北航0.96公斤可穿戴机器人，让肌萎缩症患儿获得独立起身能力|世界关节炎日|动作|北航|机器人|肌肉|肌萎缩症

颠覆认知！康复机器人不 “帮忙”，反而靠 “加阻力” 促进神经肌肉重塑。

6名独立站起困难的肌萎缩症患儿（全程接受药物治疗），在6周高强度等速训练后便获得了在不同角度下手扶膝盖的坐-站转换能力，肌力提升130%，肌肉增长19%，并在停止使用机器人后，仍能维持已获得的康复效果。

实现这些的，是一台仅重0.96公斤的可穿戴机器人。

这项颠覆性成果由北京航空航天大学冯仰刚副教授联合麻省理工学院与北京大学第三医院完成，近日以加速预览形式发表在《Nature》上，并被官网头版头条推荐。

共同第一作者：北京航空航天大学机械工程及自动化学院研究生李阅兵、北京航空航天大学机械工程及自动化学院研究生任佳欣、麻省理工学院媒体实验Tony Shu、北京大学第三医院运动医学科主治医师原福贞、北京航空航天大学机械工程及自动化学院冯仰刚副教授

唯一通讯：北京航空航天大学机械工程及自动化学院冯仰刚副教授

01.

为什么“省力”模式可能帮倒忙？

谈起康复机器人，人们脑海中常会浮现这样的画面：中风或脊髓损伤患者穿戴外骨骼，在电机驱动下被动地迈出脚步。这类设备的底层逻辑非常一致：患者缺多少力，机器就补多少力，用“省力”模式帮助完成动作。

但这种逻辑遇上脊髓性肌萎缩症（SMA）II型患儿，方向就反了。SMA是一种发病率约1/6000至1/10000的常染色体隐性遗传病，现有药物仅能延缓疾病进展，无法逆转。

对他们而言，真正的需要不是力量辅助，而是靠自身力量安全、可控地主动发力，以刺激神经肌肉协同增长。过度的“省力”反而可能不利于神经肌肉功能的长期维持。传统的等速抗阻训练设备不仅体积庞大、价格昂贵，其最小阻力档位对SMA患儿来说也往往过高，且只能在专业机构内使用，难以普及。

正是基于这一洞察，研究团队将设计理念从“助力”转向了“加阻”，即通过提供可控的等速阻力，让患儿主动靠自己的力量去对抗、去生长。

02.

一台0.96公斤的可穿戴机器人

这个想法最终凝结为一台仅重0.96公斤的便携式可穿戴式膝关节等速训练机器人。

它由可反向驱动的阻尼电机和可变刚度机构组成，能够在小腿伸展过程中施加可控阻尼，强制关节以恒定角速度运动。换句话说，无论患者用多大力，关节转速都被锁定在设定值（本研究多为60°/s，一名力量较弱的患儿为45°/s）。这种模式下，股四头肌能够在整个关节活动范围内持续产生最大张力，从而实现了传统低强度训练难以达到的高效刺激。

设备还集成了扭矩传感器和角位移编码器，能够实时监测力矩、角度和速度，保证训练的安全可控。

为了让6至10岁的患儿能长期坚持，团队还开发了配套的手机端游戏化界面。患儿“踢”得越用力，屏幕上卡通人物踢出的球就飞得越远，把枯燥的康复变成了即时反馈的闯关游戏。

03.

5个半月临床试验，从无法站立到独立站起

设备做出来了，它真的有效吗？

团队招募了6名6至10岁的SMA II型患儿（3男3女），展开了一场为期为期5.5个月的临床试验。试验分为四个阶段：

先是6周无干预观察期，也就是维持常规物理治疗，主要是等张训练，让肌肉在恒定阻力下收缩并产生关节运动，如绑沙袋抬腿；以及等长训练，让肌肉绷紧但不产生动作，如靠墙静蹲；接着是6周高强度等速训练期，患儿每周穿戴这台机器人等速伸展训练5次；然后是6周低强度维持期（每周3次），最后是超过30天的无机器人随访。

结果令人欣喜，6周高强度等速训练后，变化开始显现。

所有患儿都获得了在不同角度下手扶膝盖、无外部支撑完成坐-站转换的能力。平均起始膝弯曲角度从111°降至104°。虽然只有7°，但这是从“做不到”到“做得到”的跨越。

力量层面的提升更加直观。双侧膝关节峰值扭矩平均提升130%，右膝从1.96 N·m增至4.63 N·m，左膝从2.00 N·m增至4.46 N·m。活动范围扩大51%，单次做功增加97%。

肌肉本身也在生长。核磁共振和超声显示，股四头肌解剖横截面积增加12%，肌肉体积增加19%，生理横截面积增加21%。

神经层面同样有变化。股神经复合肌肉动作电位振幅增加19%，双侧肢体间的神经肌肉协调性改善了35%。