下肢外骨骼助行機(jī)器人對(duì)腦卒中患者運(yùn)動(dòng)功能和步行能力恢復(fù)的影響

謝紅志 董繼革 王戰(zhàn)斌 李巧英 吳娛倩 劉雨晴

腦卒中患者常呈偏癱步態(tài)、異常動(dòng)作、運(yùn)動(dòng)技能降低，患者的日?；顒?dòng)能力、體力活動(dòng)水平和生存質(zhì)量因步行和運(yùn)動(dòng)功能障礙受到限制，給個(gè)人和家庭帶來(lái)影響較大[1]。近年來(lái)，基于類(lèi)人下肢運(yùn)動(dòng)機(jī)理學(xué)習(xí)的外骨骼康復(fù)機(jī)器人提供了直立行走康復(fù)訓(xùn)練新方式，已開(kāi)始應(yīng)用于臨床，大幅度地自然運(yùn)動(dòng)可調(diào)節(jié)關(guān)節(jié)壓強(qiáng)和壓力、張力控制，實(shí)現(xiàn)多關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)類(lèi)人步態(tài)行走、正確步態(tài)引導(dǎo)，開(kāi)發(fā)患者運(yùn)動(dòng)功能潛力，幫助患者以高度相似的重復(fù)步態(tài)行走[2]。基于此，我們對(duì)腦卒中后下肢運(yùn)動(dòng)功能障礙的患者采用下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人聯(lián)合常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練進(jìn)行干預(yù)訓(xùn)練，改善步態(tài)、步速、步幅等步行能力，旨在探索下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人對(duì)腦卒中患者運(yùn)動(dòng)功能和步行能力恢復(fù)的可能機(jī)制及康復(fù)價(jià)值。

1.資料與方法

1.1 一般資料 納入對(duì)象為2019年3月至2020年3月在北京市大興區(qū)中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院(北京市大興區(qū)康復(fù)醫(yī)院)神經(jīng)康復(fù)中心、腦外康復(fù)中心、綜合康復(fù)中心住院的亞急性期腦卒中患者60例，以隨機(jī)數(shù)字表法分為機(jī)器人組和對(duì)照組，各30例。

納入標(biāo)準(zhǔn)：① 腦卒中診斷標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)1995年全國(guó)第四屆腦血管會(huì)議的制定[3]；②患者年齡在20～80周歲，首次發(fā)病，發(fā)病時(shí)間≤6個(gè)月；③患者下肢改良Ashworth分級(jí)≤2級(jí)，Brunnstrom分期≥Ⅱ期；④意識(shí)清楚，認(rèn)知無(wú)明顯異常；⑤頭顱CT或MR檢查確診，卒中部位在顱內(nèi)單側(cè)基底核區(qū)；⑥患者可以理解并積極參與康復(fù)治療訓(xùn)練。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①不能看清行走路面，視覺(jué)缺陷；②嚴(yán)重的周?chē)窠?jīng)疾病，脊柱和下肢骨關(guān)節(jié)疾病，嚴(yán)重骨質(zhì)疏松；③嚴(yán)重失語(yǔ)或聽(tīng)力障礙，交流困難；④伴有嚴(yán)重肺疾病和心血管疾病；⑤妊娠或哺乳期女性；⑥嚴(yán)重抑郁、依從性差，無(wú)法完成訓(xùn)練任務(wù)。

剔除標(biāo)準(zhǔn)：①入組前診斷不正確；②治療過(guò)程中關(guān)鍵數(shù)據(jù)沒(méi)有記錄；③相關(guān)訓(xùn)練未按要求執(zhí)行。

脫落標(biāo)準(zhǔn)：①自行要求退出；②依從性差；③8周訓(xùn)練未能完成。

中止標(biāo)準(zhǔn)：①并發(fā)癥，無(wú)法繼續(xù)訓(xùn)練(如關(guān)節(jié)疼痛等)；②腦卒中復(fù)發(fā)或其他并發(fā)癥，病情惡化，無(wú)法完成訓(xùn)練。

所有納入患者均簽訂知情同意書(shū)，本研究經(jīng)醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)審批，兩組患者的一般資料無(wú)顯著差異(P>0.05)，見(jiàn)表1。

表1 兩組患者一般資料比較

兩組患者均進(jìn)行常規(guī)訓(xùn)練，共治療8周，每周5次。常規(guī)一對(duì)一指導(dǎo)步行訓(xùn)練對(duì)照組受試者每周5次，每次20分鐘，共治療8周。外骨骼助行機(jī)器人步行訓(xùn)練試驗(yàn)組受試者每周5次，每次20分鐘，共治療8周。

