下肢外骨骼機(jī)器人對腦卒中患者時(shí)空步態(tài)影響的Meta分析

洪雅晴,劉銓權(quán),張清芳,段麗紅,柯美華,支亮,龍建軍

腦卒中是常見的死亡原因,也是導(dǎo)致殘疾的主要原因之一[1]。有超過80%的患者存有運(yùn)動功能障礙,其中步行障礙最為常見[2]。而步行能力直接影響患者的日常生活和社會參與能力,因此患者需要花費(fèi)大量的時(shí)間專注于提高步行能力[3]。治療師通常采用傳統(tǒng)的治療性鍛煉如坐站訓(xùn)練、步態(tài)訓(xùn)練等以改善卒中患者的步態(tài)模式、平衡、下肢力量和耐力[4-5]。但傳統(tǒng)的步態(tài)訓(xùn)練會對治療師造成負(fù)擔(dān),且需要治療師具有較好的身體條件[6]。而機(jī)器人可以通過量化性的重復(fù)運(yùn)動、協(xié)調(diào)練習(xí),以喚起肌肉激活的協(xié)同作用和神經(jīng)可塑性,并且提供高度規(guī)范、重復(fù)和嚴(yán)格的訓(xùn)練,最大限度地減輕治療師的負(fù)擔(dān),并能進(jìn)行客觀、定量的評估[7]。目前,臨床上外骨骼機(jī)器人應(yīng)用更加廣泛,它可分為基于平臺訓(xùn)練的機(jī)器人,如Lokomat等[8];以及基于平地行走訓(xùn)練的機(jī)器人,如Rewalk等[9],其中可移動性是最大的特點(diǎn)[10]。已有相關(guān)的meta分析表明機(jī)器人介導(dǎo)訓(xùn)練可以改善卒中患者的功能[11-14]。但是,多數(shù)研究聚焦于Fugl-Meyer運(yùn)動功能(Fugl-Meyer assessment of lower extremity,FMA-LE)、Berg平衡(Berg balance scale,BBS)等較為主觀的結(jié)局指標(biāo)[13,15-16]。很少有將時(shí)空步態(tài)參數(shù)作為結(jié)局指標(biāo)進(jìn)行分析。因此,本研究將步長、步速等時(shí)空步態(tài)參數(shù)作為結(jié)局指標(biāo),旨在系統(tǒng)地分析下肢外骨骼機(jī)器人對卒中患者的步態(tài)功能的影響,以期為機(jī)器人作為臨床康復(fù)工具提供依據(jù)。本研究已在PROSPERO國際系統(tǒng)評價(jià)注冊平臺(https://www.crd.york.ac. uk/PROSPERO) 注 冊 (No. CRD42023415368)。

1 資料與方法

1.1 檢索策略 計(jì)算機(jī)檢索PubMed、Cochrane Library、Embase、Web of science、WanFang Data、CNKI和維普期刊VIP數(shù)據(jù)庫,搜索關(guān)于下肢外骨骼機(jī)器人對腦卒中患者步態(tài)功能恢復(fù)的隨機(jī)對照研究(randomized controlled trial ,RCT)。檢索時(shí)限為建庫至2023年3月28日,語種限制為中文和英文。同時(shí),追溯查找其文章中所提及的重要參考文獻(xiàn)。檢索文獻(xiàn)采取主題詞與自由詞相結(jié)合的方式,英文檢索詞包括:stroke、robotic、gait、randomized controlled trial等;中文檢索詞包括:腦卒中、機(jī)器人、步態(tài)等。以Pubmed為例,具體檢索策略為:#1＂stroke＂[MeSH] or strokes or Cerebrovascular Accident Oovascular Accidents or CVA OR CVAs;#2＂Exoskeleton Device＂[Mesh] or ＂Robotics＂[Mesh] or exoskeleton or robotic;#3＂Gait＂[Mesh] or gaits;#4＂Randomized Controlled Trial＂[Publication Type] or randomized controlled study or randomized controlled trials or randomized control study or randomized study or randomized control trial or randomized trial or random control study or RCT;#5 #1 and #2 and #3 and #4。

1.2 納入標(biāo)準(zhǔn)與排除標(biāo)準(zhǔn)

1.2.1 納入標(biāo)準(zhǔn) ①下肢外骨骼機(jī)器人改善腦卒中患者步態(tài)功能的RCT,為中、英文文獻(xiàn)。②研究對象符合中華醫(yī)學(xué)會第四次全國腦血管病學(xué)術(shù)會議修訂的標(biāo)準(zhǔn)或類似標(biāo)準(zhǔn)[17],且經(jīng)腦部CT與MRI檢查診斷為腦卒中并伴隨著步行功能障礙。③對照組采用常規(guī)康復(fù)治療包括Bobath 療法、運(yùn)動再學(xué)習(xí)技術(shù)、翻身轉(zhuǎn)移訓(xùn)練等,和(或)常規(guī)步行訓(xùn)練,試驗(yàn)組在此基礎(chǔ)上進(jìn)行下肢外骨骼機(jī)器人訓(xùn)練,訓(xùn)練頻率為1～2次/d,訓(xùn)練時(shí)長為20～60min/次。④結(jié)局指標(biāo):時(shí)空步態(tài)參數(shù):步長、步速、步頻、步寬、步行周期、步態(tài)時(shí)相。

