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康复机器人——【人工智能+医疗】

在社会老龄化、自然灾害、各类事故等综合影响下,由脑卒中、脊髓损伤、脑外伤等原因造成的残障人口迅速增长。由此带来的康复器具需求也不断增加。然而,现有康复医疗资源非常紧缺,国内外普遍采用的康复治疗方法存在人员消耗大、康复周期长、效果有限等问题。康复机器人技术是解决传统康复方法的有效途径。

相对于传统的人工康复训练模式,康复机器人带动患者进行康复运动训练具有很多优点:


(1) 机器人更适合执行长时间简单重复的运动任务,能够保证康复训练的强度、效果与精度,且具有良好的运动一致性;


(2)通常康复机器人具备可编程能力,可针对患者的损伤程度和康复程度,提供不同强度和模式的个性化训练,増强患者的主动参与意识;


(3)康复机器人通常集成了多种传感器, 并且具有强大的信息处理能力,可以有效监测和记录整个康复训练过程中人体运动学与生理学等数据,对患者的康复进度给予实时反馈,并可对患者的康复进展作出量化评价,为医生改进康复治疗方案提供依据。


国内外康复机器人行业现状和趋势


最早实现商业化的康复机器人是由英国 Mike Topping 公司 1987 年研制的 Handy1。从Handy1开始至今已有近30年的发展历。早期研发的康复机器人均以单自由度为主,代表性的产品有美国的NUSTEP康复器、德国的THERA-Vital智能康复训练器、以色列的APT 系列智能康复训练器、意大利的Fisiotek下肢被动运动训练器。上述设备运动模式单一,而且价格也便宜,所以被医疗单位广泛应用。640_wx_fmt=png&tp=webp&wxfrom=5&wx_lazy=1&wx_co=1

目前国外的康复机构配备的主要是功能更多、自动化程度较高的、多自由度的牵引式/悬挂式康复机器人,可穿戴外骨骼康复机器人正异军崛起。按照针对的肢体部分不同,主要可分为牵引式上肢康复机器人、牵引式下肢康复机器人和悬挂式下肢康复机器人。

◆牵引式上肢康复机器人系统:代表性产品有瑞士的Armeo,意大利的TechnoBody。

◆牵引式下肢康复机器人,人又称为坐卧式康复机器人:多用于适用于运动功能完全丧失的瘫痪患者和中风患者的康复训练前期。

◆悬挂式下肢康复机器人:悬挂式下肢机器人又称为直立式康复机器人,多用患者中后期康复。代表性的产品有瑞士的Lokomat,德国的LokoHelp,美国的Robomedica和Woodway。

国内康复机器人行业尚处于起步期,未来大有可为。


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一方面我国康复机器人专利申请数量总体呈上升趋势。目前,国内在康复机器人领域进行研究的主要包括清华大学,哈尔滨工业大学,上海交通大学,浙江大学等高校,中科院下属研究所,以及国内医院和机器人企业等。

另一方面目前国内进入到临床应用的只有牵引式/悬挂式康复机器人。具体表现为中高端市场被欧美品牌垄断,例如Hocoma公司的Lokomat,Woodway公司的Lokohelp,国内厂商在中低端市场具有一定市场占比。


未来康复机器人的发展前景---人机智能融合

医疗康复机器人应用中的一个重要特点是机器人与人共存环境中的人机交互。借助人机融合系统实现人与医疗康复机器人之间的信息互动与交互控制,使人和机器有机地结合在一起。

从物理层面来看,医疗康复机器人应用中的人机融合需要计算机的算法能力和人体之间的自然、精准交互,即将生物智能与机器智能紧密结合发挥两种智能所长,使它们优势互补、协同工作,从而推动康复机器人技术与系统的发展。

医疗康复机器人应用中人机智能融合的实现需要传感、感知及运动等机器人领域核心技术的进步,从而保证能准确地感知、处理和分析各种人机交互信息。人机交互主要涉及的信息有感知觉信息(如接触、握紧、滑动、脱离及力等)及视听觉信息等,一般都是通过人与设备的双向反馈来实现的。

以脑卒中后瘫痪患者手部运动功能康复训练为例,他们需要借助机器人手进行康复训练。根据脑神经可塑性理论,患者主动参与康复训练可以得到更好的康复效果。为此,康复机器人系统需要具有人机智能互动功能,以实现患者与机器人的自然交互,提高康复训练的效果。


康复机器人行业市场空间

英国市场研究公司Technavio曾发布报告称2015年全球康复机器人销售额(行业规模)为5.77亿美元,预计到2020年,市场规模将达到17.3亿美元,销售复合年均增长率达24.51%。


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全球康复机器人市场,按区域可分为美洲、EMEA(欧洲、中东、非洲三地区合称)、亚太地区。由于对康复机器人缺乏意识形态上的认识,导致亚太地区市场增长放缓。但随着康复机器人的行业发展、设备的先进技术的应用,以及康复医疗设备价格的降低。未来,亚太地区将是康复机器人应用的潜在巨大市场。

