[发明专利]康复训练机器手及结合虚拟现实和运动想象的手功能康复训练系统

说明书

本发明公开了一种康复训练机器手及结合虚拟现实和运动想象的手功能康复训练方法，康复训练机器手通过类似人体手掌的结构佩戴在人手上，带动人手进行康复训练，其特征在于，在该结构中设置有控制掌指关节和近端指关节的运动传动机构，其中，大拇指上一个，食指、中指、无名指和小拇指各两个，使得大拇指、食指、中指、无名指和小拇指绕掌指关节和近端指关节转动；所述运动机构包括位于底座上方的电机，在电机上连接有蜗杆，蜗杆连接扇形蜗轮，扇形蜗轮通过转动连杆和手指的近骨节或远骨节相连接，从而实现动力的传递。

技术领域

本发明属于康复医疗器械领域，涉及机器手的设计，特别涉及一种康复训练机器手及结合虚拟现实和运动想象的手功能康复训练系统。

背景技术

脑卒中是一种由于脑部血管病变引发脑组织损伤的疾病，具有高发病率、高死亡率、高致残率以及高复发率等特点。近年来，脑卒中患病率呈上升趋势，该疾病已成为我国居民第一大死因。脑卒中所引起的手部运动功能障碍会严重影响患者的正常工作生活，给患者家庭及社会带来严重的生活、医疗和经济负担。目前，国内外通过大量研究表明，机器人辅助康复训练取得了较好的效果，但尚未出现治疗脑卒中后手功能的统一、规范方法。现有的康复治疗手段存在患者身体患侧活动不足、主动意识参与不充分、对康复治疗师依赖大等问题，患者往往静止、被动地接受外部给药或刺激，故造成康复周期长、康复效率低等问题。尽管常规康复训练机器人能起到一定的康复效果，但仍旧存在患者被动接受，依赖康复治疗师等问题。

康复训练机器人辅助系统早在上世纪90年代就被引入到脑卒中后上肢康复之中，不仅患侧肢体的肌肉得到了运动训练，避免了肌肉僵化萎缩，而且受损的运动控制神经通路也会得到恢复，大脑感觉运动皮质受到刺激，从而重塑整个神经中枢—外周神经—肌肉环路。根据神经可塑性理论，在康复过程中，患者恢复认知和运动功能的关键，在于将患者的主动意识引入康复治疗过程，运动想象（Motor Imagery，MI）是一种可引入患者主动运动意图的手段方法，进而实现变被动康复为主动康复，直接作用于中枢神经系统的刺激可以引起大脑皮质重塑。

针对上述问题，沉浸式虚拟现实（virtual reality，VR）技术作为近年来高速发展的新兴技术，可以提供一种充分激发用户兴趣和参与度的视觉反馈，用户置身于与现实世界隔离的三维虚拟场景之中，通过特定方式与场景进行交互，完成相应体验与任务，在训练过程中不断地尝试、调整动作以达到训练目的。

目前商用康复机器人的手功能康复训练系统，在设计与运用已经取得了一定的成就，但在具体应用中仍然存在一些问题：

（1）结构复杂，体积较大。

人的手部众多的自由度使得人手能够实现各种复杂的动作和配合，机械式外骨骼为了配合手的多个自由度，往往结构复杂。同时，手功能康复机器人结构设计的关键在于保证外部结构的旋转中心与手指关节的旋转中心在一条直线上，否则将会对患者的手部造成二次伤害，而现有的结构大多使用较为复杂的结构去实现精准辅助和配合。并且由于大部分机械手都是金属材质，重量一般较大，降低了整体结构的便携性以及舒适性。

（2）成本高昂且便携性差。

现有的商用康复机械手多数采用了成本昂贵的微型电机或者直线电机进行驱动，导致其价格居高不下，同时复杂的机械结构也提高了平时的维护成本，导致现有的康复机械手只能在大型医院康复科进行运用，无法进入社区或家庭。

（3）缺乏患者主动意识的参与。

目前大多数手功能康复机器人仅包括单独的手部康复训练装置，虽然能通过带动患者进行手部康复训练实现手部功能障碍的恢复。但仅能以被动的形式带动手指，没有引入患者的主动意识，只是单纯地通过机械运动带动患者的偏瘫侧肢体进行运动，仅仅能够起到防止患侧肌肉坏死、提高肢体活动力的作用，模式策略单调，无法深入康复患者因脑卒中受损的神经环路，无法为患者提供科学完整且生动的训练方案。患者的主动意识无法参与其中。

（4）训练过程枯燥无味。