下肢康復(fù)機(jī)器人對(duì)腦卒中偏癱患者步行功能的影響*

王讓讓 綜述 孟純陽 審校

(濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院，濟(jì)寧 272029)

腦卒中(cerebral stroke)通常是由于血管破裂或堵塞導(dǎo)致大腦缺氧所致，偏癱是腦卒中所致的主要功能障礙之一。有數(shù)據(jù)表明全球范圍內(nèi)每6人就有1人患腦卒中，大約90%的腦卒中幸存者出現(xiàn)不同程度的功能障礙，其中步行能力是主要功能障礙之一。步行功能障礙不僅影響患者的日常生活能力，而且還會(huì)增加患者摔倒的風(fēng)險(xiǎn)[1]。因此恢復(fù)步行能力至關(guān)重要[2]。目前對(duì)腦卒中偏癱患者步行功能障礙的康復(fù)訓(xùn)練方法繁多，其中以神經(jīng)發(fā)育技術(shù)為主要手段的康復(fù)干預(yù)策略對(duì)腦卒中患者步行功能的影響已被充分肯定。康復(fù)醫(yī)學(xué)技術(shù)不斷提高下肢康復(fù)機(jī)器人被更多地應(yīng)用于臨床，下肢康復(fù)機(jī)器人與單純的常規(guī)康復(fù)治療技術(shù)相對(duì)比，對(duì)偏癱患者的動(dòng)靜態(tài)平衡和步行能力作用更有效[3]，更為便捷及精準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)化康復(fù)訓(xùn)練，更好地解放了康復(fù)治療師的雙手。

1 腦卒中偏癱患者步行功能障礙

腦卒中后大部分患者會(huì)出現(xiàn)步態(tài)障礙問題，主要表現(xiàn)為無法步行或步態(tài)異常。偏癱步態(tài)的異常主要為步行時(shí)下肢肌張力升高，膝關(guān)節(jié)屈曲不協(xié)調(diào)，足背屈不充分、足下垂，膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)控制變差、單腿支撐相縮短、步長(zhǎng)縮短和步頻減小進(jìn)而出現(xiàn)劃圈步態(tài)。步行是活動(dòng)的基礎(chǔ)，腦卒中患者由于中樞神經(jīng)功能障礙，導(dǎo)致患側(cè)下肢肌肉無力失去選擇性運(yùn)動(dòng)控制，患側(cè)下肢的肢體負(fù)荷降低導(dǎo)致平衡功能異常，進(jìn)而癱瘓腿的推進(jìn)力低于健康成年人的觀察值，隨后出現(xiàn)步行功能障礙，對(duì)其生活質(zhì)量造成了極大的影響[4]。大多數(shù)腦卒中后偏癱患者的首要康復(fù)目標(biāo)是恢復(fù)室內(nèi)獨(dú)立步行功能，偏癱步行功能障礙的康復(fù)目標(biāo)是達(dá)到正常的步態(tài)模式和速度。

