王先生的肌张力最高时达到了4级

2019-08-22   阅读:52

  截瘫患者破马拉松世界纪录!能做手术能变钢铁侠,这些医疗人工智能到底有多牛?

  “人工智能”是全球科技竞争的制高点,它的一个主要目标,是让机器能够胜任或代替一些需要人类智能才能完成的任务。

  有一种可穿戴装备,被称作“外骨骼机器人”,人们只要套上这个“外骨骼机器人”,就可以变身为“人机合一”的“钢铁侠”,它已经成为了医疗康复领域的一款“神器”。

  世界卫生组织调查结果显示,目前,中国脑卒中的发病率排名世界第一,脑卒中除了高致死率外,还存在着较高的致残率折磨着患者,而做传统的康复训练却比较困难。人之所以可以行走,依靠的是大脑发出指令经由神经传递信号,指挥相关肌肉来完成行走动作。

  北京亦庄科技园区的一个实验室内,工程师们正在对一台外骨骼机器人做出厂前的最后调试。调试好的外骨骼机器人将送往医院,辅助截瘫患者进行康复训练。

  最早的外骨骼机器人应用在军事领域,2000年美国国防部为了增强士兵体能、提高单兵作战能力,提出了“外骨骼机器人”的概念。随着医疗领域的需求,外骨骼机器人的特点被应用到了医学康复领域。

  工程师们采集了300-400个正常人的运动姿态数据,根据人在行走时髋关节、膝关节以及踝关节的变化角度,让机器人可以模拟出人类慢速、中速、快速行走的几种典型特征。经过千万次的训练,让截瘫患者像婴儿般重新学习走路。

  2018年6月26日,中国首款自主研发的外骨骼机器人通过原国家食品药品监督管理局的注册认证,获准上市,这意味着成千上万的截瘫患者有了重新站起来的可能。

  患者王先生在2017年初不幸患上了“急性脊髓炎”,严重的脊髓损伤在医学界至今都属于“世界难题”,很难重新站起来。脊髓炎患者往往伴有严重的肌张力症状,全身僵硬,王先生的肌张力最高时达到了4级,需要五六个人才能把腿掰开,很难依靠人的力量进行康复。

  2017年12月,王先生开始借助外骨骼机器人进行康复训练,从最初的肌张力与机器人对抗,到如今能够利用助行器慢慢行走,一年零七个月的时间里,他重新拾起了对生活的信心。

  患者 王先生:这个对我们来说,已经是翻天覆地的变化了,我拿这个助行器可以走一圈130多米,一口气我就能走下来。

  北京航空航天大学生物医学工程学院教授,帅梅,毕业于清华大学,正是她设计制造了中国首台获批上市的外骨骼康复机器人。帅梅介绍,仿人行走在机器人研发领域里一直是难度最高的一种。外骨骼机器人的研发涉及工程设计、动力学、运动学、智能算法等多项核心技术,帅梅和同事们夜以继日地搞开发,终于在2014年制作出了第一台原型机。

  此后的四年,帅梅和团队一直在尝试各种可能,改善产品功能,终于成为了国内第一个拿到医疗器械注册证的外骨骼机器人产品。

  2018年,北京、西安、新疆三地的马拉松赛场上,出现了令人不可思议的一幕,两位截瘫患者借助帅梅团队研发的外骨骼机器人,用9天的时间走完全程马拉松,终于打破了国外15天依靠外骨骼机器人完成马拉松的纪录。

  目前,通过近百位患者的康复情况,已经证实了依靠外骨骼机器人对患者进行康复训练的有效性。

  据中国残疾人联合会发布的数据显示,目前我国残疾人总数超过了8500万人,其中肢体残疾将近2500万,另外我国脑中风患者的数量超过了千万,并以每年8.1%的速度增加,而这类疾病的致残率在75%以上。与此同时,伴随着老龄化社会的加速到来,我国的失能老人也已经超过了4000万。外骨骼康复机器人的研发和应用,无疑将给这类人群的康复带来新希望。事实上,在医疗领域,机器人的用武之地还不止于此,人工智能打造出的机器人,甚至可以协助医生完成高难度的脑神经外科手术。

