[發明專利]基于呼吸困難度反饋的機器人肺康復訓練系統

有效

• 申請號: 201510320266.9
• 申請日: 2015-06-11
• 公開（公告）號: CN104922879B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 劉濤;朱志華;叢博;韓梅梅
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: A63B23/18
• 分類號: A63B23/18
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 邱啟旺

技術領域

本發明涉及醫療設備領域，特別是指對慢性阻塞性肺病人呼吸困難度定量化，實時監控并基于該生物力學信息指導康復訓練機器人輔助病人進行呼吸康復訓練，提高患者的訓練依存性。

背景技術

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量造成了嚴重影響，而且增加了住院率和死亡率，給家庭和社會帶來巨大經濟負擔。由于近年來城市空氣質量的普遍下降和生活習慣等因素的影響，我國40歲以上人群中，COPD的發病率為8.2％，居我國死因第二位，每年因此病致死的人數超過100萬人。COPD患者肺的實質性損傷、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，導致過度充氣的發生，從而使患者易于發生呼吸困難；同時，由于呼吸肌肌力的下降，以及為代償性適應小氣道阻塞所致病理變化，患者易發生高中樞呼吸驅動狀態以維持有效通氣，而呼吸驅動和呼吸困難感覺之間具有正相關性，即呼吸驅動的增強會使患者產生呼吸困難的感覺，它是該病的主要癥狀。

運動訓練是COPD患者肺康復除藥物治療之外的唯一方法。運動訓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，并提高人體日常運動肌肉的協調性，因此其可減少患者最大運動量時的通氣需求。最新臨床研究表明，運動訓練可使患者在進行同等強度運動量時不至于出現呼吸驅動的增強，即盡量避免出現呼吸頻率的加快，從而使通氣障礙得以緩解，有效減輕患者最大運動量時的呼吸困難。其次，運動訓練可使肌肉組織的結構與功能、神經系統對肌肉組織的調節功能及心血管功能得到改善，從而提高患者的運動耐力，以減輕運動所致呼吸困難。此外，訓練可使呼吸肌的肌力增強，而肌力的增強又與呼吸驅動的下降相關聯，從而使患者的呼吸困難程度下降。

盡管眾多研究表明運動訓練對于改善患者呼吸困難和肺功能發揮著關鍵作用，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，并且在訓練初期這些狀況更易發生，從而迫使患者拒絕參加訓練。臨床研究表明能堅持訓練的COPD患者僅為1％，而訓練的中斷會使訓練所獲得的生理功能改善逐步回落至康復訓練前的狀態。近年來漸進式呼吸肌力訓練和輔助式訓練這一可穩定運動訓練依從性的方式越來越受到推崇。然而，在實時采集人體呼吸動力學信息并反饋患者呼吸困難度的機器人輔助運動訓練研究中，少見成功的臨床應用實例，其主要原因可以歸納為：(1)無法實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據的融合對COPD患者的呼吸通暢程度的實時分析和計算方法，為康復輔助機器人提供反饋，并且為病人和醫生提供定量化的康復評價參數；(2)需要解決運動康復機器人與COPD患者的友好交互問題，由于機器人和患者的運動空間高度交叉，機器人要對患者不同肢體基礎肌力進行動態捕捉，從而給予不同肢體不同的輔助力量以協助患者完成肢體運動，所以缺少實時而且精確的人體內力信息，包括關節力矩、關節力、關節能量和肌肉張力等，將是影響機器人在肺康復臨床應用的障礙。(3)臨床上缺少穩定患者運動訓練依從性的定量化運動訓練處方，如果能夠實現慢性阻塞性肺疾病患者個體的全身肌肉運動耐力和呼吸困難度等參數與康復機器人訓練程序設計融合，將有助于穩定患者運動訓練依從性，并為醫護人員制定患者漸進式肺康復訓練方案提供理論依據。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提出一種基于呼吸困難度反饋的機器人肺康復訓練系統。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種基于呼吸困難度反饋的機器人肺康復訓練系統，包括可穿戴式呼吸傳感監測系統和肺康復訓練機器人，所述可穿戴式呼吸傳感監測系統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節部位監測患者的呼吸信息；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動關節；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。