智能下肢外骨骼康复系统

李叶

看点 大脑重建原理 个性化主动辅助 仿生、轻量、易穿戴、易转运

脑卒中患者及时有效康复介入可以极大提高康复效果，降低致残率。丞辉威世下肢外骨骼机器人覆盖康复全周期，首创脑卒中偏瘫从卧位到步态训练及步态评估的完整智能化解决方案，帮助更多患者恢复行走。

丞辉威世智能下肢外骨骼康复系统根据大脑重建原理，将任务导向练习和智能康复机器人训练结合，帮助患者协同完成 有控制性的运动功能训练（卧位训练、坐站训练、平衡训练及步态训练），通过重复的强化训练，从而促进大脑中枢神经系统的功能重建。

基于人工智能技术实现意图侦测，基于机器学习实现个性化主动辅助;适用多种康复场景，云端数据平台加持，使康复辅助更智能科学;产品仿生、轻量、易穿戴、易转运。针对于脑卒中等导致下肢运动功能障碍的患者 进行坐站转移、站位平衡及步态训练。通过坐站、行走训练，恢复身体机能，达到步行功能康复效果，帮助患者回归日常生活和工作。

深圳市丞辉威世智能科技有限公司是一家依托自身优秀团队和合作伙伴在康复医疗、人工智能等领域拥有雄厚技术实力，专业从事康复机器人、助力机器人和相关高科技产品研发、生产、销售的国家高新企业。公司研发的智能下肢外骨骼康复系统包含两款产品，其中的步态下肢外骨骼康复训练机器人获得了本年度德国红点奖，卧式外骨骼康复训练机器人获得了本年度的金芦苇奖。

《设计》 梁余意

深圳市丞辉威世智能科技有限公司 智能下肢外骨骼康复系统设计师，产品经理

《设计》：产品前期调研发现了市场、产品和用户的哪些痛点？得出怎样的结论？

梁余意：我们在前期走访医院的过程中，发现脑卒中患者在医院现有的康复环节中的早期阶段，康复设备的使用是缺失的，主要的康复效果还是来自康复师的手法的治疗，但是我国康复师的缺口很大，并且一天下来康复师需要为8～10位以上的患者进行手法治疗，对于康复师而言工作强度非常强。对于患者而言，在脑卒中早期的卧床阶段，由于神经回路被阻断，患侧肢体由于无法运动开始肌肉萎缩和痉挛，这也是常见到脑卒中患者患侧的下肢比健侧下肢更为瘦弱的原因，而康复训练越是早期介入，患者预后的效果越好。

目前临床针对脑卒中康复早期患者的常用设备是CPM，这类产品早先主要用于骨科术后等导致的关节肿胀、关节僵硬和静脉栓塞等患者的关节运动锻炼。脑卒中在患者卧床阶段用该设备仅可以进行屈伸运动的训练，但CPM只有被动模式，且速度较低，对脑卒中患者伴随的髋外旋、膝过伸、足内翻、足下垂等缺乏矫正措施。对脑卒中患者在运动过程中诱发的痉挛缺乏监测和处理措施。

对于患者而言，每天做的标准康复动作次数越多、时间越长，对应的康复效果就越好。而且脑卒中患者对于越是远端的肢体，控制能力越差，需要的康复训练也相应越多，但是传统的康复方式以及设备对于远端肢体的康复关注十分有限。

我們在研发卧式智能下肢外骨骼康复机器人的过程中，考虑到了很多临床上的特殊情况，例如，我们产品的关节设置是仿生人体的设计，分别对应了人体的髋关节、膝关节和踝关节，在患者使用设备做训练的过程中就会与自身的运动方式更接近;再比如，我们在踝关节的支具设计上采用了具有弹性型变能力的材料，以及增加了足底支撑点的自由度，让患者在使用设备时，足踝可以实现在一定程度上跖屈和背屈，还将足拖设计为半掌的形式，这一系列设计的目的都是为了让患者在使用设备训练时能够增强远端肢体的本体感觉，提升主动康复的意识;再比如，一些年纪较大的脑卒中患者为了防止褥疮和压疮，会睡气垫床，我们也是考虑到这种场景不同的情况，为设备配备了导轨等附件，帮助医患在不同的场景和环境中使用。

