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健康报","thumb": ""}
同济大学附属同济医院关节外科副主任医师 万大千
今年3月20日,一段同济大学附属同济医院病房里的视频让无数人热泪盈眶:脊髓损伤截瘫后7个月的叶先生,不靠轮椅,不用搀扶,仅凭大脑“想走路”的意念,稳稳地站起、迈步、前行,完成了伤后第一次真正意义上的“自己走”。在这背后,无创脑电采集、脊髓电刺激、下肢外骨骼系统三项技术的创新融合发挥了重要作用。
外骨骼探索已超过百年
很多人可能以为外骨骼是近几年才有的新事物,事实上,人类对于外骨骼的构想和探索已超过130年。
1890年,俄罗斯工程师亚根设计出第一款可增强下肢能力的外骨骼装置;1965年,美国通用电气推出哈迪曼动力外骨骼,虽然重达数百千克,却奠定了“人机融合”的基础。
21世纪以来,随着材料学、传感器、人工智能(AI)技术爆发式发展,外骨骼终于走出实验室。日本的外骨骼机器人和以色列的外骨骼康复机器人先后实现商用。
中国的外骨骼研发事业起步较晚,但追赶速度极快。2015年前后,国内外骨骼研发还处于高校样机阶段。2017年,上海市一家公司推出国内首款高精度力反馈外骨骼。2018年,北京市一家科技公司的外骨骼产品获得国内首个医疗器械注册证,标志着国产外骨骼正式商业化。
意念行走如何实现
同济医院的三技融合案例,并非“机器带人走”,而是让患者用意念控制机器,进行“自主行走”。这是如何实现的呢?
医院使用的下肢外骨骼机器人看似是一件穿在腿上的机械衣,实则是集机械、电子、生物信号、AI于一体的复杂系统。该系统由五部分组成:轻量化机械框架、高精度驱动系统、多模态感知系统、AI控制器、便携电源。其中,框架使用碳纤维和航空铝合金材料,重8~15千克,比早期产品轻70%;伺服电机每秒调整上百次,提供柔和且稳定的助力;锂电池续航4~8小时,可满足日常康复需求。
该系统最核心的技术是感知与控制技术:无创脑电采集像“读心术”一样捕捉大脑的运动想象信号;脊髓电刺激唤醒受损后“沉睡”的神经通路;外骨骼精准执行指令,把意念转化为站立、迈步、平衡等动作。
患者过去是“被动康复”,现在借助外骨骼可实现“主动控制”。患者每天进行30分钟训练,不仅能提高肌力,还能重建神经环路,改善痉挛、骨质疏松、心肺功能下降等长期并发症症状。这是传统康复治疗手段无法比拟的。主动式神经康复训练,为急性脊髓损伤后出现下肢活动受限的患者提供了早期干预新路径,大幅提高了康复成功率。
不仅如此,借助智能外骨骼,患者实现了行走,这也意味着重新拥有尊严和生活价值。此外,对于患者家属,智能外骨骼能帮助降低患者压疮、血栓等卧床并发症的发生风险,进而降低护理压力。
外骨骼应用不止于辅助行走
除了医疗场景,外骨骼的主要应用场景还将延伸至家庭与社区。随着轻量化和便携化技术升级,未来家庭版外骨骼重量可降至数千克,穿脱仅需几分钟。老年人可用它防跌倒、上下楼。残障人士有望独立逛超市、出行游玩。
目前,上海市、四川省等地已出台政策支持外骨骼推广,多款国产设备进入医保试点,租赁模式也已降低应用门槛,科技普惠正在照进现实。
不过,根据国内外行业观察,现阶段的外骨骼技术仍面临三大挑战:价格高昂、穿戴舒适性有待改进、续航能与轻量化设计有待加强。目前,家用级外骨骼价格为15万~80万元。同时,长时间穿戴可造成皮肤压迫,首次训练需专业指导。此外,数据隐私、安全标准、基层普及等现实难题也亟待解决。但有了政策支持、技术迭代、企业创新、临床验证四重动力,相信外骨骼行业将快速成熟。
展望未来,外骨骼有望实现四大升级。一是更轻,重量可降至5千克或以下,穿戴无感;二是更智能,AI自适应地形、语音控制、全脑机交互,让产品更“懂”用户;三是更久,电池续航能力更强,一次充电满足全天活动需求;四是更普惠,价格大幅下降,医保覆盖更广,社区租赁普及。
(特约记者 衣晓峰 整理)