人机智能协同在医疗康复机器人领域的应用

人机智能协同在医疗康复机器人领域的应用

摘要：近年来，随着人工智能和生物智能技术的发展，人机智能协同获得了一

些发展，已被应用在了医疗康复机器人领域。本文就人机智能协同在医疗康复机

器人领域的应用进行探讨，在介绍人机智能协同的基础上，介绍了其具体应用，

以供参考。

关键词：人机智能协同；医疗康复机器人领域；应用

一、人机智能协同的介绍

人工智能是一门模拟、研究、扩展人的智能的理论、方法的新技术科学。生

物智能是采集人脑的信息感知、加工、投射整合决策及控制功能和行为。而人机

智能协同技术则是综合人工智能和生物智能技术，结合脑的认知能力与计算机的

计算能力，使它们优势互补、协同工作，从而有望产生更强大的智能形态，并将

孕育出重大的理论创新和技术方法突破。人机智能协同的主要研究方向是以智能

人机交互系统为目标，以信息技术和生物医学工程为支撑，围绕生物智能与人工

智能协同的主题，重点研究多源感知觉与运动信息的获取及计算理论，生物智能

与人工智能增强及协同，以及人机智能协同系统智能行为的实现这3个关键科学

问题。近年来，人机智能协同在医疗康复机器人领域获得了一些发展。

二、人机智能协同在医疗康复机器人领域的应用

2.1基于人机智能协同的手术机器人

随着人机智能协同技术的发展，其被广泛的应用在了手术过程中。和传统的

人工手术相比，应用人机智能协同技术的手术机器人具有很大的优势，克服了一

些人为因素。首先，机器人手可以突破人手的局限，自由到达一些人手不可到达

的部位，同时，机器手不会受到周围环境和人的影响，按程序进行手术，为此，

这会使得手术进展更加顺利。其次，机器人可以对人体进行整体的查看，可以通

过身体分析内部问题，突破了人眼的局限。最后，手术机器人的操作受到人和机

器的操纵，会更加准确，发生手术失败的几率较小。为此，为了应用手术机器人，必须要针对开发基于人机智能协同技术的手术系统平台，从而为手术的开展提供

条件。

近年来，随着手术机器人的研发进度加快，脊柱手术机器人被研发出来，以

帮助骨科医生更好的完成手术。由于脊柱手术涉及到脊柱各关节段椎弓根螺钉固定、经寰枢关节螺钉固定等，必须要保证机器人更好的进行操作，保证手术的精

确性。为了达到手术所需条件，降低失败率，脊柱手术机器人一般利用多重传感

技术和人机智能协同技术，对各功能模块进行组合和配合，以保证手术的安全性。如果在手术中，不利用人机智能协同技术，就不能很好地将医生所传达的内容发

给机器人，就不能实现人机交互，那么手术机器人就无法完成手术。在这种情况下，为了保证脊柱手术机器人更好的工作，必须要应用人机智能协同技术。

另外，人机智能协同技术还可以帮助相关的人员开展模拟手术，这种仿真操

作可以应用在医疗教学中，医护人员可以通过观看操作视频，来指导医护人员更

好的操作，帮助相关的医生学习更多的医学知识，从而协助医疗康复机器人更好

的工作。

2.2基于人机智能协同的康复机器人

所谓康复机器人就是在病人康复过程中，利用机器人的人机智能协同技术，

机器人可以准确的感知、分析病人的身体情况，反馈信息，实现人机交互。这种

操作模式是通过双向反馈来实现的，机器人将采集的信息反馈给医生，医生也会

把需要的信息传递给机器人，实现信息的交流。

下面以脑卒中后手部运动障碍患者的手部运动功能康复训练为例，介绍基于

人机智能协同的康复机器人的具体应用现状。传统的康复训练一般是由相关的医

护人员负责一位病人进行单独的康复训练，这种康复方式任务重，康复效果有限。现阶段，康复机器人一般会将病人康复练习的动作信息进行捕捉，然后通过电刺

激等方式，驱动患侧进行相应的动作，这种训练模式会加快病人运动中枢受损部

分的再组织和重建，有利于病人康复。为此，利用康复机器人不仅可以减轻医护

人员的工作量，帮助其分析病人的康复情况，还可以在机器人的帮助下，监督病

人进行专项康复练习，提高康复效果。

另外，基于人机智能协同技术的康复机器人还应用在了虚拟现实的神经康复

方面。例如，当有病人中风时，利用该机器人可以帮助中风人员进行恢复锻炼，

帮助其康复。在这个过程中，康复机器人会记录病人的练习信息，反馈给相关的

医生。这种虚拟现实的神经康复机器人可以有效的监督病人进行康复训练，完成

医生的康复方案，也可以向医生反馈病人信息，更有利于医生开出科学的康复方案，有利于病人恢复。

2.3基于人机智能协同技术的服务机器人

在医疗康复机器人中，服务机器人发挥着关键的作用。服务机器人一般需要

和使用者进行互动，从而完成人机交互的服务功能。这个过程中，借助人机智能

协同技术可以使机器人朝着生机电一体化和智能化的方向发展，会提高机器人的

人机交互能力。

近年来，人体外骨骼机器人成为了服务机器人的研究热点。人体外骨骼机器

人是人穿上人机一体化机械装置，进而操作装置进行完成一系列的操作。这个过

程中，利用人机智能协同系统，可以让人实现操作，与传统机器人不同。就外骨

骼机器人来说，它主要是根据人体生理结构和人体工程学设计紧凑的外骨骼结构，研究人体的步态数据，通过分析这些数据，来判断人体的情况。为了可以采集需

要的数据，人体外骨骼机器人的关键部位都装有传感器，例如有关节角加速度传

感器、腿部压力传感器等，通过这些传感器可以准确的判断人的步态数据，绘制

人体运动意图、运动趋势图，相关人员可以分析这些数据来找到自己需要的信息。

下面以基于人机智能协同技术的下肢助力外骨骼系统为例，该系统主要是通

过皮肤表面采集大脑传出的微弱的肌肉运动信号，通过这些信号来判断病人的运

动意图，通过控制外骨骼机器人模拟完成相应的动作，帮助病人完成康复训练。

在这个过程中，医生可以通过数据分析，为康复人员制定出科学的训练方案，完

成康复训练。这对于下肢障碍的人是非常关键的。

三、结束语

总而言之，医疗康复机器人领域涉及到人类生命健康，为了推动该领域的发展，必须要康复医学、计算机科学以及机器人学等多个领域的支持。目前，随着

人机智能协同技术的发展，医疗康复机器人领域获得一些发展，一些手术机器人、康复机器人和服务机器人等获得发展，这对手术准确性和康复发展意义重大。

参考文献

[1]郑悦,景晓蓓,李光林.人机智能协同在医疗康复机器人领域的应用[J].仪器仪

表学报,2017(10)

[2]李光林,郑悦,吴新宇,等.医疗康复机器人研究进展及趋势[J].中国科学院院

刊,2015(6)

[3]李光林.医疗机器人;康复机器人;人机交互;人机智能融合[J].中国科学院院