2 下肢康復(fù)機(jī)器人

2.1 下肢康復(fù)機(jī)器人概念

目前，下肢康復(fù)機(jī)器人在康復(fù)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到了越來越多的應(yīng)用，重點(diǎn)是使用機(jī)器人設(shè)備來實(shí)現(xiàn)一致性和可重復(fù)性，它們不僅能夠通過自動(dòng)化為患者帶來有益的療效，還使治療師從繁重的訓(xùn)練任務(wù)中解脫出來，并且由于其可重復(fù)性、準(zhǔn)確性和可靠性的優(yōu)勢(shì)，有效地改善了康復(fù)療效[5]。下肢康復(fù)機(jī)器人是機(jī)器人技術(shù)在下肢殘疾人群中的應(yīng)用，由一組連桿組成，這些連桿平行于穿戴者的大腿、小腿和腳，并增加了致動(dòng)器，以提供關(guān)節(jié)處肌肉扭矩的替代[6]。下肢康復(fù)機(jī)器人通過直接刺激組織或關(guān)節(jié)準(zhǔn)備感覺運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)以增加神經(jīng)系統(tǒng)可塑性，它強(qiáng)調(diào)改善治療過程中的感覺-運(yùn)動(dòng)相互作用以及特定任務(wù)的練習(xí)，包括重復(fù)的練習(xí)/運(yùn)動(dòng)，以獲得可塑性和力量[7]。下肢機(jī)器人集合了康復(fù)醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、電子學(xué)、生物材料學(xué)、計(jì)算機(jī)信息學(xué)、機(jī)器人學(xué)、機(jī)械學(xué)等眾多學(xué)科。下肢康復(fù)機(jī)器人主要用于促進(jìn)患者腿部訓(xùn)練，通過下肢關(guān)節(jié)本體感覺刺激和輔助肌力訓(xùn)練，步態(tài)的重復(fù)性訓(xùn)練，讓患者具備獨(dú)立生活的能力[8]。下肢智能康復(fù)機(jī)器人通過帶動(dòng)患者下肢模擬步行時(shí)相中的屈髖、屈膝、屈踝及伸髖、伸膝、伸踝等動(dòng)作，不斷刺激患側(cè)下肢的本體感覺，促進(jìn)偏癱患者下肢的步行功能恢復(fù)。下肢康復(fù)機(jī)器人可以大大降低康復(fù)治療成本并節(jié)約醫(yī)療資源而且它還可以提供多種訓(xùn)練策略。

2.2 下肢康復(fù)機(jī)器人分類

在當(dāng)前康復(fù)醫(yī)學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)代，下肢康復(fù)機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生，它也成為腦卒中偏癱患者進(jìn)行步行功能恢復(fù)訓(xùn)練康復(fù)計(jì)劃中不可或缺的重要環(huán)節(jié)。下肢康復(fù)機(jī)器人通過帶動(dòng)患者下肢模擬步行動(dòng)作進(jìn)行重復(fù)性訓(xùn)練，與傳統(tǒng)療法相比，機(jī)器人步態(tài)康復(fù)可以在參與性環(huán)境中提供高度可控、重復(fù)和強(qiáng)化的訓(xùn)練，通過不斷刺激下肢的本體感覺進(jìn)而激活患肢肌肉，改善患者下肢的協(xié)調(diào)性及步行功能[9]。一般來說，下肢康復(fù)機(jī)器人可以分為兩類，即外骨骼機(jī)器人和末端執(zhí)行器機(jī)器人。

外骨骼式下肢康復(fù)機(jī)器人，是以腿部驅(qū)動(dòng)為主要模式，該機(jī)器人體外骨骼結(jié)構(gòu)的關(guān)節(jié)和連桿與下肢解剖結(jié)構(gòu)的關(guān)節(jié)和連桿相對(duì)應(yīng)，參照正常步態(tài)模擬運(yùn)行下肢機(jī)械腿，使患者下肢在整個(gè)步態(tài)周期里嚴(yán)格按照正常關(guān)節(jié)軌跡行駛。Lokomat是外骨骼機(jī)器人的代表，是由蘇黎世的瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院利用跑步機(jī)開發(fā)了的四自由度的外骨骼類型步態(tài)康復(fù)機(jī)器人[10]。Lokomat主要構(gòu)成包括跑臺(tái)、減重系統(tǒng)和兩條外骨骼式機(jī)械腿等3個(gè)部分組成。Lokomat智能下肢康復(fù)系統(tǒng)使腦卒中偏癱步態(tài)的患者在減重模式下，通過步態(tài)矯正器對(duì)偏癱步態(tài)進(jìn)行矯正，并在下肢體外骨骼的智能控制下進(jìn)行高強(qiáng)度、重復(fù)性的步行功能訓(xùn)練，進(jìn)行下肢步行功能的運(yùn)動(dòng)再學(xué)習(xí)，促進(jìn)了偏癱異常步態(tài)的恢復(fù)。

