给肢体震颤患者“亿”点爱

供稿|王美军 / WANG Mei-jun

内容导读

把身体的每一个动作，都调成慢速播放，循环五年、十年、二十四年，越来越慢，这就是帕金森患者的日常。他们要面对身体突然的紧绷，四肢不住地颤抖，以及周围人异样的眼光。帕金森患者往往伴随震颤症状，严重者甚至无法正常进食，这严重影响了患者的正常生活，甚至情绪和心理状态，同时也给家人带来极大的困扰。因而防抖产品的问世显得格外重要，他不仅可以使老年人实现自主进食，减少烦恼，提升老年人的生活质量，同时也可减轻子女的负担，具有非常重要的实践意义。

在科技高速发展的今天，医疗科技服务更加应该着眼于人们真正需要却还没有实现的方面，同时让大众感受到科技的温暖与关怀，让科技真正的为人民大众服务，让患者拥有尊严、自信和独立，让科技充满人文关怀。

肢体震颤疾病

有这样一小众群体，他们每天都面临着手抖的煎熬，手部持续的震颤虽不致命，却极大地影响了患者吃饭、刷牙等正常生活，简单的动作却成为他们的奢望。造成手发抖的原因很多，其中包括遗传性的手发抖、恐惧悲哀造成的手发抖、因疾病造成的(心脏病、脑神经失调)以及特发性震颤等手部震颤问题。

在这个群体中，帕金森综合征患者尤为之重(图1)，他们大多数是老年人群体。帕金森综合征的典型表现是频率为4～6 Hz的“搓丸样”震颤，目前中国约有170万人患病，且患病人数逐年增加。帕金森综合征患者年龄多为六十岁以上，困扰其日常生活的主要是静止性震颤。以手部为例，在吃饭时，手部处于静止状态下的抖动会将勺子或筷子夹着的食物抖落。这给老年人与赡养人造成了巨大的困扰，尤其是对老年人来讲，不仅是生理上的困扰，更是心理上的负担。

图1 帕金森综合征

常见的震颤性症状疾病

帕金森病(Parkinson’s disease，简称PD)是一种常见的神经系统变性疾病，其病因主要是中脑黑质部分病变导致多巴胺神经能元减少(死亡、病变)，而与多巴胺有拮抗作用的乙酰胆碱神经递质正常，控制运动能力失调[1]。

帕金森病症状因人而异，最为显著的症状就是静止性震颤、运动迟缓和肌强直[1]，中晚期患者出现姿势平衡障碍，发病前后还会伴随一些非运动症状，包括便秘、嗅觉障碍、睡眠障碍、自主神经功能障碍及精神、认知障碍。静止性震颤为帕金森病首发症状，大多开始于一侧上肢远端部位，静止体位时出现或症状明显。发病时拇指与屈曲的食指间呈“搓丸样”动作。

帕金森病常见的治疗方式有：

(1)药物治疗补充多巴类物质，负作用巨大。

药物治疗一方面增强多巴胺的作用，另一方面是降低乙酰胆碱的作用，以使二者的相互作用达到一种新的平衡状态。相应的药物主要有两类，一类为抗胆碱受体药，另一类为补充多巴胺，常用为左旋多巴。左旋多巴的副作用根据出现的时间可分为近期副作用和远期副作用。常见近期副作用有肠胃反应、心血管副作用、睡眠障碍和精神症状；远期副作用多在服药2～5年后发生，包括异动症、运动波动、晨僵和起效延迟。

(2)手术治疗。

脑深部电刺激治疗或损毁术[2]。其中脑深部电刺激治疗为电极刺激大脑深部，使其释放更多的多巴胺，特点是微创、安全、有效。根据病情治疗费用在10～30万元，且只有部分患者适合此类手术治疗方案。