1.2 治療方法

1.2.1 常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練治療：包括良姿位擺放與體位轉(zhuǎn)換、關(guān)節(jié)活動(dòng)度訓(xùn)練、肢體牽伸、神經(jīng)促通技術(shù)、下肢肌控制訓(xùn)練、橋式運(yùn)動(dòng)、四肢聯(lián)動(dòng)訓(xùn)練儀或踏車(chē)、步行訓(xùn)練、平衡訓(xùn)練(坐位平衡和站立平衡)等。

1.2.2 下肢康復(fù)機(jī)器人訓(xùn)練方法：下肢康復(fù)機(jī)器人(采用北京大艾機(jī)器人科技有限公司生產(chǎn)的產(chǎn)品，型號(hào)“Aiwalker”)可提供具有生理步態(tài)的訓(xùn)練模式，通過(guò)對(duì)下肢各關(guān)節(jié)(踝、膝、髖)的協(xié)調(diào)控制，帶動(dòng)患者模擬正常人步行，進(jìn)行高度相似的重復(fù)步態(tài)行走。訓(xùn)練前根據(jù)體形與下肢的長(zhǎng)度調(diào)節(jié)踝關(guān)節(jié)的松緊度與膝、髖關(guān)節(jié)之間的距離，將患者身體固定。機(jī)器人虛擬模式及訓(xùn)練參數(shù)設(shè)定：站立姿勢(shì)，5天/周，8周，20分鐘/天，訓(xùn)練步速1.24～1.78km/h。同一例患者訓(xùn)練階段調(diào)節(jié)相同的參數(shù)，包括相同起立的角度、相同的步速、相同的步幅、相同的強(qiáng)度，如果患者在訓(xùn)練過(guò)程中出現(xiàn)機(jī)器人出現(xiàn)故障或身體不適，應(yīng)立即啟動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)，停止康復(fù)訓(xùn)練治療。

1.3 評(píng)估方法 治療前與治療8周后對(duì)兩組患者進(jìn)行評(píng)估，分別由同一位康復(fù)治療師完成。

1.3.1 下肢等速肌力測(cè)試：測(cè)試偏癱側(cè)下肢肌力、肌峰值力矩(PT)、相對(duì)峰力矩(PT/BW)、屈/伸肌比值(F/E)、總功率(TW)、平均功率(AP)。

1.3.2 Brunnstrom分級(jí)：把偏癱的恢復(fù)過(guò)程分為6個(gè)階段(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ)，Ⅵ階段協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)速度大致正常，隨著患者運(yùn)動(dòng)功能降低，等級(jí)依次遞減，Ⅰ階段為弛緩狀態(tài)。

1.3.3 起立-行走測(cè)試(TUG)：觀察受試者完成該測(cè)試所使用的時(shí)間，步行能力越強(qiáng)，時(shí)間越短。測(cè)試用作評(píng)估腦卒中患者的運(yùn)動(dòng)能力，也常被用于老年人跌倒風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

1.3.4 6分鐘步行試驗(yàn)：屬于高優(yōu)測(cè)試指標(biāo)，步速越高，6分鐘內(nèi)步行的距離越遠(yuǎn)，耐力越好，用于觀察受試者步態(tài)的同時(shí)反映其步行速度與耐力。

1.3.5 10米步行試驗(yàn)：屬于低優(yōu)指標(biāo)，步速越快，時(shí)間越短，步數(shù)越少，說(shuō)明步幅越大，間接獲得受試者的平均步幅(平均步幅=步行距離/步行速度)，采用距離除以步數(shù)的方法。

步行試驗(yàn)包括：6分鐘步行試驗(yàn)、10米步行試驗(yàn)和起立-行走測(cè)試。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析使用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS 22.0。以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示研究數(shù)據(jù)，組間效果比較采用單因素方差分析，組內(nèi)治療前、后比較進(jìn)行采用配對(duì)t檢驗(yàn)。治療過(guò)程中兩組屈髖肌力、伸膝肌力、Fugl-Meyer數(shù)據(jù)采用兩因素重復(fù)測(cè)量方差分析比較分析，以P<0.05代表差異具有顯著性。

2.結(jié)果

2.1 兩組患者下肢肌力比較 肌力評(píng)估比較，兩組患者下肢治療前肌力評(píng)估無(wú)顯著性差異(P>0.05)。治療8周后兩組患者肌力均較治療前明顯提高(P<0.01)，且試驗(yàn)組優(yōu)于對(duì)照組，差異顯著(P<0.01)，見(jiàn)表2。

