37、混合外骨骼助力步态恢复技术解析

混合外骨骼助力步态恢复技术解析

1. 外骨骼基础介绍

外骨骼的踝关节有多种类型，包括固定在中立位置、带有弹簧辅助背屈的铰接式，或者能够产生背屈或跖屈的动力式。外骨骼可以设计为驱动单个或多个关节，这里主要关注双侧多关节外骨骼。用户通过操纵杆、控制板或手表等接口在外骨骼中启动运动。外骨骼配备有传感器，能够检测用户的各种动作或迈步意图。例如，倾斜传感器可以检测身体前倾，并执行预先选定的电动功能，如站立或开始迈步。不过，动力外骨骼在实现社区全面行走所需的步态速度和距离方面存在一定限制，而且通常无法像功能性神经刺激（FNS）那样通过收缩瘫痪肌肉让用户充分参与运动。传统动力外骨骼是可穿戴的行走机器人，依靠每个关节的执行器来支撑身体，并使下肢的全部重量在预定义的行走运动范围内移动。

2. 混合神经机械系统概述

混合神经机械系统旨在充分发挥各种技术的互补优势，同时尽量减少其缺点。简单来说，在混合系统中，整体的效果大于各部分效果之和。不同的步态恢复技术，如神经刺激和下肢矫形器或机器人外骨骼，可以结合使用，使截瘫患者能够站立、行走、上下楼梯以及完成从站到坐的动作，且效果优于单独使用任何一种技术。

3. 混合神经假体（HNP）

• 基本原理 ：混合神经假体是一种神经机械系统，它将FNS技术与可控制的下肢矫形器（外骨骼）相结合，在站立、行走、爬楼梯和从站到坐等活动中稳定或辅助关节运动。下肢可控制外骨骼可以在步态的站立阶段锁定关节，将自由度限制在矢状面，或根据需要辅助运动。神经刺激可以产生迈步所需的关节力矩，还能减少使用下肢矫形器行走时所需的补偿机制。
• 发展历程