柔軟的機器人外衣使中風幸存者走得更快更遠

為了讓中風患者康復，許多康復中心都在尋找機器人外骨骼。但是，盡管現在有一系列令人興奮的設備使最初完全無法行走的人們能夠再次行走，但仍有大量積極的研究試圖了解如何最好地將可穿戴機器人應用于卒中后的康復。盡管有希望，但最近的臨床實踐指南甚至建議在目標是提高步行速度或步行距離時不建議使用機器人療法。

2017年，哈佛大學Wyss生物啟發工程研究所，約翰·保爾森工程與應用科學學院(SEAS)和波士頓大學(BU)衛生學院的機械和電氣工程師，服裝設計師和神經康復專家組成了一個多學科團隊與康復科學：薩金特學院(Sargent College)展示，通過腳踝輔助的軟機器人外套，與外部電池和電機相連，當在跑步機上行走時穿著時，能夠顯著改善中風患者的生物力學步態功能。跨機構和跨學科團隊的工作是由Wyss教員Conor Walsh博士領導的。和PT，DPT博士Lou Awad以及BU的NCS的Terry Ellis博士一起。

現在，同一團隊在將其技術轉化為康復策略方面邁出了關鍵的一步。他們使用了帶有自己的電池和電動機的無束縛式外衣套裝，在一組六名偏癱的中風后幸存者中顯示，他們的設備可以顯著提高個人的平均行走速度，平均每秒鐘行走0.14米高達每秒0.28米 當這些人被要求在6分鐘內走得更遠時，他們平均可以走32米，而一個人走100多米。這些發現發表在IEEE開放醫學與生物學工程雜志(OJEMB)上。

“絕大多數中風的人走得慢，不能走得太遠。物理治療后快步走是患者和臨床醫生都希望得到的最重要的結果。如果治療既不改變速度，也不改變距離， ，很難認為這種療法是有效的。”該研究的第一作者懷斯研究所副教授樓獎，PT，DPT，Ph.D表示，該發現與Walsh共同支持IEEE OJEMB。“我們在探索性研究中發現的速度和距離改善水平超出了我們預期的立竿見影的效果無需任何培訓，就可以彰顯exosuit技術的前景。” Awad還是BU健康與康復學院的助理教授：Sargent學院和神經運動恢復實驗室主任。

在這項研究中部署的外衣重量不到5公斤，在步態周期的不同階段以中風幸存者的四肢為目標。它是完全可移動的，由電池供電，并由裝在臀部的執行器啟動。它通過基于電纜的機制將機械動力傳遞到腳踝，從而使外衣的電纜和其他部分通過輕巧的功能性紡織品固定在身體上。與剛性外骨骼系統不同，患者只能在受損的坐骨神經一側佩戴它，這進一步增加了其低重量和減少步態不對稱的潛力，這與剛性外骨骼系統不同，后者必須在兩側都佩戴。

沃爾什(Walsh)的團隊設計了外衣，以協助足底屈曲，在步態周期的站立階段將腳踩到地面的踝部運動以及背屈(腳背屈)，在此過程中腳抬起，腳趾向脛骨拉搖擺階段。這兩種運動在中風后偏癱步行中都會受到不同程度的損害，幸存者常常表現出“落腳”，即無法將腳從腳踝抬起。沃爾什(Walsh)的團隊在過去幾年中率先開發并廣泛驗證了軟外衣技術，他還是SEAS工程與應用科學學院的Paul A. Maeder教授，以及哈佛生物設計實驗室的創始人。

為了證明其方法在偏癱中風幸存者中的廣泛適用性，該團隊著重研究了六個嚴重程度不同，損傷類型不同的偏癱患者，這些患者均進入了慢性病階段。在對患者進行了初步的臨床評估并調整了個體的外衣后，研究人員在30米的人行道上進行了一系列測試。與不穿外衣的參與者相比，無動力地穿外衣不會對參與者的步行速度，距離或能源成本造成任何不利影響。穿上安全套服后，“我們發現步行速度和距離得到了重要的立即改善，這是有意義的結果，對患有中風的人的日常生活產生了真正的影響。

“哈佛大學和波士頓大學的工程和臨床團隊受到這些結果的強烈激勵，以完善技術并研究其對具有廣泛步行能力的中風幸存者的直接影響。我們也渴望探索在臨床環境和環境中的治療應用每天在家里和社區散步。”阿瓦德說。