運用步態(tài)分析系統(tǒng)評估下肢康復機器人對腦卒中偏癱患者步態(tài)的臨床療效

黃 悅，余洪俊，譚小丹，謝晶晶，雷蕊綺，任 林

(重慶醫(yī)科大學附屬第三醫(yī)院/捷爾醫(yī)院康復醫(yī)學科，重慶 401120)

腦卒中是全球常見的致死原因[1]。卒中后步態(tài)異常會降低患者的功能獨立性，限制其日常生活和社會參與能力，降低了生活質(zhì)量[2]。30%～40%的腦卒中患者經(jīng)系統(tǒng)康復治療后仍存在下肢運動功能障礙，甚至喪失步行能力[3]。目前，患者下肢運動功能的康復多依賴治療師一對一或多對一的訓練，難以滿足高強度、個性化訓練需求，且療效難以得到客觀評價。

下肢康復機器人基于“神經(jīng)可塑性”原理，通過帶動下肢進行標準、高頻、準確的步行訓練，刺激神經(jīng)系統(tǒng)重塑，糾正異常步態(tài)，恢復行走功能。同時，幫助固定的患者以接近正常的速度練習步態(tài)運動，并且以更規(guī)律的步態(tài)進行訓練，與減重支持系統(tǒng)比較，其可以幫助患者在更長的時間內(nèi)獨立于物理治療師的手動努力[4]。據(jù)文獻報道，卒中患者在前3個月內(nèi)接受下肢康復機器人聯(lián)合康復治療比單獨接受常規(guī)康復治療者更有可能實現(xiàn)獨立行走[5]。由于腦卒中患者多存在特殊的偏癱步態(tài)，針對偏癱的臨床研究應主要觀察不同病程中髖、膝和踝等關(guān)節(jié)的表現(xiàn)，其康復效果的評估包括步態(tài)參數(shù)、卒中相關(guān)量表等[6]。近年來，因腦卒中失去行動能力的患者不斷增多，下肢運動障礙嚴重影響了患者的生活質(zhì)量，安全、有效地恢復其運動功能至關(guān)重要。因此，本研究運用步態(tài)分析系統(tǒng)比較了下肢康復機器人聯(lián)合康復療法與單獨常規(guī)康復療法對步態(tài)的影響，現(xiàn)報道如下。

1 資料與方法

1.1資料

1.1.1一般資料 選取2021年7月至2022年4月本院收治的腦卒中后偏癱患者53例作為研究對象，將拒絕嘗試下肢康復機器人治療者(對下肢康復機器人不了解且拒絕嘗試者、門診患者治療時間有限)設(shè)為對照組(15例)，嘗試下肢康復機器人治療者設(shè)為觀察組(38例)。對照組患者中男11例，女4例；年齡50～81歲，平均(70.00±8.73)歲；腦梗死6例，腦出血9例。觀察組患者中男26例，女12例；年齡46～80歲，平均(68.92±8.03)歲；腦梗死23例，腦出血15例。2組患者性別、年齡、病程、病變類型、偏癱側(cè)等一般資料比較，差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。見表1。本研究經(jīng)本院醫(yī)學倫理審查委員會審批。

表1 2組患者一般資料比較

1.1.2納入標準 (1)符合腦血管病分類與診斷標準[7]，經(jīng)頭顱CT或磁共振成像檢查確診為腦梗死或腦出血；(2)病程小于1年的臨床診斷為腦卒中；(3)首次腦卒中；(4)重度步態(tài)障礙的依賴行走(功能性步行量表評分小于2分)；(5)具有足夠的認知功能理解程序并在選擇程序前提供書面知情同意書；(6)適合機器人套裝(悠行外骨骼機器人UGO200)的體型(身高155～190 cm，體重小于或等于100 kg)；(7)下肢活動度：膝關(guān)節(jié)屈曲小于90°，膝關(guān)節(jié)屈曲攣縮大于10°，髖關(guān)節(jié)屈曲攣縮大于25°，踝關(guān)節(jié)屈曲攣縮大于15°。

1.1.3排除標準 (1)可能影響自主神經(jīng)或平衡功能的小腦或腦干病變；(2)涉及下肢的肌肉、骨骼疾病，如嚴重疼痛性關(guān)節(jié)炎、骨質(zhì)疏松癥、截肢或關(guān)節(jié)攣縮等；(3)其他并發(fā)神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如帕金森病、多發(fā)性硬化癥等；(4)不受控制的心血管或呼吸系統(tǒng)疾病；(5)使用起搏器；(6)認知功能障礙(精神狀態(tài)評估表評分小于或等于21分)。

