โครงการนี้เป็นการพัฒนาเทคโนโลยีหุ่นยนต์กายภาพบำบัด (Rehabilitation Robots) เพื่อการฟื้นฟูสมรรถนะผู้ป่วยโรคหลอดเลือดสมอง (Stroke) และผู้ป่วยที่มีอาการโรคทางระบบประสาทสำหรับแขน ขา และข้อมือแบบครบวงจร
โรคหลอดเลือดสมองเป็นปัญหาสําคัญทางสาธารณสุขที่สำคัญระดับโลก องค์การอัมพาตโลก (World Stroke Organization: WSO) รายงานว่า โรคหลอดเลือดสมองเป็นสาเหตุสำคัญของการเสียชีวิต ทั่วโลกมีจำนวนผู้ป่วยด้วยโรคหลอดเลือดสมองจำนวน 80 ล้านคน และพิการจากโรคหลอดเลือดสมอง จำนวน 50 ล้านคน คิดเป็นร้อยละ 62.5 สำหรับในประเทศไทย จากรายงานสถิติสาธารณสุขกระทรวงสาธารณสุขพบความชุกประมาณ 690 ต่อประชากร 100,000 คน หลังเป็นโรคหลอดเลือดสมองแล้วมีผู้ป่วยเพียงร้อยละ 5-20 ที่มีการฟื้นตัวของรยางค์ส่วนบนอย่างสมบูรณ์ ผู้ป่วยร้อยละ 30-70 ยังมีอาการอ่อนแรงไม่สามารถใช้งานได้เมื่อครบ 6 เดือน ส่งผลให้ขาดความสามารถในการประกอบกิจวัตรประจําวันและการทํางาน กระทบต่อการใช้ชีวิตในสังคมและคุณภาพชีวิต
การฟื้นฟูสมรรถภาพของรยางค์ข้างที่อ่อนแรงเพื่อช่วยให้สมองและระบบควบคุมการเคลื่อนไหวเกิดการฟื้นตัวดีขึ้นและเร็วขึ้นมีหลายวิธี การใช้หุ่นยนต์เพื่อการฟื้นฟูก็เป็นวิธีหนึ่งที่นิยมนำมาใช้มากขึ้นในปัจจุบัน เนื่องจากหุ่นยนต์สามารถช่วยฟื้นฟูผู้ป่วยได้ตั้งแต่ช่วงที่ยังมีการฟื้นตัวของประสาทสั่งการน้อยในระยะเฉียบพลัน จนถึงระยะเรื้อรัง ช่วยให้ผู้ป่วยสามารถฝึกการใช้งานแขนแบบซ้ำ ๆ (repetition) ได้เป็นจำนวนครั้งที่มากกว่าเมื่อเทียบกับการฝึกแบบดั้งเดิม ทำให้เกิดทักษะการใช้งานแปรผันตามจำนวนครั้งที่ฝึก ร่วมกับมีระบบเกม และการให้ข้อมูลตอบกลับ (feedback) ทำให้การฝึกน่าสนใจ สนุก และท้าทาย ลักษณะดังกล่าวช่วยให้การฟื้นฟูมีประสิทธิภาพ เมื่อผู้ป่วยมีการฟื้นตัวของประสาทสั่งการมากขึ้น การใช้หุ่นยนต์ที่มีระบบตรวจจับสัญญาณต่าง ๆ ทำให้สามารถรับรู้ได้ถึงแรงตอบรับ รวมทั้งตำแหน่งและความเร็วในการเคลื่อนที่ของผู้ใช้ นำมาสู่การติดตั้งระบบติดตามพัฒนาการของผู้ใช้เฉพาะบุคคล (Patient Progression Supervising System) ซึ่งจะบันทึกและติดตามพัฒนาการของผู้ใช้แต่ละบุคคล และปรับเปลี่ยนลักษณะการเคลื่อนไหวรวมทั้งแรงที่หุ่นยนต์สร้างขึ้นตามกำลังกล้ามเนื้อที่เปลี่ยนแปลงไป จากการทบทวนวรรณกรรมอย่างเป็นระบบ (systematic review) พบว่าการใช้หุ่นยนต์ฝึกการเคลื่อนไหวของรยางค์บนร่วมกับการฟื้นฟูช่วยเพิ่มการฟื้นตัวของประสาทสั่งการและความสามารถในการประกอบกิจวัตรประจำวันได้อย่างมีนัยสำคัญ
