浅述人工智能在康复医学领域中的前沿应用

发表时间：2018-11-23T10:47:37.433Z 来源：《航空军医》2018年17期 作者： 李若文琦

[导读] 人工智能（Artificial Intelligence 简称AI）在全球迅速崛起，已经极大的影响了我们的生活。

（广元市昭化区妇幼保健计划生育服务中心康复科 四川广元 628021）

摘要：随着人们对康复日益增长的需求，我国的康复开始加速发展，人工智能也进入到了这个领域。如今的康复器材已由单纯的机械性仪器逐步转变为有高级程序设定的智能型机器人，也就是所谓的人工智能技术。本文选取近两年的相关文献从康复评估与治疗两方面探讨目前人工智能技术在康复医学界的前沿应用。 关键词：人工智能；康复医学；康复机器人

1.引言

人工智能（Artificial Intelligence 简称AI）在全球迅速崛起，已经极大的影响了我们的生活。1950年，艾伦图灵（Alan Turing）提出了著名的图灵测试（Turing test），形成了人工智能的雏形，由此开创了人类探索智能计算机的基础。2016年谷歌（Google）公司研发的程序阿尔法狗（AlphaGo）击败了世界围棋冠军李世乭，一年后又再次大败当时世界排名第一的中国棋手柯洁。这一爆炸性事件点燃了大众对AI的热情，世界各国也将人工智能写入发展战略目标<1>。在医学这一复杂领域，AI技术也已经开始运用，医学人工智能（Artificial

Intelligence in Medicine，AIM）已经有了一定的研究成果。影像学领域融入神经网络、机器学习；诊断治疗领域，建立更加先进的专家诊断系统<2>。而在康复医学领域，随着人们对疾病临床恢复后的进一步康复的极大需求，我国的康复开始加速发展，人工智能也随之崭露头角。

2.人工智能在康复领域中的前沿应用 2.1 康复评估

评估一直是治疗前不可或缺的一步，通过评估可以了解到患者在疾病后的身体、心理、精神状态、人际交往等多个方面的障碍程度，从而为康复目标和康复方案的制定与施行提供基础。但是目前现有的评估方式大多是通过医生对患者进行提问或者是医生通过观察患者临床表现而得出的结果，在准确性和客观性上存在偏差。因此，通过智能电脑进行的评定或者分析就显得更为客观和精准。如今常见的步态分析，心肺功能分级等都出现了通过AI技术进行康复评估。

评估心肺功能常用的检测手段就是测量患者的肺活量，一般是使用专门的测量仪器，但这只能得到一次的数据。因为缺乏简便的仪器，许多肺功能障碍患者在进行日常生活活动时常缺乏对病情的实时监控，增加了活动时的风险，也使得潜在的功能障碍难以被发现。但是由于科技的发展，手机软件开发者研发出了一些有特殊功能的软件，MoveSense就是一款可以用来监测COPD或其他心肺功能障碍患者在日常活动中的肺功能变化的手机应用。根据相关研究，使用者可以在运动或者日常活动后用手机自我监测心率、呼吸等生理指标。这就使得医生或患者自己能够更直观的了解到病情发展和康复情况，也对下一步的治疗或康复计划的制定提供了极大帮助<3>。

对于肢体功能障碍程度的评估，也有一种新型的方式——STARS模式（State of the Art Robot-Supported assessments），这种模式致力于神经系统疾病后的功能障碍程度的机器化测量，通过这种测量方式所得到的评估结果更为标准和客观<4>，国外神经康复早已开始使用这一模式，目前我国也正在发展中。还有近几年兴起的外骨骼型康复机器人也可以用于评估肢体障碍程度。研究表明，外骨骼型机器人与KAPS方案（kinematic assessment of passive stretch）的联合应用可以评估患者肢体的单一的功能障碍，例如关节活动度或者是痉挛程度。虽然应用面略显狭窄，但这一组合方案在未来可能可以量化出一种新的更细致、高敏感性的功能障碍分级量表<5>。 2.2 康复治疗

