最近發(fā)表在《科學(xué)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》期刊上的一項研究發(fā)現(xiàn)，佩戴一個機器人外骨骼——配有小電機的支柱——幫助腦癱兒童實現(xiàn)了顯著的移動改善。

腦癱是美國兒童殘疾的主要原因，每1000個新生兒中約有3.3個腦癱患者。盡管這種神經(jīng)性障礙可能在物理或職業(yè)療法中得到較好的管理，但這卻是一種難以治愈的疾病，剝奪了人們行動的能力。

但新的機器人設(shè)計可以顯著改善腦癱患者的行動能力，并替代了之前昂貴的創(chuàng)傷性矯正手術(shù)。最近發(fā)表在《科學(xué)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》期刊上的一項研究發(fā)現(xiàn)，佩戴一個機器人外骨骼——配有小電機的支柱——幫助腦癱兒童實現(xiàn)了顯著的移動改善。

外骨骼的設(shè)計致力于解決“屈膝步態(tài)”的問題：幫助腦癱兒童直立行走，改變其彎腰駝背的姿勢，避免給膝蓋造成過度的壓力。

隨著兒童年齡的增長，這種屈膝步態(tài)的姿勢不斷弱化其站立的能力。除非他們經(jīng)過昂貴且具有創(chuàng)傷性的矯正外科手術(shù)，否則大多數(shù)屈膝步態(tài)的兒童在成年后就會失去行走的能力。而新的機器人外骨骼可以緩解腦癱兒童的屈膝步態(tài)。如果堅持長期使用，則可以幫助更多的孩子保持其行走的能力。

機器人外骨骼——本質(zhì)上是用來幫助人類移動的“機器人套裝”——這在醫(yī)療領(lǐng)域并不是一個全新的發(fā)展。但迄今為止，大多數(shù)可穿戴的外骨骼都是為患有癱瘓的成年人設(shè)計的。

由于癱瘓的人沒有肌肉控制能力，因此，現(xiàn)在大多數(shù)可穿戴的外骨骼代替了患者失去的所有運動能力。此外，盡管腦癱患者的運動功能受損(導(dǎo)致震顫、肢體虛弱或缺乏協(xié)調(diào)性)，但卻保持了肌肉控制的可變水平。

美國國立衛(wèi)生研究院(NIH)康復(fù)醫(yī)學(xué)部門的一個小組試圖通過機器人幫助兒童改善行走能力，而不是完全用機器人的力量來代替患者的能力。

NIH研究人員設(shè)計的外骨骼幫助患者在步行周期的特定階段內(nèi)提升其膝蓋的支撐能力。該機器人外骨骼重量約為6磅到10磅之間，在其設(shè)備上布滿了傳感器，以監(jiān)測和調(diào)整合適的扭矩、力量和速度，并在適當(dāng)?shù)臅r候提供膝關(guān)節(jié)伸直援助。正如上面的圖片所示，外骨骼激活了各種“輔助條件”(如姿勢輔助和擺動輔助)，以改善孩子在走路時的某些動作。

在為期一周的臨床試驗中，NIH研究人員研究了7個患有腦癱的兒童(年齡在5到19歲之間)。作為每次研究的一部分，每個孩子在行走時都會佩戴機器人外骨骼，以便研究人員對其步態(tài)進行觀察研究。

研究發(fā)現(xiàn)，該機器人能夠幫助腦癱兒童在走路時保持更直立的姿勢。

在該項研究中，所有的孩子在使用該設(shè)備時，都無需在治療師的輔助下，正常直立行走，其中6個兒童患者在第一次嘗試時就能做到這一點。研究人員注意到，這些兒童患者在試探性試驗過程中也表現(xiàn)出了進步的姿態(tài)。

重要的是，七名參與者中有6人達到了走路姿勢的整體改善，這與通?？吹降木哂袆?chuàng)傷性矯正手術(shù)的結(jié)果相當(dāng)(以肌腱延長或植骨融合的骨科手術(shù)在腦癱患者中常見)。此外，研究人員還觀察到，“膝關(guān)節(jié)伸肌活動沒有明顯的減少”——這意味著孩子們在走路時仍然使用他們得肌肉，而不是完全依靠外骨骼的觸發(fā)來執(zhí)行其運動。

綜上所述，這些發(fā)現(xiàn)顯示出機器人外骨骼作為一種有用的治療方案的潛力。經(jīng)過長期的治療應(yīng)用，這些機器人外骨骼不僅能改變孩子的姿勢，而且隨著時間的推移也會鍛煉和增強他們的肌肉。

在目前的迭代中，下肢外骨骼可以幫助兒童保持行走的能力，否則由于其長期的屈膝步態(tài)，他們很可能會使其行走能力。然而，接下來的問題是，外骨骼是否可以作為一種可行的方法來訓(xùn)練腦癱兒童的行走模式，從而使他們最終能夠擺脫外骨骼的持續(xù)治療？

NIH研究團隊表示他們可以找到其解決方案。基于這項研究成果，該團隊目前正在進行另一項試驗，即腦癱患者堅持在家中使用外骨骼一年或更長時間，并監(jiān)測其進展情況。該研究小組還表示，他們有興趣對患有脊柱裂、脊髓損傷或其他移動問題的兒童進行外骨骼測試。

機器人外骨骼的可穿戴性只涵蓋了下肢，相比于其他機器人物理療法，該設(shè)備更容易應(yīng)用于治療。目前為止，雖然一些診所已經(jīng)使用機械設(shè)備幫助腦癱兒童練習(xí)走路，但其設(shè)備系統(tǒng)通常使用跑步機及拴在天花板上的支撐帶。

來自瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的NCCRRobotics和洛桑大學(xué)醫(yī)院的研究人員共同研發(fā)的康復(fù)機器人harness，致力于幫助那些神經(jīng)受損的人們重獲行動能力。最新一代的機器人harness可以通過推動患者前進或后退，從一邊到另一邊的移動，而不只是簡單地支持其體重。這有助于他們重建失去的肌肉質(zhì)量和再次習(xí)得姿勢和運動，同時還能訓(xùn)練大腦，以達到重力和運動間所需的微妙平衡。

然而，如果機器人外骨骼進一步的研究證明下肢外骨骼是一個長期高度有效地治療方法的話，那么該設(shè)備有望成為76.4萬美國腦癱兒童首選的有效家庭療法，且基于其較小的體積和機械部分，該設(shè)備的價格可能低于大多數(shù)矯正手術(shù)的成本。

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