柔性外骨骼从科幻变现实 中风病人有望恢复运动功能

2021-09-08 14:40:11    来源:科技日报    

在自然界,虾、蟹、昆虫等节肢动物体表坚韧的外骨骼,有保护和支撑内部结构、抵御外部恶劣环境、自我修复的作用。

如今外骨骼也已逐步走入了人类生活,例如用于部队野外训练、工人装卸重物、瘫痪病人的肢体康复等。

柔性外骨骼从科幻变现实

哈尔滨工业大学仪器科学与工程学院电测技术及智能控制研究所的曹天傲博士介绍,现有各种硬性外骨骼类似机器人的刚性结构,限制了人体的自然运动,且人体关节很难与硬性外骨骼的关节完美契合,因此会带来严重的不舒适感,长久使用甚至会造成关节劳损等。与之相比,柔性外骨骼是一种可穿戴的类似衣服的软性设备,可包裹在肢体上,并与人体肌肉和韧带平行工作,通过特定负载路径将拉力传递到人身体上,并在关节处产生辅助扭矩。柔性外骨骼的内在顺应性使其惯性极低,并始终可与生物关节保持一致。

由于这些特性,开创性的柔性外骨骼原型已在国内外的实验室中被开发出来。例如,由美国哈佛大学电缆驱动的软脚踝、日本广岛大学以气动凝胶肌肉为基础的软肘部等,均已在实验室闪亮登场。同时,英国利兹大学和我国哈尔滨工业大学团队联手攻关,已经初步设计研制出了低成本家用中风康复柔性下肢外骨骼,其核心技术是采用气动肌肉方法包裹患者肢体,将各种生物传感器安装在外骨骼外部,测量人体运动时的速度、位置、转角等信息,进而利用这些力学参数给出特定的康复效果量化评估。而安装在外骨骼内部的一些生物传感器还可以捕捉人体运动时的肌肉电信号。

借助柔性外骨骼,一系列过去只能在科幻作品中发生的故事,已能在人间重现,并有望改写人类认知。特别是在中风康复方面,柔性外骨骼极有可能带来革命性的突破。

中风病人有望恢复运动功能

黑龙江省中医学结合学会眩晕症分会主任委员、哈尔滨医科大学附属第一医院神经外科谢春成教授介绍,全球每年约有1500万人新发生脑中风,其中超过500万人死亡。脑中风造成的脑组织损伤主要是神经细胞受损,这会导致神经通路阻断,大脑不能有效地控制肢体按个人意图运动,因此通常会造成患者偏瘫和肌肉萎缩等,带来感知和运动功能障碍,而患者运动障碍往往会不对称地累及两侧肢体,最终导致四肢瘫痪。这其中25%—74%的患者需要借助各种辅助器具或完全依赖护理者才能进行日常生活活动。当前,传统的康复治疗手段通常依靠康复理疗师手动带动患者的患肢施行被动训练,训练策略比较单一,而且这种康复需要理疗师付出较强的体力劳动,但患者却通常难以得到足够强度与频次的康复训练。

针对上述问题,使用柔性外骨骼设备对患者进行康复理疗或许是一个不错的选择。将其套在病人的患肢上,它便可以按照特定的程序进行重复不间断的康复训练工作。尤其是在疫情防控期间,患者无法前往医院,或者身在偏远的海岛或山村里,医生同样可以利用互联网建远程医疗平台,指导病人穿戴上可重构的外骨骼装束,在家接受相应的个体化康复训练。医生还可在线监控康复训练的全过程,在出现问题时,根据患者的感觉反馈做出及时的评估和干预。谢春成认为,在外骨骼的助力下,中风病人有望逐渐恢复原有运动功能,打通神经通路,重塑神经系统,逐步回归患病前的状态,重返社会。

曹天傲表示,不久的将来,人们佩戴柔性外骨骼也许就像日常穿衣一样简便舒适。柔性外骨骼不仅可以协助正常人身姿更矫健、动作更灵活,还有望让中风偏瘫、渐冻症、重症小儿麻痹病、严重车祸致残的特殊人群摆脱轮椅,开启美好人生。

[责任编辑:h001]

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