如果不幸在兒童時(shí)期罹患腦癱，那么成人后，病患僅有50%的概率能夠獨(dú)立行走。但如今，一種被稱(chēng)作“外骨骼機(jī)器人”的全新設(shè)備，或許有望改變這一局面。
8月下旬，一項(xiàng)剛剛發(fā)表在《科學(xué)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》雜志上的研究稱(chēng)，研究人員開(kāi)發(fā)出的外骨骼機(jī)器人已經(jīng)成功幫助絕大多數(shù)實(shí)驗(yàn)參與者伸直雙腿，減輕了“蹲伏步態(tài)”的永久性膝蓋彎曲。不僅如此，在外骨骼機(jī)器人的幫助下，這些患兒甚至還能夠控制自己的步伐。
“全世界的眾多患兒都將從這項(xiàng)技術(shù)中獲益。”美國(guó)哥倫比亞大學(xué)的Sunil Agrawal表示。
神奇的“骨骼”
腦癱是一種小兒常見(jiàn)的中樞神經(jīng)障礙綜合征，雖然病變部位在腦部，但卻會(huì)累及四肢，引發(fā)運(yùn)動(dòng)與協(xié)調(diào)問(wèn)題。
因腦癱而伴有蹲伏步態(tài)的兒童，雖然能夠自行行走，但行走過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)膝蓋過(guò)度彎曲的情況。可怕的是，即便在兒童時(shí)期能夠行走，但伴隨著患兒的成長(zhǎng)和體重的增加，肌肉漸漸無(wú)法負(fù)荷，也會(huì)導(dǎo)致很多人在成年后完全喪失運(yùn)動(dòng)能力。
目前，治療蹲伏步態(tài)的方法主要有外科手術(shù)或者注射能夠放松膝部屈肌的藥物等等。然而，在手術(shù)與藥物治療之外，人們也在嘗試尋找能夠幫助腦癱患兒正常行走的其他方法。
比如，一些醫(yī)療機(jī)構(gòu)擁有龐大而笨重的機(jī)器人設(shè)備，能夠幫助腦癱患兒進(jìn)行行走訓(xùn)練。但這些設(shè)備大多配有一個(gè)天花板滑輪系統(tǒng)，因此其很難真正走進(jìn)每個(gè)患兒的家庭。
而現(xiàn)在，這一局面得到了改善。這一由美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院開(kāi)發(fā)的最新的外骨骼機(jī)器人是完全可移動(dòng)的。外骨骼機(jī)器人上安裝有傳感器，負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)使用者每一步的數(shù)據(jù)，然后放置在背包里的計(jì)算機(jī)會(huì)對(duì)這些監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理。
7名年齡在5~19歲的兒童和青少年參加了此項(xiàng)研究，并且未有一人穿戴后出現(xiàn)跌倒的情況。經(jīng)過(guò)6次訓(xùn)練課程后，在7名參與實(shí)驗(yàn)的兒童中，6名患兒的蹲伏步態(tài)和膝蓋彎曲情況出現(xiàn)了改善，效果甚至比研究人員們預(yù)期的還要好得多——患兒膝蓋彎曲角度平均達(dá)到了13度。
更讓研究人員感到驚喜的是，外骨骼機(jī)器人不僅成功協(xié)助兒童保持了運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，還能幫助他們控制自己的腳步。不僅如此，兒童在使用這些外骨骼機(jī)器人時(shí)，他們的肌肉也會(huì)保持活躍狀態(tài)。
在研究者之一、美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院生物醫(yī)藥工程師Thomas Bulea看來(lái)，這項(xiàng)研究是一個(gè)初步的嘗試，證明了外骨骼機(jī)器人技術(shù)確實(shí)值得作為幫助腦癱患兒行走的工具得到進(jìn)一步的深入研究�，F(xiàn)在，研究人員正考慮是否應(yīng)該讓參與者們長(zhǎng)期使用這種外骨骼機(jī)器人，因?yàn)榇蠓秶挠?xùn)練能夠使患兒走得更久。
“如果我們能在兒童和青少年時(shí)期就改變患者的蹲伏步態(tài)，那么就能使他們?cè)诔赡旰笠廊槐３诌\(yùn)動(dòng)能力。借助外骨骼機(jī)器人只是暫時(shí)的，我們想要的是他們最終能夠獨(dú)立行走。”Bulea表示。
這些通過(guò)訓(xùn)練獲得的改善也被孩子們切切實(shí)實(shí)地看在眼里。對(duì)此，Bulea表示，伴隨著外骨骼機(jī)器人的使用，未來(lái)的效果會(huì)更好。
些許擔(dān)憂(yōu)
這項(xiàng)新的技術(shù)無(wú)疑為腦癱患兒帶來(lái)了希望，但同時(shí)，仍需看到其存在的一些明顯問(wèn)題。
首先，在這項(xiàng)研究中，研究人員只招募了那些尚有獨(dú)立行動(dòng)能力的患兒參與實(shí)驗(yàn)，這就具備一定的局限性。為此，研究人員也想要在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)中弄清楚，對(duì)于那些已經(jīng)喪失行動(dòng)能力，或者因脊柱裂及肌肉萎縮癥等其他情況導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)障礙的兒童，外骨骼機(jī)器人是否同樣能夠發(fā)揮作用。