末端執(zhí)行器式下肢康復(fù)機(jī)器人，通常作用與患者身體接觸的某個(gè)點(diǎn)上，是以足底驅(qū)動(dòng)為主要模式，是一種將患者足底放置在雙曲柄搖桿齒輪系統(tǒng)上的裝置，步態(tài)訓(xùn)練通過驅(qū)動(dòng)足底來完成。常見的足底驅(qū)動(dòng)機(jī)器人如Haptic Walker、Lokohelp等。Haptic Walker下肢機(jī)器人產(chǎn)自德國(guó)，該機(jī)器人需要把患者的腳放置在足底驅(qū)動(dòng)的腳踏板上，驅(qū)動(dòng)踏板可按照正常人腳運(yùn)動(dòng)的軌跡控制踏板的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)該踏板可模擬各種可能的足部運(yùn)動(dòng)軌跡，提高了患者訓(xùn)練的積極性。Lokohelp下肢康復(fù)機(jī)器人產(chǎn)自美國(guó)且造價(jià)更低廉，主要靠步態(tài)矯正器引導(dǎo)足、膝、踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)下進(jìn)行步行功能訓(xùn)練，其對(duì)于偏癱步態(tài)的改善具有積極效應(yīng)。Lokohelp下肢康復(fù)機(jī)器人具有易組裝、易拆卸、易調(diào)整的特性，由于對(duì)人體運(yùn)動(dòng)沒有特殊限制且可以靈活性的運(yùn)用，該設(shè)備更能適應(yīng)不同的患者[11]。

2.3 下肢康復(fù)機(jī)器人對(duì)偏癱患者步行功能的影響

腦卒中患者的功能性步行能力的恢復(fù)是康復(fù)治療的重點(diǎn)，因?yàn)槟X卒中患者的發(fā)病原因，損傷部位，病情嚴(yán)重程度等不盡相同，所以肌力的減退、肌張力的增高、平衡功能障礙等都導(dǎo)致步態(tài)異常的現(xiàn)象。據(jù)報(bào)道，下肢康復(fù)機(jī)器人可以通過加速神經(jīng)塑型的過程提高卒中后患者行走的能力，下肢康復(fù)機(jī)器人憑借其準(zhǔn)確性和可靠性的優(yōu)勢(shì)，可有效地改善腦卒中或腦出血術(shù)后的步行功能，提高患者的生活質(zhì)量[12]。

腦卒中后偏癱患者早期多存在患側(cè)下肢肌力減退的臨床現(xiàn)象，而肌力不足將直接影響偏癱患者下肢肢體功能及步行能力的恢復(fù)。下肢康復(fù)機(jī)器人通過其機(jī)械腿能夠協(xié)調(diào)下肢肌群負(fù)重和進(jìn)行有序性的肌力訓(xùn)練。Kim等[13]對(duì)19例幕下卒中患者進(jìn)行為期4周的下肢機(jī)器人輔助步態(tài)訓(xùn)練，發(fā)現(xiàn)下肢機(jī)器人輔助步態(tài)訓(xùn)練通過支撐性的背帶輔助患者站立，可使患者盡早地進(jìn)行步行功能康復(fù)，提高了患者的積極性，而且下肢機(jī)器人輔助步態(tài)訓(xùn)練改變患者下肢的肌肉活動(dòng)，通過控制重量支撐量和步頻改變肌肉協(xié)調(diào)模式，致使卒中患者對(duì)常見的激活模式有更好的穩(wěn)定性，即腓腸肌的激活程度更高，增加患者下肢肌力的恢復(fù)及改善患側(cè)下肢的負(fù)重，促進(jìn)下肢步行功能的恢復(fù)。Hall等[14]對(duì)腦卒中偏癱患者進(jìn)行了為期12周的下肢機(jī)器人訓(xùn)練，發(fā)現(xiàn)下肢康復(fù)機(jī)器人通過不斷的感覺輸入對(duì)患者的下肢本體感覺產(chǎn)生刺激，經(jīng)過重復(fù)性的任務(wù)導(dǎo)向性步行訓(xùn)練，可以改善神經(jīng)功能障礙患者的下肢肌肉力量。有研究報(bào)道，下肢康復(fù)機(jī)器人輔助偏癱患者步行訓(xùn)練可以使患側(cè)下肢肌肉得到合理的激活，增加了患側(cè)下肢的負(fù)重和肌肉耐力[15]。

