下肢外骨骼康復機器人在腦卒中病人中的臨床應用研究

汪宗保 周玲玲 王從振

摘 要：下肢外骨骼康復機器人輔助腦卒中病人康復正在臨床應用中日益得到重視。本文通過對下肢外骨骼康復機器人在腦卒中病人中的臨床應用研究文獻進行歸納總結，以期為研究者和臨床工作者探索下肢外骨骼康復機器人對腦卒中患者的康復提高臨床療效和研發(fā)提供思路。

關鍵詞：下肢;外骨骼康復機器人;腦卒中;臨床應用

中圖分類號：R743.3 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1673-260X（2021）07-0050-04

腦卒中是造成我國成年病殘患者的主要原因[1]?；颊卟煌潭鹊墓δ苷系K不僅生存質(zhì)量下降，而且加重了家庭和社會經(jīng)濟負擔。中樞神經(jīng)具有可塑性，腦卒中早期康復治療可激發(fā)大腦神經(jīng)重塑功能，促進損傷功能重組，有效恢復腦卒中病人的患肢運動功能[2]。早期康復介入也是為患者建立標準化步行模式的關鍵[3]。傳統(tǒng)的康復治療主要依賴康復治療師和醫(yī)務人員徒手進行，康復效果易受康復治療師和醫(yī)務人員手法操作、個人力量、情緒等多種客觀和主觀因素影響，使康復和治療過程及時、有效、準確的反饋較難掌握，進而治療效果直觀評價較難進行[4]，而且大大增加有限數(shù)量的醫(yī)務人員和家庭人員工作強度。

為了應對這些問題，自動化康復機器人應運而生，它可協(xié)助醫(yī)務人員在臨床神經(jīng)康復中發(fā)揮重要作用，尤其是需要長期康復訓練的腦卒中病人，受到越來越多的關注和研究[5]。目前尤其是外骨骼康復機器人最有前景，具有精確化、高強度、高效率等特點，確保病人活動質(zhì)量，并能顯著提高康復療效，甚至能在適當減輕肩荷的情況下，幫助患者模擬正確步行方式等[6]。

本文通過回顧下肢外骨骼康復機器人的相關文獻，對其在腦卒中病人中的臨床應用研究進行了歸納總結。

1 下肢外骨骼康復機器人的臨床工作原理

外骨骼是一種能對蟹、蝦、昆蟲等節(jié)肢生物內(nèi)部柔軟組織提供修復、支撐和保護作用的堅硬外部裝置[7]。外骨骼康復機器人是一種可以輔助患者進行功能康復訓練的機器設備，最早應用于軍事領域來提高軍隊作戰(zhàn)能力、減輕軍人疲勞感。后來，鑒于外骨骼機器人的優(yōu)點而試用于臨床醫(yī)學領域，發(fā)現(xiàn)功能不足的患者通過穿戴下肢外骨骼康復機器人，就可以提供有效的運動訓練。

下肢外骨骼康復機器人是一種可穿戴于機體的外骨骼助力設備，提供身體保護，運動助力等功能，同時融入了采集、傳感、分析等技術，使得該機器人能在自主控制下完成支持、保護、助力等功能和任務，其中之一即通過運動中的肌電信號傳遞來控制異常模式、輔助病人早期步行，促進運動神經(jīng)恢復、改善日常生活活動，輔助步行障礙的病人恢復正常步態(tài)。同時，康復機器人的人機交互技術，有助于病人在康復運動中建立靈活、精確的意識反應，加強康復的趣味性，提高患者的主動參與能力[8]。如此，外骨骼康復機器人即可通過反復有效、健側肢體或物理原理的驅動，輔助患側肢體進行康復訓練，有利于加強運動肢體與受損神經(jīng)之間的聯(lián)系，從而誘發(fā)患者運動感覺不斷正常化，促進患肢功能的盡早恢復[9]?；颊咧鲃訁⑴c能力一旦得到提高，其優(yōu)點是不僅有利于提升康復效率，而且可減少能源消耗，節(jié)省社會公共資源。

2 下肢外骨骼康復機器人在腦卒中病人中的臨床應用研究

腦卒中病人患側肢體功能障礙對患者生存質(zhì)量有不同程度的影響。因此，早期有效康復對患者生活質(zhì)量的提高有重大意義。以下為回顧下肢外骨骼康復機器人在腦卒中病人中的臨床應用研究文獻，其主要體現(xiàn)在患者的運動及平衡功能、步行能力、日常生活活動能力等方面。

