您現(xiàn)在的位置:首頁(yè) > 科技 > 正文

全球快資訊:站起有困難,外骨骼機(jī)器人來(lái)幫忙

時(shí)間:2022-12-19 16:37:07    來(lái)源:科普中國(guó)網(wǎng)    

作者:高大勇、陳吉保 ;主審:翟華

單位:上海市養(yǎng)志康復(fù)醫(yī)院(上海市陽(yáng)光康復(fù)中心)


(資料圖片僅供參考)

該科普作品為《脊柱脊髓損傷不要怕,預(yù)防康復(fù)有辦法》系列科普材料之一

在大家的印象中,“脊髓損傷”和“截癱”之類的字眼就意味著只能與輪椅為伴,甚至是只能長(zhǎng)期臥床,而重新恢復(fù)站立及行走也是很多脊髓損傷患者的期望。隨著科技的進(jìn)步,站立與行走對(duì)于脊髓損傷患者來(lái)說(shuō),已經(jīng)不再是一場(chǎng)遙不可及的夢(mèng),外骨骼機(jī)器人就是幫助他們圓夢(mèng)的武器之一。

外骨骼機(jī)器人可以被視為一種延伸、補(bǔ)充、替代或增強(qiáng)人類功能和能力的技術(shù),不僅能幫助脊髓損傷患者重新?lián)碛姓玖⒓靶凶叩哪芰Γ€可以降低患者因長(zhǎng)時(shí)間坐在輪椅上而產(chǎn)生壓瘡的風(fēng)險(xiǎn),維持關(guān)節(jié)的正常活動(dòng)度,改善心臟健康狀況、肌肉強(qiáng)度和心理狀態(tài),緩解抑郁癥等。


發(fā)展歷史早期在軍事上使用的外骨骼機(jī)器人

這項(xiàng)技術(shù)最早可以追溯到20世紀(jì)60年代初,美國(guó)國(guó)防部最先提出了動(dòng)力性“盔甲”的概念。與此同時(shí),康奈爾航空實(shí)驗(yàn)室開始發(fā)展人力增強(qiáng)器——機(jī)械手,以增強(qiáng)人類操作員的力量。從1966年到1971年,通用電氣公司通過(guò)哈迪曼項(xiàng)目進(jìn)一步發(fā)展了人力增強(qiáng)器的概念。它們可以被認(rèn)為是目前康復(fù)外骨骼機(jī)器人的祖先。

外骨骼機(jī)器人通常由一個(gè)電力系統(tǒng),以及測(cè)量電機(jī)扭矩的傳感器組成。此外,有一些還包括捕獲生物信號(hào)的傳感器,例如測(cè)量肌肉信號(hào)的肌電圖儀(EMG)或允許捕獲大腦電信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為命令信號(hào)的腦電圖儀(EEG)等等。目前市場(chǎng)上可供選擇的醫(yī)用外骨骼機(jī)器人除了上圖所示的機(jī)器人之外還有Lokomat,ReWalk,HAL,Ekso GT,Rex和Indego (圖A-F )等。


外骨骼機(jī)器人相對(duì)于傳統(tǒng)步行輔具的優(yōu)勢(shì):一、安全為了保證使用者可以安全地使用外骨骼,除了系統(tǒng)會(huì)設(shè)置防錯(cuò)控制之外,還有兩個(gè)安全措施:一是檢查傾斜角度和使用者軀干的角速度,確保重心傳遞良好;另一個(gè)是在擺動(dòng)腿與地面發(fā)生碰撞或因痙攣過(guò)大而導(dǎo)致無(wú)法運(yùn)動(dòng)時(shí),系統(tǒng)會(huì)檢查電機(jī)的電流是否大于閾值,來(lái)確保不會(huì)造成肌肉拉傷。此外,每條腿上的支撐部分可以根據(jù)使用者下肢的圍度進(jìn)行調(diào)整。這種設(shè)計(jì)可以有效避免使用外骨骼機(jī)器人行走時(shí)的皮膚擦傷。