表2 兩組伸膝與屈髖肌力比較

2.2 兩組患者Fugl-Meyer下肢運(yùn)動(dòng)功能比較 兩組患者Fugl-Meyer治療前下肢運(yùn)動(dòng)功能評(píng)分無(wú)顯著性差異(P>0.05)。治療8周后，兩組患者的評(píng)分均較治療前明顯提高(P<0.01)，且試驗(yàn)組優(yōu)于對(duì)照組，差異顯著(P<0.01)，見(jiàn)表3。

表3 兩組Fugl-Meyer下肢運(yùn)動(dòng)功能比較

2.3 下肢Brunnstrom分級(jí)的變化 兩組受試者訓(xùn)練前Brunnstrom分級(jí)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。訓(xùn)練后對(duì)照組下肢Brunnstrom分級(jí)較訓(xùn)練前均顯著提高(P<0.05)，同時(shí)試驗(yàn)組下肢Brunnstrom分級(jí)較訓(xùn)練前差異更為顯著(P<0.01)，且試驗(yàn)組水平高于對(duì)照組，差異顯著(P<0.05)。

表4 下肢Brunnstrom分級(jí)

2.4 訓(xùn)練前后兩組Barthel指數(shù)得分的變化 訓(xùn)練前后兩組Barthel指數(shù)比較兩組受試者訓(xùn)練前Barthel指數(shù)得分無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)。訓(xùn)練后Barthel指數(shù)得分均比訓(xùn)練前顯著提高(P<0.01),且試驗(yàn)組高于對(duì)照組，差異顯著(P<0.01)。

表5 Barthe指數(shù)得分

2.5 訓(xùn)練前后兩組Berg平衡得分的變化 訓(xùn)練前后兩組Berg平衡比較訓(xùn)練前兩組Berg平衡得分無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，訓(xùn)練后erg平衡得分均顯著提高(P<0.01)，且試驗(yàn)組優(yōu)于對(duì)照組，差異顯著(P<0.05)。

表6 Berg平衡得分

2.6 訓(xùn)練前后兩組功能性步行能力的變化 訓(xùn)練前后兩組功能性步行功能比較訓(xùn)練前兩組功能性步行能力分級(jí)無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，訓(xùn)練后功能性步行能力均顯著提高(P<0.01)，且試驗(yàn)組明顯優(yōu)于對(duì)照組，差異顯著(P<0.01)。

2.7 訓(xùn)練前后步行試驗(yàn)得分的變化 訓(xùn)練前后步行試驗(yàn)比較，兩組的受試者訓(xùn)練前起立-行走測(cè)試時(shí)間、6分鐘步行距離、10米步行時(shí)間和10米步行步數(shù)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。經(jīng)過(guò)8周訓(xùn)練后，試驗(yàn)組和對(duì)照組四項(xiàng)評(píng)估指標(biāo)均明顯優(yōu)于訓(xùn)練前(P<0.01或P<0.05)，但訓(xùn)練后兩組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，見(jiàn)表8～表11。

表7 功能性步行能力分級(jí)

表8 “起立-行走”測(cè)試時(shí)間 單位：秒

表9 6分鐘步行距離 單位：米

表10 10米步行時(shí)間 單位：秒

表11 10米步行步數(shù) 單位：步

3.討論

腦卒中患者死亡率隨著醫(yī)療水平的提高逐漸降低，但卒中后限制患者日常生活以及重返社會(huì)的最大障礙為肢體運(yùn)動(dòng)功能的降低、協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)困難、異常步態(tài)的出現(xiàn)[4]。腦卒中患者出現(xiàn)的下肢運(yùn)動(dòng)功能障礙表現(xiàn)為步態(tài)不對(duì)稱(chēng)、重心轉(zhuǎn)移差、下肢各關(guān)節(jié)活動(dòng)受限等，以各種運(yùn)動(dòng)功能障礙最為突出[5]。若不給予有效地及時(shí)康復(fù)治療干預(yù)，將直接影響卒中后患者整體的功能恢復(fù)效果。試驗(yàn)中兩組患者均接受常規(guī)康復(fù)運(yùn)動(dòng)療法干預(yù)治療，這對(duì)維持平衡能力、降低肌痙攣、促進(jìn)肢體血液循環(huán)、改善患者下肢運(yùn)動(dòng)功能、修正患者異常動(dòng)作、恢復(fù)力量和運(yùn)動(dòng)技能具有一定的作用。但常規(guī)康復(fù)運(yùn)動(dòng)療法屬于被動(dòng)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的單關(guān)節(jié)單肌群訓(xùn)練，訓(xùn)練模式缺乏高強(qiáng)度、可持續(xù)性及任務(wù)導(dǎo)向性，無(wú)法實(shí)現(xiàn)直立行走運(yùn)動(dòng)所要求的多關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)，系統(tǒng)性的訓(xùn)練難以達(dá)到，以高度相似的重復(fù)步態(tài)行走要求，很難幫助患者實(shí)現(xiàn)[6]。