“它可能對(duì)一些孩子有幫助，但對(duì)于病情更為嚴(yán)重的患兒就沒(méi)有效果。”沒(méi)有參與這項(xiàng)研究的美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校神經(jīng)康復(fù)與研究項(xiàng)目主任Bruce Dobkin指出。
此外，還有一些人擔(dān)心單純借助外骨骼機(jī)器人并不能在兒童時(shí)期保護(hù)患兒的運(yùn)動(dòng)能力，可能還需要外科手術(shù)和藥物治療的介入。
Agrawal也在從事針對(duì)腦癱患兒的外骨骼機(jī)器人研究，并通過(guò)將電線(xiàn)連接到腿部而創(chuàng)建了一個(gè)模型。在他看來(lái)，無(wú)論哪一種方式都有其兩面性。“但我相信，長(zhǎng)期的研究能夠找到最好的方法。”
也許正如Agrawal所說(shuō)的，只有更深入和廣泛的后續(xù)研究才能對(duì)這些擔(dān)憂(yōu)做出回答。而研究人員也將會(huì)對(duì)這款外骨骼機(jī)器人進(jìn)行持續(xù)的改進(jìn)，以期兒童能夠穿著它走出實(shí)驗(yàn)室——因?yàn)榇罅康木毩?xí)將會(huì)帶來(lái)更多的好處。
但有一件事情是確定的：1年之內(nèi)，在即便沒(méi)有康復(fù)治療師介入的情況下堅(jiān)持每天使用這種外骨骼機(jī)器人1小時(shí)，就可以讓更多的孩子接觸到物理治療，并讓他們走的“更遠(yuǎn)”。
前途無(wú)量
不得不提的是，這項(xiàng)研究之所以如此引人關(guān)注，很重要的一點(diǎn)是因?yàn)檫@是科學(xué)家們首次嘗試將外骨骼機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于青少年和兒童。此前，外骨骼機(jī)器人技術(shù)更多的還是聚焦于成人，比如為那些因中風(fēng)或者脊椎損傷而進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練的人提供服務(wù)。
很多人可能仍舊記憶猶新，在2014年巴西世界杯開(kāi)幕式上，28歲的巴西小伙子諾平托在腦控外骨骼機(jī)器人技術(shù)的幫助下，為巴西世界杯開(kāi)出了第一球。而這一精彩瞬間的誕生，正是得益于巴西著名神經(jīng)科學(xué)家米格爾·尼科萊利斯自己領(lǐng)軍的神經(jīng)裝置項(xiàng)目“重新行走工程”。
有關(guān)外骨骼機(jī)器人的研發(fā)，最早開(kāi)始于美、日等國(guó)。也正是由于起步早，學(xué)科資源豐富，這些國(guó)家在外骨骼機(jī)器人的開(kāi)發(fā)上一路領(lǐng)跑。
迄今為止，日本筑波大學(xué)研發(fā)的外骨骼機(jī)器人產(chǎn)品已經(jīng)經(jīng)歷了5代更迭，全國(guó)共有150家左右的醫(yī)院累計(jì)租借過(guò)300多套外骨骼機(jī)器人。在醫(yī)用之外，此前美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局還研發(fā)了專(zhuān)門(mén)針對(duì)單兵負(fù)重作戰(zhàn)的軍用外骨骼機(jī)器人。
雖然國(guó)外在這一研究領(lǐng)域起步較早，但我國(guó)也正在迎頭趕上。
當(dāng)前，中國(guó)已經(jīng)成為繼美國(guó)、以色列和日本之后，第4個(gè)成功研發(fā)出外骨骼機(jī)器人的國(guó)家。中國(guó)科學(xué)院、電子科技大學(xué)、浙江大學(xué)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)和華南理工大學(xué)等科研院所和高校都已組建起自己的外骨骼機(jī)器人研發(fā)團(tuán)隊(duì)，并取得了一定的進(jìn)展。
在8月剛剛閉幕的第26屆中國(guó)國(guó)際醫(yī)用儀器設(shè)備展覽會(huì)暨技術(shù)交流會(huì)上，外骨骼機(jī)器人就再一次吸引了參觀(guān)者的目光。據(jù)悉，這款產(chǎn)品是國(guó)家級(jí)科研成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目，可以提供一整套數(shù)字化康復(fù)智能體系,減少患者康復(fù)成本，減輕患者及家屬的心理壓力。
其實(shí)，外骨骼機(jī)器人的前景遠(yuǎn)比人們認(rèn)識(shí)到的更為廣闊。不僅是下肢運(yùn)動(dòng)，外骨骼機(jī)器人還可以輔助中風(fēng)、腦癱患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，幫助他們?cè)谶\(yùn)動(dòng)中刺激神經(jīng)康復(fù)。未來(lái)一旦實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，外骨骼機(jī)器人將很快在手術(shù)臺(tái)之外，幫助越來(lái)越多的患者過(guò)上正常的生活，大展身手。■