背痛非常普遍。根据德国健康保险公司DAK发布的最新《2023年健康报告》(2023 Health Report)中的数据，员工提交病假的案例中，约18%涉及肌肉骨骼疾病，尤其是背部疾病。在2022年高居个人诊断榜首之后，背痛仍然排名很高，仅次于新冠肺炎和呼吸系统疾病。令人高兴的是，最新的报告显示，背部相关疾病在报告缺勤总数中的比例略有下降，从6.5%降至5.3%。

然而，“即使是年轻人也越来越多地报告背痛。罗伯特·科赫研究所(RKI)在2020年进行的负担疾病发病率研究中，对德国5000多名患者的数据进行了研究，结果发现，近三分之二的受访者(61.3%)在前一年经历过背痛。

55%的女性和48.6%的男性患有下背部疼痛，而三分之一的女性(32.6%)和五分之一的男性(22%)患有上背部疼痛。

几年前，Ludwig-Maximilians-Universität卫生经济与管理研究所(LMU)估计，这些疾病的经济影响约为500亿欧元。

我们能做些什么呢?整形外科专家Burgkart博士说:“物理疗法和有针对性的肌肉和协调训练非常有效，通常用于经常诊断的非特异性背部疼痛。”

“然而，在完成靶向治疗后，大多数患者又回到了以前的行为模式，他们的背部肌肉又变弱了。”TUM和Klinikum rechts der Isar的一项发明——GyroTrainer——旨在促进未来长期、量身定制的背部锻炼。

GyroTrainer:算法决定训练强度

来自Klinikum rechts der Isar的Burgkart教授与慕尼黑工业大学机器人和机器智能研究所(MIRMI)、健身器材制造商Erhard Peuker GmbH以及硬件和软件专家B&W Embedded Solutions GmbH合作，开发了GyroTrainer——一种可以根据个人用户的能力进行调整的背部肌肉训练设备。

这项工作是在一个为期三年的研究项目中进行的。GyroTrainer是基于一个直径50厘米的圆形平台，它可以向前方、后方和侧面倾斜，也可以旋转。

它类似于一个陀螺仪，被设计成在广泛的配置和位置保持平衡。

以平衡板为起点

在GyroTrainer中使用了类似的原理。使用者踏上圆形平台，努力保持平衡。

位于平台下方的传感器和电动机记录用户的动作，并可以倾斜和旋转磁盘。

这个装置的工作原理就像一个平衡板，不同的是它的刚度可以改变。

用户面临的挑战是如何保持平衡。MIRMI的研究员Elisabeth Jensen说:“正确准备设备并不是为个人用户调整它的简单问题。”

“首先，我们必须为这个人找到合适的硬度。”如果用户可以在给定的刚度水平上舒适地保持平衡一段时间，学习算法就会决定平台的正确初始设置，这样对人来说既不会太容易也不会太难。

游戏理念:通过游戏锻炼背部

然后真正的训练就可以开始了。“我们的合作伙伴开发了一款电脑游戏，通过用户的动作来控制，”TUM研究员詹森解释说。

它是模仿太空入侵者游戏。玩家的飞船在试图躲避射击的同时，会自动定时向入侵者开火。

Jensen解释道:“这需要技巧和专注力。平台设置的刚性越低，就越难保持稳定和操纵飞船。

整形外科专家Burgkart解释说:“也有可能增加干扰因素。”

平台突然向左或向右旋转，这使得用户更难保持平衡。

“一开始，这个平台在用户脚下感觉很牢固，但逐渐变得不稳定。最后，对于状态非常好的用户，它开始给予额外的推动。”

利用肌电图(EMG)传感器，研究小组证实，该系统有效地激活了对脊柱稳定性很重要的腹部和背部肌肉，并且随着旋转运动，活动变得更具挑战性。

系统变得越不僵硬，突然旋转发生得越频繁，对肌肉的要求就越大。

“平衡运动是最有效的方法之一，”Burgkart说。

他认为，这种新的训练设备应该主要用于预防目的，既适用于“风险较高”的初级患者，也适用于过去曾遭受背部疼痛的二级患者。

下一步:从概念到产品

经过近三年的研究，现在很清楚:GyroTrainer的功能是预期的，并实现了它的医疗目的。“在将其作为产品使用之前，还有一些步骤要做，”Burgkart教授说。未来最重要的要求是:研究人员希望这种设备——出于安全原因，它仍然必须由TUM的研究人员操作——适合在没有物理治疗师或教练的情况下使用。他们还希望它能够根据个人用户的能力进行动态调整。GyroTrainer已经通过近似值确定了个人刚度，并可以随时使用测量数据进行调整。未来，设备的人工智能功能将作为一个独立的、安全的逻辑系统来设置初始刚性，选择相应游戏选项的难度等级。它还可以根据用户当天的感觉、疲劳程度和个人训练进度进行调整。对新型背部训练器的最后一个重要要求是:它必须适合任何客厅:伯格卡特教授的愿景是:“机器必须是可移动的，这样人们就可以定期训练，而不必去找物理治疗师。”

作者：慕尼黑工业大学(TUM)

链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2023/11/231114143740.htm

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