  在位于北京宣武医院颅脑大楼的3层会议室里,神经外科的医生们正在紧张地讨论着一台手术的实施方案。患者是一位刚满12岁的女孩,不幸患有先天性癫痫,而且最近一段时间症状发作越来越频繁,已经到了必须做手术的地步。然而,在过去的一段日子里,患者家属带着患者辗转进行了核磁共振、脑电图等各种检查,但却始终没法确定病灶的具体位置。

  事实上,癫痫类的脑部疾病之所以难治,就是因为很难捕捉到脑部异常放电的区域,外围检查始终难以探测。医生们正在商量一个新的解决方案——在脑部植入电极,通过脑电监测捕捉癫痫发作时的刺激反应,从而准确找到引发癫痫的具体部位。

  脑部植入电极示意图 传统的解决方案是通过开颅来植入电极,但在过去的临床操作中,这种“大开颅”的手术,风险高、难度大,对于医生和患者都是一个挑战。但在今天,事情有了转机,医生们可以通过微创来代替传统的“大开颅”。就是把电极通过打孔微创的方式植入到认为会引起癫痫的位置,这样就避免了过去那样“大开颅”的手术。

  人的大脑素有“生命禁区”之称,复杂的血管神经密不可分,牵一发则动全身,任何失误都有可能带给患者灾难性的后果。但今天,首都医科大学北京宣武医院神经外科主任单永治决定使用一台机器人完成这次手术。

  神经外科手术机器人研发负责人刘达博士是这个团队的负责人,神经外科手术机器人正是出自他手,他把手术机器人的工作原理比喻成高精度的GPS和自动驾驶技术,机械臂通过地图导航,精准快速地协助医生锁定下刀的位置。

  实施此次手术,需要在患者的头上开6个直径2毫米大小的孔洞,按照术前的路径规划,避开复杂的血管神经,把6根电极植入大脑,从而锁定病灶位置。

  手术过程中,患者需要保持意识清醒,以便于医生观察患者的大脑功能变化。耗时越长意味着患者的痛苦就越大。传统手术通常需要四个小时,可是在机器人的辅助下,医生把6根电极以1毫米精度植入患者大脑深处,只用了2个小时。

  除了癫痫手术,手术机器人还可应用在针对脑出血、脑囊肿、帕金森等病症的手术辅助医生。刘达介绍,手术机器人上市之后,目前有将近30家医院与其合作,而且这些家医院基本上都是神经外科领域比较顶尖的医院。

  历经了20年的技术打磨,刘达和团队一共研发了六代产品,成功治愈了一万多位患者。1998年该项目获得国家863课题项目支持,2007年荣获国家科技进步二等奖,填补了我国在无框架神经外科机器人在临床应用里的空白。

  在新一轮科技革命中,国家高度重视人工智能的发展,连续三年把人工智能列入了《政府工作报告》,在今年又提出了“智能+”的概念。据预测,到 2025 年,全球人工智能应用市场的总值将达到 1270 亿美元,其中医疗行业会占据市场规模的五分之一。我们欣喜地看到,眼下人工智能在医疗领域,有了像脑神经外科手术机器人、外骨骼康复机器人等诸多看得见、摸得着、用得上的应用场景。随着医疗人工智能越来越多地从前沿技术转变为现实应用,我们有理由相信,人工智能将为我们带来更多更优质的医疗资源,会为我们的健康生活,再增加一份有力的保障。

新媒体

王先生的肌张力最高时达到了
截瘫患者破马拉松世界纪录!能做手术能变钢铁侠,这些医疗人工智能到底有多牛? 人工智能是全球科技竞争的制高点,它

人工智能技术在未来的教育教
人工智能技术在未来的教育教学过程中将发挥怎样的作用?在科大讯飞教育事业群副总裁任萍萍看来,持续关注区域和学校的

并且产品化和规模化的企业
2017年,上海率先发布《关于本市推动新一代人工智能发展的实施意见》;2018年,上海举办了全国首个聚焦人工智能主题的高端大

各种技术层出不穷
AI毫无疑问是未来科技的方向。因为智能手机的普及程度非常之高,这决定了手机可以作为AI最普遍的入口。在手机端,骁龙