因?yàn)橐馔馐鹿?、突發(fā)疾病、年老體弱等諸多原因，不少人都會遇到上肢功能弱化、肌肉萎縮等問題。傳統(tǒng)的解決辦法是前往康復(fù)醫(yī)院進(jìn)行專門的治療訓(xùn)練。在北京，康復(fù)醫(yī)院不但“一號難求”，費(fèi)用也是一筆不小的開支。
來自北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院的王念、王彪、叢義昊開發(fā)出一套“上肢輔助復(fù)健系統(tǒng)”，通過當(dāng)守門員撲球、聽音樂敲架子鼓等電子游戲的方式康復(fù)訓(xùn)練上肢。用王彪的話說，就像訓(xùn)練“阿凡達(dá)”一樣。他們的成果前不久獲得了全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽的一等獎，目前已經(jīng)申請專利。
因姥爺病重萌生設(shè)計(jì)念頭
王念說，設(shè)計(jì)上肢復(fù)健儀的想法來自7年前的一段經(jīng)歷，當(dāng)時15歲的他還在念初中三年級，姥爺突發(fā)腦溢血，無法正常活動。照顧姥爺?shù)闹厝温湓诹四赣H的肩上，為了使姥爺?shù)募∪獗３址潘蔂顟B(tài)，每隔兩個小時，母親就要為姥爺按摩、做牽引運(yùn)動。日復(fù)一日，母親一次不落地堅(jiān)持著。但是，繁重的勞動讓母親身體也逐漸吃不消。
“姥爺被病痛折磨，非常痛苦，母親又疲于奔命?！蓖跄钫f，當(dāng)時他就在想能不能有一些家庭用的康復(fù)設(shè)備，能代替人力，同時又有良好的康復(fù)效果。
2011年，王念考入了北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院。專業(yè)的原因讓他接觸到了大量高精尖的電子儀器設(shè)備，設(shè)計(jì)一套康復(fù)設(shè)備的愿望也愈發(fā)強(qiáng)烈。2013年下半年，正在讀大三的王念準(zhǔn)備報(bào)名參加2014年全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽，他拿到了由一家頂級跨國公司提供的高端3D攝像頭，可以記錄、識別肢體、面部的細(xì)微動作，“我想到是不是可以利用這樣的攝像頭，匹配一定的軟件，指導(dǎo)病人進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練?！蓖跄钫f。
通過調(diào)研，他發(fā)現(xiàn)一些肢體有傷殘的病人在家人或者護(hù)士的人工手動配合下進(jìn)行肢體牽引訓(xùn)練，來防止肌肉萎縮。這種傳統(tǒng)的康復(fù)方法費(fèi)時費(fèi)力。為了減輕病人家屬和護(hù)士的勞動，不少病人選擇用機(jī)械來帶動肢體來回運(yùn)動，進(jìn)行康復(fù)治療。這種治療方法需要一個一個模塊進(jìn)行，價(jià)格昂貴，一整套療程下來動輒上萬甚至十幾萬元，并且病人還需要向醫(yī)院提前預(yù)約，與其他病友輪換使用康復(fù)中心的治療儀。
正式?jīng)Q定參賽后，他又找到了王彪、叢義昊兩名同學(xué)。三人雖然同在計(jì)算機(jī)學(xué)院，但軟件、硬件的研究方向各有側(cè)重，組合在一起就成了“軟硬兼有”的黃金搭檔。
游戲程序
使康復(fù)變得快樂
今年上半年新學(xué)期開始，團(tuán)隊(duì)就進(jìn)入了緊張的研發(fā)階段。在老師的指導(dǎo)下，他們打算利用那款3D攝像頭識別、記錄病人的動作，計(jì)算機(jī)模擬成像，同時用牽引架輔助病人進(jìn)行科學(xué)康復(fù)訓(xùn)練。
一開始老師建議他們“由淺入深”——先用計(jì)算機(jī)建立一個骨骼模型，然后再做一個手掌撿球的簡單動作。結(jié)果上來就失敗了，“攝像頭精度不夠，數(shù)據(jù)會出現(xiàn)抖動，抓取呈現(xiàn)效果很一般?！边@意味著在更加復(fù)雜的肢體運(yùn)動中，攝像頭很難抓取，康復(fù)訓(xùn)練模擬就更無從談起了。
