《科学》子刊：ALS患者的“智慧外骨骼”！哈佛科学家开发轻便可穿戴设备，协助ALS患者恢复上肢功能，穿戴负担单侧仅150g

渐冻症，也就是肌萎缩侧索硬化症（ALS），正是着这样的一种疾病。由于运动神经元的丧失，ALS患者的肌肉逐渐萎缩，并失去对身体的控制能力。

ALS的预期寿命曾经很短，但近年来已经有新的药物获批，想必ALS患者的生存期将会进一步延长。不过这些疗法并未真正地逆转ALS的进展，患者的身体机能障碍仍旧需要更多的辅助技术支持。

上周，《科学·转化医学》杂志发布了来自哈佛大学的科学团队的一项新研究，科学家们开发了一款气动的软性可穿戴设备，能够安全快速地辅助ALS患者的上肢运动，有效扩大了患者肩部活动范围。随着疾病进展，该设备仍旧能够提供稳定的运动支持。

此外，该设备非常轻便，对单侧上肢的负担仅有150g，穿戴过程不超过5分钟，对本身就行动不便的ALS患者来说非常友好。

论文题图

用于运动辅助的可穿戴设备不算少见，但其中大部分都集中于运动康复领域，而对ALS患者这样不太可能“康复”的人来说，能够提供日常生活辅助的设备就不多了。

满足日常生活条件的设备可以说有更高的要求，它们必须轻便、容易携带和穿戴，必须能够支持更大范围的活动，并且在没有专业医疗干预的情况下尽可能久地运行。

目前市面上已经有了刚性框架的外骨骼类设备，能够有效地提高身体障碍者的日常活动能力，但是不得不说，这样的设备很难让患者持续使用数个小时，也不适合家庭环境。

来自Hocoma的ArmeoPower，可以很好地为患者提供运动康复支持

此外，一些设备通过电力之外的能量驱动，比如说弹簧。无需充电自然是非常方便，但是这也意味着设备的重量较高，而且对使用者本身的身体条件也有一定的要求。

弹簧驱动的EksoUE，重6kg，使用者肩部屈伸至少20°才能使用

肩部是人体最灵活的关节之一，球窝状的关节允许多个维度的运动，这种复杂性决定了针对肩部的辅助设备设计是困难的。

哈佛团队之前设计过一款实验室使用的非便携软体机器人，重量15kg，包括一对纺织品制作的气动装置，可以感觉手臂和躯干的动作惯性，膨胀气囊提供对手臂的支撑力。

在这个基础上，研究者们进行了改进，制作了轻便的可穿戴机器人，并招募了10名不同身体条件的ALS患者进行了测试。参与者们普遍存在上肢运动障碍，5人需要坐轮椅，2人使用呼吸机。

参与者基本情况

试验中测试了参与者们的上肢活动范围、几种模拟日常生活的动作以及主观上的对设备易用性的反馈。5名可以步行的参与者测试了穿戴设备时的步行难度。另外，2名参与者在试验6个月后进行了随访和2次测试。

穿戴设备后，参与者们的肩膀抬高角度平均超过95°，外展能力提高27%，屈曲能力提高29%。

可穿戴设备显著提高了参与者的肩部活动范围

在首次测试6个月后进行随访，2位参与者均由于ALS身体条件进一步恶化，但是值得高兴的是，可穿戴设备仍旧能够大幅度提高肩部活动范围，并且能够达到与第一次测试基本一致的水平。

也就是说，可穿戴设备辅助几乎抵消了疾病进展。

可穿戴设备可将参与者的活动能力基本维持在一定水平

在穿戴设备的情况下，参与者双手持物的能力也有提高，持续时间和抬高角度都有所提高，参与者也更容易触碰到头部了。

可穿戴设备能有效支持参与者的日常活动

从技术角度看，设备能够在150ms内检测到使用者的运动意图，并在1.8s内完全响应，并不会给使用者带来额外的负担。参与者们的反响也非常好，认为设备很容易使用，活动的疲惫感也降低了。

该设备的穿戴部分基本由纺织物构成，重量较轻，虽然还有一个约3kg重的控制盒，但它可以放置在轮椅上或悬挂在腰上。实际使用中，穿戴设备也不影响患者行走。

可穿戴设备支持日常活动且不影响行走

实际测试中，在他人协助下，参与者穿戴该设备只需5分钟。科学家们还计划在未来进一步降低穿戴的难度。