本研究選用軀干固定系統(tǒng)為患者提供合適的身體支持外骨骼助行機(jī)器人，可以最大限度地發(fā)揮功能較差的患者肢體的殘余功能，促進(jìn)更早地開(kāi)展步行訓(xùn)練、適應(yīng)直立體位，提高平衡能力、降低肌痙攣、增加運(yùn)動(dòng)量[7]。在機(jī)器人的引導(dǎo)下，下肢各關(guān)節(jié)按照訓(xùn)練模式進(jìn)行有規(guī)律的重復(fù)活動(dòng)能夠引起下肢軟組織的蠕變適應(yīng)，包括肌梭傳入率和結(jié)締組織及肌肉等，降低肌張力的作用效果進(jìn)而實(shí)現(xiàn)[8]。正確的步行模式形成需要步行過(guò)程中主動(dòng)肌與拮抗肌的交互抑制，而步行中負(fù)重過(guò)多、步幅過(guò)大、步速過(guò)快，可能誘發(fā)痙攣及異常運(yùn)動(dòng)模式出現(xiàn)，實(shí)踐證明軀干固定系統(tǒng)避免出現(xiàn)訓(xùn)練過(guò)程中負(fù)重過(guò)大，防止出現(xiàn)肢體代償，隨著患者運(yùn)動(dòng)功能的提升，負(fù)重逐漸增大，逐步過(guò)渡到能夠完全承重，實(shí)現(xiàn)步態(tài)行走完全自主控制[9]。

Fugl-Meyer運(yùn)動(dòng)量表能比較準(zhǔn)確地對(duì)偏癱患者肢體功能做出定量評(píng)估，是目前國(guó)際公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)估方法[9]。試驗(yàn)結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練組Fugl-Meyer評(píng)分和外骨骼機(jī)器人訓(xùn)練組Fugl-Meyer評(píng)分訓(xùn)練后均顯著提高，兩種方法均適用于改善卒中后運(yùn)動(dòng)功能障礙，且治療后外骨骼機(jī)器人訓(xùn)練組患者Fugl-Meyer評(píng)分優(yōu)于常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練組(P<0.05)，外骨骼機(jī)器人在改善卒中后肢體功能方面更具優(yōu)勢(shì)。

功能性步行能力得分兩組受試者均有所提高，行走中需要他人幫助更少，但效果差距較大，治療組獨(dú)立行走能力效果顯著，2周內(nèi)提升2級(jí)，Berg平衡得分和功能性步行能力評(píng)分提高改善更明顯(P<0.05)，對(duì)照組2周內(nèi)未能恢復(fù)獨(dú)立行走，表明對(duì)于卒中后運(yùn)動(dòng)功能能障礙患者步行能力和下肢運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)，下肢機(jī)器人訓(xùn)練具有顯著效果?？赡軝C(jī)制是患者通過(guò)下肢機(jī)器人訓(xùn)練，抑制異常運(yùn)動(dòng)，誘導(dǎo)正常運(yùn)動(dòng)模式，關(guān)節(jié)活動(dòng)度、協(xié)調(diào)性、肌肉力量通過(guò)下肢步態(tài)重復(fù)運(yùn)動(dòng)而增強(qiáng)。

為了更加全面評(píng)估步行能力，本研究中步行試驗(yàn)包括10米步行試驗(yàn)、6分鐘步行試驗(yàn)、起立行走測(cè)試，結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)組和對(duì)照組表現(xiàn)均優(yōu)于訓(xùn)練前，但兩組間差異不顯著。原因可能有三個(gè)方面，一是外骨骼助行機(jī)器人訓(xùn)練步行能力的恢復(fù)效果對(duì)可以使用四腳杖或助行器獨(dú)立步行的腦卒中偏癱患者不明顯；二是由于樣本量過(guò)小、產(chǎn)生了誤差；三是試驗(yàn)時(shí)間短、訓(xùn)練的效果積累不足、差距不明顯。步行試驗(yàn)的四項(xiàng)指標(biāo)結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)組受試者訓(xùn)練前后的均數(shù)差值明顯高于對(duì)照組，說(shuō)明外骨骼機(jī)器人在提升步行運(yùn)動(dòng)能力所需的重要的身體素質(zhì)[10]平衡能力、肌耐力、軀干控制力方面更強(qiáng)。

