發(fā)布時間：2021-6-17
本報記者 楊緒軍 通訊員 南子鈺
近千平方米的康復(fù)治療室里，一張張鋪著淡藍(lán)色床單的橡膠床排列得整整齊齊。旁邊，矗立著十幾臺形似跑步機(jī)、動感單車、平衡儀等式樣的助健設(shè)備，穿插其間的，是形態(tài)各異的康復(fù)機(jī)器人。
北京清華長庚醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科主任潘鈺將一位患者從輪椅上攙扶起來，在一臺下肢康復(fù)機(jī)器人的帶動下，患者在房間里行走自如……
10年前，潘鈺遠(yuǎn)赴德國參加國際物理醫(yī)學(xué)與康復(fù)醫(yī)學(xué)大會，正是在那里，她第一次目睹了康復(fù)機(jī)器人。從那時起，她便暗下決心，一定要有屬于中國人自己的康復(fù)機(jī)器人！
如今，夢想照進(jìn)現(xiàn)實。
更新康復(fù)理念，自主研發(fā)康復(fù)機(jī)器人，突破腦機(jī)接口技術(shù)屏障……一次又一次的探尋中，潘鈺漸漸有了底氣。過去的一年里，清華長庚醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科接診患者逾萬例，其中八成以上患者恢復(fù)生活自理能力，回歸家庭。
通過腦功能磁共振和腦電圖檢查，潘鈺帶領(lǐng)康復(fù)團(tuán)隊為患者進(jìn)行功能評估，制定康復(fù)方案。
喚醒“沉睡”的緝毒英模羅金勇
1999年，潘鈺考上了中國醫(yī)科大學(xué)神經(jīng)內(nèi)科方向的研究生，同時成為一名臨床醫(yī)生。
神經(jīng)內(nèi)科最常見的疾病就是腦卒中，病患多，床位輪轉(zhuǎn)快，患者早期治療只有一到兩周。不論是臨床上的學(xué)習(xí)，還是與患者、家屬的溝通，潘鈺都能做得很好。但唯獨有一件事，她不太愿意干——送病人出院。
癱坐在輪椅上，一側(cè)或全身無法動彈；說話含糊不清，眼神木訥無法交流；部分患者喪失吞咽功能，鼻飼袋掛在輪椅上……看著一個個患者離開醫(yī)院時痛苦的表情，落寞的背影，潘鈺內(nèi)心無比煎熬。作為醫(yī)生，沒能做到讓患者“康復(fù)”出院，這讓她感受到了從未有過的挫敗感。
2002年，在同事們的不解和疑惑中，潘鈺決心轉(zhuǎn)行，師從首都醫(yī)科大學(xué)脊柱脊髓損傷手術(shù)和康復(fù)專家關(guān)驊教授，成為中國第一批康復(fù)醫(yī)學(xué)專業(yè)的博士生。
康復(fù)醫(yī)學(xué)，在20年前的中國還是一門很年輕的學(xué)科。一個數(shù)據(jù)是，在中國的中風(fēng)患者中，70%至80%的人因為偏癱、語言和吞咽功能等中風(fēng)后遺癥而失去自理能力。而在這背后，則是腦卒中急性期康復(fù)的缺位。
做完重大手術(shù)后回家躺著休養(yǎng)，是當(dāng)時絕大部分患者的選擇。“康復(fù)必須要盡早介入，病人在搶救的時候就要開始康復(fù)訓(xùn)練，等到情況基本穩(wěn)定后，再恢復(fù)一些基本功能，最后才是居家和社區(qū)康復(fù)。而如果是出院回家休養(yǎng)幾個月后再來醫(yī)院，就已經(jīng)錯過了最佳恢復(fù)期。”導(dǎo)師的諄諄教導(dǎo)，潘鈺記在心里。
當(dāng)時的北京已經(jīng)是國內(nèi)康復(fù)理念最先進(jìn)的城市，潘鈺在這里完成了系統(tǒng)的康復(fù)知識學(xué)習(xí)，掌握了不少先進(jìn)的技術(shù)療法。“康復(fù)三級預(yù)防”和“主動式康復(fù)”兩個重要概念深深烙在潘鈺心里——對于腦梗死或是腦出血患者，不論是哪個方面出現(xiàn)了功能性障礙，都需要請專業(yè)的康復(fù)醫(yī)生進(jìn)行康復(fù)診斷，這一步，是讓患者重返社會、重返家庭的關(guān)鍵；同時，和傳統(tǒng)的針灸、理療、電刺激等被動式康復(fù)相比，誘導(dǎo)患者進(jìn)行認(rèn)知、肢體以及生活能力等主動式訓(xùn)練效果更好。“人體功能損傷或疼痛相當(dāng)于房子著火，要早發(fā)現(xiàn)早介入早滅火，再主動重建。康復(fù)醫(yī)學(xué)的目標(biāo)是，不僅讓患者活著，還要和從前一樣，有尊嚴(yán)地活著！”
