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腦癱是美國(guó)兒童殘疾的主要原因，每1000個(gè)新生兒中約有3.3個(gè)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(dòng)的能力。
但新的機(jī)器人設(shè)計(jì)可以顯著改善腦癱患者的行動(dòng)能力，并替代了之前昂貴的創(chuàng)傷性矯正手術(shù)。近發(fā)表在《科學(xué)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》期刊上的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，佩戴一個(gè)機(jī)器人外骨骼——配有小電機(jī)的支柱——幫助腦癱兒童實(shí)現(xiàn)了顯著的移動(dòng)改善。
外骨骼的設(shè)計(jì)致力于解決“屈膝步態(tài)”的問(wèn)題：幫助腦癱兒童直立行走，改變其彎腰駝背的姿勢(shì)，避免給膝蓋造成過(guò)度的壓力。
隨著兒童年齡的增長(zhǎng)，這種屈膝步態(tài)的姿勢(shì)不斷弱化其站立的能力。除非他們經(jīng)過(guò)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(huì)失去行走的能力。而新的機(jī)器人外骨骼可以緩解腦癱兒童的屈膝步態(tài)。如果堅(jiān)持長(zhǎng)期使用，則可以幫助更多的孩子保持其行走的能力。
機(jī)器人外骨骼——本質(zhì)上是用來(lái)幫助人類移動(dòng)的“機(jī)器人套裝”——這在醫(yī)療領(lǐng)域并不是一個(gè)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(jì)的。
由于癱瘓的人沒(méi)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(yùn)動(dòng)能力。此外，盡管腦癱患者的運(yùn)動(dòng)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(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院(NIH)康復(fù)醫(yī)學(xué)部門(mén)的一個(gè)小組試圖通過(guò)機(jī)器人幫助兒童改善行走能力，而不是完全用機(jī)器人的力量來(lái)代替患者的能力。
NIH研究人員設(shè)計(jì)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(jī)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(cè)和調(diào)整合適的扭矩、力量和速度，并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)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(shì)輔助和擺動(dòng)輔助)，以改善孩子在走路時(shí)的某些動(dòng)作。
在為期一周的臨床試驗(yàn)中，NIH研究人員研究了7個(gè)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(gè)孩子在行走時(shí)都會(huì)佩戴機(jī)器人外骨骼，以便研究人員對(duì)其步態(tài)進(jìn)行觀察研究。
研究發(fā)現(xiàn)，該機(jī)器人能夠幫助腦癱兒童在走路時(shí)保持更直立的姿勢(shì)。
在該項(xiàng)研究中，所有的孩子在使用該設(shè)備時(shí)，都無(wú)需在治療師的輔助下，正常直立行走，其中6個(gè)兒童患者在次嘗試時(shí)就能做到這一點(diǎn)。研究人員注意到，這些兒童患者在試探性試驗(yàn)過(guò)程中也表現(xiàn)出了進(jìn)步的姿態(tài)。
重要的是，七名參與者中有6人達(dá)到了走路姿勢(shì)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(zhǎng)或植骨融合的骨科手術(shù)在腦癱患者中常見(jiàn))。此外，研究人員還觀察到，“膝關(guān)節(jié)伸肌活動(dòng)沒(méi)有明顯的減少”——這意味著孩子們?cè)谧呗窌r(shí)仍然使用他們得肌肉，而不是完全依靠外骨骼的觸發(fā)來(lái)執(zhí)行其運(yùn)動(dòng)。
綜上所述，這些發(fā)現(xiàn)顯示出機(jī)器人外骨骼作為一種有用的治療方案的潛力。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的治療應(yīng)用，這些機(jī)器人外骨骼不僅能改變孩子的姿勢(shì)，而且隨著時(shí)間的推移也會(huì)鍛煉和增強(qiáng)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(zhǎng)期的屈膝步態(tài)，他們很可能會(huì)使其行走能力。然而，接下來(lái)的問(wèn)題是，外骨骼是否可以作為一種可行的方法來(lái)訓(xùn)練腦癱兒童的行走模式，從而使他們終能夠擺脫外骨骼的持續(xù)治療？
NIH研究團(tuán)隊(duì)表示他們可以找到其解決方案?；谶@項(xiàng)研究成果，該團(tuán)隊(duì)目前正在進(jìn)行另一項(xiàng)試驗(yàn)，即腦癱患者堅(jiān)持在家中使用外骨骼一年或更長(zhǎng)時(shí)間，并監(jiān)測(cè)其進(jìn)展情況。該研究小組還表示，他們有興趣對(duì)患有脊柱裂、脊髓損傷或其他移動(dòng)問(wèn)題的兒童進(jìn)行外骨骼測(cè)試。
機(jī)器人外骨骼的可穿戴性只涵蓋了下肢，相比于其他機(jī)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(jī)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(jī)及拴在天花板上的支撐帶。
來(lái)自瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的NCCR Robotics和洛桑大學(xué)醫(yī)院的研究人員共同研發(fā)的康復(fù)機(jī)器人harness，致力于幫助那些神經(jīng)受損的人們重獲行動(dòng)能力。新一代的機(jī)器人harness可以通過(guò)推動(dòng)患者前進(jìn)或后退，從一邊到另一邊的移動(dòng)，而不只是簡(jiǎn)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(shì)和運(yùn)動(dòng)，同時(shí)還能訓(xùn)練大腦，以達(dá)到重力和運(yùn)動(dòng)間所需的微妙平衡。
然而，如果機(jī)器人外骨骼進(jìn)一步的研究證明下肢外骨骼是一個(gè)長(zhǎng)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(wàn)美國(guó)腦癱兒童的有效家庭療法，且基于其較小的體積和機(jī)械部分，該設(shè)備的價(jià)格可能低于大多數(shù)矯正手術(shù)的成本。
(原標(biāo)題：機(jī)器人外骨骼矯正腦癱兒童“屈膝步態(tài)”，助其直立行走)
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