下肢骨盆控制康復(fù)機(jī)器人訓(xùn)練對腦卒中患者平衡功能和步行能力的影響

林在龍 朱雯 吳華 顧旭東 傅建明 姚云海 李輝 李巖 柏和風(fēng)

腦卒中后約3/4 的患者因肌力、肌張力的改變及異常運動模式致其步態(tài)穩(wěn)定性下降，而步行是多關(guān)節(jié)和肌群的周期性協(xié)調(diào)運動，要求機(jī)體有足夠的支撐能力與平衡能力[1]。骨盆作為人體承上啟下的重要結(jié)構(gòu)，對于腦卒中患者維持平衡功能和步行能力有著重要影響。下肢遠(yuǎn)端的肢體活動以近端的骨盆運動為基礎(chǔ)，步行時，骨盆隨人體運動產(chǎn)生周期性側(cè)傾、旋轉(zhuǎn)和水平移動，此時人體具有良好的協(xié)調(diào)與平衡功能。腦卒中患者因中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷，骨盆的姿勢控制系統(tǒng)被破壞[2]，骨盆運動失去協(xié)調(diào)與平衡，從而影響下肢步行功能。以往步行訓(xùn)練側(cè)重下肢運動功能訓(xùn)練而容易忽略骨盆控制對步態(tài)的影響，因而容易出現(xiàn)異常運動模式，治療效果欠佳。近年來下肢康復(fù)機(jī)器人輔助步行訓(xùn)練越來越得到重視，其中下肢骨盆控制康復(fù)機(jī)器人訓(xùn)練使步行中骨盆得到良好的控制，可有針對性地糾正偏癱側(cè)下肢異常運動模式[3]。因此本研究應(yīng)用下肢骨盆控制康復(fù)機(jī)器人對患者的步行訓(xùn)練進(jìn)行干預(yù)，觀察該方法對腦卒中患者平衡功能和步行能力的影響，現(xiàn)報道如下。

1 對象和方法

1.1 對象 選取2016 年3 月至2017 年3 月嘉興市第二醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)中心收治的腦卒中患者50 例。納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）首次腦出血或者腦梗死并經(jīng)頭顱CT 或MRI 檢查證實；（2）有肢體功能障礙并已給予常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練者，患者下肢Brunnstrom 分期為Ⅱ期以上；（3）年齡＜65歲；（4）生命體征穩(wěn)定，血壓控制在正常范圍內(nèi)，心功能良好者；（5）意識清醒，愿配合康復(fù)治療者；（6）患者病程均＜12 周，血壓控制在正常范圍，無心肌梗死、心絞痛等發(fā)作，心功能良好，無其他限制活動的合并癥。所有患者均知情同意，本研究經(jīng)本院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)。采用隨機(jī)數(shù)字表法將所有患者分為實驗組和對照組，每組25 例，兩組患者一般資料比較差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（均P ＞0.05），見表1。

表1 兩組患者一般資料比較

1.2 治療方法 兩組患者均給予常規(guī)藥物治療和康復(fù)訓(xùn)練，包括髖膝踝關(guān)節(jié)控制訓(xùn)練、肌力訓(xùn)練、橋式訓(xùn)練、翻身訓(xùn)練、坐-站位轉(zhuǎn)移訓(xùn)練、站立平衡訓(xùn)練、單腿負(fù)重訓(xùn)練、上下樓梯訓(xùn)練、邁步步行訓(xùn)練等[4]；其中對照組患者訓(xùn)練每次50 min，1 次/d，5 次/周，為期8周，實驗組患者訓(xùn)練每次30 min，1 次/d，5 次/周，為期8周。

