三技融合讓截癱患者自主行走

近二十年，醫(yī)學(xué)界借助干細(xì)胞移植、脊髓電刺激、腦機(jī)接口、腦脊接口、神經(jīng)再生等技術(shù)，探索脊髓損傷患者恢復(fù)功能的可能性。近段時(shí)間，上述多個(gè)領(lǐng)域喜訊頻傳。首款侵入式腦機(jī)接口醫(yī)療器械獲得國(guó)家藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)上市引發(fā)廣泛關(guān)注。非侵入式腦機(jī)接口領(lǐng)域同樣也結(jié)出了碩果。

程黎明（左）正指導(dǎo)截癱患者進(jìn)行三技融合步行訓(xùn)練

3月20日，在同濟(jì)大學(xué)附屬同濟(jì)醫(yī)院，一名胸段脊髓損傷截癱患者在受傷7個(gè)月后，借助無(wú)創(chuàng)腦電采集、脊髓電刺激、下肢外骨骼機(jī)器人三項(xiàng)技術(shù)，首次借助自主意識(shí)控制，完成了站立和行走。

讓患者真正走起來(lái)

此次實(shí)現(xiàn)行走的截癱患者葉某，是我國(guó)首例同時(shí)接受無(wú)創(chuàng)腦電采集、脊髓電刺激、下肢外骨骼機(jī)器人三種技術(shù)融合治療的患者。

簡(jiǎn)單來(lái)說，無(wú)創(chuàng)腦電采集技術(shù)主要將患者控制運(yùn)動(dòng)的意念轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，傳輸給外骨骼機(jī)器人和脊髓電刺激芯片。脊髓電刺激技術(shù)一方面幫助患者產(chǎn)生關(guān)節(jié)屈伸運(yùn)動(dòng)，另一方面將相關(guān)運(yùn)動(dòng)的反饋數(shù)據(jù)傳輸至外骨骼機(jī)器人，并與腦電信號(hào)協(xié)同調(diào)控患者的步態(tài)、步頻與步幅，最終完成由患者自主控制的行走動(dòng)作。

同濟(jì)大學(xué)附屬同濟(jì)醫(yī)院骨科學(xué)術(shù)帶頭人程黎明指出，患者此次完成的行走是首次通過采集腦與脊髓電信號(hào)，在體外進(jìn)行放大和重新編程后，借助外骨骼機(jī)器人設(shè)備實(shí)現(xiàn)的行走。未來(lái)，團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)探索融合干細(xì)胞技術(shù)、智能響應(yīng)型新型生物材料、神經(jīng)再生小分子人工智能新藥、正念干預(yù)等多種技術(shù)的新型療法，促進(jìn)神經(jīng)再生與神經(jīng)環(huán)路重建，推動(dòng)脊髓損傷患者實(shí)現(xiàn)真正意義上的神經(jīng)修復(fù)。

三項(xiàng)技術(shù)各司其職

那么，三技融合具體是如何實(shí)現(xiàn)的呢？程黎明介紹，三技融合中的無(wú)創(chuàng)腦電采集系統(tǒng)，主要由多模態(tài)腦電采集系統(tǒng)和主動(dòng)康復(fù)軟件平臺(tái)組成。該系統(tǒng)集成W4代腦電放大器等設(shè)備，還配備了智能同步模塊等，能實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的腦電信號(hào)采集，并能同步獲取眼動(dòng)及多種生理信號(hào)，為復(fù)雜人機(jī)交互研究提供多維數(shù)據(jù)支持。該系統(tǒng)依托自研的高精度同步技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)全鏈路時(shí)間同步，將時(shí)間誤差控制在1毫秒以內(nèi)，從而保障神經(jīng)響應(yīng)與外設(shè)控制精確匹配，為運(yùn)動(dòng)想象訓(xùn)練及閉環(huán)神經(jīng)調(diào)控提供技術(shù)基礎(chǔ)。

