交互式设备协助中风病人恢复他们的运动机能。
麻省理工学院研发的MIT-Manus，协助中风病人改善手臂活动机能
艾蒂安·比尔代（Etienne Burdet）紧贴玻璃台板桌子，手肘靠着装置弹簧的支撑杆，用双手将一个虚拟的西红柿切成片。西红柿是触屏平面上几个可操作的物品之一，装置了动力和运动传感器、发动机以及发光二极管，所有这些都通过蓝牙与安卓平板电脑相连。比尔代切完西红柿后，又接着将一个虚拟罐子的盖拧开。
比尔代，英国伦敦帝国理工学院的人类机器人项目组组长，正在演示iTable模型。iTable用于帮助患有中风和其他神经损伤的病人重新恢复手的使用。要完成的任务包括伸手、抓物、协调等技能。传感器探测并分析使用者的动作，并将相关信息传回平板电脑。
“严格地说，这不算机器人，”比尔代说，因为它没有马达发动的运动部件，也不会自动完成任务，“这是一种交互式设施，告诉病人要做什么，以及如何去做。”iTable是“触觉式的”设施，病人用他们的触觉与设备进行互动，但与其他此类设施不同，用户界面和视频显示是同一个。患者直接与虚拟物品互动，而不是在另外的显示器上观看物品，比尔代解释说：“这样一来，病人们不管学习到什么，都可以直观地显示成真实世界。”
医疗康复设备目前需求量超大。中风是迄今世界上造成人类严重残疾的罪魁祸首。仅在英国，每年超过15万人患有中风，约有110万人承受中风后遗症，其中一半日常生活需要他人帮助。除此之外，随着全球人口的不断老龄化，中风的人数将只增不减。
机器的兴起
中风往往会引起瘫痪或者偏瘫，但所受损伤往往可以通过让肢体做重复动作的强化训练得到治疗。对患者和医生来说这都是个耗时耗力的过程。英国伦敦大学学院神经病学顾问医师黛安·普雷弗（Diane Playford）说：“训练强度越大，效果越好。”对老鼠的研究结果表明，要想恢复身体机能，每个动作每天需要重复400到600次。
芝加哥康复研究所生物工程师詹姆斯·巴顿（James Patton）表示：“我们正尝试着对大脑进行再教育，也就是说病人们需要做很多功课。”
在英国，中风病人一般在医院的中风病房只住上几天。大多数患者的治愈都是在出院以后：接下来的数月中，他们需要每天练习两小时，以使肢体能够恢复正常使用。但很多病人缺乏耐心。加上医生和护理人员的紧缺，至少在欧洲，状况更加恶化。研究者们希望将机器人学与传统的物理疗法相结合，协助患者坚持每天的训练计划。
康复治疗中，机器的使用地位非凡，它们可以精确测量患者们的病情发展，广泛用于对比治疗结果，并确定能够对疗法获益的患者。一些研究者认为，机器会改变人们的治疗方式。随着技术的成本降低，体力劳动的成本增加，研究者们希望机器人在未来不仅能够帮助人们进行中风恢复的强化治疗，同时也能更加节约成本。
麻省理工学院的机械工程师埃尔马诺·伊戈·克雷布斯（Hermano Igo Krebs）说：“这是个让人激动的时候。”1998年，克雷布斯和他的同事内维尔·霍根（Neville Hogan）一起，成立了互动技术公司，销售他们自行研发的一款交互式手臂训练器材，MIT-Manus。该公司目前已在全球医疗诊所售出约250台设备。克雷布斯说：“我相信未来五年，机器人将改变康复的局面。”
过去20年间，人们在康复设备方面的研究兴趣得到不断的增长。一月份公开的一项调查结果列出了超过120种用于手臂康复的医疗设备，从肩膀支架到复杂的外骨骼，帮助使用者完成相关的动作。
加州大学工程师大卫·莱茵肯斯迈耶（David Reinkensmeyer）参与了十多种设备的研发，其中有好几项与芝加哥康复研究所的机器辅助中风治疗恢复中心合作，他与巴顿一起主持研发。他说：“在神经疾病康复领域，患者自己要尽可能地付出努力，这点非常关键。机器人只会让患者消极恢复。”
行动起来
ArmeoSpring，是由莱茵肯斯迈耶和特拉华州大学工程师塔里克·拉赫曼（Tariq Rahman）共同研发的一个手臂外骨骼。该设备“带有可以减缓瘫痪或萎缩的手臂重量的弹簧，”莱茵肯斯迈耶介绍说，“这种机械化的被动元件需要患者自己的运动，只有人主动了，机器才会动。”ArmeoSpring由瑞士沃克茨维尔的Hocoma公司进行商业销售。该公司目前已在全球医院销售超过500台，并研发了一种类似的作用于手的设备，ManovoSpring。
