脊髓損傷 (SCI) 患者常因長期臥床和乘坐輪椅而容易罹患褥瘡、骨密度下降、下肢關(guān)節(jié)攣縮和深靜脈血栓 (DVT) 等并發(fā)癥。一旦 DVT 栓子從下肢靜脈血管壁脫落并隨血流進(jìn)入肺動脈 (PA)，肺動脈血栓(PE) 發(fā)生的風(fēng)險將會增高。PE 可能會導(dǎo)致呼吸困難和胸痛，并且癥狀也相當(dāng)嚴(yán)重，病死率高于 30%。
而使用外骨骼機(jī)器人進(jìn)行步態(tài)支持訓(xùn)練，不僅可使患者更有效的移動肢體，而且在地面反作用力 (GRF) 的作用下，對肌肉骨骼系統(tǒng)也會形成刺激，從而降低上述事件的發(fā)生。此外，步態(tài)支持還有助于行走功能的再學(xué)習(xí)，尤其對嚴(yán)重脊髓損傷患者。再者，機(jī)器人在提供步態(tài)支持的同時，也可以幫助患者保持或重獲感覺功能。
為了對一種新型可穿戴外骨骼機(jī)器人進(jìn)行評估，來自日本筑波大學(xué) Cybernics 研究中心的 Atsushi Tsukahara 學(xué)者等進(jìn)行了相關(guān)研究，并發(fā)表于 Neural Syst Rehabil Eng 2014 年 10 月刊上。
該研究使用的步態(tài)評估器不僅能夠根據(jù)地面反做用力中點(diǎn) (CoGRF) 引導(dǎo)擺腿初始意向，還能夠根據(jù)步行速度推斷出擺腿速度。(如圖 1)
圖 1 HAL 系統(tǒng)是專門為不能站立與行走的嚴(yán)重癱瘓者配置的。它可以根據(jù) GRF 和患者的步行速度來調(diào)整各軸的運(yùn)轉(zhuǎn)，并使患者癱瘓下肢完成協(xié)調(diào)性運(yùn)動。
在該研究中，研究人員首先介紹了步態(tài)支持系統(tǒng)的發(fā)展，包括步態(tài)意圖評估器、軌跡記錄儀和步態(tài)記錄儀。在造模并裝備外骨骼機(jī)器人 (混合助力義肢，HAL) 以及制定評估計劃后，使用該支持系統(tǒng)進(jìn)行了步態(tài)支持初級實(shí)驗(測試其安全性、有效性、穩(wěn)定性及調(diào)整準(zhǔn)確性)，并將該支持系統(tǒng)用于嚴(yán)重 SCI 患者進(jìn)行實(shí)際測試(10 分鐘步行測試)。
結(jié)果顯示，該系統(tǒng)可以輔助患者順利完成系統(tǒng)化的行走，同時也可以根據(jù)步行速度來調(diào)整擺腿速度。而該系統(tǒng)與膝 - 踝 - 足支具的主要區(qū)別點(diǎn)在于，該系統(tǒng)主要是通過捕獲 CoGRF 分布和行走時間來確定步態(tài)特征的。
通過本實(shí)驗的研究驗證，研究人員闡述了該步態(tài)支持運(yùn)算系統(tǒng)的有效性和實(shí)際可行性。并且指出，該系統(tǒng)可為 SCI 患者和臨床實(shí)踐提供一種早期、安全、有效的步態(tài)支持和訓(xùn)練系統(tǒng)。
