智能康復(fù)產(chǎn)業(yè)進(jìn)展與趨勢(shì)

隨著人工智能與機(jī)器人技術(shù)的快速發(fā)展和醫(yī)療系統(tǒng)改革的深入推進(jìn)，更多的醫(yī)療機(jī)構(gòu)開(kāi)始引入智能康復(fù)器械，并與信息技術(shù)相結(jié)合打造數(shù)字醫(yī)療體系。數(shù)字醫(yī)療體系將醫(yī)療服務(wù)、醫(yī)療設(shè)備、醫(yī)療信息等內(nèi)容通過(guò)信息化方式實(shí)現(xiàn)醫(yī)療資源的共享和優(yōu)化，提高醫(yī)療服務(wù)的質(zhì)量和效率。智能康復(fù)醫(yī)療器械與信息系統(tǒng)是數(shù)字化醫(yī)療體系的重要組成部分。

中國(guó)式現(xiàn)代化是人口規(guī)模巨大的現(xiàn)代化。首先，中國(guó)雖有14億人口，但勞動(dòng)力人口在2010年出現(xiàn)拐點(diǎn)，人口負(fù)增長(zhǎng)或人口停滯可能會(huì)成為趨勢(shì)。其次，2021年末我國(guó)60歲及以上老年人口達(dá)2.67億，占總?cè)丝诘?8.9%。老年化帶給經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的壓力和動(dòng)力并存。一方面，人口是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素，老年化與人口負(fù)增長(zhǎng)都對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提出了巨大的挑戰(zhàn)；另一方面，可以通過(guò)教育水平推動(dòng)勞動(dòng)力素質(zhì)的提高，使得勞動(dòng)力創(chuàng)造的價(jià)值更多更高，變“人口紅利”為“人才紅利”。同時(shí)，老齡化國(guó)家的醫(yī)療條件和健康掌控能力都會(huì)得到更好的改善。最后，科技進(jìn)步可以一定程度上彌補(bǔ)勞動(dòng)力的不足。因此，巨大規(guī)模人口對(duì)高品質(zhì)健康的追求可能會(huì)讓康復(fù)醫(yī)學(xué)的高速發(fā)展產(chǎn)生多米諾骨牌效應(yīng)，而智能康復(fù)為承接這種發(fā)展提供了可能。

近10年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力實(shí)現(xiàn)歷史性躍升，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值從54萬(wàn)億元增長(zhǎng)到114萬(wàn)億元，經(jīng)濟(jì)總量占世界經(jīng)濟(jì)的比重接近20%，穩(wěn)居世界第二。人民群眾對(duì)高品質(zhì)生活的需求從醫(yī)療治療轉(zhuǎn)向了對(duì)高質(zhì)量健康的需求。然而，隨著我國(guó)人口老齡化進(jìn)程的加快，殘疾人群體巨大，慢性病患者逐年增加，這三大人群的巨大人口規(guī)模形成了康復(fù)醫(yī)療的剛需。值得指出的是，隨著工作與生活節(jié)奏加快，受現(xiàn)代不當(dāng)生活方式影響，70%的亞健康人群也存在巨大的康復(fù)醫(yī)療需求。因此，新時(shí)代中國(guó)幾乎全人群需要高質(zhì)量康復(fù)醫(yī)學(xué)的呵護(hù)。