神经核损毁术常用靶点为丘脑腹中核(Vim，与震颤有关)及苍白球腹后部(PVP，与僵直有关)，特点是费用低，但操作不当可能引起更严重病变，且仅对部分患者有效。

根据“帕金森病的康复治疗现状”显示[3]，中国50岁以上PD发病率为0.5%，60岁是1%。由于人口老龄化问题日益严重，而此病的发病率又随着年龄的增高而增加，因此帕金森病患者人数有逐年增加的趋势。目前国内帕金森病患者人数约300万，每年新增人数达10万以上。有家族遗传背景的患者，40岁不到就会发病，称为青少年型帕金森病，这群患者约占帕金森病所有患者的10%。2018年，国家老年疾病临床医学研究中心主任陈彪曾对《21世纪经济报道》表示，目前中国80岁以上的老年人口2000万，帕金森病人数量在250万到300万之间，预测到2030年有500万的帕金森病人。

除帕金森病外，震颤症状也表现在其他的一些病症中：

(1)甲状腺功能亢进症。

因甲状腺激素产生过多引起的临床综合征，表现为身体的代谢亢进，系统兴奋性增高，有消瘦、心慌、手抖、脖子粗、烦躁等不适症状。中华医学会内分泌学会进行的“社区居民甲状腺疾病流行病学调查”显示，我国甲亢患病率为1.3%，约1700万患者。

(2)特发性震颤。

特发性震颤又称原发性震颤、家族性震颤，是一种常染色体显性遗传病，临床主要表现为上、下肢或头、面部的不自主震颤，有时候也有声音震颤。典型的特发性震颤可在儿童、青少年、中老年人群中发现，在普通人群中发病率为0.3%～1.7%，并且随年龄增长而增加，中国特发性震颤患者高达1200万人。

(3)慢性酒精病毒。

慢性酒精中毒指由于长期过量饮酒导致的中枢神经系统严重中毒。因体内酒精浓度下降反复出现戒断症状，常见手、足、四肢和躯干震颤、共济失调、反应迟钝及食欲不振等症状。

医工结合的行业背景

国务院印发的“中国制造2025”中，建设制造强国“三步走”战略目标的第一个10年目标明确了制造业发展的10大重点领域，生物医药及高性能医疗器械位列其中[4]。智能型康复辅具以及配套所属的健康检测产品是医疗器械的发展重点。因此，在国家推动医学和健康事业发展、智能技术突飞猛进的重要历史机遇期，智能型康复辅具的研发正是深化了医工交叉融合的理念，顺应了时代和人民对美好健康生活的向往和需求。

数字化医疗渗透至医疗行业的各个分支，“大数据+人工智能”是未来医疗器械行业发展的方向。医院通过诊断不同疾病患者，积累了庞大的数据资源。大数据技术能搜集、筛选、整理不同类型的海量数据，通过智能算法探寻和疾病有关的客观规律，在医护人员起主要作用的前提下，提升患者和对应的疾病以及医疗措施的匹配程度，提升诊断的效率，节约患者的时间和精力。

患者和医疗系统也呈现出互动趋势。在信息技术的帮助下，医疗设备能随时搜集患者信息，并将数据传输到医疗系统“云端”，实现实时监控患者病症情况，方便医护人员及时和患者沟通。同时，患者也可以利用医疗APP接触到网络上公开的医学常识，加深对疾病的认识和理解。

综上，医疗器械的智能化，精准化和人性化是时代发展的反映，在切实解决震颤症患者的身体问题之余，其附加的信息服务使得医患双方有所互动，符合医疗器械行业的发展方向。随着中国老龄化的加剧，以帕金森病为代表的老年神经性系统退行性疾病在老龄人口中蔓延。这也意味着医工结合的养老产品有机会打入这一细分市场，减轻患者子女的负担，方便老人的日常生活[2]。

医疗器械的市场需求

(1)老龄化。

在快节奏的社会下，科技也在迅猛发展。中国处在一个前所未有的历史阶段，社会快速发展、经济崛起，给社会带来很多新的变化。同时我国也面临着严重老龄化的社会，很多老人的健康医疗、养老等服务等都得不到完善。现有社会的发展速度与社会压力，让大多数赡养者要么没有足够的经济能力雇佣护工，要么没有足够的时间亲自进行照料，使其成为了一个社会问题。

