【技术前哨】这款外骨骼机器人将帮助脑瘫儿童重获行走的能力!

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傅利叶智能 发表于 2017-9-12 19:00:01 来自手机 | 显示全部楼层 |阅读模式

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在美国,1000个学龄儿童中就约有3.6人患有脑瘫。其中大部分患者都会出现步态异常的情况,来自美国国家卫生临床研究中心的科学家们,希望通过外骨骼技术来帮助他们帮助脑瘫儿童改善蹲伏步态(Crouch Gait)并重获正常行走的能力。该论文发表在《自然•转化医学》杂志上。


说起外骨骼机器人,大家首先想到是帮助瘫痪病人直立行走,或者是帮助士兵可以提高负重和长行军能力。


在美国国家卫生临床研究中心,由Dr.Bulea领导的研究小组开发了一款能够改善脑瘫儿童步态的外骨骼机器人。


▲ 美国国家卫生临床研究中心


许多患有脑瘫的儿童会表现出所谓的蹲伏步态(Crouch Gait)患者在走路时的摆动相和支撑相都保持屈膝状态,包括髋关节和膝关节过度的屈曲以及踝关节的背伸。这种笨拙的行走方式既低效又累人,但迄今为止,改善这种状况的解决方案仍然极其有限。


▲ 蹲伏步态(Crouch Gait)


这款外骨骼由电机、EMG电极片、以及腿部绷带组成。在控制方面,采用的是PID运动控制器来补偿摩擦力和惯性,从而在每个步态动作中输出特定的扭矩,并在无辅助力提供的情况下保持零扭矩输出。

下肢外骨骼机器人结构图


这款外骨骼不是单纯的引导下肢做出动作,而是在动态环境下,将一个行走周期分割成多组离散动作。从而在每个离散动作中调整膝关节辅助力。这种方式可以提高和保持膝关节伸肌的运动活性。


外骨骼机器人工作原理示意图


该论文的结果表明:在一项对7个患有脑瘫的孩子的临床研究中,有六人的步态姿势都有了显著改善。不仅如此,相对于传统的入侵式整形手术,采用外骨骼机器的康复疗法可以起到同样的疗效。


受试者正在用外骨骼机器人进行步行训练


一个简单的创意,对于需要它的人来说却意义非凡!这就是创新的魔力,也是我们“傅利叶”杯-中国康复人创意大赛所积极倡导的。我们坚信,好的创意都是与患者的不断交流与了解中迸发的,而更为重要的是能够坚持并把它得以实现。


以下视频是受试者正在使用外骨骼机器人进行步行训练的录像,有兴趣的童鞋可以看看~



参考资料:

Lerner, Z.F., Damiano, D.L. and Bulea, T.C., 2017. A lower-extremity exoskeleton improves knee extension in children with crouch gait from cerebral palsy. Science Translational Medicine, 9(404), p.eaam9145.




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