让人们动起来的方法之一，是设计有趣的吸引人的任务。莱茵肯斯迈耶最新的发明是手指个性化抓取练习机器人，一种手型外骨骼设备，包括两个机动化的杠杆机械，一个用于食指，另一个用于中指。爱达荷大学的埃里克·沃布雷赫特（Eric Wolbrecht）参与了该设备的研发。设备帮助使用者移动他们的手指，做到每个手指的自然弯曲。在患者进行电脑游戏（比如Guitar Hero，游戏者使用吉他形状的操控器来模拟弹奏真正的吉他）时，该设备捕捉他们的动作，并监控他们的练习及病情进展。
使用者利用ManovoSpring训练手指抓取功能
其他研究者们正研发低成本的家用式设备，利用虚拟现实和游戏技术，使常规练习更有意思，并将相关信息传送给治疗师，他们可以远程监控患者的恢复状况。
2010年，由神经科学家珍妮特·艾尔（Janet Eyre）和职业治疗师珍尼丝·皮尔斯（Janice Pearse）与英国纽卡斯尔大学合作成立的Limbs Alive项目，联合游戏开发者和数学家们一起，研制出Circus Challenge游戏。此款游戏可以在电视、台式电脑、笔记本电脑和平板电脑上使用。游戏者使用动作感应控制器进行各种各样马戏团表演，游戏过程中，随着患者的不断进步，手臂和手的动作会变得越来越复杂。
移动屏幕上阿凡达的控制器调控游戏者动作的速度、精确度以及流畅度，允许治疗师进行有效的临床评估。艾尔介绍说，游戏中进行评估20分钟足够了，但不用游戏，评估需要整整一天。
几乎没有什么设备能够在随机的临床实验中被检测。在目前所有市面上有的设备中，MIT-Manus已经在几个大的、多中心的实验中得到了全部检测，受试患者超过800人。检测结果表明，机器人辅助疗法与传统治疗的疗效不分上下，但如果同时使用，机器人辅助疗法的结果更胜一筹。基于这些研究结果，美国中风协会目前批准机器人在中风康复中的应用。
伦敦国立神经病学和神经外科医院负责康复治疗的普雷弗已经得到了类似的初步的发现。她在检测被称作HapticKnob的设备，是比尔代的实验室研发的简单机器人，用于训练患者拧转门把手的动作。普雷弗说：“如果你将机器人当作助手用于一般的练习，你会有相对比较好的效果。但是如果你使用它们，就没有什么差别了，不会有什么效果的。”
真正的改善可能并不在效果，而是在经济效能上。2011年的对MIT-Manus的一项研究表明，使用机器人辅助疗法持续36周的疗程，即使算上设备的成本，也比同等疗程的传统疗法少花几千美金。
为了更准确地回答经济学问题，英国研究者们已经开始了一项持续四年、多中心的实验，来评估英国国民医疗保健体系中，机器人辅助康复治疗的成本效益。该研究由纽卡斯尔大学神经学专家海伦·罗杰斯（Helen Rodgers）主持，是目前此类研究中规模最大的，计划征用达800名患者。另一项大型实验，是由西布列塔尼大学的精神病学家奥利维尔·雷米·涅里斯（Olivier Rémy-Néris）主持，要在法国的21家医院中评估ArmeoSping的使用效果。
金钱的磁力
目前，成本依然是广泛使用康复机器人的最大障碍。普雷弗说：“大多数商业化的机器人还是非常昂贵。他们组装需要花时间，使用需要专家，因此在现阶段很多场合下使用机器人不能再便宜了。”普雷弗表示，最终，只有便携式机器人出现，成本才能降下来，因为便携式机器人制作成本低，患者可以带回家治疗一个疗程。本着这样的思路，比尔代的研究小组正专注于研发低成本的轻便机器。他的实验室里大多数的发明要么是被动式感应器设备，如iTable，或者是简单机器人，如HapticKnob。
对于克雷布斯来说，他认为目前正是大机器人和小机器人共同组成组合治疗方法的时机。他表示：“大型机器更适合用于诊所，诊所可以用不同的机器来训练不同的动作。然后是更简单的设备，根据不同的病情，让患者带回家使用。”
克雷布斯预计，家用式机器很快便会司空见惯。他和他的团队正在研发他们称作为社会空间里的使用设备，或者说是虚拟环境，这种环境下康复训练都转化成了多人模式的电脑游戏。在并不遥远的未来，患者们可能会互相鼓励通过虚拟世界里的你输我赢进行每天的身体功能训练，即使他们可能彼此相隔几千公里。
资料来源 Nature
责任编辑 彦 隐