改革開(kāi)放和社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)取得巨大成就，康復(fù)醫(yī)療行業(yè)越來(lái)越受到國(guó)家的高度重視和政策的重點(diǎn)支持。國(guó)家陸續(xù)出臺(tái)了多項(xiàng)政策鼓勵(lì)康復(fù)醫(yī)療行業(yè)發(fā)展與創(chuàng)新，2010年9月發(fā)布的《關(guān)于將部分醫(yī)療康復(fù)項(xiàng)目納入基本醫(yī)療保障范圍的通知》將運(yùn)動(dòng)療法等9項(xiàng)醫(yī)療康復(fù)項(xiàng)目納入城鎮(zhèn)基本醫(yī)療。2016年3月人力資源社會(huì)保障部、國(guó)家衛(wèi)生計(jì)生委、民政部、財(cái)政部、中國(guó)殘聯(lián)發(fā)布的《新增部分醫(yī)療康復(fù)項(xiàng)目納入基本醫(yī)療保障支付范圍的通知》將20個(gè)康復(fù)項(xiàng)目也加入了國(guó)家基本醫(yī)療醫(yī)保的報(bào)銷范圍。2021年6月，國(guó)家衛(wèi)生健康委與國(guó)家發(fā)展改革委發(fā)布的《關(guān)于印發(fā)加快推進(jìn)康復(fù)醫(yī)療工作發(fā)展意見(jiàn)的通知》提出了2025年康復(fù)醫(yī)學(xué)行業(yè)發(fā)展目標(biāo)，力求人民群眾享有全方位全周期的康復(fù)醫(yī)療服務(wù)。2022年3月，國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理局器械評(píng)審中心發(fā)布了《人工智能醫(yī)療器械注冊(cè)審查指導(dǎo)原則》。未來(lái)5年，應(yīng)該還有更多的康復(fù)醫(yī)療行業(yè)政策出臺(tái)。

技術(shù)與系統(tǒng)現(xiàn)狀

典型的智能康復(fù)醫(yī)療器械系統(tǒng)包括康復(fù)外骨骼機(jī)器人、康復(fù)腦機(jī)接口與交互技術(shù)系統(tǒng)、康復(fù)綜合評(píng)估與訓(xùn)練系統(tǒng)?？祻?fù)外骨骼機(jī)器人是典型的穿戴機(jī)器人，通過(guò)患者與外骨骼形成緊密的物理緊耦合，實(shí)現(xiàn)患者與機(jī)器人之間主動(dòng)/被動(dòng)/主被動(dòng)的運(yùn)動(dòng)協(xié)作，從而實(shí)現(xiàn)康復(fù)訓(xùn)練或者輔助運(yùn)動(dòng)?？祻?fù)腦機(jī)接口與交互技術(shù)是指面向康復(fù)醫(yī)學(xué)應(yīng)用場(chǎng)景的人腦與機(jī)器人接口技術(shù)與人機(jī)交互技術(shù)，可以分成康復(fù)腦機(jī)接口技術(shù)與康復(fù)腦機(jī)交互技術(shù)?？祻?fù)腦機(jī)接口技術(shù)主要指通過(guò)腦電信號(hào)將人腦與機(jī)器人直接連接，實(shí)現(xiàn)人類與機(jī)器人的控制和通信的方法，進(jìn)而達(dá)到機(jī)器人理解人類，可應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)功能障礙與認(rèn)知功能障礙患者的康復(fù)評(píng)估與訓(xùn)練。康復(fù)腦機(jī)交互技術(shù)是一種新型的康復(fù)智能交互方式，人類與機(jī)器人形成人機(jī)閉環(huán)，達(dá)到人類與機(jī)器人的直接信息交互，讓“思想”變成“行動(dòng)”，“行動(dòng)”變成“思想”?？祻?fù)綜合評(píng)估與訓(xùn)練系統(tǒng)作為前沿的臨床智能康復(fù)設(shè)備，不僅融合最新的智能傳感、物聯(lián)網(wǎng)、混合現(xiàn)實(shí)、人工智能、機(jī)器人等技術(shù)，而且融合了康復(fù)評(píng)估與康復(fù)訓(xùn)練，通過(guò)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)分析對(duì)比，將運(yùn)動(dòng)評(píng)測(cè)訓(xùn)練的效率最大化。此外，還涉及三維運(yùn)動(dòng)捕捉、浸入式治療、可視化肌力的生物反饋、三維測(cè)力、多自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)等技術(shù)。