หุ่นยนต์กายภาพบำบัดเพื่อการฟื้นฟูสมรรถนะผู้ป่วยโรคหลอดเลือดสมองที่มีอาการอัมพฤกษ์ อัมพาตที่พัฒนาขึ้นนี้เป็นโครงการที่มีการพัฒนาหุ่นยนต์เพื่อการฟื้นฟูที่มีหลากหลายรูปแบบเพื่อให้เหมาะสมกับการฟื้นฟูสมรรถนะผู้ป่วยโรคหลอดเลือดสมองที่มีอาการอัมพฤกษ์ อัมพาตครึ่งซีกที่แตกต่างกัน ระบบหุ่นยนต์ที่พัฒนาขึ้นถ้าแบ่งตามโครงสร้างก็จะประกอบด้วยหุ่นยนต์ 2 แบบ คือ 1) แบบโครงร่างหรือ Exoskeleton โดยกลไกของหุ่นยนต์จะสวมเข้ากับแขน ข้อมือ หรือขาของผู้ป่วย และ 2) แบบจับที่ปลายหรือ End-effector โดยมือผู้ป่วยจะฝึกจะจับหรือพันเข้ากับปลายแขนของหุ่นยนต์ แต่ถ้าจะแบ่งตามวัตถุประสงค์ของการฟื้นฟูอวัยวะแขน ขา และข้อมือ ก็จะแบ่งได้ดังนี้
นอกจากนั้นยังมีการพัฒนาอุปกรณ์ที่ช่วยในการสนับสนุนการทำโทรเวชกรรมหรือ Tele-rehabilitation ด้วย ซึ่งประกอบด้วย
Infographic แสดงหุ่นยนต์และอุปกรณ์กรทางการแพทย์ที่พัฒนาขึ้น
หุ่นยนต์ทางการแพทย์ดังกล่าวมีการติดตั้งใช้งานจริง มีการพัฒนาและปรับปรุงมาตลอดระยะเวลากว่าสี่ปี โดยหุ่นยนต์ปัจจุบันนับเป็นหุ่นยนต์รุ่นที่ 3 และปัจจุบันนี้เราได้พัฒนาระบบควบคุมหุ่นยนต์แบบ universal controller โดยที่ระบบควบคุมนี้สามารถใช้งานได้กับหุ่นยนต์แบบต่าง ๆ ที่พัฒนาขึ้น ทำให้สถานพยาบาลสามารถวางแผนการจัดหาหุ่นยนต์ได้หลากหลายมากขึ้นโดยใช้งบประมาณน้อยลง และสามารถวางแผนการจัดหาหุ่นยนต์ได้ตามปริมาณผู้ป่วยที่เข้ารับการฟื้นฟู นอกจากนั้นการดูแลและบำรุงรักษาหุ่นยนต์สามารถทำได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นและถูกลง ถ้าต่อหุ่นยนต์เข้ากับระบบเครือข่ายคอมพิวเตอร์ก็จะช่วยให้สามารถปรับปรุงโปรแกรมการทำงานผ่านระบบเครือข่ายคอมพิวเตอร์ได้
หุ่นยนต์ที่พัฒนาขึ้นนี้เป็นเทคโนโลยีที่เราพัฒนาขึ้นมาเองทั้งหมด มีการออกแบบทางด้านวิศวกรรมเพื่อให้หุ่นยนต์มีขนาดไม่ใหญ่มาก (Compact size) เคลื่อนย้ายได้สะดวก (Ease of relocation) ใช้งานง่าย (Ease of use) เหมาะสำหรับการฝึกหลายรูปแบบ (Flexible training) และที่สำคัญคือได้รับการออกแบบทางด้านพลศาสตร์เพื่อควบคุมการทำงานของหุ่นยนต์ที่ผสามผสานระหว่าง