创新的进步：软机器人外衣改善了帕金森病患者的行走

机器人外衣消除了步态冻结，这是一种常见且高度衰弱的症状。

冰冻是帕金森病最常见和最使人衰弱的症状之一，帕金森病是一种神经退行性疾病，影响着全球900多万人。当帕金森病患者冻结时，他们突然失去了移动双脚的能力，通常是中步，导致一系列断断续续的口吃步骤，这些步骤会变短，直到人完全停止。这些事件是帕金森病患者跌倒的最大因素之一。

目前的治疗方法和新的研究进展

今天，冷冻通过一系列药物、手术或行为疗法进行治疗，但没有一种特别有效。

如果有一种方法可以完全停止冻结呢？

哈佛大学约翰·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了一种柔软的可穿戴机器人来帮助帕金森氏症患者行走而不会冻结。穿在臀部和大腿周围的机器人服装在腿部摆动时轻轻推动臀部，帮助患者实现更长的步幅。

该设备完全消除了参与者在室内行走时的冻结，使他们能够比没有服装帮助时走得更快、更远。

穿在臀部和大腿周围的机器人服装（上图）在腿部摆动时轻轻推动臀部，帮助患者实现更长的步幅。

研究结果和参与者体验

“我们发现，在我们的研究中，我们的柔软机器人服装仅提供少量的机械辅助，即可提供即时效果，并持续改善个人在各种条件下的行走，”SEAS工程与应用科学Paul A. Maeder教授Conor Walsh说。

该研究表明，软机器人技术在治疗帕金森病这种令人沮丧且具有潜在危险的症状方面具有潜力，并且可以使患有这种疾病的人不仅恢复行动能力，而且恢复独立性。

该研究将于今日（1月5日）发表在《自然医学》杂志上。

研究与合作的背景

十多年来，沃尔什在SEAS的生物设计实验室一直在开发辅助和康复机器人技术，以改善中风后个人和患有ALS或其他影响行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衣，得到了Wyss生物启发工程研究所的支持，并由ReWalk Robotics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资助，以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实验室为中心，其使命是通过合作空间，资金，研发基础设施和经验来支持人类绩效提高的进步，这些经验将有前途的研究转化为成熟的技术，可以通过与行业合作伙伴的合作进行转化。

这项研究源于这种伙伴关系。

“利用软可穿戴机器人来防止帕金森氏症患者的步态冻结需要工程师，康复科学家，物理治疗师，生物力学家和服装设计师之间的合作，”沃尔什说，他的团队与特里·埃利斯（Terry Ellis）密切合作，教授兼物理治疗系主任兼波士顿大学神经康复中心主任。

案例研究和技术影响

该团队花了六个月的时间与一名患有帕金森病的73岁男子一起工作，尽管他使用了手术和药物治疗，但他每天忍受了超过10次的大量和丧失能力的冻结发作，导致他经常跌倒。这些事件使他无法在社区中走动，并迫使他依靠踏板车在外面四处走动。

在之前的研究中，Walsh和他的团队利用人机交互优化来证明，一种柔软的可穿戴设备可用于增强髋关节屈曲并帮助向前摆动腿部，从而提供一种有效的方法来减少健康个体行走过程中的能量消耗。

在这里，研究人员使用了相同的方法，但解决了冻结问题。可穿戴设备使用电缆驱动的执行器和传感器，佩戴在腰部和大腿周围。使用传感器收集的运动数据，算法估计步态的相位，并产生与肌肉运动同步的辅助力。

效果是立竿见影的。在没有任何特殊训练的情况下，患者能够在室内行走而不会结冰，在室外偶尔会发作。他还能够在不冻结的情况下走路和说话，没有该设备是罕见的。

“我们的团队非常高兴看到这项技术对参与者步行的影响，”SEAS的前博士生、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：“这套衣服帮助我迈出更长的步伐，当它不活跃时，我注意到我的脚拖得更远。它真的帮助了我，我觉得这是向前迈出的积极一步。它可以帮助我走得更远，保持我的生活质量。

“我们的研究参与者自愿花时间是真正的合作伙伴，”沃尔什说。“因为移动很困难，所以这个人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，而人们对步态冻结知之甚少。

“因为我们并不真正了解冷冻，所以我们真的不知道为什么这种方法效果如此之好，”埃利斯说。“但这项工作表明，’自下而上’而不是’自上而下’的解决方案对治疗步态冻结的潜在好处。我们看到，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枢处理。