站起有困難，外骨骼機(jī)器人來幫忙

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（上海市陽光康復(fù)中心）

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，站立與行走對于脊髓損傷患者來說，已經(jīng)不再是一場遙不可及的夢，外骨骼機(jī)器人就是幫助他們圓夢的武器之一。

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€可以降低患者因長時間坐在輪椅上而產(chǎn)生壓瘡的風(fēng)險，維持關(guān)節(jié)的正?；顒佣?，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

這項技術(shù)最早可以追溯到20世紀(jì)60年代初，美國國防部最先提出了動力性“盔甲”的概念。與此同時，康奈爾航空實驗室開始發(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，通用電氣公司通過哈迪曼項目進(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)器人通常由一個電力系統(tǒng)，以及測量電機(jī)扭矩的傳感器組成。此外，有一些還包括捕獲生物信號的傳感器，例如測量肌肉信號的肌電圖儀(EMG)或允許捕獲大腦電信號并將其轉(zhuǎn)換為命令信號的腦電圖儀(EEG)等等。目前市場上可供選擇的醫(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)器人相對于傳統(tǒng)步行輔具的優(yōu)勢：
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)會設(shè)置防錯控制之外，還有兩個安全措施：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；另一個是在擺動腿與地面發(fā)生碰撞或因痙攣過大而導(dǎo)致無法運動時，系統(tǒng)會檢查電機(jī)的電流是否大于閾值，來確保不會造成肌肉拉傷。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)計可以有效避免使用外骨骼機(jī)器人行走時的皮膚擦傷。

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，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支撐體重，同時要確保平穩(wěn)的重心轉(zhuǎn)移以保持平衡。這種運動模式不僅效率低下，還可能因為肩部和手腕處的大量負(fù)荷，導(dǎo)致運動損傷。外骨骼相比傳統(tǒng)的KAFO最大的優(yōu)點是關(guān)節(jié)處的馬達(dá)提供了功能活動所需的關(guān)節(jié)伸展力矩。因此，使用者可以使用接近正常的運動模式進(jìn)行坐立和行走，而不是代償性運動模式（因為這種模式可能會對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)越來越小、而且噪音更低、體積更小、效率更高。相信在不久的將來，外骨骼會更加智能輕便，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！

（本文部分圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

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