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      问医生

      《流浪地球》中的外骨骼:不用等到地球停转,现在就能穿上

      2019-02-22 00:00:01医学界
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      核心提示:酷炫的外骨骼,早就在神经康复领域大显身手啦……

        要说最近最火的电影,莫过于国产科幻的里?#30251;?#20043;作——《流浪地球》了。片中男主角徒手掰开铁门时带着的机械外骨骼,给人们留下了深刻的印象。其实,外骨骼早已不是什么科幻产品,在真实世界里,它们早就在医?#21697;?#38754;大展身手啦。

        

        中风康复

        有了机械外骨骼的帮助,中风后遗症的病人不必再瘫痪在?#30149;?#22806;骨骼可以用于中风后遗症的康复训练,为病人提供动力,协助病人站立和行走,训练步态和平衡能力,以达到帮助病人逐渐生活自理的目的。

        2017年,哈佛大学的一些研究者们就设计了一款外骨骼,用于协助中风后遗症期病人的康复和行走。这款软性外骨骼可以穿戴在病人的瘫痪下肢,平衡两侧下肢力量,协助踝关节运动。病人在跑步机、平地上进行训?#32933;保?#22806;骨骼能够提供一些动力,还能根据病人对跨步早期或晚期不同的动力需求进?#26800;?#33410;。

        这个外骨骼使用轻便的软性面?#29616;?#25104;,上面集成的传感器可以检测病人步态,根据病人步态来自动调节提供的动力。踝关节前后有收?#36381;?#32622;,为病人足部背屈和跖屈提供辅助。

        而俄罗斯科学?#20057;?#22312;2018年发表了一项研究,利用人机交互外骨骼来协助中风后?#29616;?#30251;痪的病人进行康复。这项研究的对象是一位42岁的女性,她在脑出血后?#24085;?#20102;右?#29616;?#30251;痪,近端肌力3级,远端肌力只有1 级,肌?#24085;?#21319;高。患者对于康复的要求非常迫切,于是配合研究者们进行了这项工作。

        研究者让她坐在椅子上,双手伸进外骨骼,尝试利用意念操控外骨骼的活动——当计算机检测到患者发出的伸展手指信号?#20445;?#22806;骨骼便会做出伸展动作。患者大脑内虽然受损区域很大,但研究表明,她操控外骨骼能力与正常人无异。经过一?#38382;?#38388;锻炼后,?#30142;嗌现?#21147;?#24247;?#21040;了一定程度的改善。

        帕金森病康复

        外骨骼产品不仅能辅助帕金森病人行走,还有更多妙用。

        肌?#24085;?#38556;碍震颤是帕金森病人的巨大困扰,?#29616;?#24433;响着他们的生活。伦敦帝国理工学院的研究者们 设计了一款外骨骼装置,它能识别人体的精细动作,并对?#29616;?#20570;动作时的震颤进行修正。当?#29616;?#21457;生震颤?#20445;?#22806;骨骼产生反向运动,减少震颤对于活动的不利影响。这项装置的特殊之处在于,它仅在检测到患者做出一些?#24515;?#30340;的精细动作,比如端茶杯?#20154;保?#25165;会触发运动修正。这样的方式为装置节省了大量耗能,使得它更加具有实用性。

        另外,明尼苏达大学的研究者们也尝试利用外骨骼帮助帕金森病人进行本体感觉的训练。病人将外骨骼穿戴在手腕处,并进?#22411;?#37096;精细的伸/屈活动,来使电脑屏幕上的小球保持平衡。外骨骼可以精确地感知腕部动作的角度。?#24247;?#30149;人完成一项任务,任务就会进入下一?#35759;齲?#30149;人必须使腕部动作角度更小、更精细才能完成。通过这个方法,他们发现帕金森病人的精细动作水平可以通过训练得到提升。

        脊髓损伤康复

        2014年的巴西世界杯上,一位截瘫的青年实现了自己的足球梦——在人机交互外骨骼的帮助下,他为世界杯开出?#35828;?#19968;球。在人机交互系统的帮助下,外骨骼上的传感器帮助少年感知足球的方位和运动,并将?#38498;?#20013;“站立、行走、踢球”的指令化为现实。

        如今,外骨骼已经越来越多地被应用在截瘫病人的康复上。在中央电视台《机智过人?#26041;?#30446;中,我国科学家自主研发的智能外骨骼机器人也惊艳了全场,帮助了截瘫病人站立、行走。在过去,这些病人可能再也没有希望重新站立,但科技为他们创造了奇迹。

        目前,智能外骨骼系统造价还十分高?#28023;?#19968;套系统可高达100万美元。但随着科学家的努力,在不久的将来,也许外骨骼就能造福于普通家庭与患者,让他们重拾生活的信心与欢乐。

        说不定,就在不久的将来,身穿机器外骨骼的人们就将在大?#20013;?#24055;里穿行,这个场景将不仅仅出现在科幻电影里!

        参考文献:

        1、A soft robotic exosuit improves walking in patients after stroke. Science Translational Medicine, 2017, 9(400).

        2、Alexander A. Frolov, Pavel D. Bobrov, et al. Electrical, Hemodynamic, and Motor Activity in BCI Post-stroke Rehabilitation: Clinical Case Study. Front Neurol. 2018; 9: 1135.

        3、Naveen Elangovan , Paul J. Tuite , and Jürgen Konczak. Somatosensory Training Improves Proprioception and Untrained Motor Function in Parkinson's Disease. Front Neurol . 2018; 9: 1053.

        4、https://www.physiciansweekly.com/exoskeletons-for-stroke-rehabilitation/

        5、https://parkinsonsnewstoday.com/2017/08/04/stroke-survivor-study-suggests-exosuit-could-help-parkinsons-patients-walk-better/

        6、http://news.163.com/18/0207/10/DA1LM9RH00018AOR.html

        7、https://futurism.com/lightweight-exoskeleton-being-developed-to-treat-parkinsons-tremors/

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