從首都醫(yī)科大學(xué)博士畢業(yè)后，潘鈺進(jìn)入宣武醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科，一個個臨床實踐，讓她逐漸摸索出了一套屬于自己的治療法則。而正是這套法則，讓昏迷不醒的全國公安系統(tǒng)二級英雄模范羅金勇站了起來。
羅金勇是云南省臨滄市永德縣公安局的一名緝毒警察。2005年國慶探親途中，羅金勇偶遇三名毒販，在赤手空拳與歹徒殊死搏斗中身負(fù)重傷，劇烈的頭部重挫導(dǎo)致羅金勇雙側(cè)額葉和一半大腦損壞，陷入昏迷的他只能依靠呼吸機(jī)維持生命。
潘鈺接診時，羅金勇已經(jīng)像“植物人”一樣臥床一年半，雖然過了早期康復(fù)介入的最佳時間，但潘鈺觀察發(fā)現(xiàn)，此時的羅金勇已經(jīng)能對外界的刺激給予反應(yīng)，這讓她欣喜不已。她和康復(fù)團(tuán)隊迅速擬定康復(fù)方案：先控制住發(fā)熱、癲癇等基礎(chǔ)病，徹底喚醒病人后，再制定全身康復(fù)計劃。
醒來的羅金勇全身肌肉控制力很差，坐都坐不住，偶爾發(fā)出低沉不清的聲音，很多時候只能和醫(yī)生用眼神交流。同時，由于痙攣和全身功能障礙較重，被動式治療收效甚微。潘鈺帶領(lǐng)康復(fù)團(tuán)隊決定立刻強(qiáng)化主動訓(xùn)練，盡可能讓羅金勇早日離開病床。她仔細(xì)觀察患者的全身反應(yīng)，哪怕有一點自主反應(yīng)的肌肉部分都作為重點誘發(fā)區(qū)域，不能主動訓(xùn)練的區(qū)域則進(jìn)行被動關(guān)節(jié)訓(xùn)練，配合藥物治療、矯正治療。
神經(jīng)損傷患者往往很難控制住自己的情緒，但是緝毒警出身的羅金勇自制力和意志力驚人，無論對待家人還是醫(yī)護(hù)人員都禮貌有加，每天康復(fù)訓(xùn)練不管多難、多累，從沒有叫過一聲苦。雖然過去了十多年，潘鈺至今仍能回憶起當(dāng)時的諸多康復(fù)細(xì)節(jié)。
強(qiáng)大的意志力加上針對性強(qiáng)的康復(fù)方案，羅金勇在治療后的第三個月，坐著輪椅去了趟天安門。國旗下，他鄭重地敬了一個軍禮。半年后，羅金勇能獨立翻身、坐起了，一年后可以在康復(fù)跑步機(jī)上慢走，兩年后已經(jīng)能攙扶著走路。
今年5月，經(jīng)歷了“康復(fù)新生”的羅金勇來北京錄制《朗讀者》節(jié)目，這一次，他帶著全家人向潘鈺表達(dá)深深的謝意。因癲癇間斷發(fā)作、長時間不能獨立行走，羅金勇的關(guān)節(jié)攣縮比較嚴(yán)重，但還和往常一樣，潘鈺細(xì)心地幫他制定康復(fù)方案。這對“醫(yī)患搭檔”的友情，已經(jīng)延續(xù)了十幾年。
潘鈺和羅金勇這對“醫(yī)患搭檔”的友情，已經(jīng)延續(xù)了十幾年。（楊欣攝）
國產(chǎn)康復(fù)機(jī)器人比進(jìn)口的還要好
2011年，北京市公開選拔一批優(yōu)秀醫(yī)療機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)人，在業(yè)內(nèi)已小有名氣的潘鈺調(diào)任北京康復(fù)醫(yī)院業(yè)務(wù)副院長。