1.2方法

1.2.1治療方法 2組患者均給予基礎(chǔ)藥物治療加常規(guī)康復治療。常規(guī)康復治療均由熟練且經(jīng)驗豐富的物理治療師進行，基于Bobath開發(fā)的神經(jīng)發(fā)育技術(shù)，根據(jù)患者的功能狀態(tài)，訓練任務(wù)包括姿勢控制、改善關(guān)節(jié)活動度、抗痙攣、坐立平衡訓練、主動轉(zhuǎn)移、傳統(tǒng)步行訓練等。職業(yè)訓練包括上肢的伸展和加強鍛煉，以及針對日常生活能力的任務(wù)導向治療、精細運動訓練和感覺運動恢復。同時，指導患者的陪護人員配合治療師參與康復訓練。每天1次，每周6次，共治療4周。觀察組在常規(guī)康復訓練基礎(chǔ)上再接受下肢康復機器人輔助步態(tài)訓練，每天2次，每次30 min，每周6 d，共治療4周。下肢康復機器人是由控制背包、電池、腿部總成、肘杖、記錄軟件和控制背包電池充電器組成的下肢康復訓練設(shè)備。采用綁帶將患者固定在設(shè)備主體上，由設(shè)備主體帶動患者進行康復訓練。

1.2.2評估方法 由同一名醫(yī)師采用WALKERVIEWTM步態(tài)分析系統(tǒng)評估2組患者治療前和治療后4周步態(tài)時空參數(shù)(包括步長、步頻、觸地時長等)及關(guān)節(jié)運動學參數(shù)(膝關(guān)節(jié)活動度等)。

2 結(jié) 果

2.12組患者治療前和治療后4周步態(tài)時空參數(shù)及關(guān)節(jié)運動學參數(shù)比較 2組患者治療前步頻、步長、觸地時長、重心垂直位移、膝關(guān)節(jié)活動度比較，差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)；2組患者治療后4周步頻、步長、雙側(cè)膝關(guān)節(jié)活動度均較治療前明顯改善，且觀察組患者治療后4周步頻、雙膝關(guān)節(jié)活動度及雙膝關(guān)節(jié)最大活動度均較對照組改善更明顯，差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。見表2。

表2 2組患者治療前和治療后4周步態(tài)時空參數(shù)及關(guān)節(jié)運動學參數(shù)比較

2.2偏癱患者重心垂直位移 腦卒中偏癱患者重心向前運動軌跡形狀參差不齊。見圖1。

圖1 偏癱患者重心垂直位移

3 討 論

近年來，隨著腦卒中發(fā)病率增加，卒中后下肢運動障礙、步態(tài)異常者逐漸增加，下肢康復機器人輔助步態(tài)訓練是一種安全、密集且針對特定任務(wù)的重復練習，可幫助下肢運動障礙的卒中患者重新獲得運動協(xié)調(diào)能力。然而相比于下肢康復機器人，患者對物理治療師的手法治療信任度及接受度更高，基于此，本研究運用步態(tài)分析系統(tǒng)評估腦卒中偏癱患者的步態(tài)，并比較下肢康復機器人聯(lián)合常規(guī)康復治療與單獨常規(guī)康復治療對腦卒中偏癱步態(tài)的改善效果。結(jié)果顯示，下肢康復機器人聯(lián)合康復治療與單獨常規(guī)康復治療均能改善卒中患者的偏癱步態(tài)，而下肢康復機器人結(jié)合康復治療比單獨常規(guī)康復治療在改善腦卒中偏癱步態(tài)方面效果更佳。

人類步態(tài)是最基本的身體運動之一，形成獨特的、重復的模式。正常步態(tài)的3個特征是步長適當、身體平穩(wěn)和耗能減少，而偏癱步態(tài)往往行走不對稱、行走路徑傾斜、穩(wěn)定性差、耗能增加[8]。步長是從一側(cè)足跟著地處至另一側(cè)足跟著地處之間的線性距離，健康成年人步長為50～80 cm，偏癱患者步長明顯短于健康者[9]，本研究結(jié)果也支持這一結(jié)論。步長除取決于種族、性別、年齡、身高等因素外，主要受患者發(fā)病時間長短和康復進程影響[10]。有研究表明，偏癱患者步長較短的主要原因是偏癱側(cè)下肢肌力降低、擺動初期地面推進力不夠、足離地及擺動初期屈髖力量差、偏癱側(cè)擺動末期減速快、健側(cè)支撐期髖關(guān)節(jié)伸肌過度活動等[11]。本研究結(jié)果顯示，下肢康復機器人輔助步態(tài)訓練聯(lián)合康復治療與單獨常規(guī)康復治療均能改善腦卒中偏癱患者的步長，使步長接近正常范圍，而有下肢康復機器人介入治療的觀察組患者步長得到更明顯的改善。下肢機器人這種帶有強制性的步態(tài)訓練方法通過強迫運動，促使患者努力邁步，使其步長提高，同時，又會增加步速。本研究觀察組患者步長、步頻改善更為明顯，使觀察組患者治療后步幅變大、步速變快、穩(wěn)定性增加，從而進入步態(tài)參數(shù)相互促進的良性循環(huán)，說明下肢康復機器人治療對偏癱患者步態(tài)改善具有積極影響。

