东北大学机械电子工程研究所“医用康复机器人”研究取得新进展

2017-03-21

医用康复机器人作为医疗机器人的一个重要分支，已成为国际机器人领域的一个研究热点。根据用途划分，医用康复机器人大致可分为医疗机器人、康复机器人、医疗辅助机器人和护理机器人等。东北大学机械电子工程研究所生物机械电子工程实验室研究团队长期从事康复机器人、仿人机器人、生物医学工程等研究，近年来王宏教授带领研究团队，紧跟国际前沿技术潮流进行科学研究和新产品研发，将机器人技术应用到PET/CT机的操作中，把医务人员从辐射环境中解放出来。同时，研发了人脑思维遥控机械手行为系统，并提出了融入脑电信号特征的人工智能专家系统，使内隐信息提取更加充分。课题研发的机器人系统可应用于残疾手部和腿部康复等领域，对病损运动系统的功能进行替代或重建。

一、研究背景

PET/CT全称为正电子发射断层显像/X线计算机体层成像仪，是一种将 PET和CT两种先进的影像技术有机地结合在一起的新型的影像技术，同时具有PET和CT 的优点。PET/CT机在医学中的应用包括早期诊断肿瘤、冠心病、大脑疾病（脑血管性疾病、癫痫、帕金森氏病、脑原发肿瘤、早老性痴呆和血管性痴呆等）。在PET/CT检测中，需要使用氟-18（18F），会产生γ射线, 对人体有一定辐射。对于患者偶尔检测一次PET/CT，对身体不构成危害，所用放射性核素是一种超短半衰期的同位素，衰变很快，在几个小时内就完全从人体内消失。对于常年从事操作PET/CT机摆位和扫描环节的医务人员，每天要检测几十名患者，受辐射的剂量会随着每天接纳患者数量的增加而增加。

近年来，医院和相关生产厂商也在研究PET/CT机医务人员的辐射保护问题，比如穿戴铅衣服、在局部区域放置铅板等，但这些措施在实际工作中会对医务人员的行动产生一定影响，同时铅屏蔽也有局限性。机器人是协助或取代人类工作的机电一体化装置，由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统及复杂机械等组成，它能为人类带来更多便捷，特别是在危险环境中代替人的工作。如果利用现代机器人技术，把医务人员从具有辐射的环境中解放出来，将能更好地保障医务人员的身体健康，对未来核医学发展具有重要意义。

此外，2006年全国第二次残疾人抽样调查显示，我国肢体残疾患者的数量高达2 412万人，约占总人口数的1.83%，其中截肢患者226万人。肢体残疾的庞大基数以及老龄化趋势，使得我国康复装备供应相对于康复临床的需求存在巨大缺口。

二、主要成果

（一）实现人脑思维遥控机械手行为

课题组把人脑思维产生的脑电信号作为人工智能专家系统的知识，提出了融入脑电信号特征的人工智能专家系统，该成果发表在国际期刊Integrated Computer-Aided Engineering，（2013, 20（4）：391-405，IF： 4.667）。研发了人脑思维遥控机械手行为系统，实现了用大脑思维控制机械手的行为，如图1所示。

（二）研发了肌电控制机械腿系统

模拟人腿的生理功能，研发了肌电信号控制机械腿系统，如图2所示。实现了用肌电信号控制机器人腿，使机器人腿的行为更加拟人。

（三）研发了辅助PET/CT机操作的机器人

将机器人技术应用到PET/CT机的操作中，研发了一种辅助PET/CT机操作的机器人系统，如图3所示。

三、推广应用前景

相关资料显示，目前中国有2.8亿人群需要定期进行PET/CT检查，操作PET/CT机的机器人可成为高危人群PET/CT排查的主力技师。将机器人技术与核医学技术相结合，形成新型的医疗机器人，不仅在国内市场具有巨大的应用前景，还可推广到国际市场。

课题研发的机器人系统还可应用于残疾手部和腿部康复等领域，相关研究成果也可用于人机融合技术中，对于推动建立人机融合的康复机器人系统，实现“人人享有康复服务”的目标具有积极意义。

项目负责人及团队简介

王宏，博士，东北大学教授、博士生导师。主要从事人-机器人交互、康复机器人和脑机接口等研究。先后承担国家自然科学基金项目、国际合作项目等各类科研项目40余项。先后在International Journal of Neural Systems、International Journal of Advanced Robotic Systems、Integrated Computer-Aided Engineering、Expert Systems With Applications、《仪器仪表学报》《自动化学报》等期刊以及相关会议上发表学术论文200余篇，撰写专著3部，获发明专利“微功率无线通讯模式下人脑-机械手接口系统”（专利号：ZL200910011998.4）、“一种可操作PET/CT机的机器人护士系统”（专利号：ZL201610388964.7)等5项，获计算机软件著作权1项。

研发团队：东北大学机械电子工程研究所生物机械电子工程实验室研究团队长期从事康复机器人、仿人机器人、生物医学工程等研究。研究团队成员中有教授1人、副教授2人、讲师4人、博士生15人、硕士生16人，参加医用康复机器人研究的人员包括刘冲博士、李春胜博士、陆志国博士、马树军博士、颜世玉博士、赵海滨博士等。此外，参与“可操作PET/CT机的机器人系统”临床使用研究的还有原沈阳军区总医院核辐射科吴瑞先技师和王治国主任等。