2.1 下肢外骨骼康復機器人在腦卒中病人運動及平衡功能中的臨床研究

腦卒中后引起的神經(jīng)、運動、平衡功能障礙，嚴重影響患者日常生活獨立能力及步行能力[10]。因此，運動及平衡功能的功能改善在腦卒中病人生活質(zhì)量的提高過程中發(fā)揮較大作用。謝紅志等[11]通過北京大艾機器人科技有限公司生產(chǎn)的下肢外骨骼康復機器人“Aiwalker”結合常規(guī)康復訓練應用于腦卒中偏癱患者，研究結果顯示采用外骨骼助行機器人在改善卒中后肢體運動功能障礙具有明顯的優(yōu)勢。同時，發(fā)現(xiàn)下肢外骨骼助行機器人主動及健側肢體輔助訓練，更有利于促進下肢相關肌群伸展，提高患者平衡功能、肌力、肌耐力，從而提高步態(tài)的穩(wěn)定性，改善下肢運動及平衡功能。郝正瑋等[12]研究表明Lokomat下肢康復機器訓練便于激發(fā)患肢步行相關關節(jié)分離運動的出現(xiàn)，有助于行走時下肢負重向患側肢體轉移，并能大幅度改善恢復期腦卒中偏癱患者下肢的整體運動功能。有學者[13]應用常規(guī)康復治療和上海市第六人民醫(yī)院與上海交通大學機器人研究所共同研制的下肢外骨骼康復機器人對腦卒中偏癱患者進行康復，認為康復機器人主動訓練可以促進下肢髖關節(jié)、膝關節(jié)屈伸運動，誘發(fā)分離運動的產(chǎn)生，改善下肢肌力，進而有效預防患肢發(fā)生失用性肌肉萎縮，改善下肢運動功能，保持步態(tài)的平衡及協(xié)調(diào)。同時，認為康復機器人的康復訓練，便于降低康復治療師的工作強度、減少傳統(tǒng)康復的枯燥，確保了訓練的安全性，提高了康復效率。趙明明等[14]研究發(fā)現(xiàn)Lokohelp下肢外骨骼康復機器人在減重狀態(tài)下，通過重復性、標準化步態(tài)訓練，強化精確信號輸入刺激，從而促進損傷神經(jīng)恢復和重塑，有助于改善腦卒中患者平衡和協(xié)調(diào)功能。

2.2 下肢外骨骼康復機器人在腦卒中病人步態(tài)中的臨床研究

偏癱步態(tài)是一種腦卒中病人典型的后遺癥。偏癱病人常出現(xiàn)病理現(xiàn)象，包括患肢關節(jié)活動度降低、肌力降低、肌耐力降低、平衡功能降低、運動模式異常等，不利于患者正常步態(tài)的形成[15]。因此，為建立腦卒中病人正常步態(tài)模式，重復性的步行能力訓練十分重要。程雪等[1]使用廣州一康A3下肢康復機器人輔助卒中病人進行步態(tài)訓練，研究結果顯示6周后患肢的步長、步幅、步頻提高顯著，患側腿的擺動相延長、支撐相縮短，同時平均步幅時間、雙支撐相顯著降低，差異均有統(tǒng)計學意義。分析認為A3下肢康復機器人中的減重支持裝置，更有利于提高骨盆及軀干的協(xié)調(diào)和穩(wěn)定性，盡早促進腦卒中病人功能性步態(tài)訓練。孟兆祥等[15]將30例腦卒中患者開展Lokohelp下肢康復訓練結合神經(jīng)內(nèi)科治療，治療12周后，研究發(fā)現(xiàn)外骨骼康復機器人能加強患者膝及踝關節(jié)、軀干、骨盆控制能力、改善下肢步態(tài)，促進正常步態(tài)周期形成。香港中文大學研發(fā)設計的CUHK-EXO，髖、膝關節(jié)可通過電動機進行驅動，病人可以在拐杖輔助下進行使用，在偏癱、截癱等患者康復中具有良好的治療效果，能夠提高患者站立和步行的靈活性[16]。Hiroki等[17]研究發(fā)現(xiàn)，通過下肢外骨骼康復機器人對腦卒中偏癱患者進行康復訓練，可以有效糾正患者的異常步態(tài)，更好地改善患者的步行能力。步速對腦卒中病人步行功能的恢復有重要影響，步速的增加便于減少患者步行能量損耗[18]，使病人行走更輕松且安全。