相關(guān)研究證實(shí)[11]，下肢膝關(guān)節(jié)是人體直立及行走過(guò)程中主要承重關(guān)節(jié)，膝關(guān)節(jié)周?chē)∪簽榛颊卟叫刑峁?qiáng)大的推動(dòng)力[12]。此外，肌力不足是影響腦卒中患者肢體功能恢復(fù)、造成運(yùn)動(dòng)再損傷的主要因素[13，14]，患者在肌力訓(xùn)練過(guò)程中需要最大限度發(fā)揮主觀能動(dòng)性[15]。Krishnan C等[16]的研究證實(shí)，主動(dòng)運(yùn)動(dòng)模式可刺激引起患側(cè)肢體大腦皮質(zhì)區(qū)域擴(kuò)大，對(duì)于提升患者肌力更有效的手段是主動(dòng)訓(xùn)練。膝關(guān)節(jié)周?chē)募∪毫α亢完P(guān)節(jié)活動(dòng)度通過(guò)下肢外骨骼機(jī)膝屈、膝伸運(yùn)動(dòng)模式有效訓(xùn)練，研究分析發(fā)現(xiàn)治療后試驗(yàn)組患者下肢肌力評(píng)分較對(duì)照組改善更顯著(P<0.05)。依據(jù)神經(jīng)可塑性原理[17]，感官系統(tǒng)將各種信息整合輸入，不斷地深化學(xué)習(xí)、體驗(yàn)?zāi)７?，是腦組織損傷后恢復(fù)的主要依靠。機(jī)器人激活患者的本體感覺(jué)，主要通過(guò)任務(wù)導(dǎo)向型、高強(qiáng)度、高重復(fù)的步行訓(xùn)練，改善步幅、步速、步態(tài)能力，促進(jìn)盡早建立出新的神經(jīng)反饋通路，加速恢復(fù)下肢運(yùn)動(dòng)障礙?；紓?cè)肢體的加速恢復(fù)因患側(cè)下肢模仿非患側(cè)的運(yùn)動(dòng)，這種同步訓(xùn)練效果更具優(yōu)勢(shì)，可能的機(jī)制是肢體運(yùn)動(dòng)協(xié)同匹配效應(yīng)[18]。相關(guān)研究證實(shí)，步行的穩(wěn)定性與下肢訓(xùn)練的對(duì)稱(chēng)性呈正相關(guān)，更有利于提高下肢運(yùn)動(dòng)功能[19]。

然而下肢康復(fù)機(jī)器人也存在不足之處：①機(jī)器人懸吊綁定患者的流程過(guò)于復(fù)雜，時(shí)間花費(fèi)過(guò)長(zhǎng)；②機(jī)器人運(yùn)動(dòng)形式較為單一，只能進(jìn)行向前的步行訓(xùn)練，不能根據(jù)行進(jìn)中患者的需求隨意完成重心轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)向等訓(xùn)練內(nèi)容，影響康復(fù)進(jìn)程和效果；③對(duì)于肌力水平較低患者(0～2級(jí))，缺乏對(duì)關(guān)節(jié)的保護(hù)，可能對(duì)膝關(guān)節(jié)產(chǎn)生損傷；④在步態(tài)訓(xùn)練方面，步幅、步頻等級(jí)要按個(gè)體化選擇，但目前缺乏衡量標(biāo)準(zhǔn)，影響康復(fù)效果。

通過(guò)本研究證實(shí)，具有主動(dòng)性訓(xùn)練、可重復(fù)性特點(diǎn)的下肢康復(fù)機(jī)器人聯(lián)合常規(guī)康復(fù)治療訓(xùn)練對(duì)亞急性期腦卒中患者更有效方面在于運(yùn)動(dòng)功能的改善及下肢肌力的提升。臨床康復(fù)治療中，腦卒中患者下肢康復(fù)機(jī)器人治療是一個(gè)非常有前景的運(yùn)動(dòng)功能治療方法，患者效果顯著，治療師的工作強(qiáng)度由此減輕，值得應(yīng)用推廣。本研究缺少患者長(zhǎng)期隨訪觀察，未來(lái)需要更深入地跟蹤分析。