康復(fù)外骨骼機(jī)器人是結(jié)合人工智能技術(shù)與機(jī)器人技術(shù)于一體的人機(jī)緊耦合系統(tǒng)?；颊咄ㄟ^(guò)按鈕、壓力傳感器、慣性測(cè)量單元以及生物信號(hào)接口傳達(dá)自己的運(yùn)動(dòng)意圖，從而控制外骨骼機(jī)器人完成對(duì)應(yīng)的肢體動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)康復(fù)訓(xùn)練。利用深度學(xué)習(xí)方法，康復(fù)外骨骼機(jī)器人可以根據(jù)患者身高、尺寸等基本身體參數(shù)，自適應(yīng)生成與患者相匹配的步態(tài)軌跡與步速，同時(shí)醫(yī)務(wù)人員可以根據(jù)患者的康復(fù)情況，設(shè)置的運(yùn)動(dòng)協(xié)作模式以及不同程度的輔助力矩，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的按需輔助需求?？祻?fù)腦機(jī)接口與交互技術(shù)系統(tǒng)結(jié)合多模態(tài)學(xué)習(xí)、模式識(shí)別、神經(jīng)調(diào)控技術(shù)于一體的交互系統(tǒng)。系統(tǒng)通過(guò)采集患者的腦電信號(hào)，分析得到患者的想法和運(yùn)動(dòng)意圖，從而控制外部設(shè)備通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)或者觸覺(jué)的方式進(jìn)行響應(yīng)和回應(yīng)，實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器人的控制和通信。此外，通過(guò)采集到的腦電信號(hào)，可以分析患者的腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和功能網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合神經(jīng)調(diào)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)康復(fù)機(jī)理的研究與康復(fù)方法的探索。康復(fù)綜合評(píng)估與訓(xùn)練系統(tǒng)集三維運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)、多自由度運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、生物信號(hào)采集設(shè)備等多種智能康復(fù)設(shè)備于一體的綜合性平臺(tái)，通過(guò)捕捉患者康復(fù)訓(xùn)練過(guò)程中每個(gè)肢體每塊肌肉的運(yùn)動(dòng)信息和神經(jīng)變化情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)患者的精準(zhǔn)評(píng)估和訓(xùn)練。

智能康復(fù)信息系統(tǒng)是數(shù)字、互聯(lián)、可視、智能的集成化信息平臺(tái)。通過(guò)通用人工智能與專用人工智能結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)建立一個(gè)覆蓋康復(fù)醫(yī)療全流程、覆蓋康復(fù)醫(yī)療全亞專科的信息化、智能化平臺(tái)。該系統(tǒng)覆蓋了治療工作站、評(píng)定工作站、護(hù)士工作站、醫(yī)生工作站、系統(tǒng)配置、業(yè)務(wù)配置、智能排班、團(tuán)隊(duì)會(huì)議、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、康復(fù)器械智能管理等超過(guò)十個(gè)子系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)智能化的信息管理、數(shù)據(jù)分析和共享，提高醫(yī)療信息化水平和醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量。此外，借助目前類似chatGPT的大規(guī)模深度學(xué)習(xí)模型技術(shù)可以強(qiáng)化目前的iRIS平臺(tái)，也可以進(jìn)一步利用每一種康復(fù)亞?？频膶Ｓ萌斯ぶ悄苣Ｐ蛯?shí)現(xiàn)“通用”與“專用”結(jié)合。

產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

國(guó)外的康復(fù)機(jī)器人在臨床應(yīng)用早于國(guó)內(nèi)，一些國(guó)際知名的康復(fù)機(jī)器人制造商如Hocoma、ReWalk、EKSO Bionics等已經(jīng)推出了一系列外骨骼機(jī)器人產(chǎn)品，應(yīng)用于腦卒中、脊髓損傷、帕金森病、肢體殘疾等患者的康復(fù)治療中。Hocoma是專注于研發(fā)康復(fù)機(jī)器人的領(lǐng)先企業(yè)，其產(chǎn)品包括Armeo、Erigo、Valedo、Lokomat等，廣泛應(yīng)用于神經(jīng)康復(fù)領(lǐng)域，其開(kāi)發(fā)的固定式外骨骼機(jī)器人具有一定的市場(chǎng)占有率。ReWalk是全球首個(gè)獲得FDA批準(zhǔn)的自由移動(dòng)式外骨骼機(jī)器人產(chǎn)品，幫助下肢癱瘓患者實(shí)現(xiàn)站立行走。EKSO Bionics是首個(gè)獲得FDA批準(zhǔn)的多發(fā)性硬化患者自由移動(dòng)式康復(fù)外骨骼設(shè)備產(chǎn)品，是目前國(guó)外臨床使用最多的外骨骼機(jī)器人。

