如果不幸在兒童時期罹患腦癱，那么成人后，病患僅有50%的概率能夠獨立行走。但如今，一種被稱作“外骨骼機器人”的全新設備，或許有望改變這一局面。
8月下旬，一項剛剛發表在《科學轉化醫學》雜志上的研究稱，研究人員開發出的外骨骼機器人已經成功幫助絕大多數實驗參與者伸直雙腿，減輕了“蹲伏步態”的永久性膝蓋彎曲。不僅如此，在外骨骼機器人的幫助下，這些患兒甚至還能夠控制自己的步伐。
“全世界的眾多患兒都將從這項技術中獲益。”美國哥倫比亞大學的Sunil Agrawal表示。
神奇的“骨骼”
腦癱是一種小兒常見的中樞神經障礙綜合征，雖然病變部位在腦部，但卻會累及四肢，引發運動與協調問題。
因腦癱而伴有蹲伏步態的兒童，雖然能夠自行行走，但行走過程中會出現膝蓋過度彎曲的情況。可怕的是，即便在兒童時期能夠行走，但伴隨著患兒的成長和體重的增加，肌肉漸漸無法負荷，也會導致很多人在成年后完全喪失運動能力。
目前，治療蹲伏步態的方法主要有外科手術或者注射能夠放松膝部屈肌的藥物等等。然而，在手術與藥物治療之外，人們也在嘗試尋找能夠幫助腦癱患兒正常行走的其他方法。
比如，一些醫療機構擁有龐大而笨重的機器人設備，能夠幫助腦癱患兒進行行走訓練。但這些設備大多配有一個天花板滑輪系統，因此其很難真正走進每個患兒的家庭。
而現在，這一局面得到了改善。這一由美國國立衛生研究院開發的最新的外骨骼機器人是完全可移動的。外骨骼機器人上安裝有傳感器，負責監測使用者每一步的數據，然后放置在背包里的計算機會對這些監測數據進行加工處理。
7名年齡在5~19歲的兒童和青少年參加了此項研究，并且未有一人穿戴后出現跌倒的情況。經過6次訓練課程后，在7名參與實驗的兒童中，6名患兒的蹲伏步態和膝蓋彎曲情況出現了改善，效果甚至比研究人員們預期的還要好得多——患兒膝蓋彎曲角度平均達到了13度。
更讓研究人員感到驚喜的是，外骨骼機器人不僅成功協助兒童保持了運動的狀態，還能幫助他們控制自己的腳步。不僅如此，兒童在使用這些外骨骼機器人時，他們的肌肉也會保持活躍狀態。
在研究者之一、美國國立衛生研究院生物醫藥工程師Thomas Bulea看來，這項研究是一個初步的嘗試，證明了外骨骼機器人技術確實值得作為幫助腦癱患兒行走的工具得到進一步的深入研究。現在，研究人員正考慮是否應該讓參與者們長期使用這種外骨骼機器人，因為大范圍的訓練能夠使患兒走得更久。
“如果我們能在兒童和青少年時期就改變患者的蹲伏步態，那么就能使他們在成年后依然保持運動能力。借助外骨骼機器人只是暫時的，我們想要的是他們最終能夠獨立行走。”Bulea表示。
這些通過訓練獲得的改善也被孩子們切切實實地看在眼里。對此，Bulea表示，伴隨著外骨骼機器人的使用，未來的效果會更好。
些許擔憂
這項新的技術無疑為腦癱患兒帶來了希望，但同時，仍需看到其存在的一些明顯問題。
首先，在這項研究中，研究人員只招募了那些尚有獨立行動能力的患兒參與實驗，這就具備一定的局限性。為此，研究人員也想要在后續的實驗中弄清楚，對于那些已經喪失行動能力，或者因脊柱裂及肌肉萎縮癥等其他情況導致運動障礙的兒童，外骨骼機器人是否同樣能夠發揮作用。
“它可能對一些孩子有幫助，但對于病情更為嚴重的患兒就沒有效果。”沒有參與這項研究的美國加州大學洛杉磯分校神經康復與研究項目主任Bruce Dobkin指出。
此外，還有一些人擔心單純借助外骨骼機器人并不能在兒童時期保護患兒的運動能力，可能還需要外科手術和藥物治療的介入。
Agrawal也在從事針對腦癱患兒的外骨骼機器人研究，并通過將電線連接到腿部而創建了一個模型。在他看來，無論哪一種方式都有其兩面性。“但我相信，長期的研究能夠找到最好的方法。”
也許正如Agrawal所說的，只有更深入和廣泛的后續研究才能對這些擔憂做出回答。而研究人員也將會對這款外骨骼機器人進行持續的改進，以期兒童能夠穿著它走出實驗室——因為大量的練習將會帶來更多的好處。
但有一件事情是確定的：1年之內，在即便沒有康復治療師介入的情況下堅持每天使用這種外骨骼機器人1小時，就可以讓更多的孩子接觸到物理治療，并讓他們走的“更遠”。
前途無量
不得不提的是，這項研究之所以如此引人關注，很重要的一點是因為這是科學家們首次嘗試將外骨骼機器人技術應用于青少年和兒童。此前，外骨骼機器人技術更多的還是聚焦于成人，比如為那些因中風或者脊椎損傷而進行康復訓練的人提供服務。
很多人可能仍舊記憶猶新，在2014年巴西世界杯開幕式上，28歲的巴西小伙子諾平托在腦控外骨骼機器人技術的幫助下，為巴西世界杯開出了第一球。而這一精彩瞬間的誕生，正是得益于巴西著名神經科學家米格爾·尼科萊利斯自己領軍的神經裝置項目“重新行走工程”。
有關外骨骼機器人的研發，最早開始于美、日等國。也正是由于起步早，學科資源豐富，這些國家在外骨骼機器人的開發上一路領跑。
迄今為止，日本筑波大學研發的外骨骼機器人產品已經經歷了5代更迭，全國共有150家左右的醫院累計租借過300多套外骨骼機器人。在醫用之外，此前美國國防部高級研究計劃局還研發了專門針對單兵負重作戰的軍用外骨骼機器人。
雖然國外在這一研究領域起步較早，但我國也正在迎頭趕上。
當前，中國已經成為繼美國、以色列和日本之后，第4個成功研發出外骨骼機器人的國家。中國科學院、電子科技大學、浙江大學、中國科學技術大學和華南理工大學等科研院所和高校都已組建起自己的外骨骼機器人研發團隊，并取得了一定的進展。
在8月剛剛閉幕的第26屆中國國際醫用儀器設備展覽會暨技術交流會上，外骨骼機器人就再一次吸引了參觀者的目光。據悉，這款產品是國家級科研成果轉化項目，可以提供一整套數字化康復智能體系,減少患者康復成本，減輕患者及家屬的心理壓力。
其實，外骨骼機器人的前景遠比人們認識到的更為廣闊。不僅是下肢運動，外骨骼機器人還可以輔助中風、腦癱患者進行康復訓練，幫助他們在運動中刺激神經康復。未來一旦實現產業化，外骨骼機器人將很快在手術臺之外，幫助越來越多的患者過上正常的生活，大展身手。■