[發(fā)明專利]基于呼吸困難度反饋的機(jī)器人肺康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510320266.9
• 申請日: 2015-06-11
• 公開（公告）號: CN104922879B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉濤;朱志華;叢博;韓梅梅
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: A63B23/18
• 分類號: A63B23/18
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司33200
• 代理人: 邱啟旺

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域，特別是指對慢性阻塞性肺病人呼吸困難度定量化，實(shí)時監(jiān)控并基于該生物力學(xué)信息指導(dǎo)康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人輔助病人進(jìn)行呼吸康復(fù)訓(xùn)練，提高患者的訓(xùn)練依存性。

背景技術(shù)

慢性阻塞性肺病(COPD)是全球第三大致死病因，它不僅對患者生理功能和生活質(zhì)量造成了嚴(yán)重影響，而且增加了住院率和死亡率，給家庭和社會帶來巨大經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。由于近年來城市空氣質(zhì)量的普遍下降和生活習(xí)慣等因素的影響，我國40歲以上人群中，COPD的發(fā)病率為8.2％，居我國死因第二位，每年因此病致死的人數(shù)超過100萬人。COPD患者肺的實(shí)質(zhì)性損傷、肺泡和小氣道彈性回縮能力的下降等因素使氣體滯留于肺內(nèi)，導(dǎo)致過度充氣的發(fā)生，從而使患者易于發(fā)生呼吸困難；同時，由于呼吸肌肌力的下降，以及為代償性適應(yīng)小氣道阻塞所致病理變化，患者易發(fā)生高中樞呼吸驅(qū)動狀態(tài)以維持有效通氣，而呼吸驅(qū)動和呼吸困難感覺之間具有正相關(guān)性，即呼吸驅(qū)動的增強(qiáng)會使患者產(chǎn)生呼吸困難的感覺，它是該病的主要癥狀。

運(yùn)動訓(xùn)練是COPD患者肺康復(fù)除藥物治療之外的唯一方法。運(yùn)動訓(xùn)練方法主要是通過減少呼吸過程中肌纖維血液中的乳酸生成量，并提高人體日常運(yùn)動肌肉的協(xié)調(diào)性，因此其可減少患者最大運(yùn)動量時的通氣需求。最新臨床研究表明，運(yùn)動訓(xùn)練可使患者在進(jìn)行同等強(qiáng)度運(yùn)動量時不至于出現(xiàn)呼吸驅(qū)動的增強(qiáng)，即盡量避免出現(xiàn)呼吸頻率的加快，從而使通氣障礙得以緩解，有效減輕患者最大運(yùn)動量時的呼吸困難。其次，運(yùn)動訓(xùn)練可使肌肉組織的結(jié)構(gòu)與功能、神經(jīng)系統(tǒng)對肌肉組織的調(diào)節(jié)功能及心血管功能得到改善，從而提高患者的運(yùn)動耐力，以減輕運(yùn)動所致呼吸困難。此外，訓(xùn)練可使呼吸肌的肌力增強(qiáng)，而肌力的增強(qiáng)又與呼吸驅(qū)動的下降相關(guān)聯(lián)，從而使患者的呼吸困難程度下降。

盡管眾多研究表明運(yùn)動訓(xùn)練對于改善患者呼吸困難和肺功能發(fā)揮著關(guān)鍵作用，但是由于患者已存在通氣受限、高通氣需求和過度充氣等病理狀況，并且在訓(xùn)練初期這些狀況更易發(fā)生，從而迫使患者拒絕參加訓(xùn)練。臨床研究表明能堅(jiān)持訓(xùn)練的COPD患者僅為1％，而訓(xùn)練的中斷會使訓(xùn)練所獲得的生理功能改善逐步回落至康復(fù)訓(xùn)練前的狀態(tài)。近年來漸進(jìn)式呼吸肌力訓(xùn)練和輔助式訓(xùn)練這一可穩(wěn)定運(yùn)動訓(xùn)練依從性的方式越來越受到推崇。然而，在實(shí)時采集人體呼吸動力學(xué)信息并反饋患者呼吸困難度的機(jī)器人輔助運(yùn)動訓(xùn)練研究中，少見成功的臨床應(yīng)用實(shí)例，其主要原因可以歸納為：(1)無法實(shí)時反饋和定量化病人的呼吸困難度，目前臨床對于患者呼吸困難評估主要是采用主觀感覺評價，缺乏精確模型通過非侵入式測量數(shù)據(jù)的融合對COPD患者的呼吸通暢程度的實(shí)時分析和計(jì)算方法，為康復(fù)輔助機(jī)器人提供反饋，并且為病人和醫(yī)生提供定量化的康復(fù)評價參數(shù)；(2)需要解決運(yùn)動康復(fù)機(jī)器人與COPD患者的友好交互問題，由于機(jī)器人和患者的運(yùn)動空間高度交叉，機(jī)器人要對患者不同肢體基礎(chǔ)肌力進(jìn)行動態(tài)捕捉，從而給予不同肢體不同的輔助力量以協(xié)助患者完成肢體運(yùn)動，所以缺少實(shí)時而且精確的人體內(nèi)力信息，包括關(guān)節(jié)力矩、關(guān)節(jié)力、關(guān)節(jié)能量和肌肉張力等，將是影響機(jī)器人在肺康復(fù)臨床應(yīng)用的障礙。(3)臨床上缺少穩(wěn)定患者運(yùn)動訓(xùn)練依從性的定量化運(yùn)動訓(xùn)練處方，如果能夠?qū)崿F(xiàn)慢性阻塞性肺疾病患者個體的全身肌肉運(yùn)動耐力和呼吸困難度等參數(shù)與康復(fù)機(jī)器人訓(xùn)練程序設(shè)計(jì)融合，將有助于穩(wěn)定患者運(yùn)動訓(xùn)練依從性，并為醫(yī)護(hù)人員制定患者漸進(jìn)式肺康復(fù)訓(xùn)練方案提供理論依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于呼吸困難度反饋的機(jī)器人肺康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種基于呼吸困難度反饋的機(jī)器人肺康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，包括可穿戴式呼吸傳感監(jiān)測系統(tǒng)和肺康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人，所述可穿戴式呼吸傳感監(jiān)測系統(tǒng)包含若干可穿戴式慣性傳感器、若干表面肌電傳感器、若干觸覺傳感器和電子鼻，在患者的各個呼吸肌及關(guān)節(jié)部位監(jiān)測患者的呼吸信息；所述電子鼻安裝在患者口鼻腔附近，測量患者的呼氣量大小和氣體流速信號；所述可穿戴式慣性傳感器通過彈性橡膠粘附在患者運(yùn)動關(guān)節(jié)；所述表面肌電傳感器和觸覺傳感器通過彈性橡膠粘附在患者的呼吸肌表面。