人體下肢的活動主要在矢狀面進行，要關(guān)注的是髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的屈曲、伸展活動。膝關(guān)節(jié)的屈曲將有效提高步態(tài)的協(xié)調(diào)有效性[12]。支撐相時屈膝可使重心在垂直方向的運動變得更加平緩；擺動相時屈膝使擺動側(cè)肢體的垂直長度變短，以幫助足在地面上的廓清。臨床發(fā)現(xiàn)，偏癱患者在患側(cè)支撐時髖關(guān)節(jié)常不能伸直，持續(xù)地以屈髖狀態(tài)行走，再加上膝關(guān)節(jié)控制較差，常游走在膝過伸和膝過屈兩個極端。髖關(guān)節(jié)過屈時膝關(guān)節(jié)常發(fā)生繼發(fā)性屈曲畸形，加重步態(tài)異常。有研究表明，偏癱患者下肢3個關(guān)節(jié)的活動度均比健康者小，且髖、膝、踝關(guān)節(jié)角度變化可用于評估偏癱水平[13]。另有研究發(fā)現(xiàn)，當偏癱患者被要求走得更快會增加髖關(guān)節(jié)屈伸角度和膝關(guān)節(jié)屈曲角度[14]。卒中患者偏癱側(cè)的肌張力增高、肌力下降及關(guān)節(jié)攣縮是導致患側(cè)伸髖、屈膝受限的主要原因。有研究發(fā)現(xiàn)，下肢運動功能與髖、膝關(guān)節(jié)活動度均呈正相關(guān)，表明下肢康復機器人訓練對腦卒中偏癱患者運動功能恢復具有顯著促進作用[15]。每次30 min的下肢康復機器人訓練增加了患者下肢被動負重的能力，而外固定設(shè)備是按健康者步行角度設(shè)置的，再加上足部固定支持帶的拉伸，可幫助偏癱患者擺脫髖、膝、踝關(guān)節(jié)活動度小的偏癱下肢伸肌運動模式，從而促進髖、膝關(guān)節(jié)的分離運動。本研究結(jié)果顯示，觀察組患者治療后4周患側(cè)髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)屈伸活動角度均明顯優(yōu)于對照組，表明下肢外骨骼機器人訓練相比于常規(guī)康復治療更有利于提高偏癱側(cè)髖、膝活動角度，使患側(cè)具有更強的廓清能力，對擺動期表現(xiàn)出有利影響。

人體平衡是指在運動或受力時通過調(diào)整重心維持姿勢穩(wěn)定的能力。人體失衡將不能維持正常的步態(tài)。偏癱患者步行時主要表現(xiàn)為大范圍的軀體側(cè)方移動和骨盆旋轉(zhuǎn)、小范圍的垂直運動和軀體運動的不對稱及重心偏移、重心擺動系數(shù)增大等[16]。在步行過程中軀體運動的控制能力是評價步態(tài)穩(wěn)定性最有價值的指標，主要包括身體重心的側(cè)方和垂直移動，以及骨盆的旋轉(zhuǎn)、前后傾斜和左右傾斜運動[17]。步行運動的完成取決于重心能否控制在支撐面內(nèi)[18]。有研究表明，步態(tài)周期中身體重心側(cè)方移動、偏癱側(cè)髖關(guān)節(jié)伸展和膝關(guān)節(jié)屈曲等三維運動學參數(shù)異常是影響腦卒中患者步行能力恢復的主要因素[19]。通常當人類站立時重心位于骨盆或肚臍的前面，在改變姿勢或移動身體的過程中移動。在正常的步行過程中沿X軸(從后到前的方向?qū)R)重心線性向前移動。然而卒中偏癱患者重心向前運動不那么清晰，軌跡形狀參差不齊，造成這種現(xiàn)象的原因是身體的平衡不穩(wěn)定?？紤]到重心在Y方向的軌跡也不同，這種差異源于整體力線的偏移，導致患者行走的不穩(wěn)定性。在Y軸方向髖關(guān)節(jié)相對骨盆的額外旋轉(zhuǎn)將改變步態(tài)模式，允許跨步長增加和重心擺動的幅度減少，提示這些可使重心平緩行進及行走中減少唐突轉(zhuǎn)移出現(xiàn)。機械能的轉(zhuǎn)移需要重心的波動，從而減低步行中的能量消耗。而步行中最小化身體重心的位移可節(jié)省身體的能量。卒中患者只有調(diào)整重心保持身體平衡，才能恢復行走能力[20]。

本研究有幾個局限性：(1)最嚴重的是評估的受試者數(shù)量相對較少，這不足以概括下肢康復機器人的效果。確認本研究結(jié)果并確定兩種治療類型的差異將需要未來更多參與者的研究。(2)干預時間較短，未進行長期隨訪；因此，尚無法評估下肢康復機器人對步態(tài)的長期影響。

綜上所述，下肢康復機器人聯(lián)合常規(guī)康復治療與常規(guī)康復治療均能改善腦卒中偏癱患者的步態(tài)，而前者比后者在改善腦卒中偏癱步態(tài)方面效果更好。然而尚需更長期隨訪的進一步大規(guī)模研究進一步探索下肢康復機器人對卒中后步態(tài)改善的影響。