การควบคุมตำแหน่งความเร็ว และแรงช่วยที่หุ่นยนต์เสริมให้กับผู้ป่วยในขณะฝึกกับหุ่นยนต์ ระบบควบคุมทางพลศาสตร์นี้มีความปลอดภัยสูง โดยเป็นระบบควบคุมแบบ Assist as needed หรือ Active Assistive Control Strategy หรือหุ่นยนต์จะออกแรงช่วยเมื่อผู้ป่วยต้องการ นอกจากนั้น เราได้ดำเนินการจดสิทธิบัตรเกี่ยวกับการออกแบบโครงสร้างหุ่นยนต์และอุปกรณ์ช่วยเสริมแรงหุ่นยนต์ทำให้หุ่นยนต์ที่พัฒนาขึ้นนี้สามารถใช้มอเตอร์แบบ Brushless ที่มีขนาดไม่ใหญ่มาก กินกำลังไฟน้อย เคลื่อนย้ายได้สะดวก เพื่อสนับสนุนการนำไปติดตั้งเพื่อการฟื้นฟูที่บ้านได้ด้วย นอกจากจะใช้เฉพาะในสถานพยาบาลเท่านั้น
การใช้หุ่นยนต์เพื่อการฟื้นฟูมีหลากหลายรูปแบบกล่าวคือ กิจกรรมการฟื้นฟูเฉพาะโดยท่าทางการเคลื่อนที่สามารถโปรแกรมได้โดยตรงในครั้งแรกของการเริ่มการฟื้นฟูและสามารถเก็บไว้ใช้ตลอดจนจบ session ได้ โดยการฝึกปฏิบัติจะแบ่งเป็น Course และในแต่ละ course ก็จะเป็น session เช่น course หนึ่งมีใช้เวลาเวลา 20 วันหรือ 20 session เป็นต้น มีระบบบันทึกข้อมูลแบบเวลาจริงในแต่ละ session ของการฝึกปฏิบัติ ข้อมูลทั้งตัวแปรและพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องกับการฝึก เช่น แรงที่หุ่นยนต์ช่วย เป็นเปอร์เซ็นต์เปรียบเทียบระหว่างเวลาที่คนทำเองและหุ่นยนต์ช่วยทำ ขนาดของแรงที่หุ่นยนต์ช่วยทำตลอดช่วงการฝึก ความเร็วของการเคลื่อนที่ จะถูกบันทึกไว้ตลอด session และจัดเก็บไว้ และสามารถส่งเข้าเก็บไว้ในระบบ Cloud computing ได้ ทำให้เราสามารถพัฒนาส่วนเสริมต่อหรือต่อยอดเพื่อทำให้สามารถนำข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับการฝึกปฏิบัติของระบบหุ่นยนต์ต่าง ๆ ที่เก็บไว้ในระบบ cloud มาวิเคราะห์ผลเพื่อต่อยอดไปสู่แนวทางการฟื้นฟูที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น ภายใต้ขอกำหนดของจริยธรรมทางการแพทย์ด้วย
นอกจากนี้ยังมีการฝึกด้วยเกมร่วมกับการฟื้นฟูสมรรถภาพ ซึ่งเป็นแนวทางการฟื้นฟูสมรรถภาพที่แพร่หลายในปัจจุบัน ระบบเกมคอมพิวเตอร์จะมี 2 แบบคือ 1) เกมที่เราพัฒนาขึ้นเอง เป็นเกมที่ช่วยในการฟื้นฟูตามรูปแบบฟังก์ชัน (Functional game) ของการเคลื่อนที่ เช่น เกมรับและกันของตก เกมการตีบอลกับกำแพง เกม 8 จุดที่ช่วยให้ผู้ป่วยมีการตอบสนองกับคำสั่งที่เป็น random ได้ เป็นต้น นอกจากนั้นเรายังพัฒนาส่วนเชื่อมต่อเข้า arcade game หรือเกมที่มีอยู่ในท้องตลาดที่เราสามารถเลือกมาให้เหมาะสมกับการฟื้นฟูได้