《设计》：请介绍下产品中所采用的专利设计、技术，及产品的主创设计团队。

梁余意：我们主创设计团队由清华大学、哈工大、华中科技、华南理工等知名院校的成员组成，从事机器人和医疗相关行业5～15年，有着深厚的技术积累，目前已经申报的各类专利170余项，设计团队在人机工程、外观设计、材质搭配等都有很强的专业能力。

比如，在卧式下肢康复外骨骼产品中，我们采用了人机交互的设计理念，对患者的肌张力进行实时侦测，一旦患者出现由于肌张力过高而引发的肌肉痉挛，设备会立即进行相应处置。我们在产品结构设计中嵌入了高精度的力矩传感器，对患者当前出力的大小进行监测，当患者出现痉挛现象，力矩传感器监测到的数值就会出现明显的异常，此时设备会先停止运动，再慢慢放平患者下肢，有效避免因为持续运动导致痉挛加剧给患者带来不适。

在步态外骨骼产品中，我们使用了先进的传感器运动意图识别技术。脑卒中患者是偏瘫病症，也就是一边身体是正常的，另一边身体不受中枢神经系统控制，我们根据这种病态特征，在患者的患侧和健侧同时布置了姿态传感器，通过监测患者健侧的运动信息，侦测患侧的运动意图，同时采用健侧的信息矫正患侧的辅助参数设置，达到患侧与健侧的同步协调运动。

总体来讲，两款产品采用了人机工程学、仿生学、机械设计、传感器融合算法、机器学习、康复医学等多学科技术。

《设计》：医疗器械相关的设计有哪些特殊之处？对设计师的素质、材料等方面有哪些具体的要求？

梁余意：医疗器械产品设计的难点在于医疗类产品目前还是功能大于美观，这也是和消费类产品设计的主要差异点，而且消费类电子的技术相对成熟，我们的产品在市面上没有太多可以参考的对象。从0到1的过程是需要辛勤付出的，且在从无到有研发产品时，我们需要通过前期的概念图、手绘图、效果图、样机等方式去和用户沟通我们产品的理念、技术方式和大致的穿戴形式，才能在产品研发早期就得到用户及客户相对直观的反馈。设计师需要在前期就用具象的方式给团队一个参考的方向，这样不同职能的工程师才可以有方向性的指导。另外，产品设计时，人机工程、操作流程、产品形式等几个方面都是在设计之初就要预埋进去的，这些方式往往会决定最终的产品形态。

智能下肢外骨骼康复系统目前所包含的两款产品均属于可穿戴设备，这要求设计师自身对人机工程学研究得很透，才能设计出穿戴舒适、外观优美、尽可能适应更多人群的设备，因为在医院的使用场景下，越是操作简单的产品，越是能够帮助医生减轻工作负担。这两款康复机器人是针对脑卒中患者研发的，脑卒中患者往往会伴有糖尿病等既往病史，糖尿病患者的皮肤损伤后愈合的时间会更长，同时患者的患侧肢体敏感度低，存在有摩擦但是患者感受不到的情况，这就要求设计师在设计与人体接触的部分时能够充分考虑到相关情况，设计出尽可能适应大多数人的可穿戴设备。在材料选择上，我们要求产品的用材符合医疗行业的相关标准，同时满足舒适性、耐用性的要求。

