IEEE trans:光流速度对健康老年人使用步行机器人的影响

功能性步态的恢复对神经系统患者非常重要，也是他们康复计划的一个关键目标。跑步机训练经常被用作改善患者步态功能的治疗方法。一种增强步态训练的策略是机器人辅助行走，将机器人技术与跑步机和体重支持系统相结合。跑步机和机器人辅助行走都证明了在不同神经系统人群中恢复行走能力的改善。

控制运动需要整合视觉、前庭和本体感觉信息。引导运动的视觉信息的一个重要来源是光流，即一种投射到眼睛视网膜上的视觉运动模式。由运动引起的光流为我们提供了关于自我运动方向和速度的信息。在（机器人辅助的）跑步机行走过程中，行走方向和速度的视觉信息与下肢的本体感觉输入不一致。受试者在跑步机上行走，但他们的环境仍然是静止的。

虚拟现实（virtualreality，VR）可以通过让受试者在虚拟环境中行走来解决这种不一致性。随着虚拟现实的使用，光流不仅可以添加，而且还可以在跑步机行走过程中操纵。通过操纵光流速度（即相对于受试者步行速度的增加或减少），光流和下肢本体感觉信息之间会产生不匹配，从而导致受试者调整步态模光流速度操纵可以作为一种新的训练策略，应用于地上或跑步机行走中，以改善步态功能。迄今为止，在机器人辅助跑步机行走（RATW）过程中，光流速度操纵的研究尚不多见。通过虚拟现实，患者可以在更加动态、丰富和有意义的虚拟环境中进行训练，更重要的是，虚拟环境也是完全可控和可操作的，这有助于创建更合适和个性化的训练环境。本研究探讨了光流速度被操纵的虚拟环境的类型是否影响RATW期间的活动量。

VR检查

本研究在比利时安特卫普TRAINM神经康复诊所进行了一项实验性、单中心试验。28名健康受试者参加了一次持续21分钟的VR增强RATW实验。受试者为55岁以上的健康成年人。本研究使用Lokomat 步态外骨骼，两个驱动腿矫形器组成，与跑步机和体重支持系统结合使用。Lokomat通过集成在外骨骼中的线性驱动装置在髋关节和膝关节提供驱动，允许通过矢状面上的步态周期控制髋关节和膝关节的运动。通过使用与线性驱动装置串联的力传感器，机器人控制器以250hz的采样频率实时计算Lokomat步态外骨骼的髋关节和膝关节力矩。人机交互力矩是从设备附带的Lokomat记录器软件中获得的。Lokomat中行走时，受试者的腿沿着预定的行走轨迹“引导”。在这项研究中，受试者以每小时2.8公里的速度行走，用被动抬脚器支撑踝关节背屈。虚拟现实是由低成本的头戴式显示器（HMD）“Oculus Rift”（美国Oculus Rift）提供的，确保了一个完全沉浸式的虚拟环境。

本文是第一项研究检查光流速度操纵RATW的影响。以前研究光流速度操纵的研究报告了在地上或跑步机行走期间步态模式的显著改变。由于Lokomat的固定和强制设置，受试者在RATW期间不能改变他们的步态模式。光流速度操纵对髋关节相互作用力矩的影响很小。试者的步行速度随着光流的减少而增加。受试者在Lokomat的虚拟医院走廊或外面的公园里步行21分钟。这两种环境之间的一个重要区别是互动的程度：医院的走廊是无休止的，没有任何形式的互动，而在虚拟公园里，是一个更加动态和愉快的环境。但是两种环境之间没有差异。对于所有受试者来说，这是第一次体验沉浸式虚拟现实和RATW，使这成为一个激动人心的事件。这可能会影响人们对环境干预的看法。在肌肉活动的环境中发现了一个显著的差异。只有在医院走廊里行走的受试者在缓慢的光流速度下，股内侧肌的肌肉活动明显增加。

虽然头晕是沉浸式虚拟现实的常见副作用，但本研究的干预只引起轻微的症状。所有受试者都能够完成21分钟的VR干预，而且不会增加他们的运动病严重程度。此外，VR干预后报告最多的症状是“全身不适”、“疲劳”和“出汗”，所有这些症状都可以由Lokomat步行而不是VR引起。总之，利用虚拟现实进行运动功能恢复是一个有趣的未来研究领域。

E. De Keersmaecker et al., "The Effect of Optic Flow Speed on Active Participation During Robot-Assisted Treadmill Walking in Healthy Adults," in IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, vol. 28, no. 1, pp. 221-227, Jan. 2020, doi: 10.1109/TNSRE.2019.2955804.