在康復(fù)腦機(jī)接口方面，以Neuralink、Synchron為代表的腦機(jī)接口領(lǐng)域獨(dú)角獸公司專注于侵入式腦機(jī)接口的研發(fā)，主要應(yīng)用于癱瘓/神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者的治療與評(píng)估。Neuralink在高通道柔性電極、處理芯片以及算法方面已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了技術(shù)突破，于2023年5月獲批FDA人體臨床試驗(yàn)批準(zhǔn)。Synchron專注于研發(fā)血管植入式腦機(jī)接口，其產(chǎn)品包括Stentrode。2022年1月Synchron在國(guó)際頂級(jí)醫(yī)學(xué)期刊《JAMA》上發(fā)表的臨床研究結(jié)果表明Stentrode植入人體大腦血管12個(gè)月后沒(méi)有出現(xiàn)血管阻塞等相關(guān)不良事件，并且所有患者的腦機(jī)接口植入物均具有穩(wěn)定的信號(hào)強(qiáng)度，可以成功控制計(jì)算機(jī)。

在康復(fù)綜合評(píng)估與訓(xùn)練系統(tǒng)方面，國(guó)外已經(jīng)研發(fā)并推出了一系列成熟的產(chǎn)品，荷蘭Motek公司的CAREN智能化運(yùn)動(dòng)分析與訓(xùn)練系統(tǒng)作為全球最先進(jìn)的康復(fù)綜合評(píng)估與訓(xùn)練系統(tǒng)，集虛擬現(xiàn)實(shí)、人機(jī)交互、智能控制、傳感技術(shù)及生物反饋等新技術(shù)于一體，能在患者訓(xùn)練過(guò)程中精確地觀測(cè)到每一塊肌肉的肌力變化，并根據(jù)智能反饋實(shí)時(shí)調(diào)整姿勢(shì)及力量，達(dá)成精準(zhǔn)康復(fù)訓(xùn)練的目的。

國(guó)內(nèi)智能康復(fù)醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)存在起步較晚，人員、設(shè)備匱乏等問(wèn)題，但隨著人們生活水平和醫(yī)療需求的不斷提高，智能康復(fù)醫(yī)療器械行業(yè)受到越來(lái)越多的重視，正處于快速發(fā)展期。

在智能康復(fù)機(jī)器人方面，目前已經(jīng)涌現(xiàn)了一批高水平的智能康復(fù)機(jī)器人研究團(tuán)隊(duì)，比如電子科技大學(xué)機(jī)器人研究中心、中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院、北航生物醫(yī)學(xué)工程高精尖創(chuàng)新中心等。同時(shí)也出現(xiàn)了一批擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的康復(fù)機(jī)器人制造企業(yè)，比如成都布法羅公司、北京大艾公司、上海傅利葉公司、杭州程天公司等。這些研究團(tuán)隊(duì)和企業(yè)開(kāi)發(fā)了系列國(guó)產(chǎn)智能康復(fù)外骨骼機(jī)器人，在臨床應(yīng)用中成績(jī)顯著。成都布法羅公司聯(lián)合電子科技大學(xué)機(jī)器人研究中心研制的Aider康復(fù)輔助外骨骼機(jī)器人已經(jīng)在超過(guò)150家醫(yī)療機(jī)構(gòu)進(jìn)行了臨床應(yīng)用，市場(chǎng)占有率全國(guó)領(lǐng)先。

