人工智能技術在中國康復醫療中的應用研究

摘要：傳統的康復治療手段存在效率低、成本高等問題，人工智能技術與康復醫療的結合能有效彌補這些不足。本文概述了人工智能技術在康復機器人、康復治療評估、遠程康復等方面的應用，并進行了總結與展望。中國在智能化康復醫療上起步較晚，目前人工智能技術在康復醫療中的應用存在一些問題，但由于人工智能技術日漸成熟和康復產業需求日益增長，人工智能技術在康復醫療中具有很好的應用前景。未來，應提高對人工智能技術的認識，著力解決目前存在的不足，積極推動人工智能技術在康復醫療中的應用。

關鍵詞：人工智能技術；康復機器人；康復治療評估；遠程康復

引言

中國在康復醫療領域起步較晚，但隨著社會的進步和康復需求的增多，以及國家給予的政策與財政方面的支持，康復醫療行業目前正迎來重要的發展機遇[1]。

人工智能技術利用算法實現對人類學習、推理、感知和決策等能力的模仿，以解決實際問題，包括機器學習、機器人、人機交互、神經網絡算法等技術。近年來，隨著人工智能技術的快速發展，智能化已經延伸到各個領域。智能康復器械由此開始進入醫療領域，康復醫療已開始慢慢實現工程與醫學的結合[2]。目前，人工智能技術在康復醫療中已經實現多方面的應用。例如，在輔助康復訓練方面，肢體運動康復可通過計算機視覺與可穿戴設備實現動作監測和反饋；康復機器人可基于機器學習輔助肢體運動訓練；結合大數據和機器學習算法可對脊髓損傷、中風、創傷性腦損傷、運動損傷等疾病進行康復治療[3]。本文將從康復機器人、智能康復評估、遠程康復輔助治療等三個方面，對人工智能技術在中國康復醫療中的應用現狀進行概述。

1. 人工智能技術在康復機器人中的應用

近年來，人工智能技術和機器人技術發展火熱，康復機器人以人工智能技術為基礎，在康復醫療領域中被廣泛應用。康復機器人代替了大量重復性的人力工作，減輕了醫護人員的工作強度，同時提高了工作效率。由于與人工智能技術融合，康復機器人在智能化、交互性、有效性等方面都有了顯著的提升[4]。康復機器人種類繁多，本文只對肢體康復機器人進行綜述，即上肢康復機器人和下肢康復機器人。上肢康復機器人適用于以腦卒中為代表的神經性疾病導致上肢運動功能障礙的患者，幫助其恢復上肢的肌肉力量、關節活動度和協調性；下肢康復機器人主要用于脊髓損傷、下肢骨折、關節置換術后等導致下肢運動功能受損的患者，促進其下肢的運動功能恢復。

目前，在關于康復機器人的研究中，人工智能技術得到了大量應用。一種具創新性的上肢康復機器人被高建設等提出，研究人員建立了該機器人的運動學逆解方程，展開了典型康復軌跡的仿真和實驗研究，如“0”字形、“1”字形、“8”字形等[5]。杜豪等人設計了一款繩牽引的上肢康復機器人，該機器人與虛擬現實技術相結合，為患者提供含有特定任務的重復訓練[6]。患者上肢運動信息可通過動作捕捉系統獲取，然后通過獲得的運動信息，自動判斷患者的自主運動能力，如運動速度等，以此達到控制機器人的運動模式，實現虛擬現實運動交互的目的。孫建起等設計了一款基于STM32F103RCT6微控制器芯片的人機交互主被動康復機器人系統[7]。系統能在患者運動的過程中實時采集其足底壓力、心率、血氧等數據，通過智能語音控制系統提高人機交互的安全性，滿足下肢功能障礙患者多場景下的康復需求。李科岐等提出了一種基于表面肌電信號的下肢運動意圖識別方法與主動控制模式，對表面肌電信號進行分析，建立基于BP神經網絡的運動意圖分類模型，將下肢運動時分類模型產生的輸出結果作為下肢康復器的控制信號，實現患者的動作識別與主動訓練[8]。

同時，一批高水平的智能康復機器人研究團隊和企業開始嶄露頭角，如中國科學院深圳先進技術研究院，以及成都布法羅公司、上海傅利葉公司、杭州程天公司，都是擁有自主知識產權的康復機器人制造企業[9]。