1.2.2 排除標(biāo)準(zhǔn) ①個(gè)案報(bào)道、病例對照研究、會議論文、綜述等非隨機(jī)對照研究。②試驗(yàn)未完成,無法統(tǒng)計(jì)2組患者的年齡、病程等基線資料差異是否有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義或者未報(bào)告基線情況。③伴有嚴(yán)重認(rèn)知障礙的患者。④重復(fù)發(fā)表的文獻(xiàn)、報(bào)道信息不全、數(shù)據(jù)不完整和無法找到全文的文獻(xiàn)。⑤結(jié)局指標(biāo)非時(shí)空步態(tài)參數(shù),或者數(shù)據(jù)缺失。⑥改良Jadad量表評分<4分。

1.3 文獻(xiàn)篩選與數(shù)據(jù)提取 由2名研究員獨(dú)立對照納、排標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行文獻(xiàn)的篩選,提取數(shù)據(jù)等資料,并交叉核對。若出現(xiàn)分歧,則由第三方進(jìn)行處理。提取數(shù)據(jù)的資料為納入研究的基本信息,如:作者、年份、患者的年齡和病程、干預(yù)措施、樣本量、干預(yù)周期、步長、步速、步頻等。

1.4 文獻(xiàn)質(zhì)量評價(jià) 由2名研究員對納入的研究獨(dú)立評價(jià)其偏倚風(fēng)險(xiǎn),并相互核對整理。當(dāng)缺乏共識時(shí),由第三人進(jìn)行處理。按照Cochrane手冊5.1.0進(jìn)行偏倚風(fēng)險(xiǎn)評價(jià),結(jié)果為低偏倚風(fēng)險(xiǎn)、高偏倚風(fēng)險(xiǎn)和不清楚3種情況。同時(shí)根據(jù)改良Jadad評分量表對納入的研究進(jìn)行質(zhì)量評價(jià),1～3分視為低質(zhì)量,4～7分視為高質(zhì)量。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用Revmen 5.4和Stata 17.0軟件進(jìn)行Meta分析。納入的結(jié)局指標(biāo)均為連續(xù)型變量,以均數(shù)差(mean difference, MD)和95%置信區(qū)間(Confidence Interval, CI)表示。以I2表示各研究間的異質(zhì)性,當(dāng)I2<50%,P>0.1,表示各研究之間存在的異質(zhì)性較小,使用固定效應(yīng)模型進(jìn)行合并分析,當(dāng)I2≥50%,P<0.1時(shí),表示各研究之間存在較大的異質(zhì)性,使用隨機(jī)效應(yīng)模型進(jìn)行合并分析;當(dāng)異質(zhì)性較高時(shí),采用亞組分析、敏感性分析等方法,探討異質(zhì)性來源。將時(shí)空步態(tài)參數(shù)的結(jié)局指標(biāo)根據(jù)不同的機(jī)器人類型、病程、干預(yù)周期進(jìn)行亞組分析。Meta分析后對異質(zhì)性較高的合并結(jié)果進(jìn)一步進(jìn)行敏感性分析,并且觀察各結(jié)局指標(biāo)合并效應(yīng)量的穩(wěn)定性。對納入10篇以上的文章進(jìn)行發(fā)表偏倚評估。

2 結(jié)果

2.1 文獻(xiàn)檢索結(jié)果 按照檢索式在各數(shù)據(jù)庫中檢索,共獲得文獻(xiàn)1277篇,英文文獻(xiàn)946篇,中文文獻(xiàn)331篇。通過標(biāo)準(zhǔn)篩選文獻(xiàn)的流程一一進(jìn)行篩選,最終共納入文獻(xiàn)15篇[18-32],共計(jì)713例患者。篩選文獻(xiàn)流程圖。見圖1。

