用于社区步行的踝关节外装护具旨在为中风后佩戴者提供更多独立性

在，每 40 秒就有一个人中风。根据疾病控制和预防中心的数据，每年总计约有 795,000 例中风。超过 80% 的中风幸存者经历过步态挑战，通常与失去对脚踝运动的控制有关。随着幸存者进入中风的慢性阶段，大多数人继续走得更慢、效率更低。

灵活、不受束缚且易于使用的脚踝套装可以改变这一点。专为在社区环境中独立使用而设计，新的套装可以帮助中风幸存者改善他们在实验室外和日常生活中的步态。一项概念验证研究表明，社区使用的脚踝连体护具可以帮助中风幸存者改善他们的步行推进力，并提高他们在自己的家中、工作场所和社区周围走动时的整体步行信心和能力。这项工作由哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院(SEAS) 的 Conor Walsh 团队领导，在线发表 在纽约科学院年鉴上。

最近的研究证明，中风后研究的参与者可以在辅助机器人套装的帮助下提高他们的步行速度、距离、推进力和步态对称性，但这些研究都是在实验室或临床环境中进行的。

“我们看到了利用可穿戴技术重新思考我们如何进行物理治疗和康复的机会” ，该论文的资深作者、SEAS 的 Paul A. Maeder 工程与应用科学教授Walsh说。“如果我们可以将其中一些临床服务从诊所转移到家庭和社区，我们就可以改善获取途径、降低成本并提供更好的护理。很高兴看到工程和物理治疗领域走到一起来实现这一目标。”

十多年来，沃尔什在哈佛的生物设计实验室一直在开发适用于各种应用的辅助和康复套装技术。其中一些技术已经获得 ReWalk Robotics 的许可和商业化，并被食品和药物管理局授予突破性地位。为了设计一款适合社区使用的脚踝套装，Walsh 的团队需要简化套装的机械部件并让穿戴者易于控制。

“在过去，我们的脚踝套装有两个主动执行器——一个帮助背屈以保持穿戴者的脚趾向上，另一个帮助跖屈，将脚和身体推离地面，”前博士后 Richard Nuckols 说。 SEAS Walsh 实验室的研究员，该论文的共同第一作者。

新的外装护具没有主动背屈致动器，而是包含一种被动材料，它可以像弹簧一样弯曲和发挥作用，帮助脚趾在脚的摆动阶段保持向上，并防止穿着者的脚趾卡在地面上。“通过用被动执行器替换主动执行器，套装本质上更安全;在意外断电或控制器故障的情况下，默认状态将使用户保持脚趾向上并降低绊倒和跌倒的风险，”Nuckols 说。

“我们还开发了一款移动应用程序，让佩戴者能够轻松地与设备互动，并远程与我们的团队联系，”博士 Chih-Kang Chang 说。沃尔什实验室的候选人，也是该论文的共同第一作者。“该应用程序允许佩戴者自己打开设备，并在他们想要开始行走时告诉套装。”

此外，该团队还整合了传感器，以允许远程监控佩戴者随时间的进步。“我们在人们穿着套装行走时收集数据，并测量他们如何随着时间的推移改善步态，”Chang 说。“展望未来，这些信息可能是与物理治疗师合作使用这种套装进行长期康复的一个真正强大的方面。”

Nuckols 说：“这些位于足部、小腿和骨盆上的传感器使用机器学习算法转换为对推进力的估计，帮助我们了解人们如何产生适当的脚踝力学以及他们行走的效率。”

Walsh 实验室的博士后研究员 Daekyum Kim 说：“考虑到中风后长时间行走的能力有限，从个人佩戴者那里收集训练典型机器学习模型所需的数据量非常具有挑战性。” -论文的第一作者。“我们方法的主要优势在于它利用从多个人收集的步行数据来更好地为每个用户调整机器学习模型。”

为测试社区护踝外衣，Walsh 的团队与波士顿大学萨金特健康与康复科学学院的 Lou Awad 和 Terry Ellis 实验室合作。他们招募了四名参与者在他们自己的社区环境中使用该设备四个星期，每周独立行走三到五次。所有参与者都安全地完成了研究并且没有报告任何安全问题。由于反应的个体差异性(基线行走推进力较低的参与者从穿着套装中获益更多)，未在整个组中观察到治疗益处。但其中两名参与者的推进力平均提高了 27%。与研究开始前一周相比，他们在研究后一周内平均多走了 4,000 步。

“我中风时才 33 岁。由于中风，我整个左侧的敏感度都降低了，”51 岁的布莱恩特巴特勒说，他是该研究的参与者之一。“步行是一项挑战。走路时我的脚趾感觉不太好，而且我的腿很难弯曲。我经常擦鞋头，有时还会绊倒。”

在研究期间，巴特勒在波士顿的联邦大道购物中心使用了套装，每周有几天每次步行 20 到 30 分钟。

“穿着套装行走的体验是一种解放，因为当我从一个地方走到另一个地方时，我不再需要消耗那么多的精神能量，”他说。“套装逐渐纠正了我每走一步的步态。我了解了在没有它的情况下走路时我的腿部肌肉、膝盖和脚趾应该有什么感觉。[即使] 当我不使用 [套装] 时，我的行走也得到了改善，因为该装置教会了我如何更好地弥补中风后左腿的缺点。”

巴特勒补充道：“该设备变成了一件额外的衣服——[除了]电线和电池组——我为了特定目的而穿。大多数时候，我忘记了它在那里。套装促使我成为更好的步行者。它激励我多走路，并享受它。

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