他們立即聯(lián)系攝像頭的生產(chǎn)公司，對攝像頭程序進(jìn)行升級。同時，對外部軟件程序進(jìn)行修改完善?！翱祻?fù)訓(xùn)練是一個重復(fù)性的過程，一個康復(fù)動作重復(fù)上千次、上萬次，枯燥乏味。能不能讓康復(fù)過程快樂一點(diǎn)，有趣一點(diǎn)？”王念說，后來團(tuán)隊(duì)經(jīng)過連夜商量，決定加入游戲元素，他們設(shè)計(jì)了自由足球、打架子鼓等多個游戲程序，“比如自由足球，讓病人擔(dān)當(dāng)守門員的角色，需要判斷方向并伸手撲球，眼、腦、手臂、手掌都需要用到?！蓖跄钫f，同時在游戲中病人放松了對肢體的潛意識干預(yù)，能夠在輕松的氛圍中訓(xùn)練，康復(fù)效果會更好。
王彪說，整個設(shè)計(jì)開發(fā)階段，實(shí)驗(yàn)室就成了他們的第二個宿舍，基本上只要不上課，都會泡在那里。同時，學(xué)校的老師也給與了很多指導(dǎo)。
康復(fù)成本邁進(jìn)萬元門檻
到今年6月份，這套上肢復(fù)健儀終于研發(fā)成功。它主要分為三個結(jié)構(gòu)：牽引架、自主復(fù)健游戲、肌表電壓傳感器，可用于不同康復(fù)階段的上肢復(fù)健儀。在復(fù)健早期，病人可通過牽引架帶動上肢關(guān)節(jié)活動。牽引架像一只手一樣，帶動病人運(yùn)動，緩解肌肉萎縮、痙攣的癥狀。而在自主復(fù)健階段，“足球”、“架子鼓”、“手影”等3D實(shí)感小游戲可以幫助病人進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。
王彪向記者演示了“足球”游戲康復(fù)的過程：打開計(jì)算機(jī)上的程序，啟動專用攝像頭，“病人”將需要康復(fù)訓(xùn)練的手放在攝像頭視野范圍內(nèi)。很快，計(jì)算機(jī)的屏幕上就出現(xiàn)了另一雙3D模擬出來的手，“病人”的手移動，屏幕上的手也隨之做同樣方向的移動。在游戲中，足球迎面飛來，“病人”就可以揮動自己的手來驅(qū)動屏幕上的手進(jìn)行撲救，“這種人機(jī)互動就跟在操縱一個‘阿凡達(dá)’一樣?！蓖醣胝f，病人通過運(yùn)動上肢，參與游戲，使得肌肉群得到充分的恢復(fù)性訓(xùn)練。再通過肌表電壓傳感器，對病人肌肉力量的恢復(fù)狀況進(jìn)行實(shí)時評定，有助于增強(qiáng)病人對于康復(fù)治療的信心。
王彪說，經(jīng)濟(jì)、適于家用是上肢復(fù)健儀的另一大特點(diǎn)。一個病人在醫(yī)院康復(fù)治療中心進(jìn)行完一系列的上肢康復(fù)訓(xùn)練，需要上萬甚至十幾萬元，這對于大多數(shù)家庭來講，是一筆不小的開銷。而他們所設(shè)計(jì)的上肢復(fù)健儀價(jià)位相對低，更具有普及性，“主要成本就在于攝像頭和牽引架，因?yàn)槠聊弧⒊绦蛲ㄟ^普通家用電腦就能實(shí)現(xiàn)，整體成本肯定不到1萬元，量產(chǎn)的話還會更低?！蓖醣胝f。
今年7月，“上肢復(fù)健治療儀”在全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽上亮相，引發(fā)關(guān)注，最終獲得一等獎。大賽主辦方英特爾公司的IOT物聯(lián)網(wǎng)主管湯振宇說，自己有一位因?yàn)橥炔肯ドw問題進(jìn)行下肢恢復(fù)的親戚，所以他對肢體治療儀比普通人了解更多?！澳銈兊纳现珡?fù)健儀比市場上的普通階段性上肢復(fù)健儀好很多，像是西藥療程一樣，一步一步的，很連貫。”湯振宇評價(jià)道。
如今，王念、王彪、叢義昊都已經(jīng)是大四年級的學(xué)生。因?yàn)槠穼W(xué)兼優(yōu)，三人都已經(jīng)獲得保送研究生的資格，明年秋天將前往其他高校、院所深造。王彪說，“上肢復(fù)健儀”的升級完善任務(wù)就交給下面的學(xué)弟學(xué)妹來完成了，“希望他們能有更好的改進(jìn)，有機(jī)會再推向市場?！?/p>
本報(bào)記者張航 通訊員高婉云