圖1 文獻(xiàn)篩選流程圖

2.2 納入研究的基本特征 納入研究的基本特征見表1,根據(jù)Cochrane手冊5.1.0進(jìn)行偏倚風(fēng)險(xiǎn)評價(jià),納入的研究中,14項(xiàng)研究對隨機(jī)分配的方法[18-21,23-32],進(jìn)行了明確的描述;2項(xiàng)研究使用不透光的密封信封[18,23],1項(xiàng)研究采用計(jì)算機(jī)以進(jìn)行隨機(jī)化的分配隱藏[19];2項(xiàng)研究在文中提及對結(jié)局評估者實(shí)施盲法[22-23],1項(xiàng)研究對試驗(yàn)人員實(shí)施盲法[19],1項(xiàng)研究采用了雙盲[18],1項(xiàng)研究不設(shè)盲法[20];15項(xiàng)研究均報(bào)道完整[18-32]。對于納入的研究使用改良Jadad評分量表進(jìn)行質(zhì)量評價(jià),結(jié)果見表1。納入研究的方法學(xué)質(zhì)量的評價(jià)結(jié)果。見圖2、圖3。

表1 納入文獻(xiàn)的基本特征

2.3 Meta分析結(jié)果

2.3.1 步長 6項(xiàng)RCT評估了下肢外骨骼機(jī)器人對步長的影響[18,20,22,23,26,27],共計(jì)198例患者。異質(zhì)性檢驗(yàn)顯示I2=0%,P=0.44,采取固定效應(yīng)模型。結(jié)果顯示:試驗(yàn)組的步長較對照組有明顯改善[MD=2.61,95%CI:(1.79,3.44),P<0.0001]。見圖4。

圖4 下肢外骨骼機(jī)器人對腦卒中患者步長的影響

2.3.2 步速 13項(xiàng)RCT評估了下肢外骨骼機(jī)器人對步速的影響[18,20-30,32],共計(jì)601例患者。異質(zhì)性檢驗(yàn)顯示I2=13%,P=0.32,采取固定效應(yīng)模型。結(jié)果顯示:試驗(yàn)組的步速較對照組有明顯改善[MD=0.08,95%CI:(0.07,0.10),P<0.0001]。見圖5。

圖5 下肢外骨骼機(jī)器人對腦卒中患者步速的影響

2.3.3 步頻 15項(xiàng)RCT評估了下肢外骨骼機(jī)器人對步頻的影響[18-32],共計(jì)713例患者。異質(zhì)性檢驗(yàn)顯示I2=40%,P=0.06<0.1,采取隨機(jī)效應(yīng)模型。結(jié)果顯示:試驗(yàn)組的步頻較對照組有明顯改善[MD=6.10,95%CI:(3.67,8.53),P<0.0001]。見圖6。敏感性分析各研究的異質(zhì)性來源,發(fā)現(xiàn)剔除Bang等[18]研究后,其異質(zhì)性為(I2=15%,P=0.29),其原因可能是該研究納入的樣本量太少,采取固定效應(yīng)模型。其結(jié)果為[MD=6.96,95%CI:(5.03,8.90),P<0.0001],仍表明試驗(yàn)組的步頻較對照組有明顯改善,結(jié)果穩(wěn)定。

圖6 下肢外骨骼機(jī)器人對腦卒中患者步頻的影響

2.3.4 步寬 4項(xiàng)RCT評估了下肢外骨骼機(jī)器人對步寬的影響[25,29,30,32],共計(jì)286例患者。異質(zhì)性檢驗(yàn)顯示I2=0%,P=0.96,采取固定效應(yīng)模型。結(jié)果顯示:試驗(yàn)組的步寬較對照組有明顯改善[MD=-2.22,95%CI:(-2.93,-1.51),P<0.0001]。見圖7。

圖7 下肢外骨骼機(jī)器人對腦卒中患者步寬的影響

2.3.5 步行周期 3項(xiàng)RCT評估了下肢外骨骼機(jī)器人對步行周期的影響[24,28,31],共計(jì)149例患者。異質(zhì)性檢驗(yàn)顯示I2=73%>50%,P=0.02<0.1,采取隨機(jī)效應(yīng)模型。結(jié)果顯示:試驗(yàn)組在改善腦卒中患者步行周期方面與對照組相比并無差異[MD=-0.01,95%CI:(-0.37,0.35),P=0.94]。見圖8。敏感性分析各研究的異質(zhì)性來源,發(fā)現(xiàn)剔除王艷艷等[28]研究后,其異質(zhì)性為(I2=30%,P=0.23),采取固定效應(yīng)模型。其結(jié)果為[MD=0.14,95%CI:(-0.01,0.40),P=0.27],仍表明試驗(yàn)組在改善腦卒中患者步行周期方面與對照組相比,并無差異,結(jié)果穩(wěn)定。

圖8 下肢外骨骼機(jī)器人對腦卒中患者步行周期的影響

2.3.6 步態(tài)時(shí)相:健側(cè)與患側(cè)支撐期比值 3項(xiàng)RCT評估了下肢外骨骼機(jī)器人對步態(tài)時(shí)相的影響[25,29,32],共計(jì)246例患者。異質(zhì)性檢驗(yàn)顯示I2=22%,P=0.28,采取固定效應(yīng)模型。結(jié)果顯示:試驗(yàn)組的步態(tài)時(shí)相要優(yōu)于對照組。[MD=-0.08,95%CI:(-0.11,-0.06),P<0.0001]。見圖9。