ระบบเกมคอมพิวเตอร์ประกอบการฟื้นฟูสามารถนำเสนอเกมเพื่อกระตุ้นและจูงใจผู้ป่วยให้รับบริการในสภาพแวดล้อมที่ไม่เพิ่มความเครียด พร้อมกับเป็นการลดความเบื่อหน่ายจากการฝึกนั้น จึงจำเป็นต้องหากิจกรรมทำให้ผู้เล่นรู้สึกว่าได้ทำสิ่งใหม่ ๆ อยู่ตลอดเวลา ดังนั้นการนำเกมเข้ามาช่วยสร้างแรงจูงใจในการฝึกจึงกลายเป็นสิ่งที่สำคัญ ซึ่งระบบเกมที่ถูกออกแบบอย่างเหมาะสม จะช่วยลดความเบื่อหน่ายและสร้างแรงจูงใจให้ผู้ป่วยอยากฝึก ทำให้ผู้ป่วยสนุกกับการฟื้นฟู และเกิดความต้องการในการใช้อุปกรณ์อย่างต่อเนื่อง ทำให้สามารถใช้งานระบบได้นานขึ้น ช่วยให้การฟื้นฟูมีประสิทธิภาพมากขึ้น
ระบบหุ่นยนต์ทางการแพทย์ที่พัฒนาขึ้นนี้ได้คำนึงถึงมาตรฐานอุปกรณ์ทางการแพทย์ มีการทดสอบการใช้งานโดยผ่านคณะกรรมการจริยธรรมทางการแพทย์ ผ่านการรับรองมาตรฐานหุ่นยนต์ทางการแพทย์ตามมาตรฐาน IEC60601-1, IECC60601-1-2 ซึ่งเป็นมาตรฐานของหุ่นยนต์ทางการแพทย์จะต้องได้รับการรับรอง และมีการจัดตั้งโรงงานผลิตหุ่นยนต์ทางการแพทย์ตามมาตรฐาน ISO13485 มามากกว่า 3 ปีแล้ว โดยหุ่นยนต์รุ่นต่าง ๆ จะต้องมีการกำหนดแนวทางในการพัฒนาอุปกรณ์ทางการแพทย์ การจัดหาอุปกรณ์ตามมาตรฐานทางการแพทย์ มาตรฐานการผลิตชิ้นส่วนต่าง ๆ ของอุปกรณ์ทางการแพทย์ เทคนิคการผลิตตามมาตรฐานที่กำหนดไว้ ระบบตรวจสอบคุณภาพหลังการผลิต การจัดเก็บหุ่นยนต์ที่ผลิตเสร็จแล้ว ระบบความปลอดภัยของการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับตัวหุ่นยนต์ การแก้ปัญหาเมื่อมีข้อบกพร่องในการออกแบบผลิตภัณฑ์ เป็นต้น ทั้งหมดนี้เป็นมาตรฐานที่เวลาพัฒนาหุ่นยนต์แต่ละรุ่นจะต้องคำนึงถึงตามมาตรฐาน ISO 13485 นอกจากนั้นในระบบ ISO13485 ยังต้องรวมถึงมาตรฐานการดูแลและการบริการหลังการติดตั้ง และการวิเคราะห์ความพึงพอใจของผู้ใช้งานด้วย ได้มีการติดตั้งหุ่นยนต์ใช้งานจริงและมีการเก็บข้อมูลการใช้งานเพื่อนำมาวิเคราะห์และปรับปรุงหุ่นยนต์ให้สามารถทำงานได้ตามวัตถุประสงค์ทางการแพทย์เพื่อการฟื้นฟูสมรรถนะของผู้ป่วยโรคหลอดเลือดสมองทั้งที่สถานพยาบาลและการฟื้นฟูแบบ Home rehabilitation เป็นต้น นอกจากกลุ่มผู้ป่วยโรคหลอดเลือดสมองแล้ว