一種柔性可穿戴機(jī)器人幫助一名73歲的男性帕金森病患者消除了在室內(nèi)行走時(shí)的步態(tài)凍結(jié)（freezing）。這種設(shè)備由美國哈佛大學(xué)（Harvard University）工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院和波士頓大學(xué)（Boston University）健康與康復(fù)科學(xué)學(xué)院的研究人員合作開發(fā)。相關(guān)論文于當(dāng)?shù)貢r(shí)間2023年1月5日在線發(fā)表于《自然-醫(yī)學(xué)》（Nature Medicine）。

帕金森病是一種神經(jīng)退行性疾病，2018年被納入中國《第一批罕見病名錄》。大腦中產(chǎn)生多巴胺的神經(jīng)元缺失，導(dǎo)致運(yùn)動自主性降低，患者會出現(xiàn)步態(tài)障礙，表現(xiàn)為運(yùn)動遲緩、費(fèi)力等。數(shù)據(jù)顯示，全球有超過940萬人患有帕金森病，預(yù)計(jì)到2040年，其患病率將翻倍。隨著帕金森病的進(jìn)展，高達(dá) 80%的患者會出現(xiàn)步態(tài)凍結(jié)。

步態(tài)凍結(jié)患者有行走意圖，但足部向前運(yùn)動的動作仍會偶然缺失或在數(shù)量上明顯減少。有人將這種現(xiàn)象描述為“腳被粘在地板上”。步態(tài)凍結(jié)可能造成的后果包括喪失活動能力和獨(dú)立性，頻繁跌倒，殘疾惡化，生活質(zhì)量下降。

目前臨床上有多種措施可以對步態(tài)凍結(jié)進(jìn)行有限的干預(yù)，包括藥物治療、腦深部電刺激（DBS）等，但尚無方法可以產(chǎn)生持續(xù)的、即時(shí)的效果。

近日，廣東省第二人民醫(yī)院神經(jīng)外科醫(yī)生、功能神經(jīng)調(diào)控實(shí)驗(yàn)室副主任醫(yī)師盧健軍在接受澎湃科技采訪時(shí)表示，可穿戴機(jī)器人最具價(jià)值的地方在于，其傳感器可以及時(shí)、準(zhǔn)確識別患者出現(xiàn)步態(tài)凍結(jié)的時(shí)間。對于步態(tài)凍結(jié)的干預(yù)來說，這是最難、最關(guān)鍵的。但這只是個(gè)案，不能保證這種可穿戴機(jī)器人對其他帕金森病患者也有效。

柔性可穿戴機(jī)器人消除帕金森病患者步態(tài)凍結(jié)

在這項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)在6個(gè)月的時(shí)間內(nèi)與一名罹患特發(fā)性帕金森病10年的73歲男性患者進(jìn)行合作。這名患者在被診斷為帕金森病后5年內(nèi)接受了深部腦刺激手術(shù)，此后刺激器全天開啟，研究訪問期間亦如此，同時(shí)接受藥物治療。盡管如此，他還是經(jīng)歷了嚴(yán)重的步態(tài)凍結(jié)，每天發(fā)作10多次，且每天跌倒。因此，他在室內(nèi)行走時(shí)需要扶住墻壁，無法在社區(qū)內(nèi)行走，外出要依靠代步車進(jìn)行移動。

在四個(gè)獨(dú)立研究中，當(dāng)穿上可穿戴機(jī)器人服裝時(shí)，患者在室內(nèi)行走時(shí)的步態(tài)凍結(jié)消失了，總步行距離提高了50%。在沒有可穿戴機(jī)器人的幫助時(shí)，其總步行距離為96米，穿上后為143米。在室外行走時(shí)，患者的步態(tài)凍結(jié)偶爾發(fā)作。研究人員在論文中稱，這些效果是在患者沒有經(jīng)過任何事先訓(xùn)練的情況下觀察到的。

這名患者報(bào)告說，可穿戴機(jī)器人使他延長步幅，并減少走路時(shí)腳步的拖拽，使他在行走時(shí)不那么費(fèi)力，最終阻止了步態(tài)凍結(jié)。他認(rèn)為可穿戴機(jī)器人服裝有助于將他的活動范圍擴(kuò)展到家以外的地方，因此他有興趣穿上它。

這種可穿戴機(jī)器人主要被“穿戴”在腰部和大腿周圍。在此前的研究中，哈佛大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的康納·沃爾什（Conor J. Walsh）團(tuán)隊(duì)證實(shí)了該柔性可穿戴設(shè)備可以增加髖關(guān)節(jié)屈曲度，并協(xié)助向前擺動腿部，從而幫助健康人在行走時(shí)減少能量消耗。

“我們發(fā)現(xiàn)，在研究中，軟性機(jī)器人服裝僅提供少量的機(jī)械輔助，即可提供即時(shí)效果，并持續(xù)改善個(gè)人在各種條件下的行走。”沃爾什在哈佛大學(xué)的一份新聞稿說。

