醫(yī)工學(xué)人評(píng)論

創(chuàng)新性地融合閉環(huán)EES與康復(fù)機(jī)器人，為脊髓損傷患者提供了精準(zhǔn)神經(jīng)調(diào)控+智能運(yùn)動(dòng)輔助的康復(fù)新模式，展現(xiàn)出促進(jìn)長(zhǎng)期神經(jīng)功能恢復(fù)的巨大潛力。

近年來(lái)，神經(jīng)調(diào)控技術(shù)在康復(fù)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用取得了突破性進(jìn)展，尤其是在脊髓損傷（SCI）康復(fù)方面，科學(xué)家們正在探索更高效的干預(yù)手段。3月12日，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)機(jī)器人》上發(fā)表了一項(xiàng)重要研究，提出了一種閉環(huán)控制的脊髓電刺激（EES）系統(tǒng)，并成功與多種康復(fù)機(jī)器人集成，幫助SCI患者恢復(fù)步行和騎行功能。這項(xiàng)研究不僅提供了一種新型康復(fù)策略，也為未來(lái)的神經(jīng)康復(fù)技術(shù)指明了方向。

康復(fù)機(jī)器人的局限：為何單靠機(jī)械輔助難以實(shí)現(xiàn)神經(jīng)恢復(fù)？

目前，康復(fù)機(jī)器人（如Lokomat步態(tài)訓(xùn)練系統(tǒng)、MOTOmed康復(fù)自行車等）被廣泛用于SCI患者的步態(tài)和運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練。其核心理念是通過(guò)被動(dòng)運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)神經(jīng)重塑，讓患者的肌肉和關(guān)節(jié)按照設(shè)定軌跡活動(dòng)，以期刺激大腦和脊髓重建運(yùn)動(dòng)功能。然而，這種純機(jī)械驅(qū)動(dòng)的方式存在一定局限性：

無(wú)法充分激活神經(jīng)肌肉系統(tǒng)——SCI患者由于神經(jīng)信號(hào)傳導(dǎo)受損，單靠機(jī)器人驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)往往無(wú)法有效刺激神經(jīng)回路，導(dǎo)致肌肉活動(dòng)不足，影響康復(fù)效果。

難以匹配個(gè)體化需求——康復(fù)機(jī)器人的動(dòng)作模式是固定的，缺乏對(duì)患者實(shí)時(shí)神經(jīng)活動(dòng)的感知和響應(yīng)，難以適應(yīng)不同程度的神經(jīng)損傷情況。

未能有效促進(jìn)長(zhǎng)期神經(jīng)可塑性——被動(dòng)運(yùn)動(dòng)雖然能提供一定的感覺(jué)輸入，但缺乏自主神經(jīng)驅(qū)動(dòng)，難以在SCI患者體內(nèi)形成穩(wěn)定的神經(jīng)通路重塑。

那么，如何在康復(fù)訓(xùn)練中增強(qiáng)神經(jīng)肌肉系統(tǒng)的自主激活，從而提高康復(fù)效果呢？瑞士EPFL團(tuán)隊(duì)提出了一種創(chuàng)新方案——閉環(huán)EES+康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)。

圖1 脊髓神經(jīng)假體的閉環(huán)控制

閉環(huán)EES：同步神經(jīng)刺激+機(jī)器人訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)康復(fù)

該研究的核心技術(shù)是閉環(huán)控制的脊髓電刺激（EES），系統(tǒng)通過(guò)植入式脊髓神經(jīng)假體，在患者運(yùn)動(dòng)時(shí)提供實(shí)時(shí)精準(zhǔn)的電刺激，幫助激活癱瘓的神經(jīng)肌肉通路。與傳統(tǒng)的功能性電刺激（FES）不同，該EES系統(tǒng)具備活動(dòng)依賴性生物模擬（biomimetic EES）功能，可根據(jù)步態(tài)或騎行節(jié)律，精確控制電刺激模式，使肌肉收縮更接近自然步行狀態(tài)。

