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。近段時間，上述多個領(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個月后，借助無創(chuàng)腦電采集、脊髓電刺激、下肢外骨骼機(jī)器人三項技術(shù)，首次借助自主意識控制，完成了站立和行走。

讓患者真正走起來

此次實現(xiàn)行走的截癱患者葉某，是我國首例同時接受無創(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。

簡單來說，無創(chuàng)腦電采集技術(shù)主要將患者控制運動的意念轉(zhuǎn)化為電信號，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)屈伸運動，另一方面將相關(guān)運動的反饋數(shù)據(jù)傳輸至外骨骼機(jī)器人，并與腦電信號協(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，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)備實現(xiàn)的行走。未來，團(tuán)隊將繼續(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，推動脊髓損傷患者實現(xiàn)真正意義上的神經(jīng)修復(fù)。

三項技術(shù)各司其職

那么，三技融合具體是如何實現(xiàn)的呢？程黎明介紹，三技融合中的無創(chuàng)腦電采集系統(tǒng)，主要由多模態(tài)腦電采集系統(tǒng)和主動康復(fù)軟件平臺組成。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，能實現(xiàn)高質(zhì)量的腦電信號采集，并能同步獲取眼動及多種生理信號，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)，可實現(xiàn)全鏈路時間同步，將時間誤差控制在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，為運動想象訓(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)主要基于運動想象，采集并解析患者的腦電信號，識別運動意圖，輸出控制指令至外骨骼機(jī)器人等設(shè)備，驅(qū)動肢體完成訓(xùn)練動作，進(jìn)而提升患者的主動參與度，提高康復(fù)訓(xùn)練效果與臨床療效。

在臨床實踐中，對于肌力為1～3級，接受常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練超過3個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，可接收無創(chuàng)腦電下行運動指令信號，放大殘存皮質(zhì)脊髓束信號以激活肌肉，還能將運動信號傳至外骨骼機(jī)器人，形成從感知到運動的調(diào)控環(huán)路。

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

對于重度運動功能障礙患者，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，形成運動控制模式。外骨骼機(jī)器人的核心優(yōu)勢在于不僅能“帶著患者走起來”，還能實現(xiàn)精準(zhǔn)助力、步態(tài)匹配和臨床可轉(zhuǎn)化訓(xùn)練。

總的來看，在三技融合中，腦電采集系統(tǒng)主要識別患者的主動運動意圖，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”落實為“可見的功能性運動”，幫助患者完成站立、邁步等。

團(tuán)隊協(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，將極大增強(qiáng)患者的康復(fù)信心與內(nèi)在動力。接下來，骨科團(tuán)隊與康復(fù)團(tuán)隊將在患者的康復(fù)治療方案中新增一項重要內(nèi)容：每日進(jìn)行30分鐘三技融合步行訓(xùn)練?！懊刻爝M(jìn)行這項支持性的特定訓(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)脊髓損傷后大腦對雙下肢正常本體感覺信號輸入、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?！背汤杳髡f。

據(jù)了解，康復(fù)團(tuán)隊后續(xù)還將持續(xù)評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、體感誘發(fā)電位監(jiān)測和運動誘發(fā)電位監(jiān)測等手段，精準(zhǔn)監(jiān)測患者雙下肢運動和感覺神經(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：于洋

審核：秦明睿 徐秉楠