最大的價(jià)值是及早識別步態(tài)凍結(jié)的信號

2022年8月，廣東省第二人民醫(yī)院公眾號曾發(fā)布一則消息，一位90多歲的男性帕金森病患者因行走不便，想嘗試腦深部電刺激手術(shù)，醫(yī)生評估后認(rèn)為這并不是一個(gè)合適的方案。盧健軍給他提供了一個(gè)簡單的凍結(jié)步態(tài)干預(yù)裝置，老人使用后即可順利行走。

這種凍結(jié)步態(tài)干預(yù)裝置通過感應(yīng)器提前預(yù)知凍結(jié)步態(tài)的產(chǎn)生，立即通過激光、音樂以及腳踝震動進(jìn)行步態(tài)干預(yù)，從而讓患者擺脫凍結(jié)狀態(tài)。盧健軍告訴澎湃科技，這種凍結(jié)步態(tài)干預(yù)裝置屬于補(bǔ)償療法，“步態(tài)是一個(gè)自發(fā)的過程，當(dāng)自動執(zhí)行出現(xiàn)問題以后，身體可以通過其他環(huán)路進(jìn)行代償，例如視覺、聽覺等刺激信號。”

沃爾什等人開發(fā)的柔性可穿戴機(jī)器人使用的是一種新方法，通過一個(gè)傳感器來識別步態(tài)凍結(jié)發(fā)生的信號，用一個(gè)相對柔軟的外骨骼設(shè)備直接干預(yù)患者的步態(tài)。這是一種外源性的方法。

盧健軍認(rèn)為，除了可穿戴機(jī)器人本身可提供的力量支持外，一些力量反饋到大腦，可能是一個(gè)新的可改善步態(tài)的運(yùn)動環(huán)路。它最大的價(jià)值在于，其傳感器可以及時(shí)、準(zhǔn)確識別患者出現(xiàn)步態(tài)凍結(jié)的時(shí)間。

這種可穿戴機(jī)器人和過去已經(jīng)在臨床上應(yīng)用的下半身康復(fù)機(jī)器人相似。“但是原先的設(shè)備很重，患者通常只能在醫(yī)院使用，日常使用不夠便捷，而這個(gè)可穿戴機(jī)器人柔軟、輕便。”盧健軍說。

近年來出現(xiàn)了很多可能改善步態(tài)凍結(jié)的新方法。2023年11月，瑞士科學(xué)家在《自然-醫(yī)學(xué)》發(fā)表了一項(xiàng)研究。他們開發(fā)了一種脊柱植入物，可以向脊髓輸送電刺激，極大地改善了一名晚期帕金森病患者的活動能力，使其可以流暢行走。這是一種內(nèi)源性的新方法，需要通過手術(shù)來進(jìn)行。

相比之下，沃爾什團(tuán)隊(duì)開發(fā)的柔性可穿戴機(jī)器人具有無創(chuàng)的優(yōu)勢。“對于一些不適合手術(shù)的帕金森病患者，如年齡很大、有基礎(chǔ)疾病的人，可穿戴機(jī)器人的治療風(fēng)險(xiǎn)更低。”盧健軍說，不過，患者一旦離開可穿戴機(jī)器人，可能又恢復(fù)到步態(tài)凍結(jié)的狀態(tài)。此外，患者仍需慢慢學(xué)習(xí)，最終和機(jī)器達(dá)到很好的配合。

“這項(xiàng)研究的結(jié)果比較樂觀，但這是一個(gè)個(gè)案，只能作為參考。”盧健軍提醒，“這個(gè)可穿戴機(jī)器人仍然處于探索階段，對論文中的一個(gè)患者有效，但不能保證對其他帕金森病也有效。”

這和凍結(jié)步態(tài)本身的復(fù)雜性有關(guān)。據(jù)盧健軍介紹，凍結(jié)步態(tài)在臨床上分為三個(gè)亞型：一種是藥物敏感型，即服用了藥物就不會再出現(xiàn)凍結(jié)步態(tài)；第二種是藥物抵抗型，即服用藥物無法改善他的凍結(jié)步態(tài)；第三種是藥物誘導(dǎo)型，即服用藥物反而導(dǎo)致患者出現(xiàn)凍結(jié)步態(tài)。

沃爾什等人在論文中說，凍結(jié)步態(tài)的起源是復(fù)雜的、多因素的，人們對它知之甚少。論文的共同作者、波士頓大學(xué)的特里·埃利斯（Terry D. Ellis）說，“我們并沒有真正理解凍結(jié)步態(tài)，我們并不真正知道為什么這種方法如此有效。但這項(xiàng)工作表明通過‘自下而上’而不是‘自上而下’方案治療凍結(jié)步態(tài)的潛在益處。我們看到，恢復(fù)幾乎正常的生物力學(xué)會改變步態(tài)的動力學(xué)，并可能影響步態(tài)控制的中樞處理。”

文章來源：澎湃新聞

作者：曹年潤