据统计,截至2015年,亚太地区拥有5.14亿65岁以上的老年人,到2050年将多达13.1亿。其中日本、香港和韩国的老龄化人口比例均会突破30%,而中国也将达到23.9%。从以上可以看到亚太地区对康复机器人产生需求的主要国家分别是中国,日本和韩国。

国内由于肢体残疾、老龄化和慢性病患者三者数量庞大,对于临床康复治疗的需求正在不断扩大,目前只有三分之一的医疗机构能提供康复训练,且都是中低端的康复设备,而高端康复设备极为匮乏,且由进口设备占据,费用高昂,行业内呼唤着国产高端康复机器人企业和设备尽早尽快实现进口替代。

据了解国内中风患者的典型康复过程为:住院(不超过10天)-出院针灸(一个月左右)-康复(医保限制半年内)-带有肢体障碍勉强生活。按每台康复机器人单价500万元,单次康复训练2个小时100元来计算,一天覆盖5个患者来算,500*150*365=2.74亿,国内康复医院535家,残联康复机构8334家,民政系统康复机构24家,合计8893家机构,每家机构平均购买2台,目前潜在的康复机器人设备市场空间已达889亿,康复医疗机构康复医疗收入可达4.8733万亿。


供需缺口巨大,带来康复机器人将近千亿市场


1、国内肢体残疾基数高及老龄化,康复机器人供需缺口巨大

肢体残疾主要由骨关节病、脊髓损伤和脑血管疾病等造成。大量存在的骨关节疾病,其疼痛和功能障碍会导致行走能力、劳动力丧失,甚至致残,60岁以上的老年人55%的人患有该病。脊髓损伤主要是由交通事故造成,轻者使损伤者行走能力减弱,重则瘫痪。脑血管疾病是神经系统疾病的常见病,其中以脑卒中患者居多。脑卒中是死亡率最高的三大疾病之一,85%的脑卒中患者会出现侧肢体运动功能障碍。据专家估计每年我国脑血病新发患者超过200万人。

我国肢体残疾基数庞大,且人数仍在递增。相较于1987年第一次全国残疾人抽样调查数据,2006年第二次抽样调查数据表示,残疾类别结构发生改变,肢体残疾人数大幅增加,肢体残疾人数从1987年的755万上升到2006年的2412万,占残疾总人口比重为29.07%,是残疾的最主要类型。我国已步入老龄化进程,老年人口占比不断攀升。2014年我国65岁以上老年人口数达到1.38亿,所占人口比重不断攀升,达到10.1%;老年人抚养比在2014年达到13.7%,维持不断增加的趋势。

肢体残疾者接受康复训练服务供给严重不足,服务供给和残疾者需求存在巨大缺口。根据残联统计,截至2014年底,全国共有康复机构6914个,开展肢体残疾康复训练服务机构达2181个,全国共对36.7万肢体残疾者实施康复训练,而我国肢体残疾者有2400多万人,因此,康复装备供应与临床需求存在巨大缺口。


2、国内多种政策频出,利好康复机器人发展2.1 残疾人医疗纳入医保,康复器械迎来春天

将残疾人纳入医保,将在医疗康复需求端提供支持,这将提高残疾人对医疗康复器械的消费,医疗康复器械有望迎来春天。我们期待未来地方政府给予的政策配合,将进一步打开康复机器人的市场空间。


2.2 康复机器人政策频出,“十三五规划”还将迎来利好

北京市科委于2015年6月下发《意见》,部署智能机器人科技创新和成果转化工作,其中要求突破服务机器人尤其是医疗健康服务机器人的技术瓶颈,使相关技术达到国际先进水平。届时,机器人技术将着力突破仿生材料、智能人机交互、多模式识别等关键技术。手术机器人、康复机器人、辅助机器人等将在临床应用技术研究中得到大幅推进。类似工业机器人在国内的发展路径,我们认为服务机器人将得到全社会越来越多的关注,预计未来各地方政府将会陆续推出更多的扶持机器人政策,利好频出。


2.3 国内康复机器人千亿级市场空间可期

传统的人工或简单的医疗设备已经不能满足患者的康复需求,这也使得人们对于四肢康复设备如康复机器人的需求增大。康复机器人可以减少人员陪护,而且更有成效地帮助病患实现康复。更重要的是,患者、老年人以及幼儿对于医疗康复机器人的需求较为刚性,这一片市场需求未来开拓可期。

未来我国康复市场规模达千亿,成长空间巨大。假设未来我国二级以上综合医院的康复医学科建设完全,预测未来二级以上医院康复医学科数量近1万所,这里还不包括社区等康复机构,考虑到康复设备单价在数十万至数百万元之间,即使一所康复医学科配一台设备,市场空间将达到数千亿元,成长空间巨大。



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