實驗組患者在常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練基礎(chǔ)上增加由上海電氣集團(tuán)股份有限公司研發(fā)的下肢骨盆控制康復(fù)機(jī)器人輔助步行訓(xùn)練，每次20 min，1 次/d，5 次/周，為期8 周。該機(jī)器人由跑臺、骨盆減重控制裝置和操作平臺組成，通過可調(diào)節(jié)的骨盆控制裝置和運動跑臺，幫助患者主動或在部分輔助下模擬正常人行走時的骨盆運動角度和步態(tài)周期進(jìn)行訓(xùn)練；訓(xùn)練前治療師向患者說明跑臺工作方式及注意事項，然后患者通過臺階轉(zhuǎn)移至跑臺上，將骨盆控制裝置根據(jù)其身高調(diào)整至合適高度，將減重腰帶通過腹股溝將患者骨盆部分進(jìn)行固定，通過電腦平板設(shè)置減重量（根據(jù)體重10%～20%）、步行速度、訓(xùn)練時間等參數(shù)，啟動跑臺進(jìn)行步行訓(xùn)練，治療師在患側(cè)指導(dǎo)患者進(jìn)行邁步，根據(jù)需要治療師可用手控制患者踝關(guān)節(jié)抑制患足內(nèi)翻改善廓清障礙；其中不同康復(fù)階段的患者可制定不同的訓(xùn)練模式，包括步速（一般從低速開始0.2 km/h），骨盆的旋轉(zhuǎn)、側(cè)傾、水平位移幅度范圍、訓(xùn)練時間以及減重量等參數(shù)。

兩組患者在訓(xùn)練過程中若出現(xiàn)頭暈、心率加快，血壓波動等呼吸、循環(huán)系統(tǒng)反應(yīng)，應(yīng)立即中止訓(xùn)練并給予相應(yīng)處理，訓(xùn)練過程均在治療師監(jiān)控安全前提下進(jìn)行。

1.3 療效評定方法 兩組患者在治療前1 周先對觀測指標(biāo)進(jìn)行基礎(chǔ)測評，再于治療8 周后對觀測指標(biāo)進(jìn)行測評，以評定療效。（1）采用Rivermead 運動指數(shù)（RMI）評分評定患者翻身、轉(zhuǎn)移、上下樓梯、獨立行走、跑步等15項日常生活活動能力，能完成得1 分，不能完成得0 分，總分15 分[6]；（2）采用Berg 平衡量表（Berg balance scale，BBS）評定平衡功能（總分56 分），分值越高平衡功能越好；（3）采用功能性步行量表（FAC）分級對患者下肢步行能力進(jìn)行評定，0 級：不能行走或＞1 人扶持下步行；1 級：需在1 人減重扶持下步行；2 級：需間斷肢體接觸幫助下步行；3 級：需在他人監(jiān)督及口令指導(dǎo)下步行；4 級：在平坦地面上能獨立步行，但在上下樓梯時需幫助；5 級：完全獨立步行[5]；將3～5 級患者歸為具有獨立步行能力，計算獨立步行百分比；（4）采用廣州章和電氣的Gait watch 步態(tài)分析系統(tǒng)采集步長、步頻、步速數(shù)據(jù)進(jìn)行評估，將3 塊傳感器分別綁在患者髖、膝、踝部，囑患者自然狀態(tài)下完成12 m 直線距離的行走，數(shù)據(jù)同步上傳于電腦形成步行曲線圖和動態(tài)三維圖，治療師從中提取主要參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)比較[7]。

1.4 統(tǒng)計學(xué)處理 采用SPSS 17.0 統(tǒng)計軟件。計量資料以表示，組間比較采用兩獨立樣本t 檢驗，組內(nèi)治療前后比較采用配對t 檢驗；計數(shù)資料用率表示，組間比較采用χ2檢驗。P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組患者治療前后RMI 評分比較 兩組治療前RMI 評分比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P ＞0.05）；治療后兩組RMI 評分較治療前均明顯上升，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（均P＜0.05），實驗組較對照組RMI 評分更高，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），見表2。