《设计》：医用外骨骼设备的设计有哪些特点？本产品的设计难点有哪些？该产品的市场前景如何？未来是否还会继续迭代？

梁余意：相对于军用和工业用的外骨骼机器人来说，丞辉威世智能下肢外骨骼康复系统是针对脑卒中患者下肢康复机器人，这三者的设计上有着本质的区别。军用外骨骼机器人更偏向轻便，适用于奔跑、负重的场景;工业外骨骼机器人会偏向于帮助工人完成特定的生产动作;丞辉威世智能下肢外骨骼康复机器人则是针对脑卒中患者下肢康复使用的医疗设备，例如卧式这款产品是给早期卧床阶段的患者使用的，我们针对卧床这个阶段设定了不同的康复训练模式：被动模式、助动模式、主动模式和桥式训练模式，四种模式的难度和目的不同，配合语音的提示帮助患者进行主动训练，桥式训练可以帮助提升患者腰部和下肢的协调性，能够在患者下地进行行走训练前提前将协调性和平衡能力提升，这样能加速患者的康复进程。步态下肢外骨骼康复机器人这款产品则是针对患者开始行走训练时使用的设备，设备内置的算法会根据患者的步态去帮助患者完成行走过程中屈膝和伸膝的动作，产品的机械设计也会防止患者的膝过伸和髋外旋的情况，同样的，这款产品也设定了坐站模式、平衡模式、跨步模式、行走模式等几大模式，覆盖患者生活中要面对的不同场景，同时也是对应着患者步态训练这个过程中的不同阶段，例如坐站训练和平衡训练就是患者刚刚开始下地康复训练时所需要提升的控制力和平衡力的训练。

综合来说，丞辉威世智能下肢外骨骼康复系统是定向针对脑卒中患者的下肢康复训练设备，主要的功能点也是根据脑卒中患者的特征和常见步态去设计的，是满足临床患者康复全流程的康复设备，是帮助患者提升康复效率，缩短康复进程，帮助医生减轻工作压力的產品。相对于欧美国家而言，我国康复行业的发展还略显滞后，目前国家也在逐步推进康复研究和市场进步，也包括政策上的支持。随着时代和技术的进步，医疗康复外骨骼后续也会朝着小型化、轻量化、柔性化的方向发展和迭代。

《设计》：外骨骼产品的应用场景日益宽泛且常见，丞辉威世设计团队未来还将开发此类产品在哪些方面的应用？

梁余意：丞辉威世外骨骼着眼于脑卒中偏瘫患者，从术后早期卧床期间介入，帮助患者进行卧床阶段的康复训练。通过下肢被动运动、主动运动、抗阻运动、桥式训练等模式实现下肢肌力的提升，同时避免患者长期卧床形成压疮、关节脱臼、髋外旋等不良病态。待患者离床后可以使用步态康复外骨骼，进行坐站、平衡、行走功能训练。两款产品形成一个完整康复训练的闭环模式，帮助患者缩短康复周期，提升康复效果。

但外骨骼的作用不仅如此，可以应用的疾病范围很广，以卧式下肢外骨骼为例，还可以应用于有挛缩病症患者，小腿静脉血栓预防功能，骨科关节松动康复训练，下肢肌无力患者康复训练，步态产品还可用于非脑卒中的平衡功能训练等多方面病症。

未来，我们还会开发个人版的外骨骼产品，如帮助失能、弱能人士，通过穿戴我们开发的助力外骨骼产品实现日常生活的自理。同时还会开发适用于老年人的轻量化产品，帮助那些站不起、走不远、走不动的老人站起来，走得更远、更轻松。

《设计》：智能下肢外骨骼康复系统是在怎样的契机下参评的金芦苇奖？获奖给产品及企业带来怎样的影响？

梁余意：丞辉威世的智能下肢外骨骼康复系统目前有两款已经面世的产品，其中步态下肢外骨骼康复训练机器人参评了2021的德国红点奖并获得了医疗与健康组的红点奖，对于产品本身而言，我们的团队非常有信心。我们用三年的时间打磨了这两款产品，并且和中山大学附属第一医院等几大行业翘首紧密合作，相信我们产品在功能定义、人机工程设计、操作流程设计、外观设计等方面都足够优秀，也正是如此，我们报名参评了今年的金芦苇奖。评审团强大的阵容和严谨的评审态度，让获奖的我们倍感荣幸，同时也倍增作为企业的社会责任感。在未来的产品研发过程中，将继续秉持以人为本、尊重设计、尊重技术的原则去迭代和创新我们的产品。获得金芦苇奖对于我们的研发团队是极大的鼓舞，是对我们过去三年努力付出的肯定，也是对我们产品设计的认可。每一点肯定都会转化成为我们继续前进的动力，继续为做出更加实用、更具人文关怀属性、外观更加优美舒适的产品而努力。