美团队研发软性可穿戴机械装置,助渐冻人恢复手臂活动能力

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美国哈佛大学约翰.保尔森工程与应用科学学院(John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences,SEAS)和麻省总医院(Massachusetts General Hospital)联手,开发出一款软性可穿戴机械装置,能够能显著帮助肌萎缩性脊髓侧索硬化症(Amyotrophic lateral sclerosis,ALS,俗称“渐冻症”)患者移动肩膀举起手臂,让他们手臂的活动能力得以部分恢复。

研究团队由哈佛大学工程及应用科学教授 Conor J. Walsh 博士带领,该团队已将研究成果写成论文,并在 2 月 1 日出版的一期《科学转化医学》(Science Translational Medicine)期刊中发表。

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关于渐冻症的二三事

渐冻症是一种运动神经元疾病(Motor neuron disease),患者大脑和脊髓中负责自主肌肉运动的神经细胞(运动神经元)逐渐受到破坏,导致肌肉无力和萎缩。渐冻症病况进展因人而异,但通常会在 2 至 5 年内迅速恶化且无法逆转,患者最终将丧失站立、移动、说话、吞咽,甚至呼吸的能力。

据估计,目前全美有超过 3 万名“渐冻人”。由于新的病情改善治疗(disease-modifying treatments)陆续涌现,延长了患者的预期寿命,因此迫切需要新的工具,帮助患者独立处理日常活动,从而提升其生活品质。

轻便且安全的可穿戴装置,可望恢复渐冻人活动能力

哈佛大学团队为渐冻人开发的可穿戴机械装置质地柔软、以织物为基础,并由电池无线供电。装置本身也非常轻巧,每一边只重 150 克。根据论文第一作者 Tommaso Proietti 博士描述,这个穿戴式机械看起来就像一件衬衫,在腋下装有可充气气球驱动器(actuator)。在加压气球辅助下,穿戴者能够克服重力,移动上臂和肩膀。此外,装置使用起来也相当安全,即使发生故障,只会导致气球无法充气,而不会对穿戴者构成危险。

为了帮助渐冻症患者,该团队开发了一个传感器系统,可以检测患者手臂的残余运动机能并从而校准气球驱动器,以便使其手臂能够自然运动。研究人员还招募了 10 名有不同程度神经肌肉损伤的渐冻症患者进行测试,以评估这种可穿戴机械装置能否有效协助恢复身体运动能力,并改善他们的生活品质。

装置使用起来非常简单,只需 30 秒的校准过程就能检测到每个佩戴者个别的活动能力和力量水平,佩戴者也可以在 15 分钟内学会如何使用。研究团队发现,软性可穿戴机械装置可以帮助受试者有更大的活动范围,减少肌肉疲劳,并提升手持物件或伸手取物等任务的表现。

为渐冻症患者设计的软性可穿戴机械装置(图片来源:哈佛大学工程与应用科学学院

研究团队寄望将应用范围扩大到重症患者

目前哈佛团队开发的原型只能应用于肩部仍有残余运动机能的渐冻症患者,成员正积极测试新版本的装置,可以直接由大脑中的神经信号控制,盼望有朝一日可以应用于完全丧失肢体肌肉活动能力的重症患者。团队的长远目标是开发出像服装一样的可穿戴机械装置,轻巧舒适且能长时间使用,从而改善渐冻症患者的生活品质。展望未来,随着研究持续进展,数年后或有望将这项新技术转化为商业产品。

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参考资料:
1. https://seas.harvard.edu/news/2023/02/soft-robotic-wearable-restores-arm-function-people-als
2. https://www.science.org/doi/10.1126/scitranslmed.add1504#con10
3. https://www.targetals.org/2022/01/04/the-stages-of-als-framing-the-progression-of-a-nonlinear-disease/

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