二、省力

胸段脊髓損傷的患者在佩戴KAFO進(jìn)行站立和行走時(shí),需要消耗大量的體力。此外,步行效率低,步行速度慢是KAFO等矯形器使用率低的主要因素。截癱患者如果要依靠前臂拐杖等輔助設(shè)備行走,必須高度依賴上肢來(lái)支撐體重,同時(shí)要確保平穩(wěn)的重心轉(zhuǎn)移以保持平衡。這種運(yùn)動(dòng)模式不僅效率低下,還可能因?yàn)榧绮亢褪滞筇幍拇罅控?fù)荷,導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)損傷。外骨骼相比傳統(tǒng)的KAFO最大的優(yōu)點(diǎn)是關(guān)節(jié)處的馬達(dá)提供了功能活動(dòng)所需的關(guān)節(jié)伸展力矩。因此,使用者可以使用接近正常的運(yùn)動(dòng)模式進(jìn)行坐立和行走,而不是代償性運(yùn)動(dòng)模式(因?yàn)檫@種模式可能會(huì)對(duì)他們的身體造成損傷)。

發(fā)展前景外骨骼機(jī)器人已經(jīng)成為幫助患者康復(fù)的合適工具。它不僅使用方便,而且也可以為治療師提供客觀數(shù)據(jù),方便制定更合適的訓(xùn)練計(jì)劃,從而獲得更佳的訓(xùn)練效果。

近幾年,外骨骼的發(fā)展迅速,不僅電機(jī)越來(lái)越小、而且噪音更低、體積更小、效率更高。相信在不久的將來(lái),外骨骼會(huì)更加智能輕便,不僅讓我們走的更快,更穩(wěn),更加靈活,還能讓患者獲得更佳的治療效果!


(本文部分圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò))

參考文獻(xiàn):

1: Wu CH, Mao HF, Hu JS, Wang TY, Tsai YJ, Hsu WL. The effects of gait training using powered lower limb exoskeleton robot on individuals with complete spinal cord injury. J Neuroeng Rehabil. 2018 Mar 5;15(1):14.2: Tóth L, Bors V, Pallag A, Pinczker V, Dóczi T, Cserháti P, Shenker B, Büki A, Nyitrai M, Maróti P. Traumás gerincvel?sérültek rehabilitációja alsó végtagi humán exoskeletonnal [Rehabilitation of traumatic spinal cord injury with lower3: Quiles V, Ferrero L, Ianez E, Ortiz M, Megia A, Comino N, Gil-Agudo AM, Azorin JM. Usability and acceptance of using a lower-limb exoskeleton controlled by a BMI in incomplete spinal cord injury patients: a case study. Annu Int Conf IEEE Eng Med Biol Soc. 2020 Jul;2020:4737-4740.4: Yang W, Zhang J, Zhang S, Yang C. Lower Limb Exoskeleton Gait Planning Based on Crutch and Human-Machine Foot Combined Center of Pressure. Sensors (Basel).2020 Dec 16;20(24):7216. 5: Xiang XN, Zong HY, Ou Y, Yu X, Cheng H, Du CP, He HC. Exoskeleton-assisted walking improves pulmonary function and walking parameters among individuals with spinal cord injury: a randomized controlled pilot study. J Neuroeng Rehabil. 2021 May 24;18(1):86. 6: Almutairi S, Swank C, Wang-Price S, Gao F, Medley A. Walking with and without a robotic exoskeleton in people with incomplete spinal cord injury compared to a typical gait pattern. NeuroRehabilitation. 2021 May;49(4):585-596.7: Postol N, Spratt NJ, Bivard A, Marquez J. Physiotherapy using a free-standing robotic exoskeleton for patients with spinal cord injury: a feasibility study. J Neuroeng Rehabil. 2021 Dec 25;18(1):180.

標(biāo)簽: 脊髓損傷 治療效果 發(fā)展前景

上一篇:
下一篇:

相關(guān)新聞

凡本網(wǎng)注明“XXX(非現(xiàn)代青年網(wǎng))提供”的作品,均轉(zhuǎn)載自其它媒體,轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息,并不代表本網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)和其真實(shí)性負(fù)責(zé)。

特別關(guān)注

熱文推薦

焦點(diǎn)資訊