更重要的是，該系統(tǒng)采用閉環(huán)控制技術(shù)，可與康復(fù)機(jī)器人實(shí)時(shí)同步，實(shí)現(xiàn)高度智能化的神經(jīng)康復(fù)方案：

機(jī)器人檢測(cè)步態(tài)或騎行節(jié)奏 ；

EES系統(tǒng)精準(zhǔn)觸發(fā)脊髓神經(jīng)刺激 ；

促進(jìn)神經(jīng)肌肉系統(tǒng)同步激活 ；

增強(qiáng)自主運(yùn)動(dòng)能力，減少對(duì)機(jī)器人輔助的依賴。

圖2 整個(gè)護(hù)理過(guò)程中的康復(fù)機(jī)器人設(shè)備

研究團(tuán)隊(duì)在5名SCI患者中進(jìn)行了初步測(cè)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

步行能力增強(qiáng)：在Lokomat步態(tài)訓(xùn)練系統(tǒng)中，EES顯著提高了患者的髖屈肌和膝伸肌的同步激活水平，減少了患者對(duì)機(jī)械支撐的依賴，使步態(tài)更自然。

騎行能力改善：在MOTOmed康復(fù)自行車訓(xùn)練中，EES促進(jìn)了腿部肌肉的節(jié)律性收縮，使患者能夠更自主地驅(qū)動(dòng)踏板，減少對(duì)機(jī)械輔助的需求。

長(zhǎng)期神經(jīng)恢復(fù)潛力：數(shù)月的訓(xùn)練后，即使關(guān)閉EES，部分患者仍然能自主完成步行或騎行任務(wù)，表明EES+康復(fù)機(jī)器人可能促進(jìn)了神經(jīng)系統(tǒng)的可塑性重建。

圖3 康復(fù)機(jī)器人設(shè)備與仿生 EES 的同步和增強(qiáng)。

臨床應(yīng)用前景：如何推動(dòng)SCI康復(fù)新變革？

這項(xiàng)研究的意義不僅在于短期的運(yùn)動(dòng)能力改善，更在于它為SCI康復(fù)提供了一種長(zhǎng)期促進(jìn)神經(jīng)恢復(fù)的可行路徑。如果進(jìn)一步驗(yàn)證其療效，該技術(shù)有望成為SCI康復(fù)治療的新標(biāo)準(zhǔn)，并在未來(lái)應(yīng)用于更多神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如中風(fēng)康復(fù)、帕金森病步態(tài)障礙等。

然而，該技術(shù)目前仍存在一些挑戰(zhàn)：

設(shè)備成本與可及性——植入式EES設(shè)備價(jià)格昂貴，如何降低成本并推廣至更多康復(fù)機(jī)構(gòu)仍是關(guān)鍵問(wèn)題。

長(zhǎng)期療效驗(yàn)證——當(dāng)前研究樣本量較小，需要更大規(guī)模的臨床試驗(yàn)來(lái)確認(rèn)其長(zhǎng)期神經(jīng)恢復(fù)效果。

個(gè)性化參數(shù)優(yōu)化——未來(lái)或可結(jié)合AI算法，實(shí)現(xiàn)更智能化的個(gè)性化EES參數(shù)調(diào)整，提高治療精度。

盡管如此，該研究無(wú)疑為SCI患者帶來(lái)了新的希望。從“被動(dòng)康復(fù)”到“主動(dòng)神經(jīng)激活”，閉環(huán)EES+康復(fù)機(jī)器人或?qū)⒁I(lǐng)未來(lái)神經(jīng)康復(fù)的新范式！

圖4 EES增強(qiáng)的機(jī)器人輔助康復(fù)可促進(jìn)神經(jīng)功能恢復(fù)。

圖5 使用仿生 EES 的娛樂(lè)康復(fù)和活動(dòng)。