醫(yī)院擴(kuò)建工程如火如荼，急需最先進(jìn)的康復(fù)技術(shù)“舒筋壯骨”。忙完繁雜的管理事務(wù)，來到工作臺，潘鈺沉浸在學(xué)術(shù)世界中。文獻(xiàn)閱讀往往要持續(xù)到凌晨，潘鈺認(rèn)真查看著每一項最新的國際康復(fù)學(xué)進(jìn)展，手部康復(fù)機(jī)器人、下肢康復(fù)機(jī)器人、足踝康復(fù)機(jī)器人、可穿戴式機(jī)械外骨骼系統(tǒng)……新鮮的名詞在傳遞著同一個強(qiáng)烈信號，智能康復(fù)的時代要來了！
赴德國參加國際物理醫(yī)學(xué)與康復(fù)醫(yī)學(xué)大會期間，潘鈺第一次親眼見到了康復(fù)機(jī)器人。深灰色的機(jī)器人矗立在展臺中央，一位因腦卒中而一側(cè)肢體癱瘓的患者被助手用輪椅推了過來，預(yù)設(shè)各種參數(shù)后，患者被機(jī)器人帶動著在跑臺上走出了正常人的步態(tài)。旁邊的康復(fù)醫(yī)生說，通過一個月左右的康復(fù)訓(xùn)練，這位患者將有可能重拾行走能力。回到國內(nèi)，外國患者在跑臺中央自如行走的畫面讓潘鈺久久不能忘卻。按照傳統(tǒng)訓(xùn)練方法，腦卒中患者的康復(fù)往往需要三個月至半年才能完成，每次康復(fù)至少要動用兩到三名醫(yī)護(hù)人員，治療師非常辛苦，康復(fù)機(jī)器人的優(yōu)勢無疑是巨大的。
在管理團(tuán)隊和潘鈺的努力下，北京康復(fù)醫(yī)院成為國內(nèi)首批引入康復(fù)機(jī)器人的醫(yī)療機(jī)構(gòu)，而在擁有了夢想中的機(jī)器人，讓患者享受到最新的科技成果后，潘鈺也漸漸感受到了壓力——一臺康復(fù)機(jī)器人的花費動輒三五百萬元，康復(fù)治療又需要一整套體系來支撐。“做好這個事情，必須依靠自主創(chuàng)新！”潘鈺拿定了主意。
2014年，清華大學(xué)附屬北京清華長庚醫(yī)院建成開業(yè)，力邀潘鈺組建康復(fù)醫(yī)學(xué)科。清華堅實的理工背景吸引著潘鈺，康復(fù)醫(yī)學(xué)必須走自主研發(fā)道路，潘鈺又一次作出決定：重新回歸臨床，著力研發(fā)中國自己的康復(fù)機(jī)器人。
在新成立的清華長庚醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科里，大家看到了不同于以往的奇妙場景：在給患者做康復(fù)時，一群工程師圍在身邊，手法的力度、患肢彎曲的角度、電刺激的頻率等都被一一記下，醫(yī)生和工程師們一起討論方案。幫助患者更好地康復(fù)，必須加入主動式康復(fù)理念！羅金勇的治療經(jīng)歷給了潘鈺信心，于是，多學(xué)科合作早期康復(fù)、認(rèn)知功能訓(xùn)練等也被引入進(jìn)來。
在康復(fù)治療的過程中，潘鈺還敏銳捕捉到了一個問題：同樣的康復(fù)方法，為何有的患者恢復(fù)得更快更好，有的卻不行？這背后，實際上是患者核心肌群的細(xì)微差別。潘鈺為此設(shè)計了一整套功能評估方法，包括如何定量測試患者的核心肌力、如何幫助患者進(jìn)行神經(jīng)功能控制等，并將其納入了康復(fù)機(jī)器人的設(shè)計環(huán)節(jié)。
帶有主動式康復(fù)能力的下肢康復(fù)機(jī)器人、手功能康復(fù)機(jī)器人、踝足康復(fù)機(jī)器人等陸續(xù)被研發(fā)出來，并進(jìn)入科室，能夠?qū)颊吒鱾€核心肌肉群進(jìn)行準(zhǔn)確評估的可穿戴機(jī)器人及監(jiān)測設(shè)備也裝備完畢。以踝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人為例，從外觀看，它就像一臺普通的康復(fù)設(shè)備，但其中充滿了高科技元素：當(dāng)患者將足踝固定在訓(xùn)練器上，機(jī)器人會感知到患者的踝關(guān)節(jié)緊張程度，并根據(jù)患者功能開啟被動、助力或主動康復(fù)訓(xùn)練模式。機(jī)器人還可以感受到患者眼動情況，并以此判斷患者的注意力和認(rèn)知功能——幾個月前，這還只是圖紙上的一個設(shè)想，潘鈺感受到了“自主創(chuàng)新”的魅力。
