“挑战杯”一等奖团队:凭借气囊柔性加持,为偏瘫康复之路护航
就像重见光明之于盲人,重新行走是下肢偏瘫患者最渴望的一件事。在第十八届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛中,南昌大学第二临床医学院申报的《气动协调式智能下肢康复外骨骼》项目获得全国一等奖。该项目创新结合刚性驱动与气动按摩功能,将下肢偏瘫患者的渴望进一步变成现实。
项目指导老师郝亮、毛志伟、曾新星,团队成员刘星语、李书强、李秀军、徐州、汪勇波、万欢、蒋天琦、代一冯致力于将驱动助行、助坐代步、按摩理疗三者合为一体,让患者在每个康复阶段都能得到有效的康复治疗,助力患者早期康复、恢复功能、重返运动,为下肢偏瘫患者康复之路护航。
团队 因医而聚,集思广益
“在早期调研中,我们了解到偏瘫患者其实更需要一些康复器具来帮助他们早期介入康复,包括偏瘫患者的患肢与健肢具有印象可比性这一特点,我觉得也非常有意义。”这是团队成员们与康复外骨骼结下缘分的开始。
“我们发现下肢偏瘫患者越早介入康复,后期恢复就越好,在早期康复时需要对患者进行一些腿部按摩,防止静脉血栓,预防肌肉萎缩,为后续进行主动康复训练做准备工作。”基于增加按摩理疗功能这一创新点和传统外骨骼产品存在与人体生物学构造适应性差这一缺陷,团队成员决定利用仿生气囊代偿病态肌肉,将刚性支架和气囊的柔性协调结合,“气动协调式”的智能下肢康复外骨骼的雏形初现。
在组建比赛团队时,考虑到项目的多学科延伸性,需要更多不同专业的人才协作,刘星语便特意留意了机械制造以及自动化、智能医学工程和临床医学专业的学生。经历数轮筛选,团队吸纳了来自不同学科不同专业的精锐,大大提高了自身竞争力。
“集思广益”是团队的一大特点。在研发前期,作为医学生的刘星语与工科的团队成员进行了研发想法的交流,中后期则由临床专业的团队成员研发人体不同部位,利用仿生气囊进行工作的代偿机制等内容,工科专业的成员则操作实现外骨骼运转机制的实验。之后的比赛与答辩,团队成员则各司其职,有成员作为答辩选手在台上回答问题,其他成员在比赛前负责指出不足和纠正错误。
在这相互合作的过程中,团队成员们也相互成就,收获了知识与友情。
前行 创新挑战,逐步攻克
在创新过程中,自适应算法的研发是一大难题。为此,团队成员从大量的研究文献中对比尝试了多种技术方案,多次求助指导老师,积极在学校搭建的交流平台中向多位专家请教。功夫不负有心人,最终团队确立和研发出了自己的频谱调制分区自适应算法,坚实了外骨骼产品的核心。
与此同时,团队也发现现有的外骨骼传感监测多为单向性,往往只关注机器端而忽略了人体本身状态,以及人机交互上存在的关节角度偏差问题。那段时间,团队成员面对的是巨大的困难和压力,只能咬着牙干,挽起袖子往实验室里钻,严谨尝试每一种方案、认真记录下每个数据。
“我们有问题的话就会在一起一直讨论,把问题展开来解决,”项目成员刘星语说,“大家对这个项目都很上心,所以最后总是能够达成一致的理解。”专业和个人的差异固然会带来想法上的分歧,但明确的分工和一致的共同目标却可以汇集各方之见,将想法付诸实践。
对于创新路上的重重困难挑战,团队积极思考解决方案,将外骨骼产品的细节不断打磨、抛光、润色,让产品的缺憾被优势替代,闪耀着新颖的光泽。不断改进,不断完善,创新打造气动协调方式,将偏瘫患者的肌肉康复轻轻托起;不断补短板、填漏洞,加强智能交互的个性化精准化,偏瘫患者的康复道路多了一副饱含人情味的保障器具。
展望 不忘来路,再踏新途
“宝剑锋从磨砺出,梅花香自苦寒来。”为了让智能下肢康复外骨骼这个好点子变成现实,团队成员在实验室里奋战了不知多少个日夜,一次又一次的实验、复盘,数不清改了多少遍的PPT……在这苦与乐交融的过程中,团队项目经过万千淬炼,终于走到了全国舞台的中心。
从项目创始到夺得奖杯,团队成员都在积极为这个项目贡献自己的力量。从应对研发难题、产品安全方面技术点,到明确省赛答辩前的路演和PPT的细节,尽管团队成员之间在考虑问题的角度和能力范畴上存在一定的分歧和差异,但在面对这些困难和挑战时,他们从不吝于沟通、交流和询问。省赛答辩之前,队员们经常会熬夜甚至通宵来背稿练路演提问,不上场答辩的同学则会在线下陪负责人一起练习提问、精化PPT、琢磨路演细节。
对于能够大胆放手去做的团队成员来讲,来自指导老师的支持和鼓励一定是最坚实的后盾,气动协调式外骨骼的团队也不例外。在这条漫漫研发路上,郝亮、毛志伟和曾新星三位老师的指导帮助就如明灯一般照亮前路。
作为骨科方面的副主任医师,郝亮老师以丰富的外骨骼康复方面的临床经验提供了很多专业上的帮助。工科的毛志伟老师则像是耐心的邻家大叔,切身为研发过程保驾护航。曾新星老师的耐心和细心就像润物细无声的雨,为项目之土提供了不可或缺的滋养。
抱着治愈偏瘫患者的初心,这样一支极具专业素养和学科实践交融的团队应运而生,始于纯粹且强大的驱动力,终于奖项对努力的嘉奖,最珍贵的莫过于这一路上收获的良师益友,给出了属于他们的最优解——气动协调式康复外骨骼支架。
经过一年多的准备和研发,如今,气动协调式智能下肢康复外骨骼产品已在医院小规模地临床使用,帮助偏瘫患者重新行走,缓解康复科医患比例严重失调的问题,效果反馈良好。在未来的研究中,团队成员还将深化机器自动学习能力,让方案更加适应化、智能化。同时,产品也将在手指、手臂、踝关节等其他关节康复上拓展,使运动更为精巧。气动协调式不是终点,团队成员饱含信心,不忘初心,在为偏瘫患者保驾护航的路上永不停歇!



