肌肉刺激器让parplegics走路

肌肉刺激器让parplegics走路帕特里克马赫虽然是截瘫患者，但却是一位经验丰富且活跃的助行器。事实上，他可以不坐下来走一英里。今年四月，他是第一个使用他的声音行走的人。马赫将诸如“站立”和“右脚”等命令讲到连接到神经肌肉刺激器的麦克风上。刺激器向附着在腿上的电极发电，产生行走动作，而Maher抓住助行器以获得平衡和支撑。虽然系统有时会把“正确”和“左”这两个词弄糊涂，但马赫宣称原型可以管理并取得成功。

通过ATX，您将学习如何在智能制造中实现投资回报率以及在制造业领域保持领先地位的其他方式。与450多家供应商会面，了解虚拟和增强现实在制造业中的作用。学到更多!

日常奇迹。尽管语音控制刺激器仍然是一种实验装置，但其基础技术已得到证实。它是来自伊利诺伊州Northfield的Sigmedics公司的Parastep(R)系统的基础。Parastep于去年春天获得了美国食品和药物管理局的批准，它包含一个开环系统，可以电刺激臀部和膝盖的肌肉群。由此产生的收缩让用户从坐姿上升，左右两步，从站立到坐着。

由芝加哥伊利诺伊大学电子工程，计算机科学和生物工程教授Daniel Graupe和芝加哥Humana-Michael Reese医院的Kohn博士设计，Parastep系统不会取代轮椅。但是，对于身体健康的患者，它可以允许短时间的站立和行走。

Parastep系统代表功能性电刺激(FES) - 向身体施加电力以产生特定结果。一个常见的例子：心脏起搏器，它使用电来启动和控制心肌收缩。

通常，腿部运动起源于大脑的运动区域。脊髓损伤会破坏大脑和肌肉之间的神经通路。使用Parastep，即使萎缩，仍然可以通过在脊髓损伤水平以下施加的电刺激来激活和控制可行的肌肉。

这个怎么运作。该系统通过产生电脉冲序列来工作。这些脉冲通过放置在臀部肌肉，股四头肌和膝盖以下的可重复使用的皮肤电极传递到目标周围神经。

刺激四肢引起收缩，使膝盖伸展，使用户能够站立。刺激小腿的感觉神经引发反射收缩以弯曲臀部，膝盖和脚踝。这将脚从地板上抬起，好像这个人踩到了大头钉。然后刺激器将脉冲施加到四边形以使膝盖伸展另一步。

用户通过电子修改的助行器的把手上的开关或通过刺激器单元上的键盘来控制刺激。开关允许站立和坐着，采取正确的步骤，采取左步骤，并增加和减少电流。

电脉冲来自刺激器单元，其大小与连接到使用者腰部的Walkman一样大。带有8节可充电1.2V AA电池的电源组也位于腰包中。输出电流范围为0至300毫安。

具有片上存储器的8位，4 MHz Hitachi微处理器控制脉冲的时序。编程取决于每个患者对刺激的反应。尽管步行似乎是将一只脚放在另一只脚前面的简单问题，但它实际上是一个涉及不同肌肉的复杂过程，必须精确协调。Graupe通过开发控制肌肉刺激时间的处理器软件来解决这个问题。

没有微风可以使用。使用Parastep系统是密集的，需要坚定的承诺和纪律。要使用该系统，患者必须在站立时保持平衡，将自己从助行器降低到轮椅，并保持良好的心血管形状。

此外，由于缺乏感官反馈，在完全瘫痪的腿上行走会变得复杂。“这就像走路一样，”格劳普说。如果脊髓完全切断，患者没有感觉或运动能力。他们使用助行器来支撑，但95%的体重应由腿部肌肉承担 - 对于没有下半身感觉的人来说，这是一种信仰行为。

Graupe和Kohn都强调Parastep无法治愈。“这就像眼镜一样，”Graupe解释说，“你打开它们，你看得更清楚，你把它们取下来就不要了。这里，如果断开电源，患者会像面条一样塌陷。不应该有任何面条。虚假的希望。患者必须重新学习如何站立和行走。“

年轻人和轮椅。脊髓损伤(SCI)最常袭击年轻男性。根据美国亚利桑那州伯明翰国家脊髓损伤统计中心的数据，82%的脊髓损伤患者是男性。伤害发生率最高的是16至30岁，最常见的受伤年龄是19岁。该中心表示，脊髓损伤的主要原因是机动车事故(44%)，其次是暴力行为(24%)，跌倒(22%)和运动事故(8%)。

美国约有25万人患有脊髓损伤，每年约有10,000例新发病例。Sigmedics董事长，总裁兼首席执行官Paul F. Lavallee表示，30%至40%的人可以从Parastep系统中受益。超过300名患者尝试了该系统。目前正在使用大约200个系统。

该系统的费用约为16,000美元，还包括32次物理治疗培训课程。Sigmedics副总裁Frank E. Zeiss表示，保险公司通常都会买单。

站立并交付。即使患者不能行走，对患者站立也是有益的。垂直导致诸如改善循环，更好的心血管功能，在非活动关节处增加的运动范围，由于压疮导致的皮肤破裂更少，骨骼更强壮，肌肉体积增加和士气提高等益处。

Parastep用户可以清空洗碗机，从喷泉中饮用，操作复印机，从书柜中取书，进出狭窄的通道，并在站立时进行演示。格劳普说：“这意味着他们的眼睛会流泪，特别是如果他们已经坐在轮椅上5到10年了。”

Graupe的FES研究始于1970年;使用他的系统的患者于1981年12月在Michael Reese医院与Kohn建立的FES研究诊所迈出了第一步。他的目标是：创建一个患者可以独立控制和使用的系统。

1988年12月，Graupe收集了一些风险投资集团，以建立Sigmedics。他为该公司提供了专利，条件是它制造他的待售系统。FDA批准了550万美元，大约四年。

Graupe认为脊髓损伤是大脑与下肢周围神经之间通信通道的中断。他将挑战视为工程通信问题。

“我们正在给计算机产生的外周神经信号，这些信号会模仿脊髓下来的命令，”格劳普说。“基本的想法类似于你在高中时用青蛙的腿做的实验.Galvani在200年前在意大利做过。唯一的区别是我们使用微控制器来更好地产生信号。”

未来的迭代。Kate H. Kohn博士对声控Parastep模型感到兴奋，因为它可以让手脚和手指运动受限的瘫痪人站立和行走。这些患者通常患有脊髓损伤。但是，这个版本可能在四年内不可用。

Sigmedics的下一个系统可能包括某种类型的反馈系统。它会检测肌肉活动并相应地调整电刺激。这样的系统可以让用户更专注于步行。

蔡司说，Sigmedics参与了试点研究，以确定Parastep是否可以帮助患有多发性硬化症的人。其他可能的患者包括脑瘫患者和中风患者。

“功能性电刺激仍处于起步阶段，但是我们目前最有前途的技术可能导致有用的步行，”马萨诸塞州剑桥国家脊髓损伤协会执行主任Janna Jacobs说。“Parastep治疗的症状不是瘫痪的原因。”

雅各布斯相信有一天会有治愈瘫痪的方法。她预测，它将涉及手术，药物治疗和物理治疗的组合，而不是电子技术。但是，在医学科学揭开脊髓再生的神秘面纱之前，Parastep等系统将继续帮助瘫痪的人恢复失地。