在康复治疗中，智能型机器的应用目前主要集中在对于肢体功能的康复上，临床上常常将此类辅具称为康复机器人。InMotion 2.0robot是一款针对卒中后上肢的功能康复的外骨骼机器人，作用是在二维平面上进行肢体活动<6>。与之相似的是一种拥有新型的运动设计系统（mapping method）的上肢康复机器人，打破了原本常规机器人对训练过程及步骤的统一预设，采用根据患者具体情况进行反馈，再加以个体化的训练设定。这种方式提高了训练的精准性和有效性<7>。而可穿戴式智能步行器方面也有很大突破，新一代的助行器开始变得越来越轻便且智能。三星电子公司研发出了步态优化电子系统（GEMS），针对这一系统的可穿戴式助行器对老年卒中患者的效果研究表明：该助行器可以减少患者步行时的耗能和减轻因步行功能障碍导致的足部承受压力异常的情况，还可以在步行中减轻下肢肌肉运动负担，维持良好的步速<8>。总的来说康复机器人的使用不仅可以提高患者的康复水平，还可以减少治疗师的工作负担<7>，提高了康复效率。

更为细致的发展是对于电动轮椅操纵杆的改良。相关研发者在一种新型的智能型的轮椅操纵杆其内部加入了神经算法（neural

algorithm），在感受到被使用者移动后其内部系统就开始了高速的自动计算，然后输出相应指令移动轮椅。操作简便而又灵敏，功能异常或畸形的患手也可以使用。并且操纵杆上还安装了特殊摄像系统，可以识别使用者面部转动方向，在接收到使用者‘点头’的确认动作后控制轮子转向该方向<9>。

早在2011年，英国赫特福德大学就研发出了机器人Kaspar，这是一款作用于儿童自闭症（ASD）的拟人交流型康复机器人，这款外观如同洋娃娃般的机器人可以使患儿放松的与之交流，从而达到改善患儿社会功能障碍的作用。2018年1月，中国的自闭症康复机器人“图巴”正式推出，图巴是一个外观更接近人类的机器人，在与人交流中除了语言，它还可以表达自己的情感和发泄情绪。与此同时，图巴机器人的设计中还加入了自闭症ABA-DTT疗法（回合式操作教学法）和核心反应训练（Pivotal Response Treatment）等专业训练模式。虽然目前并未找到相应文献说明这款机器人的治疗效果，但对于英国的Kasper的研究表明：越早使用像Kaspar这样的机器人介入疗法，越可能改善自闭症儿童低下的社会适应能力<10>。 3.结语

科技的快速发展为医学提供了多种可能，使得某些疾病不再是人类社会的难题。但是科技是否可以解决所有的医学难题依然是一个未知的事情，而且科技高速发展带来的负面影响目前并未完全显露，但是再高端精密的仪器也只是人类探索的工具。因此，我们应当更关注

人工智能的实用性，而不应本末倒置，去过度追求其技术上先进性。 参考文献

[1]汤晓鸥，陈玉琨.《人工智能基础》（高中版），2018，ISBN 978 -7-5675-7561-5/G.11009. [2]张晓晓，庞婷.浅谈人工智能特点及在医学中应用的几个阶段，福建电脑，2017.03.057.

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[4]Toigo et al. Robot-assisted assessment of muscle strength. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation（2017）14：103. [5]Centen et al. KAPS（kinematic assessment of passive stretch）：a tool to assess elbow flexor and extensor spasticity afterstroke using a robotic exoskeleton. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation（2017）14：59.

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[7]Oran Rosenthal，Alan M. Wang，Jeremy L. Wyatt，David Punt and R. Chris Miall. Mapping upper-limb motor performance afterstroke - a novel method with utility for individualized motor training. Rosenthal et al. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation（2017）14：127.

[8]Su-Hyun Lee，Hwang-Jae Lee，Won Hyuk Chang，Byung-Ok Choi，Jusuk Lee，Jeonghun Kim，Gyu-Ha Ryu and Yun-HeeKim. Gait performance and foot pressure distribution during wearable robot-assisted gait in elderly adults. Lee et. Journal ofNeuroEngineering and Rehabilitation（2017）14：123.

[9]Makrem Mrabet，Yassine Rabhi，Farhat Fnaiech. Development of a New Intelligence Joystick for People with Reduced Mobility.Applied Bionics and Biomechanics Volume 2018，Article ID 2063628，14 pages.

[10]Mengoni SE，Irvine K，Thakur D，et al. Feasibility study of randomised controlled trial to investigate the effectiveness of usinga humanoid robot to improve the social skills of children with autism spectrum disorder（Kaspar RCT）：a study protocol. BMJ Open2017；7：e017376. doi：10.1136/bmjopen-2017-017376.