[发明专利]基于呼吸困难度反馈的机器人肺康复训练系统

说明书

技术领域

本发明涉及医疗设备领域，特别是指对慢性阻塞性肺病人呼吸困难度定量化，实时监控并基于该生物力学信息指导康复训练机器人辅助病人进行呼吸康复训练，提高患者的训练依存性。

背景技术

慢性阻塞性肺病(COPD)是全球第三大致死病因，它不仅对患者生理功能和生活质量造成了严重影响，而且增加了住院率和死亡率，给家庭和社会带来巨大经济负担。由于近年来城市空气质量的普遍下降和生活习惯等因素的影响，我国40岁以上人群中，COPD的发病率为8.2％，居我国死因第二位，每年因此病致死的人数超过100万人。COPD患者肺的实质性损伤、肺泡和小气道弹性回缩能力的下降等因素使气体滞留于肺内，导致过度充气的发生，从而使患者易于发生呼吸困难；同时，由于呼吸肌肌力的下降，以及为代偿性适应小气道阻塞所致病理变化，患者易发生高中枢呼吸驱动状态以维持有效通气，而呼吸驱动和呼吸困难感觉之间具有正相关性，即呼吸驱动的增强会使患者产生呼吸困难的感觉，它是该病的主要症状。

运动训练是COPD患者肺康复除药物治疗之外的唯一方法。运动训练方法主要是通过减少呼吸过程中肌纤维血液中的乳酸生成量，并提高人体日常运动肌肉的协调性，因此其可减少患者最大运动量时的通气需求。最新临床研究表明，运动训练可使患者在进行同等强度运动量时不至于出现呼吸驱动的增强，即尽量避免出现呼吸频率的加快，从而使通气障碍得以缓解，有效减轻患者最大运动量时的呼吸困难。其次，运动训练可使肌肉组织的结构与功能、神经系统对肌肉组织的调节功能及心血管功能得到改善，从而提高患者的运动耐力，以减轻运动所致呼吸困难。此外，训练可使呼吸肌的肌力增强，而肌力的增强又与呼吸驱动的下降相关联，从而使患者的呼吸困难程度下降。

尽管众多研究表明运动训练对于改善患者呼吸困难和肺功能发挥着关键作用，但是由于患者已存在通气受限、高通气需求和过度充气等病理状况，并且在训练初期这些状况更易发生，从而迫使患者拒绝参加训练。临床研究表明能坚持训练的COPD患者仅为1％，而训练的中断会使训练所获得的生理功能改善逐步回落至康复训练前的状态。近年来渐进式呼吸肌力训练和辅助式训练这一可稳定运动训练依从性的方式越来越受到推崇。然而，在实时采集人体呼吸动力学信息并反馈患者呼吸困难度的机器人辅助运动训练研究中，少见成功的临床应用实例，其主要原因可以归纳为：(1)无法实时反馈和定量化病人的呼吸困难度，目前临床对于患者呼吸困难评估主要是采用主观感觉评价，缺乏精确模型通过非侵入式测量数据的融合对COPD患者的呼吸通畅程度的实时分析和计算方法，为康复辅助机器人提供反馈，并且为病人和医生提供定量化的康复评价参数；(2)需要解决运动康复机器人与COPD患者的友好交互问题，由于机器人和患者的运动空间高度交叉，机器人要对患者不同肢体基础肌力进行动态捕捉，从而给予不同肢体不同的辅助力量以协助患者完成肢体运动，所以缺少实时而且精确的人体内力信息，包括关节力矩、关节力、关节能量和肌肉张力等，将是影响机器人在肺康复临床应用的障碍。(3)临床上缺少稳定患者运动训练依从性的定量化运动训练处方，如果能够实现慢性阻塞性肺疾病患者个体的全身肌肉运动耐力和呼吸困难度等参数与康复机器人训练程序设计融合，将有助于稳定患者运动训练依从性，并为医护人员制定患者渐进式肺康复训练方案提供理论依据。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种基于呼吸困难度反馈的机器人肺康复训练系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于呼吸困难度反馈的机器人肺康复训练系统，包括可穿戴式呼吸传感监测系统和肺康复训练机器人，所述可穿戴式呼吸传感监测系统包含若干可穿戴式惯性传感器、若干表面肌电传感器、若干触觉传感器和电子鼻，在患者的各个呼吸肌及关节部位监测患者的呼吸信息；所述电子鼻安装在患者口鼻腔附近，测量患者的呼气量大小和气体流速信号；所述可穿戴式惯性传感器通过弹性橡胶粘附在患者运动关节；所述表面肌电传感器和触觉传感器通过弹性橡胶粘附在患者的呼吸肌表面。