例如，成都布法羅機器人科技有限公司生產的布法羅下肢步行外骨骼機器人產品，其工作原理主要是利用計算機系統對患者的行走意圖進行分析，生成相應的行走指令，行走指令轉化為電信號，電信號驅動外骨骼關節處的電機工作，模擬人體自然步態，幫助脊髓損傷、癱瘓等患者進行康復訓練，助力患者進行更科學的康復訓練。康復訓練的項目可以依據自身的康復訓練意向在智能APP選擇，如行走、抬腿、拄拐行走等訓練項目，并且髖關節角度范圍、訓練速度等也可以根據個人的實際情況自由選擇，充分滿足不同患者的需求。

再如，傅利葉智能ArmMotus? M2Pro上肢康復機器人。該產品以人工智能技術為基礎，能對康復治療師的手法、力道進行模擬，從而實現人機交互，并制定與患者需求相對應的康復訓練方案。

2. 人工智能技術在康復治療評估中的應用

傳統的康復醫療評估主要依賴醫生的臨床從醫經驗，存在一定程度上的主觀判斷，已不再滿足當代對評估結果的高速、高準確度的需求。隨著科技的進步，人工智能技術的興起給康復治療評估帶來了更精確、快速的評估結果。很多慢性病患者一般在治療后需要長期的康復評估，傳統的康復治療在長期追蹤中存在一定的局限性，人工智能技術的加入可以解決這一局限性，利用先進的大數據技術，對海量的醫學數據進行全面分析，快速發現潛在的規律，為醫生提供更為精準的預測信息。

此外，由于每個患者自身的病情和身體狀況不一樣，其康復需求也不同。因此，通過人工智能技術對與患者相關的數據進行分析，如患者的影像、檢查、過往病史等數據，可以為患者提供高精準度的康復評估結果，依據患者需求制定康復方案。

劉巖等提出一種面向養老社區的數字化康復評估方法。該評估方法基于人工智能物聯網技術、多傳感器融合方式，采集老年人的個人信息、基本健康數據、認知能力等。通過提煉數據，分析特征，利用人工智能算法模型能夠實現6項評估，即健康狀態、日常生活能力、認知能力、關節活動能力、平衡能力、步態和肌力評估，根據這些評估結果可對老年人的身體機能作出綜合判斷并依此為患者提出康復建議[10]。王曉春等提出一種基于運動反饋虛擬現實四肢康復系統的智能康復評估方法，可監測患者康復訓練表現，并即時反饋，同時能自動分析患者康復訓練的綜合表現[11]。白敬等提出一種基于姿態與力測量的手功能自動康復評估方法，該系統采用雙目視覺傳感器跟蹤手部或者手腕的運動姿態，將壓力傳感器分別附著在5種抓握工具上，記錄5種抓握方式下手部的力信息，提取運動姿態和力信息的特征值用于手部運動功能的康復評估[12]。

在康復治療評估方面，國內的研究情況比較一般，康復評估系統產品數量有限，與實際的需求有著很大差距，可查看的資料相對較少。例如，貴州海邇西科技有限公司研發的面向運動及認知等功能障礙的智能康復診療系統，其主要用于評估腦卒中、運動及認知障礙等疾病等。其工作原理融合視覺和可穿戴設備等感知的數據，借助智能算法自適應地構建康復診療模型，全面評估患者的運動、認知障礙，生成符合患者實際情況的個性化康復方案。

3. 人工智能技術在遠程輔助康復治療中的應用

目前，中國三甲醫院的康復訓練系統比較完善，患者在住院期間的康復治療效果比較好。但患者在出院后，會面臨與醫師聯系不暢、康復治療資源有限、康復周期長等多重問題。患者在出院后康復訓練很難保持連續、規范，很多患者會因此中斷改善其功能的康復訓練，而遠程康復可以改善這個問題[13]。在患者出院后，遠程康復輔助可發揮作用，輔助患者進行持續性的康復治療。輔助系統能對患者進行遠程康復訓練指導，記錄訓練成績，監控康復效果，遠程監測患者生理指標，實時傳輸數據到醫生端，醫生可根據這些數據知曉患者出院后的情況，并根據康復進度和實際情況對患者的康復訓練方案進行實時調整，實現對患者遠程的長期康復治療追蹤[14]。

一般智能化遠程康復系統有自動評估、診斷等系統，且可推薦治療處方、調整治療難度和進度等[15]。目前，六六腦腦康復云是比較受關注的產品，該產品是基于人工智能技術與神經科學、互聯網及物聯網技術建立的一個腦康復云平臺，主要包括患者端、醫生端、在線康復評估與訓練系統等。平臺基于病史、訓練成績和神經網絡模型等，每日自動調節訓練參數，制定適合患者的訓練方案。另外，平臺支持醫生遠程調整方案，實時查看訓練記錄成績，支持患者自助康復、一對多康復、居家康復[16]。此外，山東澤普醫療科技有限公司的基于ICF架構的康復信息化系統，同樣具有豐富強大的功能。該系統具有產品云端互聯互通、遠程診斷、數據分析、智慧處方等多種功能，患者和醫生可以通過互聯網互通數據，醫生可以根據反饋的數據對患者進行康復訓練指導，減少了患者出院以后的溝通成本，節省了患者和醫生在進行康復訓練過程中的時間和精力，提高了患者康復治療的效率，讓患者得到更好更全面的康復治療服務。