เรายังได้นำไปทดสอบการใช้งานทางการแพทย์ภายใต้กรรมการจริยธรรมทางการแพทย์ด้วยคือ กลุ่มผู้สูงอายุ และกลุ่มผู้ป่วยโรคพาร์กินสัน เช่น หุ่นยนต์ Telerehabilitation เพื่อใช้ฝึกผู้ป่วยโรคพาร์กินสันที่บ้าน และระบบหุ่นยนต์พร้อม wearable sensor เพื่อการวิเคราะห์การทรงตัวและการเดิน ตัวอย่าง ศูนย์สุขภาพชุมชนเมืองม่อนกระทิง โรงพยาบาลลำปาง ศูนย์บริการสาธารณสุขเทศบาลเมืองชัยภูมิ โรงพยาบาลเกาะสีชัง จังหวัดชลบุรี ศูนย์บริการสาธารณสุขเทศบาลเมืองหลังสวน และการใช้หุ่นยนต์ Telerehabilitation โดยติดตั้งตามบ้านผู้ป่วยโรคพาร์กินสันเพื่อศึกษาประสิทธิภาพในการดูแลและฟื้นฟูผู้ป่วยโรคพาร์กินสัน
Functional training with predefined movements ที่ต้องการการฟื้นฟูเฉพาะส่วนของแขน ขา และ ข้อมือ
หุ่นยนต์จะช่วยในการเคลื่อนที่ให้ก็ผู้ฝึกเท่าที่จำเป็น ทำให้ผู้ฝึกมีความรู้สึกเหมือนกันเคลื่อนที่ผู้ตัวเอง และ มั่นใจในการเคลื่อนที่
เพื่อเน้นเป็นท่าทาง เน้นการเคลื่อนที่อิสระมากขึ้น และ เพื่อความเพลิดเพลิน จากประสบการณ์การใช้งานหุ่นยนต์
เป็นการออกแบบและจัดสร้างหุ่นยนต์และอุปกรณ์ทางการแพทย์ที่เหมาะสมสำหรับใช้ในกิจกรรมการฟื้นฟู เพื่อฟื้นฟูสมรรถนะผู้ป่วยโรคหลอดเลือดสมองซึ่งมักมีอาการอัมพฤกษ์ อัมพาต หรือผู้ป่วยที่โรคทางระบบประสาท การได้รับการฟื้นฟูให้เร็วที่สุดและบ่อยครั้งที่สุดถือเป็นสิ่งสำคัญเป็นอย่างมากในการฟื้นฟู โดยที่หุ่นยนต์ที่ใช้ในการฟื้นฟูผู้ป่วยโรคหลอดเลือดสมองที่พัฒนาขึ้นมี 2 ลักษณะคือ
ในปัจจุบันทางศูนย์วิจัยของเรามีหุ่นยนต์ประเภท Rehabilitation Robots อยู่ 6 แบบ
ในปัจจุบันทางศูนย์วิจัยของเราทำการพัฒนาระบบหุ่นยนต์ที่เรียกว่า Universal Controller ซึ่งคือการใช้งานกล่องควบคุมเพียงกล่องเดียวในการควบคุมหุ่นยนต์ทุกรูปแบบของเรา
หุ่นยนต์เพื่อการฟื้นฟูรุ่นใหม่จะใช้ Universal Controller สนับสนุนการทำงานของหุ่นยนต์หลากหลายรูปแบบทั้งในแบบของ Exoskeleton และ Multi-plane End-effector ระบบควบคุมการทำงานเป็นแบบ Assist-as-needed Control พร้อมทั้งสนับสนุนการทำงานในแบบ Bi-manipulate โดยข้อดีของ Universal Controller มีดังนี้
เคลื่อนย้ายง่าย มีกำลังที่เหมาะสมกับการฟื้นฟู สามารถปรับการทำงานให้ได้หลากหลาย
สามารถใช้ controller box ตัวเดียว ในการควบคุมหุ่นยนต์ทั้งหมด เพื่อลดค่าใช้จ่าย
