国际关注!河南女教授团队连获康复机器人新进展,针对帕金森等疾病

近年来,全球范围内的许多国家,尤其是发达国家纷纷进入老龄化、深度老龄化社会。据第七次全国人口普查结果显示,我国60岁及以上人口已达2亿6402万人,占比达18.70%。随着老年人口的增加,不管是康复医疗领域还是助老助残领域,许多“康复机器人”都已被用来解决实际康复过程中所遇到的问题。近期,郑州大学电气工程学院的科研团队就在这一领域连续取得了一系列新进展。

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康复机器人是康复医学和机器人技术的结合,主要用于功能障碍者日常生活的辅助与康复治疗。它可以帮助患者完成各种物理治疗,并能增强或代偿患者功能,减轻康复治疗及康复护理人员的劳动强度。与传统康复治疗手段相比,康复训练机器人更平稳可控,可以保证训练的效率和强度,并可以实时记录数据用于康复评估,康复机器人也因此成为了国内外研究热点。

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面对这一趋势,郑州大学电气工程学院刘艳红教授团队与南安普顿大学、谢菲尔德大学、郑州大学第五附属医院合作,在康复机器人领域取得系列重要进展,相关研究成果发表在国际权威期刊IEEE/ASME Transactions on Mechatronics和IEEE Transactions on Control Systems Technology。郑州大学电气工程学院博士研究生张赞为论文第一作者,刘艳红教授为论文通信作者,郑州大学为论文第一单位和通讯单位。相关研究工作得到了科技部、国家自然科学基金委员会、河南省杰出外籍科学家工作室等经费支持。

基于功能性电刺激的震颤抑制控制是临床应用中具有挑战性的研究课题。刘艳红教授团队针对帕金森综合征、多发性硬化等患者手腕震颤信号的特点和功能性电刺激康复系统在临床应用中面临的实际问题,设计了先进控制策略对相关肌肉群施加强度和时间精准调节的电刺激信号,有效抑制了手腕震颤。

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研究团队针对不同患者震颤信号频率时变、多峰值等特点,建立了腕部肌骨系统的Hammerstein模型,提出了自动、快速的参数辨识方法,将线性化方法和并联多内模重复控制相结合设计了震颤抑制控制方案,并开展了临床实验验证。相关成果发表在IEEE Transactions on Control Systems Technology上。

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此外,团队还针对功能性电刺激下肌纤维招募顺序与自然收缩招募顺序存在差异而导致的肌肉易疲劳问题,分别提出了基于频率修正逆和基于梯度算法的多肌肉协同刺激重复控制方法,招募健康受试者和手腕震颤患者进行了实验验证。相关成果发表在IEEE/ASME Transactions on Mechatronics上。

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刘艳红现为郑州大学电气工程学院教授,博士生导师。主要研究方向为机器人建模与控制、智能人机交互、电力系统稳定控制与优化、非线性系统分析与控制。获河南省科技进步二等奖(排名第一)、河南省教学成果二等奖(排名第二)、河南省优秀共产党员、河南省科技创新团队带头人、河南省高校科技创新团队带头人、河南省教育厅学术技术带头人等奖励与荣誉。主持国家重点研发计划项目课题、国家自然科学基金项目、教育部高等学校博士学科点专项科研基金项目、河南省引智计划项目、河南省高校科技创新团队支持计划项目、河南省基础与前沿技术研究计划项目等国家级、省部级项目多项。

拓展阅读:

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郑州大学电气工程学院创建于1959年3月,时为原郑州大学电机工程系。2000年原郑州大学、郑州工业大学、河南医科大学合并组建新的郑州大学,遂更名为郑州大学电气工程学院。学院拥有电气工程及其自动化、自动化、轨道交通信号与控制、生物医学工程4个本科专业,其中自动化专业和电气工程及其自动化专业均为国家级一流专业建设点;自动化专业通过了国家工程教育认证、为河南省特色专业、河南省专业综合改革试点专业。

学院现有控制科学与工程、电气工程2个一级学科博士学位授权点,控制科学与工程、电气工程2个博士后科研流动站,控制科学与工程、电气工程2个河南省一级重点学科。学院有自动控制国家级教学团队、国家级精品资源共享课程、国家级双语教学示范课程,曾获国家教学成果二等奖、河南省教学成果特等奖等。

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本文部分素材来源:郑州大学电气工程学院、郑州大学招生网、央视新闻、中国老年学和老年医学学会等

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