腦卒中后患者多呈現(xiàn)遲緩性癱瘓，伴隨著病情的進(jìn)展肌張力也慢慢出現(xiàn)，痙攣模式的加劇對(duì)于下肢的運(yùn)動(dòng)功能產(chǎn)生了嚴(yán)重的限制作用，這也將影響步行功能的恢復(fù)。Louie等[16]對(duì)40例亞急性中風(fēng)的成年患者分別進(jìn)行常規(guī)的物理治療，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行下肢外骨骼機(jī)器人訓(xùn)練后發(fā)現(xiàn)，腦卒中患者運(yùn)動(dòng)中的肌張力以及痙攣情況得到有效改善，社區(qū)的功能性步行距離也有提高。國(guó)外有研究表明[17]，下肢康復(fù)機(jī)器人輔助步態(tài)訓(xùn)練可以預(yù)防繼發(fā)性并發(fā)癥，可有效改善肌張力和關(guān)節(jié)僵硬狀態(tài)，對(duì)減少痙攣和改善步行能力有一定的好處。Khan等[18]研究分析表明，下肢康復(fù)機(jī)器人可有效改善患者下肢的痙攣狀態(tài)。下肢康復(fù)機(jī)器人可在輔助步態(tài)訓(xùn)練的過程中感知患者下肢痙攣的狀態(tài)，若出現(xiàn)痙攣加劇情況時(shí)其智能反饋系統(tǒng)將得到反饋并停止訓(xùn)練直至痙攣消失，下肢智能康復(fù)機(jī)器人可以更好地保證患者步行訓(xùn)練時(shí)的安全[19]。

腦卒中由于中樞神經(jīng)傳導(dǎo)異常發(fā)生上運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元損傷，患者的肌肉力量下降和肢體肌張力異常及自身本體感覺減退，使得軀體姿勢(shì)控制能力減弱且協(xié)調(diào)性下降，導(dǎo)致平衡功能異常進(jìn)而出現(xiàn)步行障礙[20]。Zhang 等[21]觀察3例偏癱患者接受AiWalker機(jī)器人輔助步行訓(xùn)練，研究顯示，與只接受常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練的患者相比，使用AiWalker機(jī)器人輔助步行訓(xùn)練可以提高患者的動(dòng)態(tài)立位平衡功能和步行能力，且近期訓(xùn)練效果明顯優(yōu)于單純的常規(guī)干預(yù)。Taki等[22]研究表明，使用HAL下肢機(jī)器人輔助功能性步行訓(xùn)練改善了有步行障礙的中風(fēng)患者的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)平衡功能和實(shí)際行走能力。下肢康復(fù)機(jī)器人通過減重和機(jī)器運(yùn)動(dòng)來模擬患者步行動(dòng)作，并且通過束縛帶固定患者的軀干、膝蓋，控制訓(xùn)練過程中的異常姿勢(shì)，同時(shí)改善下肢肌張力，增加關(guān)節(jié)活動(dòng)度，提高平衡和步行能力的康復(fù)療效[23]。

2.4 下肢康復(fù)機(jī)器人在步行功能應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)

2.4.1下肢康復(fù)機(jī)器人在步行功能應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn) 下肢康復(fù)機(jī)器人保障了偏癱患者步行功能訓(xùn)練的科學(xué)性與有效性，不僅在訓(xùn)練重復(fù)次數(shù)、安全性和步行能力的恢復(fù)方面，而且在運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性、可變性和精確可調(diào)的阻力水平以及最佳減重和步行動(dòng)作協(xié)調(diào)之間取得理想平衡的活動(dòng)方面也得到科學(xué)有效的調(diào)節(jié)。下肢智能康復(fù)機(jī)器人可以代替治療師幫助患者進(jìn)行重復(fù)的、高強(qiáng)度的肢體治療，減少了治療師的配比，降低了治療師勞動(dòng)的強(qiáng)度。臨床工作者可以準(zhǔn)確地對(duì)機(jī)器人在訓(xùn)練過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行捕捉和分析，并對(duì)偏癱患者身體康復(fù)狀態(tài)及下肢運(yùn)動(dòng)功能進(jìn)行評(píng)估。下肢康復(fù)機(jī)器人中減重系統(tǒng)懸吊帶的使用以及髖、膝、踝關(guān)節(jié)周圍固定帶的保護(hù)，使其能夠在輔助步行功能訓(xùn)練中確?；颊叩陌踩?，避免了跌倒對(duì)患者造成損害的可能。Nam等[24]研究表明，下肢康復(fù)機(jī)器人取代了物理治療師，為能獨(dú)立站立的偏癱患者提供了輔助步態(tài)訓(xùn)練，為腦卒中后步行的康復(fù)訓(xùn)練方法提供了創(chuàng)新的可能性。

