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机器人技术与脊髓刺激恢复瘫痪运动功能

科学家开发了一种将康复机器人技术与脊髓刺激相结合的方法,用于恢复脊髓损伤患者的运动功能。该技术增强了康复效果,使患者能够进行骑行和户外行走等活动。

.NeuroRestore 的一个由 Grégoire Courtine 和 Jocelyne Bloch 领导的团队现已开发出一种系统,该系统能将植入式脊髓神经假体与康复机器人技术无缝集成。研究人员的设备提供时机精准的电脉冲,配合机器人运动刺激肌肉,从而在治疗过程中产生自然且协调的肌肉活动。这项神经假体创新利用了 EPFL(洛桑联邦理工学院)Auke Ijspeert 教授实验室的机器人技术专长。这一进步不仅增强了即时活动能力,还促进了长期恢复。

“脊髓刺激与康复或娱乐机器人的无缝集成,将加速这种疗法作为标准护理手段在脊髓损伤群体中的推广应用,”Courtine 说。这种适应性确保了康复专业人员能够将这项技术融入全球现有的康复方案中。联合疗法也带来了重大挑战,因为每种疗法都需要精确的同步。脊髓刺激策略必须在空间和时间上进行调节以匹配患者的运动,而将其与广泛使用的机器人康复系统集成则需要一个灵活且适应性强的框架。

该技术依赖于一个全植入式脊髓刺激器,可提供仿生硬膜外电刺激(electrical epidural stimulation)。与传统的功能性电刺激不同,该方法通过模拟自然神经信号更有效地激活运动神经元。

研究人员将硬膜外电刺激与各种机器人康复设备——包括跑步机、外骨骼和固定自行车——集成在一起,确保刺激与运动的每个阶段精确同步。该系统使用无线传感器检测肢体运动并实时自动调整刺激,从而实现无缝的用户体验。

在一项涉及五名脊髓损伤患者的概念验证研究中,机器人技术与硬膜外电刺激的结合产生了即时且持续的肌肉激活效果。参与者不仅在机器人辅助治疗期间恢复了肌肉参与能力,而且部分人在刺激关闭后甚至改善了自主运动能力。

研究人员还与康复中心密切合作,测试该刺激系统与广泛使用的机器人设备的集成效果。“我们走访了多家康复中心,用他们日常使用的机器人系统测试我们的刺激技术,目睹他们的热情令人倍感欣慰,”.NeuroRestore 研究员 Nicolas Hankov 和 BioRob 研究员 Miroslav Caban(该研究的第一作者)说道。“亲眼见证我们的方法如何与现有的康复方案无缝集成,进一步印证了其通过提供易于在多种康复环境中采用和部署的技术框架,从而改变脊髓损伤患者护理的潜力。”

该研究还展示了这种方法在临床环境之外的潜力,参与者使用该系统借助助行器行走并在户外骑行,验证了其在现实世界中的影响。

这项创新技术为脊髓损伤患者带来了新的希望,提供了一种比单纯机器人技术更有效的康复方法。通过使康复过程更具活力和吸引力,它有潜力显著改善康复结果。虽然需要未来的临床试验来确定其长期益处,但初步结果表明,将神经假体与康复机器人技术相结合可能会重新定义瘫痪后的活动能力恢复。