很快，病房里迎來了患有腦干出血的重癥患者張女士。腦干出血是腦血管病中最為兇險、預(yù)后極為不良的一種類型，輕者四肢癱瘓、生活不能自理，重者發(fā)病后即昏迷并導(dǎo)致死亡。在急診室里看到這位氣管被切開，帶著鼻飼、尿管和各種輸液通路的年輕患者，潘鈺不禁有些為她擔(dān)心。康復(fù)醫(yī)生、物理治療師、語言治療師、作業(yè)治療師、支具師、康復(fù)護(hù)士齊上陣，制定了詳細(xì)的治療和康復(fù)計劃。從穩(wěn)定病情開始，到離床訓(xùn)練，再到第一次抬頭、咽第一口水、咳出第一口痰、抬第一下手、動第一下腿……點滴進(jìn)步都激勵著患者、家屬和每一個參與治療的醫(yī)護(hù)人員。經(jīng)過兩個多月的精心治療和康復(fù)，張女士終于成功拔除氣管插管和尿管、鼻飼管，能夠獨立在床邊坐住。
要想恢復(fù)步行能力，需要訓(xùn)練交替邁步、下肢支撐功能，下肢康復(fù)機(jī)器人上場了。在康復(fù)機(jī)器人的輔助下，張女士站立起來，并驅(qū)動下肢進(jìn)行交替步行。經(jīng)過短短三周的治療，張女士左下肢肌肉力量就得以提高，站立功能改善，笑容終于重現(xiàn)在臉上。潘鈺激動地拿起手機(jī)，第一時間向研發(fā)團(tuán)隊報告了好消息：國產(chǎn)康復(fù)機(jī)器人比進(jìn)口的還要好！
潘鈺在為患者進(jìn)行腦機(jī)接口康復(fù)訓(xùn)練。
“腦機(jī)接口”讓機(jī)器人讀懂大腦
正當(dāng)各種類型的智能機(jī)器人被不斷研發(fā)出來，一條不期而至的消息讓滾滾向前的車輪戛然而止——美國一項最新研究證實，通過千余例大樣本測試研究證實，智能機(jī)器人并沒有超越傳統(tǒng)康復(fù)訓(xùn)練的效果。
問題出在哪里？潘鈺是從傳統(tǒng)康復(fù)訓(xùn)練研究起家的“過來人”，直指問題所在——大部分康復(fù)機(jī)器人只是在模擬傳統(tǒng)訓(xùn)練，訓(xùn)練方法高度接近被動式的人工康復(fù)，也就是僅替代了康復(fù)師的部分人力勞動，縮短了康復(fù)時間，但在效果上仍有提升空間。
要改進(jìn)，就必須從“根兒”上入手，這個“根兒”，就是大腦。潘鈺決定，把研究方向投向最新的“腦機(jī)接口”技術(shù)。
人類的大腦有著強(qiáng)大的自愈能力，腦卒中患者的腦細(xì)胞因缺血缺氧在短時間內(nèi)快速死亡，但是，當(dāng)一部分腦細(xì)胞死亡后，其他腦細(xì)胞會建立新的突觸連接，重建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對原有功能的代償。這就是人們常說的“大腦重塑”。
而目前康復(fù)機(jī)器人所做的，就是不斷地讓局部肌體的肌肉、神經(jīng)恢復(fù)到正常狀態(tài)，再把正常的運動反饋給大腦，加快大腦重塑的過程。但是，這種“自下而上”的刺激顯然周期更長，治療效果也難以令人滿意。有沒有可能直接對大腦進(jìn)行刺激，完成“自上而下”的神經(jīng)重塑呢？腦機(jī)接口就是方案之一。
所謂的腦機(jī)接口，就是讓大腦和各種康復(fù)機(jī)器進(jìn)行連接的設(shè)備，腦機(jī)接口通過分析腦電波，能夠“知道”你在想什么；進(jìn)而幫助你指揮機(jī)器，對患體進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。在這樣的反復(fù)訓(xùn)練中，大腦和患體之間可以逐步建立有效的連接，達(dá)到恢復(fù)正常生理功能的目的。