根据国家统计局公布的数据，就人口年龄结构而言，我国60岁及以上老年人口占总人口的比重已经从2000年的10.33%上升到2020年的18.70%[3]，如图2所示。根据世界银行预测，预计2030年这一比重将上升到24.8%，更有甚者预计到2050年这一比重将进一步上升到32.6%，我国的人口老龄化日益严重。

图2 历次人口普查年龄构成

(2)传统治疗的不足带来的需求。

传统治疗方式主要为药物治疗、手术治疗、心理治疗等。帕金森病群体因震颤导致无法自理进食的问题尚未解决，现有产品的价格较高且技术不成熟，再加上宣传程度不到位等问题，消费者群体也无法信任这类新兴产品，对当前消费者欲望满足程度较低，市场的空缺为医疗器械的发展提供了巨大的生存空间。

(3)用户心理。

对于老年人来说，因为手抖无法顺利进餐，会出现进食艰难、进食时间延长导致饭菜变凉、食物洒落在桌面等情况，从而大大降低用餐的愉悦感、增加负面情绪和心理负担。而对于子女来说，必须要养家糊口的他们没有过多的时间和精力满足老人的生理和心理的多方面需求，对他们而言需要一个降低时间成本，可以有效代替他们照顾老人且价格在可接受范围内的工具，以此来满足子女对父母的孝心。防抖产品的设计能够减少老年人进食的烦恼，实现自主进食，重拾信心。根据老年人群的生活居住环境等进行分析，秉承人文情怀去设计出一款适老化产品，提升老年人的生活质量[3]。

(4)用户的规模和市场规模。

根据调查数据，仅在中国市场，帕金森病、甲状腺功能亢进、慢性酒精中毒、特发性震颤患者人数已经超过3000万。我国2020年人均GDP达到1.13万美元，同时新兴服务业迎来快速发展，家庭用品及服务和医疗保健消费占比持续升高，在对生活质量日益重视的情况下，消费者对提升生活质量和生活水平的商品更加青睐。

防抖餐具的解决方案

面对帕金森群体这样一个庞大的数字和无奈的现实，一款致力于从患者自身出发解决问题的“睿羹CalmSpoon”防抖餐具应运而生。

“亿”点点改动

当你展开设想，如果有一把勺子，分成两半，中间加一个滤波，不就可以滤掉勺柄抖动，实现勺头平稳了吗？基于这个思路，再进行了“亿”点点改动，“睿羹CalmSpoon”团队最终研发出一款不到200 g的手持防抖餐具，如图3所示。

图3 防抖餐具结构图

勺柄：勺柄主要由勺柄上壳、勺柄下壳组成，其内部装有电路板。为了增大帕金森患者手部与勺柄的抓握力，整体采用长直设计，在保证内部电路容纳的同时，可以使患者更稳当地握取。

勺把：勺把主要由电机组组成，具体包括电机上壳、电机下壳，用来安放减速电机，同时与勺柄相连接构成整体；勺头左壳与减速电机的输出轴固定，并通过一个微型轴承与电机下壳的凸轴相连，且与勺头左壳对称，由勺头上壳将二者定位后固定；勺把姿态经由减速电机输出轴带动，使其内部固定的姿态传感器运动以及时做出检测。

勺头：勺头是为了适应防抖勺而相应设计的，采用了底部较平，侧面较深的设计，不易因为纵向抖动而洒出勺内所盛物。远离勺头的一端利用安插在勺头左右壳的4个弹簧柱塞固定，可以自由插拔，更换为牙刷头等，以适用于不同的场景。

勺未使用或者手部较为平稳时，整体几乎处于水平状态；当手柄受到外力而产生向上的抖动时，勺头相应地向下转动，此时传感器接收到位置信息的改变而使得控制电路驱使电机逆时针方向旋转，带动勺头上移，从而抵消由于勺柄抖动而下降的距离，达到相对平稳的状态；当手柄受到外力而产生向下的抖动时防抖过程与向上抖动相反(图4)。