ในปัจจุบันทางศูนย์วิจัยของเรามีหุ่นยนต์ประเภท Rehabilitation Robots อยู่ 6 แบบ
ระบบควบคุมการทำงานของหุ่นยนต์เป็นระบบที่เราพัฒนาขึ้นเอง และมีการทำงานในลักษณะ Assist as needed หมายความว่าหุ่นยนต์จะช่วยในการเคลื่อนที่ให้ก็ผู้ฝึกเท่าที่จำเป็น เป็นการผสมผสานกันระหว่างการควบคุมแรงและการควบคุมการเคลื่อนที่ ทำให้ผู้ฝึกมีความรู้สึกเหมือนกันเคลื่อนที่ผู้ตัวเอง ทำให้มีความมั่นใจในการเคลื่อนที่ นอกจากนั้นยังมีการฝึกด้วยเกมร่วมกับการฟื้นฟูสมรรถภาพเป็นแนวทางการฟื้นฟูสมรรถภาพที่แพร่หลายในปัจจุบัน ระบบเกมคอมพิวเตอร์ประกอบการฟื้นฟูสามารถนำเสนอเกมเพื่อกระตุ้นและจูงใจผู้ป่วยให้รับบริการในสภาพแวดล้อมที่ไม่เพิ่มความเครียด พร้อมกับเป็นการลดความเบื่อหน่ายจากการฝึกนั้น จึงจำเป็นต้องหากิจกรรมทำให้ผู้เล่นรู้สึกว่าได้ทำสิ่งใหม่ ๆ อยู่ตลอดเวลา ดังนั้นการนำเกมเข้ามาช่วยสร้างแรงจูงใจในการฝึกจึงกลายเป็นสิ่งที่สำคัญ ซึ่งระบบเกมที่ถูกออกแบบอย่างเหมาะสม จะช่วยลดความเบื่อหน่ายและสร้างแรงจูงใจให้ผู้ป่วยอยากฝึก ทำให้ผู้ป่วยสนุกกับการฟื้นฟู และเกิดความต้องการในการใช้อุปกรณ์อย่างต่อเนื่อง ทำให้สามารถใช้งานระบบได้นานขึ้น ช่วยให้การฟื้นฟูมีประสิทธิภาพมากขึ้น
หุ่นยนต์สามารถเก็บข้อมูลผ่านระบบ cloud เพื่อให้แพทย์ และผู้ฝึกสามารถติดตามผลการฝึก และความก้าวหน้าของการฟื้นฟูได้อย่างเรียลไทม์ และต่อเนื่อง หุ่นยนต์ทุกตัวที่ติดตั้งใช้งานอยู่ตามศูนย์ต่าง ๆ สามารถเชื่อมต่อเข้ากับระบบเครือข่ายทั้งเครือข่ายคอมพิวเตอร์ของโรงพยาบาลหรือเครือข่ายผ่านระบบ 4G/5G (ในกรณีหลังนี้ต้องมีค่าใช้จ่ายในการเชื่อมต่อ) ทำให้ข้อมูลการฝึกปฏิบัติที่หุ่นยนต์ทุกตัวสามารถบันทึกขึ้นระบบ cloud เพื่อให้ในการวิเคราะห์และประเมินผลต่อไป
This center was established in 1993 by Prof.Viboon Sangveraphunsiri.
© 2022 Created with Royal Elementor Addons
Tel: +66(0) 2 – 218 – 6449
Line: @haxter.robotics
ตึกโคลัมโบ ชั้น 1 – 2 คณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย
254 ถนนพญาไท แขวงวังใหม่
เขตปทุมวัน กรุงเทพมหานคร 10330
2nd floor Columbo building, Faculty of Engineering, Chulalongkorn University
254, Paya Thai road, Wang Mai, Pathum Wan, Bangkok, 10330