Editorial: Exoskeleton gait training

doi:10.3389/fnins.2025.1705522

Editorial: Exoskeleton gait training

2025-10-20

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DOI：10.3389/fnins.2025.1705522

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引言下肢动力外骨骼在恢复神经疾病患者（如中风、脊髓损伤[SCI]、脑性瘫痪[CP]）的行走能力、诱导神经肌肉可塑性以及提高生活质量方面显示出越来越大的潜力。然而，关键挑战依然存在，包括：理解训练有效性的中介因素、优化个性化控制范式以及评估现实世界部署情况。通过涵盖临床研究、生物力学、控制机制和可行性研究（图1）的贡献，本合集揭示了进展和剩余的障碍。图1. “外骨骼步态训练”研究主题中出现的主题概述。所纳入论文研究的群体包括脑性瘫痪（CP）儿童、中风和脊髓损伤（SCI）成人以及健康参与者。主要结局包括时空步态参数的改善、神经肌肉（EMG）适应、心血管益处以及用户满意度提高。促成这些结果的因素包括柔性设备设计、自适应控制策略、治疗师指导的会话以及在现实世界环境中进行的训练。机制与控制：自适应设计的见解本研究主题的一个核心主题是理解能够指导外骨骼自适应设计的机制和控制原则，正如跨越临床可行性、神经生理学机制和整合综述的几项贡献所强调的那样。De Seta和Romeni提供了一份关于闭环系统将外骨骼与神经调节（如脊髓刺激）和移动脑成像相结合的叙述性综述，以针对神经运动障碍患者，强调了多系统反馈和个性化作为未来标准的重要性。Hofstetter等人描述了一项HAL®腰椎型外骨骼在长期护理中的混合方法可行性研究，旨在评估其可用性、接受度以及在体力需求任务期间减轻护理人员腰背压力的潜力。该研究旨在为将辅助外骨骼整合到常规护理环境中提供证据，以支持工作人员福祉和患者护理质量。Shamantseva等人研究了经皮脊髓刺激对健康受试者静立的影响——一项机制研究，强调了考虑认知因素在平衡控制中的重要性，并提出了与外骨骼训练的潜在协同作用。Avaltroni等人贡献了一份基于生理学的脊髓运动图综述，强调了神经机械原理如何塑造外骨骼控制范式，并将运动神经元活动与步态力学、神经假肢和运动障碍疗法联系起来，应用于人际协调、步态评估和外骨骼训练。儿童脑性瘫痪：自然地形中的自适应生物力学几项贡献针对儿童脑性瘫痪，强调了自适应外骨骼和生物力学分析如何能够指导不同损伤程度和发展阶段的康复策略。Tagoe等人表明，在多样化地形上进行两次无束缚踝关节外骨骼训练显著提高了脑性瘫痪患者的辅助行走速度（+11%）和自主行走速度（+8%）。值得注意的是，步长是主要驱动力，但肌肉共收缩保持不变——这表明在短期训练期间发生的是机械而非神经适应。研究结果强调了自适应踝关节外骨骼在现实世界环境中对脑性瘫痪患者的时空益处。Villani等人分析了儿童外骨骼辅助行走期间下肢EMG活动，揭示了具有年龄调整控制策略参考价值的独特发育激活模式。即使在完全辅助下，儿童的步态控制器也会解释步态相关的传入信息以产生必要的腿部肌肉活动，尽管存在明显差异——近端肌肉控制减弱、腰和骶运动池共激活以及推离时远端伸肌推进力弱。这种方法在评估外骨骼性能和指导帮助儿童发展自然步态模式并优化临床使用的系统方面显示出前景。Takahashi等人报告了一项关于三名脑性瘫痪儿童使用儿科尺寸的混合辅助肢体（HAL-2S）进行机器人辅助步态训练的案例研究。干预改善了站立期的髋关节和膝关节伸展，增强了肌肉激活，并提高了患者报告的表现和满意度，强调了HAL辅助训练在儿科康复中的可行性和潜在治疗价值。在另一篇文章中，Avaltroni等人评估了在严重脑性瘫痪（GMFCS IV-V级）儿童中的往复式外骨骼系统，报告了站立和行走能力的改善以及特定的运动学适应。这些发现强调了即使在需求较高的儿科病例中也可行的可行性，允许严重脑性瘫痪儿童在家行走和训练，增强发育、社交互动和耐力，同时得到家庭的积极反馈。神经损伤：中风和SCI康复针对中风和脊髓损伤的外骨骼研究的进展展示了临床有效性和更广泛的功能益处，正如本主题中包含的最新试验和可行性研究所示。Jin等人报告了一项将单侧下肢外骨骼训练与中风后常规治疗相结合的随机临床试验。与对照组相比，参与者实现了更快的步态恢复和平衡改善，突出了临床益处。Nadorf等人评估了带有SCI的个人使用外骨骼ABLE，用于家庭和社区活动，发现可行性和可用性（涉及独立穿戴、脱卸、辅助水平、基本和高级外骨骼技能的执行以及参与者和治疗师对设备的满意度）很高，这对现实世界部署至关重要。Hu等人报告了完全性SCI患者在穿戴外骨骼行走后肠道功能和心血管指标的改善，表明除了运动恢复之外还有全身益处。健康成人和军事应用健康成人的外骨骼研究也指向了超越康复的应用，对职业和军事环境具有启示意义。Nagaraja等人介绍了一种可穿戴踝关节外骨骼（ExoBoot EB60），由健康成年男性携带22.7公斤行走5公里。他们报告了步长的增加、躯干前屈的减少以及髋关节动力学变化——表明在负载条件下可带来益处，这可能为人体工程学和职业应用提供信息。结论本研究主题推进了我们对外骨骼步态训练在各个年龄组和损伤类型中的理解。该合集证实了功能增益和全身益处，阐明了基于生物力学的控制策略，并在实验室外进行了开创性部署。然而，要从试点转向实践，需要更大规模、长期和情境丰富的研究——并由可适应的、个性化的控制系统支持。这项工作为神经科学家、临床医生和工程师之间的合作进步奠定了坚实基础，以实现有效、赋能且广泛可及的康复干预措施。

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