4. 人工智能技術在中國康復醫療中的應用總結

雖然中國在智能化康復醫療領域方面起步較晚，但經過努力，人工智能技術在康復醫療領域的應用已取得很大進步，同時也存在很多不足。例如，在實際場景中，由于人類的動作多樣且復雜，康復機器人難以全面準確地識別每個方向的運動軌跡，影響康復訓練的效果和針對性。同時，在進行康復治療評估時，由于患者情況的不同和患者需求的多樣性，在采集患者數據的過程中會存在偏差，采集到的數據可能無法全面反映不同類型患者的實際情況，從而影響康復方案的效果。此外，在遠程康復進行數據傳輸的過程時，可能會造成數據泄露，降低患者對智能康復醫療的信任度，數據如被不法分子利用，可能會使患者的利益受到侵害。

結語

康復機器人除了肢體方面的康復訓練，還會更深入地應用在心理方面的康復治療。隨著數據處理能力的增強，能夠更全面、更準確地采集患者生理數據，提高對患者康復評估的精準度，制定更加有效、個性化的康復方案。在遠程康復中結合數據加密技術，對收集到的患者數據進行加密處理，確保數據的安全性。未來，人工智能技術會推動康復醫療朝著信息化、智能化、私密化、個性化等方向邁進。

參考文獻：

[1]陳嘉斌，陳霞玲.廣州康復醫療產業現狀分析及發展建議[J].中國工程咨詢，2024（7）：94-99.

[2]張洪峰，焦永亮，李博徐，等.人工智能在康復輔助技術中的應用研究進展與趨勢[J].科學技術與工程，2022，22（27）：11751-11760.

[3]陳柯羽，劉紓羽，吉祥，等.中國康復醫學領域中的人工智能及發展趨勢分析中國醫學科學院學報[J].中國醫學科學院學報，2021，43（5）：773-784.

[4]張偉，孟青云，李敏.吉機器學習在康復機器人研究中的應用[J].軟件，2022，43（9）：87-90.

[5]高建設，左偉龍，于千源.一種上肢康復機器人的運動仿真與實驗研究[J].機械設計與制造，2020（3）：155-158.

[6]杜豪，楊巖，張成杰.虛擬現實技術在柔性上肢康復機器人中的應用[J].計算機工程與應用，2020，56（24）：260-265.

[7]孫建起，徐振宇.基于人機交互的主被動康復機器人設計[J].物聯網技術，2024，14（8）：76-77，81.

[8]李科岐，姚固林，吳全玉，等.人體下肢康復運動意圖識別與人機交互訓練方法研究[J].赤峰學院學報（自然科學版），2024，40（4）：11-15.

[9]程洪.智能康復產業進展與趨勢[J].經濟，2023（8）：58-61.

[10]劉巖，劉挺軍，趙成，等.面向養老社區的數字化康復評估方法研究與應用[J].中國數字醫學，2023，18（5）：110-116.

[11]王曉春，王俊華.運動反饋虛擬現實四肢康復系統評估模塊設計[J].中國康復理論與實踐，2019，25（5）：597—601.

[12]白敬，王智賢，溫秀蘭.基于姿態與力測量的手功能自動康復評估方法[J].測控技術，2024，43（4）：77-82.

[13]伍永強，羅云，鐘燕彪，等.遠程康復在腦卒中患者中的應用與進展[J].贛南醫學院學報，2022，42（12）：1293-1298，1316.

[14]王婷婷，屈云.中國腦卒中云康復現狀[J].華西醫學，2020，35（6）：652-657.

[15]牟進，馬睿，屈云.卒中后認知障礙的遠程康復研究進展華西醫學[J].2020，35（6）：724-728.

[16]李思奇，趙依雙，張玉梅.人工智能在腦卒中后認知障礙評定與康復中的應用[J].中國醫刊，2019，54（10）：1066-1070.

作者簡介：卿瑤瑤，碩士研究生，1191177683@qq.com，研究方向：機器視覺。

課題項目：校級課題——肢體康復訓練機器人輔助系統開發與研究（編號：KY202301）。