2.3 下肢外骨骼康復機器人在腦卒中病人日常生活活動能力中的臨床研究

腦卒中后患肢的功能障礙，常伴有軀體、運動、感覺功能下降，導致病人易發(fā)生跌倒，易影響患者日常生活活動能力[19]。因此，日常生活活動的改善對腦卒中病人健康發(fā)揮著重要的作用。王玉杰[20]采用常規(guī)康復訓練的基礎上增加下肢外骨骼助行機器人“Aiwalker”的步行訓練，研究結果表明下肢外骨骼康復機器人可以有效促進腦卒中偏癱病人下肢日常生活活動能力、平衡功能、步行功能、運動功能的提升，提高患者日常生存質(zhì)量。楊慧勇等[21]采用西安凱思特電子科技有限公司生產(chǎn)的XYQ-8型智能下肢康復機器人結合常規(guī)康復訓練，研究發(fā)現(xiàn)可以顯著促進腦卒中偏癱病人神經(jīng)功能恢復及重塑，提高機體的協(xié)調(diào)與平衡功能，促進患肢盡早恢復運動功能、改善日常生活活動。同時，康復機器設備中隨時生命體征監(jiān)測，保證了患者的安全，有利于幫助患者建立康復的自信心。張熙斌等[22]認為，Lokohelp下肢康復機器人減重步行訓練的設置，利用重復性特征，有效降低了下肢肌肉負荷及刺激了感覺信息輸入，擴大了關節(jié)活動范圍，利于肢體痙攣的恢復，若與運動療法相結合，能夠最大程度改善腦卒中患者下肢功能、肌痙攣及提高日常生活活動能力。劉亞鴿等[23]認為利用上海西貝有限公司remo型下肢康復機器人輔助偏癱患者進行主動訓練，能夠有效避免病理運動模式的出現(xiàn)，促進正常運動模式形成，重塑患側神經(jīng)功能，改善患肢肌群肌力及關節(jié)活動度，從而最大限度地降低患肢痙攣，提高患者日常生活能力，更好地回歸家庭和社會。Ferreira等[24]采用下肢外骨骼康復機器人對腦卒中偏癱患者進行康復訓練，研究發(fā)現(xiàn)下肢外骨骼康復機器人可以有效提高患者的日常生活活動能力、運動功能和平衡功能，促進機體各項指標均不同程度的改善。

3 總結

隨著醫(yī)學的發(fā)展，診斷水平雖然得到大幅度提高，但是療效有待深入。心腦血管疾病在全球最常高發(fā)的疾病之一，面對傳統(tǒng)一對一康復治療、人力需求量大、傳統(tǒng)治療效果差等局限，康復機器人在腦卒中病人中的有效介入避免了傳統(tǒng)康復治療的缺點。下肢外骨骼康復機器人通過早期重復性模擬正常步行周期，強化外周深淺感覺輸入刺激，促進患側周圍神經(jīng)側支循環(huán)的建立，增加神經(jīng)之間的聯(lián)系，進而促進患側功能重塑，是促進腦卒中病人神經(jīng)功能重建的重要方法[25]?？祻蜋C器人作為全球新興的智能訓練裝置，增加了患者的主動參與性，提高康復效率，彌補了康復訓練的不足。

本文通過對下肢外骨骼康復機器人在腦卒中患者中的臨床應用研究情況進行回顧，證明外骨骼康復機器人可以有效改善腦卒中病人整體運動功能、糾正患者異常步態(tài)、提高患者生存質(zhì)量，但仍然存在一些不足，如設備使用昂貴、結構復雜、操作不便、驅動力大小難以控制等問題。隨著現(xiàn)代醫(yī)學及驅動裝置、人工智能、新能源及控制技術的發(fā)展，下肢外骨骼康復機器人未來將會向靈巧化、高智能化、便攜化、輕量化、個性化更深入完善，市場前景廣闊，高效的臨床應用將會更加廣泛。

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