软机器人可穿戴设备改善帕金森病患者的行走能力
僵硬是帕金森病最常见、最令人衰弱的症状之一，帕金森病是一种神经退行性疾病，影响着全世界超过 900 万人。当患有帕金森病的人僵住时，他们会突然失去移动双脚的能力，通常是在迈出的中间，导致一系列断断续续的步态，步子会变短，直到完全停止。这些事件是帕金森病患者跌倒的最大原因之一。
如今，冻结症可以通过一系列药物、手术或行为疗法来治疗，但没有一种特别有效。
如果有一种方法可以完全停止冻结怎么办?
来自哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院(SEAS) 和波士顿大学萨金特健康与康复科学学院的研究人员使用一种柔软的可穿戴机器人来帮助帕金森病患者行走而不会冻僵。机器人服装穿在臀部和大腿周围，当腿部摆动时，会轻轻推动臀部，帮助患者迈出更大的步幅。
该设备完全消除了参与者在室内行走时的冻结现象，使他们比没有服装的帮助走得更快、更远。
“我们发现，在我们的研究中，我们的软机器人服装只需少量的机械辅助即可产生即时效果，并持续改善个体在各种条件下的行走能力，”保罗·A·梅德工程与应用教授康纳·沃尔什 (Conor Walsh)说道。 SEAS 科学和该研究的共同通讯作者。
这项研究表明，软机器人技术有可能治疗帕金森病这种令人沮丧且具有潜在危险的症状，并且可以让患有这种疾病的人不仅恢复活动能力，而且恢复独立性。
该研究发表在《自然医学》杂志上。
十多年来，沃尔什位于 SEAS 的生物设计实验室一直致力于开发辅助和康复机器人技术，以改善中风后患者以及患有 ALS 或其他影响活动能力的疾病的人的活动能力。其中一些技术，特别是用于中风后步态再训练的外骨骼，得到了Wyss 生物启发工程研究所的支持，并获得了ReWalk Robotics的许可和商业化。
2022 年，SEAS 和萨金特学院获得了马萨诸塞州技术合作组织的拨款，用于支持下一代机器人和可穿戴技术的开发和转化。该研究以Move Lab为中心，其使命是通过协作空间、资金、研发基础设施和必要的经验，支持人类绩效增强方面的进步，将有前景的研究转化为可通过与行业合作伙伴合作转化的成熟技术。
这项研究就是从这种伙伴关系中产生的。
“利用软体可穿戴机器人来防止帕金森病患者步态冻结，需要工程师、康复科学家、物理治疗师、生物力学学家和服装设计师之间的合作，”沃尔什说，他的团队与物理治疗系教授特里·埃利斯的团队密切合作波士顿大学神经康复中心 主席兼主任。
该团队花了六个月的时间对一名患有帕金森病的 73 岁男子进行治疗，尽管他同时采用了手术和药物治疗，但他每天都会遭受超过 10 次严重且丧失能力的冰冻发作，导致他经常跌倒。这些事件使他无法在社区内行走，并迫使他依靠踏板车在外面走动。
在之前的研究中，沃尔什和他的团队利用人机交互优化来证明，柔软的可穿戴设备可用于增强髋部屈曲并协助腿部向前摆动，从而提供一种有效的方法来减少步行过程中的能量消耗在健康个体中。
在这里，研究人员使用了相同的方法，但解决了冻结问题。该可穿戴设备使用电缆驱动的执行器和佩戴在腰部和大腿上的传感器。使用传感器收集的运动数据，算法可以估计步态的阶段，并与肌肉运动一起产生辅助力。
效果立竿见影。无需任何特殊训练，患者就能在室内行走，不会出现任何冰冻现象，在室外也只是偶尔出现一些情况。他还能够走路和说话而不会僵住，这在没有设备的情况下是罕见的。
“我们的团队非常高兴看到该技术对参与者行走的影响，”SEAS 前博士生、该研究的共同主要作者 Jinsoo Kim 说。
在研究访问期间，参与者告诉研究人员：“这套衣服可以帮助我走更长的步，当它不活动时，我注意到我的脚步更加拖沓。它确实对我有帮助，我觉得这是向前迈出的积极一步。它可以帮助我走得更远并保持我的生活质量。”
“我们自愿投入时间的研究参与者是真正的合作伙伴，”沃尔什说。“由于流动性很困难，对于这个人来说，甚至进入实验室都是一个真正的挑战，但我们从他的观点和反馈中受益匪浅。”
该设备还可用于更好地了解步态冻结的机制，而人们对此知之甚少。
“因为我们并不真正了解冷冻，我们也不知道为什么这种方法如此有效，”埃利斯说。“但这项工作表明，‘自下而上’而不是‘自上而下’的解决方案在治疗步态冻结方面具有潜在的好处。我们发现恢复几乎正常的生物力学会改变步态的外围动力学，并可能影响步态控制的中央处理。”
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