如果不幸在兒童時期罹患腦癱，那么成人后，病患僅有50%的概率能夠獨立行走。但如今，一種被稱作“外骨骼機器人”的全新設(shè)備，或許有望改變這一局面。
8月下旬，一項剛剛發(fā)表在《科學(xué)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》雜志上的研究稱，研究人員開發(fā)出的外骨骼機器人已經(jīng)成功幫助絕大多數(shù)實驗參與者伸直雙腿，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技術(shù)中獲益。”美國哥倫比亞大學(xué)的Sunil Agrawal表示。
神奇的“骨骼”
腦癱是一種小兒常見的中樞神經(jīng)障礙綜合征，雖然病變部位在腦部，但卻會累及四肢，引發(fā)運動與協(xié)調(diào)問題。
因腦癱而伴有蹲伏步態(tài)的兒童，雖然能夠自行行走，但行走過程中會出現(xiàn)膝蓋過度彎曲的情況。可怕的是，即便在兒童時期能夠行走，但伴隨著患兒的成長和體重的增加，肌肉漸漸無法負荷，也會導(dǎo)致很多人在成年后完全喪失運動能力。
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)療機構(gòu)擁有龐大而笨重的機器人設(shè)備，能夠幫助腦癱患兒進行行走訓(xùn)練。但這些設(shè)備大多配有一個天花板滑輪系統(tǒng)，因此其很難真正走進每個患兒的家庭。
而現(xiàn)在，這一局面得到了改善。這一由美國國立衛(wèi)生研究院開發(fā)的最新的外骨骼機器人是完全可移動的。外骨骼機器人上安裝有傳感器，負責(zé)監(jiān)測使用者每一步的數(shù)據(jù)，然后放置在背包里的計算機會對這些監(jiān)測數(shù)據(jù)進行加工處理。
7名年齡在5~19歲的兒童和青少年參加了此項研究，并且未有一人穿戴后出現(xiàn)跌倒的情況。經(jīng)過6次訓(xùn)練課程后，在7名參與實驗的兒童中，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到了13度。
更讓研究人員感到驚喜的是，外骨骼機器人不僅成功協(xié)助兒童保持了運動的狀態(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器人時，他們的肌肉也會保持活躍狀態(tài)。
在研究者之一、美國國立衛(wèi)生研究院生物醫(yī)藥工程師Thomas Bulea看來，這項研究是一個初步的嘗試，證明了外骨骼機器人技術(shù)確實值得作為幫助腦癱患兒行走的工具得到進一步的深入研究。現(xiàn)在，研究人員正考慮是否應(yīng)該讓參與者們長期使用這種外骨骼機器人，因為大范圍的訓(xùn)練能夠使患兒走得更久。
“如果我們能在兒童和青少年時期就改變患者的蹲伏步態(tài)，那么就能使他們在成年后依然保持運動能力。借助外骨骼機器人只是暫時的，我們想要的是他們最終能夠獨立行走。”Bulea表示。
這些通過訓(xùn)練獲得的改善也被孩子們切切實實地看在眼里。對此，Bulea表示，伴隨著外骨骼機器人的使用，未來的效果會更好。
些許擔(dān)憂
這項新的技術(shù)無疑為腦癱患兒帶來了希望，但同時，仍需看到其存在的一些明顯問題。
首先，在這項研究中，研究人員只招募了那些尚有獨立行動能力的患兒參與實驗，這就具備一定的局限性。為此，研究人員也想要在后續(xù)的實驗中弄清楚，對于那些已經(jīng)喪失行動能力，或者因脊柱裂及肌肉萎縮癥等其他情況導(dǎo)致運動障礙的兒童，外骨骼機器人是否同樣能夠發(fā)揮作用。
“它可能對一些孩子有幫助，但對于病情更為嚴(yán)重的患兒就沒有效果。”沒有參與這項研究的美國加州大學(xué)洛杉磯分校神經(jīng)康復(fù)與研究項目主任Bruce Dobkin指出。
此外，還有一些人擔(dān)心單純借助外骨骼機器人并不能在兒童時期保護患兒的運動能力，可能還需要外科手術(shù)和藥物治療的介入。
Agrawal也在從事針對腦癱患兒的外骨骼機器人研究，并通過將電線連接到腿部而創(chuàng)建了一個模型。在他看來，無論哪一種方式都有其兩面性。“但我相信，長期的研究能夠找到最好的方法。”
也許正如Agrawal所說的，只有更深入和廣泛的后續(xù)研究才能對這些擔(dān)憂做出回答。而研究人員也將會對這款外骨骼機器人進行持續(xù)的改進，以期兒童能夠穿著它走出實驗室——因為大量的練習(xí)將會帶來更多的好處。
但有一件事情是確定的：1年之內(nèi)，在即便沒有康復(fù)治療師介入的情況下堅持每天使用這種外骨骼機器人1小時，就可以讓更多的孩子接觸到物理治療，并讓他們走的“更遠”。
前途無量
不得不提的是，這項研究之所以如此引人關(guān)注，很重要的一點是因為這是科學(xué)家們首次嘗試將外骨骼機器人技術(shù)應(yīng)用于青少年和兒童。此前，外骨骼機器人技術(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年巴西世界杯開幕式上，28歲的巴西小伙子諾平托在腦控外骨骼機器人技術(shù)的幫助下，為巴西世界杯開出了第一球。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)裝置項目“重新行走工程”。
有關(guān)外骨骼機器人的研發(fā)，最早開始于美、日等國。也正是由于起步早，學(xué)科資源豐富，這些國家在外骨骼機器人的開發(fā)上一路領(lǐng)跑。
迄今為止，日本筑波大學(xué)研發(fā)的外骨骼機器人產(chǎn)品已經(jīng)經(jīng)歷了5代更迭，全國共有150家左右的醫(yī)院累計租借過300多套外骨骼機器人。在醫(yī)用之外，此前美國國防部高級研究計劃局還研發(fā)了專門針對單兵負重作戰(zhàn)的軍用外骨骼機器人。
雖然國外在這一研究領(lǐng)域起步較早，但我國也正在迎頭趕上。
當(dāng)前，中國已經(jīng)成為繼美國、以色列和日本之后，第4個成功研發(fā)出外骨骼機器人的國家。中國科學(xué)院、電子科技大學(xué)、浙江大學(xué)、中國科學(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器人研發(fā)團隊，并取得了一定的進展。
在8月剛剛閉幕的第26屆中國國際醫(yī)用儀器設(shè)備展覽會暨技術(shù)交流會上，外骨骼機器人就再一次吸引了參觀者的目光。據(jù)悉，這款產(chǎn)品是國家級科研成果轉(zhuǎn)化項目，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，外骨骼機器人的前景遠比人們認識到的更為廣闊。不僅是下肢運動，外骨骼機器人還可以輔助中風(fēng)、腦癱患者進行康復(fù)訓(xùn)練，幫助他們在運動中刺激神經(jīng)康復(fù)。未來一旦實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，外骨骼機器人將很快在手術(shù)臺之外，幫助越來越多的患者過上正常的生活，大展身手。■