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機器人
機器人外骨骼矯正腦癱兒童“屈膝步態”，助其直立行走
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。盡管這種神經性障礙可能在物理或職業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。
但新的機器人設計可以顯著改善腦癱患者的行動能力，並替代了之前昂貴的創傷性矯正手術。最近發表在《科學轉化醫學》期刊上的一項研究發現，佩戴一個機器人外骨骼——配有小電機的支柱——幫助腦癱兒童實現了顯著的移動改善。
外骨骼的設計致力於解決“屈膝步態”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，這種屈膝步態的姿勢不斷弱化其站立的能力。除非他們經過昂貴且具有創傷性的矯正外科手術，否則大多數屈膝步態的兒童在成年後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。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——本質上是用來幫助人類移動的“機器人套裝”——這在醫療領域並不是一個全新的發展。但迄今為止，大多數可穿戴的外骨骼都是為患有癱瘓的成年人設計的。
由於癱瘓的人沒有肌肉控製能力，因此，現在大多數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（導致震顫、肢體虛弱或缺乏協調性），但卻保持了肌肉控製的可變水平。
美國國立衛生研究院（NIH）康複醫學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研究人員設計的外骨骼幫助患者在步行周期的特定階段內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，在其設備上布滿了傳感器，以監測和調整合適的扭矩、力量和速度，並在適當的時候提供膝關節伸直援助。正如上麵的圖片所示，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進行觀察研究。
研究發現，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嚐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出了進步的姿態。
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，這與通常看到的具有創傷性矯正手術的結果相當（以肌腱延長或植骨融合的骨科手術在腦癱患者中常見）。此外，研究人員還觀察到，“膝關節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來執行其運動。
綜上所述，這些發現顯示出機器人外骨骼作為一種有用的治療方案的潛力。經過長期的治療應用，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，否則由於其長期的屈膝步態，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治療？
NIH研究團隊表示他們可以找到其解決方案。基於這項研究成果，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，並監測其進展情況。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隻涵蓋了下肢，相比於其他機器人物理療法，該設備更容易應用於治療。目前為止，雖然一些診所已經使用機械設備幫助腦癱兒童練習走路，但其設備係統通常使用跑步機及拴在天花板上的支撐帶。
來自瑞士洛桑聯邦理工學院的NCCR Robotics和洛桑大學醫院的研究人員共同研發的康複機器人harness，致力於幫助那些神經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後退，從一邊到另一邊的移動，而不隻是簡單地支持其體重。這有助於他們重建失去的肌肉質量和再次習得姿勢和運動，同時還能訓練大腦，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，那麼該設備有望成為76.4萬美國腦癱兒童首選的有效家庭療法，且基於其較小的體積和機械部分，該設備的價格可能低於大多數矯正手術的成本。
最後更新：2017-10-08 03:27:27