广，限制了行业的发展。

       针对上述问题，国家自然科学基金委员会于2019年设立了重点支持的“手部功能康复训练机器人”项目。由复旦大学王洪波教授牵头负责，西安交通大学、中国科学院深圳先进技术研究院组成的团队获得了该立项的支持。

       该项目以增强大脑可塑性的手部功能康复训练机器人智能仿生机制与神经环路调控的科学目标为指导，围绕两大科学问题：（1）个体性快速适配手部康复机器人的神经智能仿生机制问题；（2）促进手部功能康复的多模态干预与神经环路调控机理问题开展。重点突破：（1）模块化、通用型、个体性快速适配的手指/腕协同康复训练机器人机构仿生设计；（2）柔性力位精准感知和柔性触觉干预神经接口设计；（3）“外周-中枢-外周”自适应反馈康复训练和“视听觉-脑中枢-言语-手”协同运动控制三大技术难题。最终开发一套基于增强神经调控的手指/腕协同康复训练机器人系统，实现手指/腕的被动及辅助训练，具有意图识别及触觉反馈等功能，并在不少于2家医院开展临床验证。

图1  项目技术路线图

       本项目以柔性传感手套为媒介，将运动功能康复与神经功能康复结合，开展手指/腕协同康复训练机构仿生设计和增强型神经环路调控方法研究，将为我国手部康复基础研究与技术研发提供有力支撑，具有重要的理论意义与实际价值。

项目负责人介绍：

       王洪波，国家级重大人才工程入选者，复旦大学教授、博士生导师，中国产学研合作促进会科技成果转化专家委员会专家，河北省机器人产业创新联盟理事长，中国康复医学会康复工程与产业化促进专委会常务委员。曾留学瑞士联邦理工大学（ETH 苏黎世）机器人研究所，在日本长崎大学获博士学位。在国际、国内期刊及国际学术会议发表论文150多篇。作为发明人获授权国家发明专利40多项。主持和承担国家级项目13项，省部级项目10项。曾获教育部一等奖2项，二等奖1项，河北省三等奖1项，机械工业优秀科技成果项目奖，中国产学研合作创新奖（个人），日内瓦国际发明展金奖1项及其他奖2项，指导学生获中国“互联网+”大学生创新创业大赛全国总决赛第四届、第五届银奖、第六届铜奖等。研发的产品有两项获得二类医疗器械产品注册证。