PullExo：基于矫形器的移动手部外骨骼与实时视觉生物反馈系统的研发与应用

针对脊髓损伤(SCI)患者手部抓握功能丧失导致的日常生活活动(ADLs)障碍，研究人员开发了集成驱动系统、控制单元和视觉生物反馈屏幕的独立移动手部外骨骼PullExo。通过原型测试证实，该装置可使患者指尖力提升3倍以上，辅助抓握500克物体，仅重318克且穿戴时间1.5分钟，为改善患者自主性和康复训练提供了创新解决方案。

　　

人类手部运动功能是与环境交互的核心能力，其中抓握动作对完成进食、清洁等日常生活活动(ADLs)至关重要。然而，脊髓损伤(SCI)和脑卒中等疾病导致全球约5000万人手部功能障碍，严重降低生活质量。传统康复治疗存在耗时费力、成本高昂等问题，而现有外骨骼系统多采用分离式设计——控制单元与执行机构分离需额外佩戴，且缺乏即时生物反馈界面。例如Kang团队开发的软体外骨骼需将驱动单元置于轮椅背部，Bützer系统依赖智能手机操控，这些设计增加患者操作复杂度，独立穿戴时间长达3.5-7分钟。更关键的是，远程界面难以实现实时视觉生物反馈——这种已被证实60年能促进神经康复的技术。

为解决上述问题，Bursa Uludag大学团队研发了PullExo系统。研究采用概念验证型设计，通过升级改造废弃腕-手-拇指矫形器，集成驱动、控制和5.5英寸LCD屏幕，构建全内置移动平台。试验招募1名C6级SCI患者和健康受试者，采用运动捕捉分析 kinematics（运动学）和测力计评估指尖力，同时测试10种日常物品抓握表现。

主要技术方法

1. 利用 postconsumer textile waste（消费后纺织废料）升级为外骨骼主体；
2. 集成 Bowden cable（鲍登线）传动与STM32控制单元；
3. 开发基于表面肌电(sEMG)的实时视觉 biofeedback（生物反馈）界面；
4. 采用 Vicon motion capture（运动捕捉）系统量化关节角度；
5. 通过测力计评估 tenodesis（腱固定术）代偿效应。

研究结果
Proposed design structure
系统重量仅318克，较同类产品减轻35%，采用模块化 finger module（手指模块）设计支持个性化适配。驱动单元扭矩达2.5Nm，满足500ml水瓶抓握需求。

Preliminary experiments
SCI患者穿戴后指尖力达基线值3.2倍(4.7N→15.1N)，且未诱发 tenodesis 代偿动作。运动捕捉显示掌指关节(MCP)活动范围改善58%，独立穿戴时间仅98秒。

Discussion
相比 Sui团队490克的SMA（形状记忆合金）驱动手套，PullExo解决了设备过热(>37.7^°C)问题。集成屏幕可显示sEMG信号和训练进度，实现辅助-康复双模式切换。

Conclusion
该研究证实PullExo作为首款集成生物反馈的独立手部外骨骼，能有效提升SCI患者ADLs能力。未来将通过扩大样本验证sEMG反馈对神经可塑性的影响。

重要意义

1. 环保设计：通过 upcycling（升级改造）医疗废弃物降低成本；
2. 临床突破：首次实现外骨骼设备上的实时sEMG biofeedback；
3. 技术整合：将辅助(assistive)与康复(rehabilitative)功能统一于318克设备。
   这项发表于《Journal of Hand Therapy》的研究，为移动康复设备开发提供了新范式，其专利技术(PCT/TR2022/051333)已进入临床转化阶段。