2.4.2下肢康復(fù)機(jī)器人在步行功能訓(xùn)練中的局限性 下肢康復(fù)機(jī)器人在偏癱患者功能性步行訓(xùn)練的臨床應(yīng)用中，仍存在一定的局限性，包括機(jī)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、訓(xùn)練模式僵化、價(jià)格昂貴等。復(fù)雜的穿戴步驟是下肢康復(fù)機(jī)器人的一大劣勢(shì)，穿戴前需調(diào)節(jié)步態(tài)機(jī)械腿的長(zhǎng)度，固定背部、大腿處、小腿處、足部等部位綁帶，其中減重系統(tǒng)的懸吊工作還需1～2名康復(fù)治療師協(xié)作才能完成。訓(xùn)練模式較為僵化，缺乏人機(jī)的互動(dòng)以及情景結(jié)合的融入，訓(xùn)練模式單一難以提高患者康復(fù)的積極性，下肢機(jī)器人的訓(xùn)練枯燥、缺乏趣味性。造價(jià)昂貴使得普及率低，我國(guó)康復(fù)機(jī)器人的引進(jìn)現(xiàn)狀還是以綜合實(shí)力強(qiáng)勁的大醫(yī)院和規(guī)模性康復(fù)醫(yī)療中心為主，難以普及于地方及民營(yíng)醫(yī)院。此外，下肢康復(fù)機(jī)器人在影響短期肌肉活動(dòng)和步幅參數(shù)方面的能力是有限的，其減重程度有限且量化缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，而且下肢康復(fù)機(jī)器人訓(xùn)練的強(qiáng)度(頻率和持續(xù)時(shí)間)以及與訓(xùn)練反應(yīng)性相關(guān)的精確步態(tài)參數(shù)還需要進(jìn)一步研究，但隨著醫(yī)工結(jié)合的不斷深入，相信這些缺點(diǎn)會(huì)逐漸被改善[25]。

3 小結(jié)與展望

隨著腦卒中發(fā)病率、致殘率的逐年升高，步行能力成為限制患者活動(dòng)的主要功能障礙，這不僅影響了重要的基本日?；顒?dòng)，而且增加了跌倒的可能性，是影響患者康復(fù)療效的重大障礙。近年來，下肢康復(fù)機(jī)器人被廣泛應(yīng)用于偏癱患者步行的訓(xùn)練中，下肢康復(fù)機(jī)器人作為一種智能康復(fù)一體化設(shè)備，通過減重帶支持患者減重步行，憑借其下肢機(jī)械臂的精準(zhǔn)可調(diào)性達(dá)到有效重復(fù)鍛煉，同時(shí)解放了康復(fù)治療師的雙手，節(jié)約了人力，為偏癱患者功能性步行的康復(fù)提供了新方法和新希望。目前，臨床上越來越多的運(yùn)用下肢康復(fù)機(jī)器人結(jié)合生物反饋療法、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、功能性電刺激等輔助偏癱患者的步行功能訓(xùn)練，均取得了良好的臨床療效。

下肢康復(fù)機(jī)器人作為一種有效的康復(fù)技術(shù)手段，目前已在臨床上得到廣泛的推廣，但是臨床研究多為小樣本量研究，需要進(jìn)行更大樣本量的研究從而盡早統(tǒng)一訓(xùn)練的強(qiáng)度和頻率。然而，單一下肢康復(fù)機(jī)器人介入輔助步行訓(xùn)練對(duì)偏癱患者步行能力的恢復(fù)有一定的局限性，訓(xùn)練模式的僵化使患者參與度低，步行訓(xùn)練參數(shù)無統(tǒng)一的定量使其科學(xué)性有待考究。雖然下肢康復(fù)機(jī)器人存在一定的局限性，但相信隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，下肢康復(fù)機(jī)器人的技術(shù)也會(huì)更加完善，對(duì)腦卒中后偏癱患者步行功能的改善具有深遠(yuǎn)的意義。

利益沖突：所有作者均申明不存在利益沖突。