2.2 兩組患者治療前后BBS 評分比較 兩組治療前BBS 評分比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P ＞0.05）；兩組治療后BBS 評分較治療前均明顯增高，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（均P＜0.05），實驗組較對照組BBS 評分更高，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），見表3。

表2 兩組患者治療前后RMI 評分比較（分）

表3 兩組患者治療前后BBS 評分比較（分）

2.3 兩組患者治療前后獨立步行百分比比較 兩組患者治療前獨立步行百分比比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P ＞0.05）；兩組治療后獨立步行百分比較治療前均明顯增高，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（均P＜0.05），且實驗組獨立步行百分比較對照組更高，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），見表4。

表4 兩組患者治療前后獨立步行百分比比較（例）

2.4 兩組患者治療前后步長、步頻、步速比較 兩組患者治療前步長、步頻、步速比較差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（均P ＞0.05）；兩組治療后步長、步頻、步速較治療前均明顯上升，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（均P＜0.05），實驗組較對照組步長、步頻、步速均更優(yōu)，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（均P＜0.05），見表5。

3 討論

隨著人們生活水平提高，腦卒中患者回歸社會、社區(qū)及家庭的自我期望也隨之增強(qiáng)[8]。臨床中發(fā)現(xiàn)，腦卒中患者下肢運動功能較上肢功能尤其是手的精細(xì)活動在恢復(fù)時間上具有優(yōu)勢，且難易程度較低，治療效果較好[9-10]。目前臨床上對于此類患者多采取傳統(tǒng)康復(fù)方法，即通過指導(dǎo)患者進(jìn)行平衡和步態(tài)訓(xùn)練，避免代償姿勢，為腦卒中患者提供正確的協(xié)調(diào)與平衡感覺輸入，糾正下肢錯誤運動模式。但在徒手訓(xùn)練過程中，治療師既要保證患者安全又要進(jìn)行步態(tài)指導(dǎo)，存在安全隱患，且難以控制患者骨盆運動及步行周期中雙側(cè)下肢的支撐和擺動。臨床訓(xùn)練中因注重下肢運動功能的訓(xùn)練而容易忽略骨盆訓(xùn)練[11]，從而導(dǎo)致患者步態(tài)改善不明顯。研究表明軀干與骨盆控制能力是機(jī)體平衡及步行運動能力的綜合反映[12]，骨盆帶及周圍肌群屬于人體核心部位，為肢體功能動作提供支持，保證上下軀干傳導(dǎo)動作的發(fā)揮。肢體的隨意運動是以近端穩(wěn)定性為基礎(chǔ)的，運動發(fā)育遵循從上至下、由近及遠(yuǎn)的原則[13]，因此軀干和骨盆的穩(wěn)定決定了下肢協(xié)調(diào)運動和步行穩(wěn)定[14-15]。腦卒中可導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷，繼而影響感覺整合與運動輸出，降低骨盆及周圍肌群的運動反饋，使得患者的平衡功能受到巨大影響，身體穩(wěn)定性及協(xié)調(diào)能力喪失以至于無法維持步行過程中的正常姿勢和身體重心，因此需要一個在保證訓(xùn)練安全的同時可以強(qiáng)化患者骨盆控制能力的平臺進(jìn)行步行訓(xùn)練，下肢骨盆控制康復(fù)機(jī)器人滿足這一要求。