建立腦機(jī)接口工作的第一步，就是要捕捉大腦信號并做出數(shù)據(jù)分析，讓機(jī)器“知道”大腦的指令。
“捕捉信號不是一件容易的事情，這是一個最核心的技術(shù)。”潘鈺說，大腦中下肢運動皮層的位置較深，要想在眾多腦電信號中準(zhǔn)確捕捉到踝關(guān)節(jié)運動想象信號，非常困難。而且，患者的個體差異性和腦損傷程度的不同也會影響到腦機(jī)接口采集的腦電信號質(zhì)量，進(jìn)而影響訓(xùn)練效果。
如果信號提取的準(zhǔn)確性太差，模型就無法建立，一切也就無從談起。在北京自然科學(xué)基金項目支持下，清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院洪波教授團(tuán)隊克服重重困難，最終將信號提取的正確率提高到了80%。
2020年4月，來自外地的王女士成為接受腦機(jī)接口治療的首位患者。兩個月前，她突發(fā)腦卒中，雖然經(jīng)過康復(fù)訓(xùn)練已經(jīng)可以在別人的攙扶下完成站立、邁步動作，但由于左側(cè)小腿無力，足部完全垂下，沒有絲毫反應(yīng)。一想到自己再也不能走路，王女士萬念俱灰。
聽到有了腦機(jī)接口技術(shù)，不愿放棄希望的家人帶著王女士來到北京清華長庚醫(yī)院。通過腦功能磁共振和腦電圖檢查，潘鈺帶領(lǐng)康復(fù)團(tuán)隊對王女士的腦功能情況進(jìn)行了專業(yè)而詳盡的評估，并制定了一套綜合康復(fù)方案：解放足踝功能，通過腦機(jī)接口和外骨骼訓(xùn)練提高大腦運動功能，再加上下肢訓(xùn)練并輔以肉毒毒素緩解肌張力。
王女士戴上腦電帽，將癱瘓的左足放入康復(fù)機(jī)器人足托，在醫(yī)護(hù)人員的引導(dǎo)下，她集中精力想象左踝關(guān)節(jié)背屈動作。信號由弱到強(qiáng)，短暫的機(jī)器學(xué)習(xí)后，王女士發(fā)現(xiàn)，自己的大腦信號已經(jīng)能夠指揮機(jī)器進(jìn)行運動了，她欣喜萬分。
在常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練基礎(chǔ)上，再配合一個小時的腦機(jī)接口足踝康復(fù)機(jī)器人訓(xùn)練。不到一個月，王女士的左側(cè)踝關(guān)節(jié)由完全癱軟，到逐漸看到肌肉收縮，踝背屈動作越來越明顯。一天一個樣！獨自站立，隨后恢復(fù)了行走功能。出院的時候，她拉著全科所有的醫(yī)務(wù)人員來了一張合影，是興奮更是感激。
對于發(fā)病早期、具備良好言語和認(rèn)知功能、能良好溝通和執(zhí)行訓(xùn)練的腦卒中患者，其神經(jīng)重塑機(jī)會大大增多，通過20天的強(qiáng)化訓(xùn)練，足下垂和“畫圈”步態(tài)完全可以有效改善……潘鈺的工作筆記上，又多了一條記錄。“康復(fù)機(jī)器人有了腦機(jī)接口技術(shù)，就像插上了一對翅膀，實力大增。”潘鈺說，待時機(jī)成熟，要給所有的康復(fù)機(jī)器人裝配上這項技術(shù)，讓康復(fù)更有針對性。
在潘鈺的心愿清單里，康復(fù)機(jī)器人的目標(biāo)是要走進(jìn)社區(qū)，走進(jìn)家庭。在她的手機(jī)里，存著不少剛剛開發(fā)的輔具型機(jī)器人。患者不用出家門，醫(yī)生在醫(yī)院和社區(qū)里設(shè)定康復(fù)處方，收到指令的居家型康復(fù)機(jī)器人就可以幫助患者在家完成康復(fù)訓(xùn)練。“一個小小的發(fā)明，便可以極大改善病人的生活質(zhì)量，這也是康復(fù)醫(yī)學(xué)的初心和使命。”
除署名外本版圖片由本報記者和冠欣攝
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