在康復(fù)腦機(jī)接口方面，以北京博?？倒?、浙江強(qiáng)腦公司、北京腦陸公司為代表的企業(yè)均布局非侵入性腦機(jī)接口產(chǎn)品，針對(duì)運(yùn)動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練、注意力監(jiān)測(cè)、睡眠調(diào)節(jié)等方面已經(jīng)有比較成熟的產(chǎn)品問(wèn)世。北京博睿康公司專注于腦機(jī)接口采集設(shè)備的研發(fā)，其產(chǎn)品包括數(shù)字腦電圖機(jī)、醫(yī)用事件相關(guān)電位儀、NeuSen W系列無(wú)線腦電采集系統(tǒng)等，為臨床神經(jīng)疾病診斷、治療與康復(fù)提供支撐。浙江強(qiáng)腦公司致力于腦機(jī)接口底層技術(shù)的突破，其產(chǎn)品腦機(jī)接口智能仿生假肢獲得了FDA的醫(yī)療器械II類產(chǎn)品批準(zhǔn)，能輔助肢體不全的患者進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。北京腦陸公司研發(fā)了一款基于腦機(jī)接口的消費(fèi)級(jí)睡眠產(chǎn)品SleepUp，用于誘導(dǎo)失眠患者進(jìn)入睡眠狀態(tài)或冥想狀態(tài)。

在康復(fù)綜合評(píng)估與訓(xùn)練系統(tǒng)方面，國(guó)內(nèi)尚未有成熟的康復(fù)綜合性評(píng)估與訓(xùn)練系統(tǒng)產(chǎn)品。上海傅利葉公司自主研發(fā)的人體運(yùn)動(dòng)量化研究與康復(fù)系統(tǒng)—MetaMotus? Galileo伽利略系統(tǒng)，主要針對(duì)神經(jīng)損傷、肌骨損傷或退行性病變等原因造成的功能缺陷，包括運(yùn)動(dòng)、認(rèn)知、心理等功能障礙，提供評(píng)估和訓(xùn)練。此外，電子科技大學(xué)還研發(fā)了一款可視交互訓(xùn)練與評(píng)估系統(tǒng)，結(jié)合人機(jī)情景互動(dòng)技術(shù)與專家經(jīng)驗(yàn)協(xié)同對(duì)患者康復(fù)訓(xùn)練動(dòng)作進(jìn)行評(píng)估，目前處于測(cè)試階段。

發(fā)展趨勢(shì)

康復(fù)醫(yī)學(xué)將趨向一體化、信息化、智能化、個(gè)性化和家庭化等方向發(fā)展。將促進(jìn)康復(fù)醫(yī)療服務(wù)更加精準(zhǔn)化、個(gè)性化、智能化，并利用先進(jìn)技術(shù)和手段，改善患者體驗(yàn)，提高康復(fù)治療結(jié)果，從而更好地滿足人民群眾對(duì)康復(fù)醫(yī)療服務(wù)的高質(zhì)量需求。

未來(lái)智能康復(fù)將進(jìn)入人機(jī)共融時(shí)代，人機(jī)協(xié)作康復(fù)將成為常態(tài)。人工智能技術(shù)將更加深入地融入到智能康復(fù)醫(yī)療器械的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、技術(shù)開(kāi)發(fā)、應(yīng)用推廣中，從而開(kāi)啟數(shù)字、互聯(lián)、可視、智能的數(shù)字康復(fù)醫(yī)療時(shí)代。

康復(fù)醫(yī)療為智能康復(fù)醫(yī)療器械提供了應(yīng)用場(chǎng)景，智能康復(fù)醫(yī)療器械可提升康復(fù)醫(yī)學(xué)的療效與結(jié)果，智能康復(fù)產(chǎn)業(yè)未來(lái)一定可以顯著提升人民健康服務(wù)水平。

程洪：電子科技大學(xué)自動(dòng)化工程學(xué)院教授，人機(jī)智能技術(shù)與系統(tǒng)教育部工程研究中心主任，電子科技大學(xué)機(jī)器人研究中心主任，人工智能研究院副院長(zhǎng)，自動(dòng)化工程學(xué)院副院長(zhǎng)，中國(guó)康復(fù)醫(yī)學(xué)會(huì)智能康復(fù)專委會(huì)主任委員，電子科技大學(xué)倫理委員會(huì)主任。