图4 机械防抖过程

这是一款面向帕金森病、甲状腺功能亢进和慢性酒精中毒等震颤症患者的智慧医疗防抖设备。“睿羹CalmSpoon”防抖餐具采用姿态测量和伺服技术，当用户手持餐具柄部震颤时，餐具里的食物将基本保持平稳，不会洒落。餐具可更换餐头，如勺、叉，未来将加入牙刷、梳子等模块，使其可以在不同场景下使用，增加了扩展性，提高生活品味。而为了方便患者使用，“睿羹”打开开关即可进入防抖模式，学习成本低，不同于常见的相机稳定器负载恒定，在使用防抖餐具进食过程中，餐头中食物质量和质心会发生大幅度变化，团队通过硬件和算法设计，创新了数据采集和控制算法，在低成本元器件上实现了较高精度的稳定控制，使其能够满足帕金森病等震颤类患者的使用要求。

“亿”点点关爱

随着5G、大数据、VR等技术的变革，医疗行业也在向智慧医疗升级转型[4]。智慧医疗的出现，为社区患者管理、病情评估、疾病研究带来了极大便利，“睿羹CalmSpoon”APP应运而生图5。随着智能手机在老年人中的不断普及，“睿羹CalmSpoon”防抖餐具通过APP将获得更加丰富的增值服务。

图5 “睿羹CalmSpoon”APP界面

“睿羹CalmSpoon”APP储存有智能震颤评级方案，经过大量医学数据监督学习，可以通过防抖餐具采集患者震颤数据，并得出震颤评级，准确率与医生评价相当。APP可接入智慧医疗系统，在云端记录患者病情变化数据，在经患者同意后，其监护人和医生可以获得数据读取权限，可视化查看患者病情变化，方便患者管理。

知识图谱是一种在计算机中记录语义知识的人工智能技术，它以图的形式记录实体、属性和关系，提供了知识存储、知识推理的能力。团队构建了一个包含超过9000种疾病、5.1万实体、34万条关系的知识图谱，记录着疾病、症状、所需检查、药物的知识，相当于一本“医学知识大全”。通过自然语言处理技术，患者可以向“睿羹”APP提问，APP在知识图谱中推理答案回答患者，相当于患者的私人医生。

北京科技大学的“人文”

北京科技大学(简称北科大)始终秉承“人性化关怀、理性化培养”的人才培养理念，鼓励学生前往基层机构，参与社会实践，了解社会需求，在实践中了解专业内涵，加深专业理解，践行仁义、踏实认真。此外，北科大重视创新创业教育，自2016年开始，校团委、教务处、创新创业中心联合开展“鼎新班”创新创业精英人才培养计划，挖掘优秀的在校生项目和毕业生项目，以培育创新创业项目为教育载体进行创新创业精英人才培养，将“创青春”全国大学生创业大赛、“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛、“互联网+”大学生创新创业大赛作为锻炼平台，以授课、个性化辅导、竞赛指导等形式开展项目培育工作，为创业团队提供高质量的学习交流平台，不断提升学生的创新能力与时代担当，为国家培养输送创新型人才。

在学校的支持与鼓励下，“睿羹CalmSpoon”团队秉持“让科技充满人文关怀”的理念，与医学专家、工程专家、患者等深入交流，了解用户需求，协同多个学院之间的力量，进一步了解市场需求，同步推进原型机的产品化设计。

在项目推进过程中，“睿羹CalmSpoon”团队成员发挥自身专业特点，以赛促学，提升了专业实践能力。同时与专家、患者等交流，培养了团队学科交叉意识，开拓了团队视野，坚持让创新充满温度的初心一路向前。团队作品曾获“挑战杯”首都大学生创业计划竞赛金奖、“西门子杯”中国智能制造挑战赛全国一等奖、“华为杯”中国大学生智能设计竞赛全国亚军等多项国家级、省部级奖项。参加2020年中国北京国际科技产业博览会等展览(图6)，被中央电视台(图7)等校内外媒体多次报道，也让越来越多的人关注到震颤类疾病患者。

图6 中国北京国际科技产业博览会

图7 央视节目报道