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机器人护颈可显着改善ALS患者的功能

哥伦比亚工程师设计了一种新颖的颈托,可在自然运动时支撑脖子。这是第一种可显着帮助患有肌萎缩性侧索硬化症(ALS)的患者握住头部并在活动范围内积极支撑他们的设备。这种进步不仅可以改善对话过程中的眼神交流,而且可以像科学家斯蒂芬·霍金斯(Stephen Hawkins)那样著名地促进人们将眼睛用作操纵杆来控制计算机的运动,从而改善患者的生活质量。

由机械工程和康复与再生医学教授Sunil Agrawal领导的工程师和神经病学家团队设计了一种舒适且可穿戴的机器人颈托,它结合了传感器和致动器来调节头部姿势,可恢复大约70%的活动范围的头部运动。通过同时使用颈托上的传感器和颈部肌肉的表面肌电图(EMG)来同时测量运动,它也成为针对头颈运动受损的新诊断工具。他们的先导研究于8月7日发表在《临床和转化神经病学年鉴》上。

机器人与康复(ROAR)实验室的负责人Agrawal表示,该支架还显示出有望用于ALS以外的临床用途。他说:“对于因车祸而遭受鞭打颈部伤害或由于神经性疾病如脑瘫而颈部控制不佳的人,该支架对于调节康复也很有用。”

“据我所知,Agrawal教授和他的团队首次研究了ALS患者颈部肌肉的肌肉机制。他们的颈托是帮助ALS患者的重要步骤,ALS是一种毁灭性的疾病。迅速进展的晚期疾病”,哥伦比亚大学欧文医学中心Eleanor和Lou Gehrig ALS中心的Wesley J. Howe神经学教授Hiroshi Mitsumoto说道,他与神经学助理教授Jinsy Andrews共同领导了这项研究。“我们已经批准了两种药物,但是它们只能适度地减缓疾病的进展。尽管我们目前无法治愈该疾病,但我们可以通过缓解机器人颈托的困难症状来改善患者的生活质量。”

ALS通常被称为Lou Gehrig病,是一种神经退行性疾病,其特征是肌肉功能逐渐丧失,导致四肢瘫痪和呼吸衰竭。由于颈部肌肉力量下降,头部掉落是该疾病的主要特征。在整个疾病过程中(可能从几个月到十多年不等),患者会完全失去头部的活动能力,陷入下颚致胸的姿势,这会削弱言语,呼吸和吞咽功能。随着疾病的进展,当前的静态颈托变得越来越不舒服且无效。

为了测试这种新的机器人设备,该团队招募了11名ALS患者以及10名年龄匹配的健康受试者。要求研究的参与者进行头颈部的单平面运动,包括屈伸,横向弯曲和轴向旋转。实验表明,与年龄匹配的健康受试者相比,即使在疾病的早期,ALS患者也使用不同的头颈协调策略。这些特征与临床医生常规使用的临床ALS评分密切相关。该设备收集的测量结果可用于临床,以更好地评估头下降和ALS疾病的进展。

哥伦比亚大学数据科学研究所成员阿格劳瓦尔(Agrawal)说:“在我们的下一阶段研究中,我们将描述颈托的积极协助将如何影响头重度下降的ALS受试者进行日常生活活动。” “例如,他们可以用他们的眼睛作为操纵杆来移动头颈,以看着亲人或周围的物体。”

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