用科技之灯重燃生命

天有不测风云,人有旦夕祸福.车祸、工伤、中风、脑卒中等这些字眼在我们的生活中,太容易见到.据相关资料统计,有关大脑方面的疾病是我国居民死亡率最高的三大疾病之一,我国每年新增患者人数超过150万人,并且随着老龄化的加剧,患者人数还会日益攀升.当然,随着脑神经外科技术的不断进步,越来越多的患者能得到及时的治疗,但因为脑血管意外致残率很高,偏瘫和其他运动障碍患者的人数也随之增加.据不完全统计,在我国,偏瘫等肢体运动障碍患者已超过1000万,这是一笔相当惊人的数据.一旦患上这类疾病,不仅对患者本人和家庭造成巨大的心理冲击,并且社会和家庭都必须花费极大代价对患者进行治疗和护理,这势必会对社会成本造成巨大浪费.因此,在一定程度上恢复患者所丧失功能的有效康复手段,便成为提高患者生活质量、减轻家庭以及社会负担的光明之灯.

聚沙成塔

清华大学是我国最早涉足康复工程领域的高等学校,从20世纪80年代就开始了康复工程的研究工作,并且承担了大量康复工程方面的研究课题.作为中国残疾人康复协会康复工程专业委员会和中国康复医学会康复医学工程专业委员会的挂靠单位和主要成员,清华大学在聚拢国内康复工程工作者、开展学术交流与合作,以及促进对国外的学术交流中起着举足轻重的作用.在康复工程领域,清华大学承担的第一个项目,便是与民政部检测肢研究所合作的肌电控制前臂检测肢(肌电检测手).肌电检测手是利用现代电子技术,提取相关肌肉的电信号,通过滤波,放大后用来控制检测手的运动,因此能够与使用者的意念相一致.该项目的成功完成标志着我国的康复工程迈入现代化进程.

自此以后,清华大学承担了大量康复工程方面的研究课题,并与中国康复研究中心展开合作,为我国残疾人运动员研制运动检测肢.经过反复的摸索、实验,终于成功研制出了用复合材料制作的储能式膝下运动检测肢.我国运动员孙长亭首次使用该检测肢,跳远成绩便提高了22厘米,打破了当时伤残人跳远的世界记录.“不积跬步,无以至千里；不积小流,无以成江海.”有了上述良好的研究基础,清华大学以此为据,结合本科生,研究生的培养,围绕着先进技术的研究和装置开发,还开展了相关的应用基础研究,先后承担了与康复有关的近20项国家自然科学基金项目.这些研究项目不仅可作为康复设备现代化、智能化控制的技术基础,还可用于工作人员的保健、产品的评估等.其他的人体信息,如脑电、神经电信号等的应用将随着近代医学、生物材料、微型机械和微电子技术的发展,进一步提高康复的水平和质量.每一个研究项目,都是为以后进一步开发高科技产品做奠基石.

机器人打开康复训练便捷之门

作为康复医学工程的先行者之一,清华大学季林红教授和他的团队经过反复实验、刻苦钻研,悉心研制出神经康复机器人,为患者们带去无限希望,重燃生命.季林红教授提到,我国甲等以上医院虽然都须设有康复治疗专科,但并没有相应的专业训练辅助设备,因此患者的康复效果受到极大制约,国外科研机构和商业企业更是对这片市场垂涎已久.利用机器人技术及时开发出具有我国自主知识产权的康复设备,促进我国康复事业的发展,进而形成自己的产业技术,显然成为势在必行之举.早在1988年,清华大学康复工程研究小组就开始与清华大学生物医学系王广志教授,高小榕教授以及解放医院神经康复科毕胜副主任医师组成神经康复技术研究团队致力于神经康复技术的研究.2000年,季林红及其同仁抓住科技部“863”机器人主题的大好契机,全力展开对神经康复机器人关键技术的研究.当第一套神经康复临床训练系列机器人系统研制成功之时,科研团队的所有同仁都露出会心微笑数年努力的心血终于结出了晶亮的果实.

