[01078007]灵巧假肢及其神经信息通道重建技术

据第二次残疾人抽样调查，中国共有截肢患者226万人，对假肢的设计和制造技术有庞大的需求。而作为世界上残疾人最多的国家，中国高端假肢产品市场长期被国外企业垄断。近年来，美欧发达国家还在持续加大对假肢研究的投入，相继启动了“Revolutionizing Prosthetics”等大型研究计划，提出了“再造人手功能”的目标，并于近5年内推出了Michelangelo、Bebionic、DEKA等智能灵巧假肢的第一代产品。“再造人手功能”面临制造科学、信息科学、神经科学与神经工程学交叉学科的一系列技术难题，如“人手操作感知功能一体化再造”、“假肢与神经系统的信息通道重建”等。2010年，智能假肢被《Life Science》杂志推举为未来的十大创新技术之一，并被MIT的《Technology Review》列入下一代技术。项目组对智能假肢的研究始于2004年，先后得到国家自然科学基金重点项目、国家杰出青年基金、863和973计划的支持。研究工作历时10年，在操作感知一体化假肢机构设计和神经信息通道重建方面突破了一系列关键技术，取得了如下发明：技术发明1:操作感知一体化灵巧假肢机构——提出了灵巧假肢机构设计的运动分治原理，发明了基于关节协同模型的欠驱动假肢机构、形状自适应手指机构、仿生灵巧手腕和阵列式触觉传感器。解决了传感系统的串扰抑制及传感器、控制器的内置式设计难题，研制了操作感知一体化灵巧假肢机械本体。技术发明2:假肢的神经信息通道重建技术——发明了残肢肌电/近红外光谱集成化测量系统，提出了残肢肌电信号特征辨识的时-频-空域联合滤波方法、特征模板的“近零”再训练方法及肌电/近红外光谱联合解码方法。研制的多模式生机接口可在长期工作条件下实现灵巧假肢4〜6种动作的准确控制。技术发明3:生机接口的闭环交互训练范式——发明了基于电刺激反馈的生机接口闭环交互训练范式、电刺激/机械刺激辅助的残肢肌电信号特征增强技术及多通道电刺激器，大幅度提高了长期截肢伴肌电功能退化患者对灵巧假肢的使用能力，并使得灵巧假肢的多模式操作训练周期由7〜10天降至24小时以内。项目获发明专利授权30项，实用新型专利授权13项，软件著作权6项，发表论文32篇。发明成果在丹阳假肢厂实施，实现了单自由度假肢与生机接口功能的全面升级换代，并研制了2～6自由度灵巧假肢系列产品，其多模式操作功能、接口传输率等主要性能指标具有国外同类产品先进水平，获第16届工博会（上海）创新奖和第16届高交会（深圳）优秀产品奖。新一代假肢产品在多个残疾人康复机构推广应用，并出口巴西、南非、印度、土耳其等国家。近三年新增产值5555万元，新增利润1683万元。研制的智能灵巧假肢实现了与国外第一代灵巧假肢产品的时间和技术同步，打破了美欧技术垄断及残疾人难以承受的产品价格垄断，为中国更多的截肢患者“重建肢体运动功能”提供了技术保障。