单侧踝关节外骨骼辅助重塑步态：时间参数、负荷分布及肢体间对称性

《IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering》：Unilateral Ankle Exoskeleton Assistance Reshapes Gait: Temporal Parameters, Load Distribution, and Inter-limb Symmetry

　　

摘要：

可穿戴外骨骼在步态康复和运动能力提升方面展现出显著效果。尽管已有大量研究探讨人机外骨骼交互的生理学与生物力学层面，但关于外骨骼辅助如何影响步态参数的系统性研究仍较为有限。本研究探讨了使用单侧踝部外骨骼时，辅助时机与力度对步态参数的影响。22名健康参与者参与了实验，他们根据三种峰值时间设置和三种峰值扭矩水平组合，完成了九种个性化的辅助方案。我们分析了时间参数（步幅时间、支撑时间、摆动时间以及支撑比例）、垂直地面反作用力参数（冲击峰与推进峰的出现时机及强度），以及相应的肢体间对称性指标。此外，我们还研究了反向顺序测试的必要性以及行走速度的影响。峰值时间会显著影响大多数步态参数，且更高扭矩会进一步放大这一效应。它通过改变辅助支撑时间间接影响大多数时间参数。较晚的峰值时间会延长受助肢体的单支撑时间，同时缩短未受助肢体的单支撑时间并降低其冲击峰值，从而改变双肢的负重情况。峰值扭矩对大多数步态参数的影响趋势因峰值时间设置的不同而有所差异。初步结果表明，对于这些步态参数而言，无需进行额外的反向顺序测试。行走速度对任何对称性指标均无显著影响。这些研究结果表明，单侧踝部外骨骼辅助能够有针对性地调节步态参数、重新分配下肢负重，并改变肢体间的对称性，为个性化步态训练及辅助策略设计提供了依据。