在應(yīng)用層面，該腦電采集系統(tǒng)主要基于運(yùn)動(dòng)想象，采集并解析患者的腦電信號(hào)，識(shí)別運(yùn)動(dòng)意圖，輸出控制指令至外骨骼機(jī)器人等設(shè)備，驅(qū)動(dòng)肢體完成訓(xùn)練動(dòng)作，進(jìn)而提升患者的主動(dòng)參與度，提高康復(fù)訓(xùn)練效果與臨床療效。

在臨床實(shí)踐中，對(duì)于肌力為1～3級(jí)，接受常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練超過3個(gè)月但效果不佳的患者，脊髓電刺激能“喚醒”休眠的神經(jīng)通路。患者此次使用的脊髓電刺激設(shè)備內(nèi)裝有脈沖發(fā)生器，可接收無(wú)創(chuàng)腦電下行運(yùn)動(dòng)指令信號(hào)，放大殘存皮質(zhì)脊髓束信號(hào)以激活肌肉，還能將運(yùn)動(dòng)信號(hào)傳至外骨骼機(jī)器人，形成從感知到運(yùn)動(dòng)的調(diào)控環(huán)路。

此外，此次治療采用的是刺激、運(yùn)動(dòng)、反饋序貫?zāi)Ｊ健＿@種序貫?zāi)Ｊ剑唐趦?nèi)可改善患者的肌張力并緩解痙攣，中長(zhǎng)期可提升肌力、恢復(fù)自主運(yùn)動(dòng)功能，助力患者重新獲得行走或抓握能力，從而提高生活質(zhì)量。

對(duì)于重度運(yùn)動(dòng)功能障礙患者，僅進(jìn)行神經(jīng)調(diào)控，并不能恢復(fù)步行能力，需借助外骨骼機(jī)器人鞏固神經(jīng)能力，形成運(yùn)動(dòng)控制模式。外骨骼機(jī)器人的核心優(yōu)勢(shì)在于不僅能“帶著患者走起來(lái)”，還能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)助力、步態(tài)匹配和臨床可轉(zhuǎn)化訓(xùn)練。

總的來(lái)看，在三技融合中，腦電采集系統(tǒng)主要識(shí)別患者的主動(dòng)運(yùn)動(dòng)意圖，侵入式脊髓電刺激負(fù)責(zé)激活調(diào)節(jié)脊髓相關(guān)神經(jīng)通路，而外骨骼機(jī)器人則將“神經(jīng)層面的改善”落實(shí)為“可見的功能性運(yùn)動(dòng)”，幫助患者完成站立、邁步等。

團(tuán)隊(duì)協(xié)作助力康復(fù)

程黎明進(jìn)一步表示，在三技融合加持下，重新站立行走的體驗(yàn)，將極大增強(qiáng)患者的康復(fù)信心與內(nèi)在動(dòng)力。接下來(lái)，骨科團(tuán)隊(duì)與康復(fù)團(tuán)隊(duì)將在患者的康復(fù)治療方案中新增一項(xiàng)重要內(nèi)容：每日進(jìn)行30分鐘三技融合步行訓(xùn)練。“每天進(jìn)行這項(xiàng)支持性的特定訓(xùn)練任務(wù)，不僅能強(qiáng)化患者雙下肢的肌力，還可以彌補(bǔ)脊髓損傷后大腦對(duì)雙下肢正常本體感覺信號(hào)輸入、反饋與整合過程的‘感知’缺失，從而促進(jìn)神經(jīng)環(huán)路的功能重塑。”程黎明說。

據(jù)了解，康復(fù)團(tuán)隊(duì)后續(xù)還將持續(xù)評(píng)估患者的雙下肢肌力和感覺功能變化，并借助表面肌電監(jiān)測(cè)、體感誘發(fā)電位監(jiān)測(cè)和運(yùn)動(dòng)誘發(fā)電位監(jiān)測(cè)等手段，精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)患者雙下肢運(yùn)動(dòng)和感覺神經(jīng)通路的功能狀態(tài)，幫助患者在下肢肌力與感覺功能方面獲得雙提升。

文/供圖：同濟(jì)大學(xué)附屬同濟(jì)醫(yī)院 謝壯麗

編輯：夏海波 楊真宇

校對(duì)：于洋

審核：秦明睿 徐秉楠