神经康复机器人利用人体高级中枢的可塑性,通过可调的运动刺激和适宜的反馈刺激形式,加快患者运动功能的康复,从而提高康复水平,达到神经康复的目的.季林红教授介绍到：神经康复机器人最大的特点,就是能够增强患者以及老年人运动功能的自动化训练,是一套十分人性化的辅助训练设备.其康复效果取决于机器人与患者所构成的生物机械技术系统是否能够有效地影响运动中枢中运动模式的正常建立.这套系统中有许多关键技术在当今世界范围内都处于领先水平可调的多模式运动辅助技求运动功能的自动检测评估手段以及根据评估结果对训练模式进行调整的策略,在训练过程中肢体运动对患者自身的运动感知器的刺激和生物反馈对患者的补偿性刺激的方式规划等.

作为国内第一套具有自主知识产权的神经康复临床训练系列机器人系统,其提供的治疗训练是十分全面的,整套系统包括：单关节(肩,肘关节)康复辅助训练机器人,上肢复合运动神经康复机器人、腕手部神经康复机器人.这样细分的好处是可以有针对性地对患者进行辅助训练,促进患者的康复.与国外的同类技术相比,季林红教授及其团队研制的神经康复机器人已具备国际领先水平,尤其在将反馈控制技术应用于临床的训练模式以及对缓解痉挛等康复治疗等技术方面.该套系列机器人可保障患者肩肘腕在正常所需的空间范围内,进行各种轨迹和不同负荷类型的训练活动：既可以给患者提供沿目标运动方向的辅助力或者阻力,也可以提供垂直于目标运动方向上的约束力或者扰动力.不同的施力方式和调节策略的搭配,可以形成不同的辅助运动模式,给患者带来不同形式的运动刺激,以适应不同患者的具体病情以及同一患者的不同康复训练时期的训练需要,通过同步肌电采集和运动分析,对患者的功能损伤状态进行定量评估,为优化康复方案提供依据.

在临床试验阶段,在中国康复研究中心博爱医院和解放医院选择了40多位不同类型的偏瘫患者参与了机器人辅助训练.患者每天接受一个小时的机器人辅助康复训练,持续了一个月之后,有80％的患者取得了传统康复方法所不能达到的效果.全方位、多形式的运动刺激,以及多角度的运动功能评估手段,使神经康复机器人具备了超越传统人工的运动康复辅助手段的技术条件,如此良好的结果,让每一个参与研制的同仁都兴奋了好一阵子.

机械世界漫漫求索

从青葱年少,到而今不惑之年,季林红对于机械的执著与热爱从未改变.自上世纪80年代初成为一名清华人之时起,他便在机械世界中求索探寻,以求是严谨的科学精神,一步一步向心中的理想接近.

科学研究就是不断求索真理的过程.多年的科研实践,期间的辛酸艰难自不必对人言说,但一次又一次成功的试验以及研究领域的突破,让季林红感受到辛勤耕耘之后的喜悦.如果说机械可靠性设计、人体运动协调规律及其应用.辅助训练方法研究与设备开发等研究领域形成的鲜明特色,是季林红在科研领域崭露头角的通行证那么在机械与康复工程研究领域,形成了神经康复与康复辅助机器人技术,人体运动协调的评价方法,以及高水平运动员专项能力检测与辅助训练设备的生物机械学研究方向,并取得了多项国内领先的具有自主知识产权的研究成果,便是季林红在科研领域大显身手的光荣之役.

一直以来,作为科研骨干的季林红都是身兼数职,自1998年任清华大学精密仪器与机械学系机械设计研究室主任始,设计工程研究所所长,精仪系副系主任,清华大学机械、光学,仪器学位委员会委员,摩擦学国家重点实验室副主任、智能与生物机械实验分室主任等等重担接踵而至.“每增加一个头衔,便是一份责任”,面对每一份责任,他都是慎之又慎的.而这些责任,督促着他更加发奋地投入到科研工作之中.迄今为止,他先后培养博士生4人,硕士生10余名；且已在国内外期刊和国际会议论文集中发表科研学术论文110余篇,其中被SCI和EI收录40多篇,发表教学研究论文20篇,申请国家专利19项,获得发明专利授权12项.

科研就是登山,一个高峰接着一个高峰,每一次成功的挑战,都会带给攀登者无上的欣喜,从而将攀登过程的艰险与辛劳浑然忘却,季林红教授也正如此地攀登着.