文档介绍：展望:通过BCI、Powered orthoses和FES能否实现脊髓损伤患者的步行运动
魏鹏绪中国康复研究中心
摘要:
脊髓损伤导致的步行功能障碍造成严重的社会负担。本文汇总相关文献和研究进展,对脑机接口、动力性矫形器和功能性电刺激等技术在脊髓损伤患者步行功能恢复研究领域的发展现状和存在的问题进行分析和讨论,认为综合上述技术手段,有望部分恢复脊髓损伤患者的步行功能。
关键词:脊髓损伤;步行;脑机接口;动力性矫形器;功能性电刺激;康复
脊髓损伤导致的步行功能障碍,是患者功能受限、自理受限、从业和劳动能力受限的主要直接原因之一。步行能力减退甚至丧失,还会带来心肺功能下降、压疮、骨质疏松等多方面的问题。不论对患者个人、家庭还是整个社会,步行障碍都是疾病所致严重负担的重要因素。最大程度地恢复患者的步行能力,对患者的生理、心理、生活、就业都具有相当重要的意义;对减轻因疾病带来的个体和国家的经济压力,也极为有益。脑机接口(BCI)、动力性矫形器和功能性电刺激(FES)是近期被认为有望重建脊髓损伤患者步行功能的技术手段。本文对国内外学者近期进行相关技术的研究状况进行汇总,并辨析现有研究工作中存在的问题,分析重建脊髓损伤患者步行功能的可能性。
现有的双足机器人、载人双足机器人、截瘫患者步行机器人代表性产品概况:
美国的双足机器人:
Sarcos Research Corporation研制的双足机器人外形接近真人,可以在很大程度上模仿人的运动,可以跳舞、下蹲、步行,且具有抗干扰平衡能力,可在受到外力干扰时避免跌倒。2008年1月,美国和日本联合研究团队的初步研究结果显示,猴子进行步行意象运动时,产生的脑电信号可以驱动双足机器人步行(非载人机器人),研究中采用的机器人即为Sarcos Research Corporation研制的双足机器人。
日本的载人双足机器人:
日本早稻田大学研制开发的WL-16载人两足机器人,是世界上第一台能够实现载人步行的两足步行机器人。日本丰田公司于2004年底推出了一系列“伙伴机器人”,其中包括一台可搭乘人的两足机器人,最终目的是在有人乘坐的情况下,实现包括上下楼梯在内的灵活运动。
国内的载人双足机器人:
上海交通大学在研的两足步行椅机器人:上海交通大学已经开始了两足步行椅机器人的研究,并在2003年底获得科技部国际合作重点项目“人机一体化两足步行假肢研究”(课题编号:233-453333/6)资助。
截瘫患者步行机器人:
Lokomat®是代表性产品,属于机器人辅助的步行平板训练,仅在Treadmill环境中使用,适用于训练目的。
现有产品存在的问题:
Sarcos Research Corporation研制的双足机器人不具备载人功能,不能使人体产生步行运动。
日本和国内的三种双足载人机器人都是在人体保持坐位、下肢静止状态下,纯粹依靠机械的运动完成移动,移动时没有人体下肢关节的运动。是“乘坐”的概念,而不是依靠患者自身关节的运动实现步行。此外,由于安全性的问题(避免跌倒)尚未解决,尚无法商品化。Lokomat®只能在悬吊系统支持下在步行平板上使用,属于训练用设备,其目的不是在实际环境中步行。
通过瘫痪病人的意念驱动外周效应设备,产生步行,是恢复瘫痪患者步行功能的方法之一。多项初步研究结果显示,意