中風患者的福音,用大腦意念就能控制動力服

作者 | 發布日期 2016 年 09 月 27 日 13:00 | 分類 尖端科技 , 機器人 , 醫療科技 follow us in feedly

大多數人可能不知道,每 6 個人中就有一個可能會中風;在瑞典,每年有 1 萬 6,000 人中風,他們之中的三分之二手臂會癱瘓。拓展訓練能讓病患們重獲控制手臂和手的能力,當然,大腦的受損程度直接影響了康復程度。這是傳統物理治療可以獲得的療效,而現在我們有了一個全新的選項──機器人。



蘇黎世聯邦理工學院的教授 Roger Gassert 研發了一系列能夠訓練手臂功能的機器人技術設備,它們可以成為中風患者康復治療的一部分。然而,不論是物理治療還是機器人輔助的治療,療程都是由每天一到兩節訓練課程組成的,這對病患而言是很累的,因為他們要在往返物理治療中心的路上耗費大量時間。

 

動力服搖身一變,成為訓練型機器人

「我的觀點是,不要讓病患們專程來到診所中進行康復性訓練,相反地,我們要讓這樣的鍛鍊融入到他們居家生活的各方面。」Gassert 表示,這是他與日本九州大學的 Jumpei Arata 教授交流後得到的想法(Arata 曾於 2010 年學術假期期間在 Gassert 的實驗室工作過)。

「第一,現有的動力服都太重了,這讓病患們很難舉起他們的手;第二,他們也很難感知物體的存在;第三,想要抓取物體的時候,他們不知道到底該出幾分力氣。所以,我們想要發明一個模型,讓他們的手掌更自由,這樣他們就可以完成日常的各種任務,達到運動功能和體覺功能。」Gassert 說。針對這個問題,Arate 發明了一個手指三重鋼板彈簧。發動機在中間的彈簧移動,它能把力量透過另外兩個彈簧傳輸到手指的各個部位。如此一來,手指可以自動適應物體的形狀,方便患者抓取物體。

但是,這個集成動力設置會將外骨骼的重量增加到 250 克,這在臨床試驗中對病患而言已經非常重了。解決這個問題的方法是,把發動機改裝到病患的後背上,這樣力量就可以透過自行車閘線被轉換到動力服上。手部裝置模型的重量不到 120 克,但它堅固到可以提起一瓶一公升的礦泉水。

愛范兒配圖

探究大腦處理機制

大腦中到底有些什麼奧秘?在中風之後,大腦是如何將指令傳遞到手足的?Gassert 解釋:「病情嚴重者的大腦和手部的連接已經被嚴重破壞,所以我們需要幫助他們將指令自然而然地傳遞到機器人裝置。」也就是說,他們要察覺到病患大腦中移動手部的意圖,並將這個資訊傳遞到動力服,這個過程對治療很有利。Gassert 說,很多研究顯示經常性的鍛鍊,有可能加強手腦間現有的神經連接,而其中一個要點是,當大腦發出移動指令時,它能接受手部傳來的體覺回饋。

為了更好地了解大腦處理機制,Gassert 與臨床醫生、神經學科學家和物理治療師們展開了一項重要研究。在這項研究中,研究者們運用了各種可視影像技術,比如功能性磁共振成像(fMRI),它能夠幫助科學家們繪製大腦活動圖。這項技術讓他們有了一些新的領悟,fMRI 又貴又複雜,根本不適合用於物理治療。「另外,它們也不便攜」,Gassert 補充。所以,他開始想要運用一些更簡單的技術,比如腦電圖學以及功能近紅外光譜系統(fNIRS),它們在同類技術中是最便宜的。目前,Gassert 正在研究 fNIRS 的實際應用,這就更具挑戰性了。

 

另一些基本見解

此處還有一個問題:我們還沒有完全明白大腦是如何控制四肢,讓它們與周遭環境進行互動的。「機器人技術對基本性研究做出了重大貢獻。」Gassert 解釋。比如,機器人技術專家已經發明了一個動力服,它能在人們行走的過程中,在 200 毫秒內限制膝關節的活動,並將自由度提高五度。有了感應器的幫助,科學家們可以測量這個過程中涉及到的各種力,並用相關資料推測大腦是如何調整膝關節的僵硬程度的。這項發明可以應用到對新型活動性假體的控制中。

如果科學家們成功建立了大腦和動力服之間的互動聯繫,就可以研發出適用於治療的裝備了。但如果創傷是永久性的,那麼機器人裝備可以做為傷口治療的備選方案,為病患提供長期支援。然而,如果中風患者們期待能實現相當可觀的康復,那機器人輔助治療絕對是不二之選。

(本文由 雷鋒網 授權轉載) 

關鍵字: , , ,

發表迴響