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  • 中风患者的重大利好!用大脑意念就能控制外骨骼

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    • 时间:2016-09-28
    • 来源: 雷锋网
    • 编译:zy
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       大多数人可能不知道,每六个人中就有一个可能会中风;在瑞典,每年有一万六千人中风,他们中的三分之二手臂会瘫痪。拓展训练能让病患们重获控制手臂和手的能力,当然,大脑的受损程度直接影响了康复程度。这是传统理疗能力的可以获得的疗效,而目前我们有了一个全新的备选项——机器人
     

     
      苏黎世联邦理工学院的教授Roger Gassert研发了一系列能够训练手臂功能的机器人技术设备,它们可以成为中风患者康复治疗的一部分。然而,不论是理疗还是机器人辅助的治疗,疗程都是由每天一到两节训练课程组成的,这对病患而言是很心累的,因为他们要在往返理疗中心的路上耗费大量时间。
     
      外骨骼摇身一变,成为训练型机器人
     
      “我的观点是,不要让病患们专程来到诊所中进行康复性训练,相反,我们要让这样的锻炼融入到他们居家生活的点点滴滴,方方面面。”Gassert表示,这是他与日本九州大学的Jumpei Arata教授交流后得到的想法(Arata曾于2010年学术假期期间,在Gassert的实验室工作过)。
     
      “第一,现有的外骨骼都太重了,这让病患们很难举起他们的手;第二,他们也很难感知物体的存在;第三,想要抓取物体的时候,他们不知道到底该出几分力气。所以,我们想要发明一个模型,让他们的手掌更自由,这样他们就可以完成日常的各种任务,实现运动功能和体觉功能。” Gassert说。针对这个问题,Arate发明了一个手指三重钢板弹簧。发动机在中间的弹簧移动,它能把力量通过另外两个弹簧传输到手指的各个部位。如此一来,手指可以自动适应物体的形状,方便患者抓取物体。
     
      但是,这个集成动力设置会将外骨骼的重量增加到250克,这在临床试验中对病患而言已经非常重了。解决这个问题的方法是,把发动机改装到病患的后背上,这样力量就可以通过自行车闸线被转换到外骨骼上。手部装置模型的重量不到120克,但它坚固到可以提起一瓶一升的矿泉水。
     
      中风患者的重大利好!用大脑意念就能控制外骨骼

      探究大脑处理机制
     
      大脑中到底有些什么奥秘?在中风之后,大脑是如何将指令传递到手足的?Gassert解释道:“病情严重者的大脑和手部的连接已经被严重破坏,所以我们需要帮助他们将指令自然而然地传递到机器人装置。”也就是说,他们要察觉到病患大脑中移动手部的意图,并将这个信息传递到外骨骼,这个过程对治疗很有利。Gassert说,很多研究显示经常性的锻炼有可能加强手脑间现有的神经连接,而其中一个要点是,当大脑发出移动指令时,它能接受手部传来的体觉反馈。
     

     
      为了更好地了解大脑处理机制,Gassert与临床医生、神经学科学家和理疗师们一起展开了一项重要研究。在这项研究中,研究者们运用了各种可视影像技术,比如功能性磁共振成像(fMRI),它能够帮助科学家们绘制大脑活动图。这项技术让他们有了一些新的领悟,fMRI又贵又复杂,根本不适合用于理疗。“另外,它们也不便携”,Gassert补充道。所以,他开始想要运用一些更简单的技术,比如脑电图学以及功能近红外光谱系统(fNIRS),它们在同类技术中是最便宜的。目前,Gassert正在研究fNIRS的实际应用,这就更具挑战性了。
     
      另一些基本见解
     
      此处还有一个问题:我们还没有完全明白大脑是如何控制四肢,让它们与周遭环境进行互动的。“机器人技术对基本性研究做出了重大贡献。”Gassert解释道。比如,机器人技术专家已经发明了一个外骨骼,它能在人们行走的过程中,在200毫秒内限制膝关节的活动,并将自由度提高五度。有了感应器的帮助,科学家们可以测量这个过程中涉及到的各种力,并用相关数据推测大脑是如何调整膝关节的僵硬程度的。这项发明可以应用到对新型活动性假体的控制中。
     
      如果科学家们成功建立了大脑和外骨骼之间的互动联系,就可以研发出适用于治疗的装备了。但如果创伤是永久性的,那么机器人装备可以作为创口治疗的备选方案,为病患提供长期支持。然而,如果中风患者们期待能实现相当可观的康复,那机器人辅助治疗绝对是不二之选。
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