本研究采用上海電氣集團(tuán)股份有限公司研發(fā)的下肢骨盆控制康復(fù)機(jī)器人。該機(jī)器人骨盆控制裝置根據(jù)人體骨盆運動生物力學(xué)設(shè)計，人體軀干在正常情況下行走時骨盆兩側(cè)旋前和旋后區(qū)域控制在-4°至+4°，盆骨前后、上下、左右3 個軸方向的運動呈正弦波形曲線運動[16]。該設(shè)計可使得患者在步行訓(xùn)練過程中重心可以在安全范圍內(nèi)進(jìn)行移動和調(diào)節(jié)，減重腰帶的控制裝置不同于臨床上常見的外骨骼固定式機(jī)器人，該裝置具有減重支持、不限制患者骨盆正常運動等優(yōu)點，從而有效降低軀干運動時的能量消耗，降低步行難度，增強(qiáng)患者信心。根據(jù)腦卒中典型的偏癱步態(tài)特點，患者在行走時，兩側(cè)肢體呈非對稱性擺動，有研究顯示，這是因為偏癱患者雙足支撐相延長至60%～65%，擺動期均縮短至35%～40%，若要從根本上改善步行能力，則需要加強(qiáng)患側(cè)下肢載重能力，延長患肢負(fù)重時間[17]。該機(jī)器人可替代治療師以達(dá)到保護(hù)患者的目的，且治療師可通過控制患者踝關(guān)節(jié)延長患足支撐地面的時間來增加該側(cè)肢體的負(fù)荷，引導(dǎo)患者將步長、步頻、步速等控制在正常范圍[18]。同時在患者發(fā)病后，損傷的腦神經(jīng)可以進(jìn)行自我修復(fù)，一些膠質(zhì)細(xì)胞被喚醒，神經(jīng)生長因子不斷增長，使得中樞神經(jīng)系統(tǒng)逐漸發(fā)揮其功能價值。下肢骨盆控制康復(fù)機(jī)器人的介入可以不斷地增加上述信息刺激的輸入，有利于提高神經(jīng)功能可塑性。

表5 兩組患者治療前后各步態(tài)數(shù)據(jù)比較

腦卒中最佳恢復(fù)黃金階段為起病后3 個月內(nèi)，此后肢體恢復(fù)將進(jìn)入平臺期，故本研究選取病程在3 個月內(nèi)、具備一定步行能力且存在異常運動模式的患者作為研究對象來觀察下肢骨盆控制康復(fù)機(jī)器人的步行訓(xùn)練的效果。本研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)治療8 周后，兩組患者RMI、BBS 評分、獨立步行百分比、步長、步頻、步速較治療前均顯著改善，進(jìn)一步組間比較發(fā)現(xiàn)，治療8 周后實驗組患者上述療效指標(biāo)均優(yōu)于對照組，證明在常規(guī)干預(yù)基礎(chǔ)上輔以下肢骨盆控制康復(fù)機(jī)器人訓(xùn)練能進(jìn)一步提高偏癱患者下肢運動能力，與國內(nèi)相關(guān)報道一致[19-20]?？祻?fù)是一個漫長的過程，傳統(tǒng)的康復(fù)治療方法千篇一律，治療師與患者一對一的早期步行訓(xùn)練存在較大跌倒風(fēng)險，針對腦卒中偏癱步態(tài)的訓(xùn)練不管在內(nèi)容還是時間上均難以滿足患者及家屬的治療需求。該機(jī)器人步行訓(xùn)練系統(tǒng)可定時、量化訓(xùn)練，側(cè)重骨盆控制下的步行協(xié)調(diào)性和安全性[21]。通過骨盆控制機(jī)制，可有效改善患者平衡能力，提供安全平臺進(jìn)行步態(tài)糾正，通過減重系統(tǒng)減少患側(cè)支撐降低步行訓(xùn)練難度，從而提高步行功能。

綜上所述，基于骨盆控制減重系統(tǒng)原理的下肢康復(fù)機(jī)器人訓(xùn)練可有效改善患者的平衡功能與步行能力，并且相比早期外骨骼式機(jī)器，下肢骨盆控制機(jī)器人為患者骨盆和下肢提供了更大活動自由度。但該機(jī)器人尚有不足之處，首先其對于軟癱期患者無法進(jìn)行訓(xùn)練；其次，若能在治療過程中結(jié)合心電反饋，第一時間了解患者身體運動情況，了解機(jī)器人訓(xùn)練對心肺功能的影響，將更加有助于卒中后患者的恢復(fù)。