圖9 下肢外骨骼機(jī)器人對腦卒中患者步態(tài)時(shí)相:健側(cè)與患側(cè)支撐期之比的影響

2.3.7 亞組分析 對結(jié)局指標(biāo)中的步長、步速、步頻,根據(jù)不同機(jī)器人的類型、病程、干預(yù)周期進(jìn)行亞組分析,結(jié)果顯示,基于平臺訓(xùn)練的機(jī)器人、病程<6個(gè)月、不同干預(yù)周期中的試驗(yàn)組患者,在干預(yù)后其步長、步速、步頻較對照組有明顯改善。而基于平地行走訓(xùn)練的機(jī)器人組在干預(yù)后其步長、步頻的改善與對照組之間無顯著性差異,步速較對照組有明顯改善,病程>6個(gè)月組的患者在干預(yù)后其步速與對照組之間無顯著性差異,步頻較對照組有改善。見圖4～6,表2。

表2 下肢外骨骼機(jī)器人對腦卒中患者時(shí)空步態(tài)參數(shù)影響的亞組分析結(jié)果

2.4 發(fā)表偏倚分析 對結(jié)局指標(biāo)中的步速、步頻使用漏斗圖評估發(fā)表偏倚,針對步速這一結(jié)局指標(biāo),發(fā)現(xiàn)各散點(diǎn)基本均分在倒置的漏斗圖中,而步頻各散點(diǎn)也基本均分。見圖10,圖11。另外采用Stata 17.0軟件,進(jìn)行Egger檢驗(yàn)評估發(fā)表偏倚,其中步速:P=0.892>0.1,步頻:P=0.132>0.1。見表3、表4。結(jié)果顯示本研究中納入的各項(xiàng)研究不存在顯著的發(fā)表偏倚。

表3 步速的Egger檢驗(yàn)

表4 步頻的Egger檢驗(yàn)

圖10 步速漏斗圖

圖11 步頻漏斗圖

3 討論

腦卒中是血管原因?qū)е履X功能局部或整體突然受損,相關(guān)偏癱是因?yàn)橄滦猩窠?jīng)通路被中斷[33]。肌肉無力、疼痛、運(yùn)動控制等因素影響卒中患者的步態(tài)功能,降低日常生活活動能力[34]。卒中患者的步態(tài)模式在時(shí)間空間上并不對稱,這與健康人不同,且此步態(tài)模式與跌倒的風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)[35]。時(shí)空步態(tài)參數(shù)常用于定量分析步態(tài)的對稱性,卒中患者步態(tài)的時(shí)空特征為:步速降低,步長、步頻縮短,步寬增大,且卒中患者的支撐相階段與擺動相階段也發(fā)生了改變,為了保持身體的穩(wěn)定性,卒中患者會減少患側(cè)支撐相的時(shí)間并延長擺動相的時(shí)間,因此患者健側(cè)與患側(cè)支撐相之比會增大[36-37]。此外,對稱的步態(tài)被認(rèn)為是最有效的步態(tài)模式,當(dāng)機(jī)體在空間中平穩(wěn)前進(jìn),會產(chǎn)生最小的機(jī)械運(yùn)動和生理能量消耗,而偏癱步態(tài)基于時(shí)空、運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)等的不對稱性,以及重心位置的改變,增加了能量消耗[38]。因此,步態(tài)也是反映卒中患者運(yùn)動恢復(fù)的重要指標(biāo)。

本研究中,共納入了15項(xiàng)RCT,結(jié)果表明下肢外骨骼機(jī)器人有效地改善了卒中患者的步態(tài)功能,可能是因?yàn)闄C(jī)器人輔助患者以正常的行走姿勢、高重復(fù)性的進(jìn)行步態(tài)訓(xùn)練,通過激活肌肉骨骼和腦血管系統(tǒng),同時(shí)輸入正確的感覺反饋,增強(qiáng)大腦恢復(fù),改善了突觸活動,緩解了肌肉痙攣[39]。Hobbs等[40]也表明機(jī)器人可以大量增加中風(fēng)后的步行練習(xí)量,促進(jìn)功能的恢復(fù)。針對步行周期這一結(jié)局指標(biāo),試驗(yàn)組與對照組相比沒有顯著差異,可能是因?yàn)?納入此結(jié)局指標(biāo)的研究太少,以及影響步行周期的混雜因素較多,如年齡、身高、步速等[41]。

根據(jù)不同機(jī)器人的類型、病程以及干預(yù)周期對步長、步速、步頻進(jìn)行了亞組分析,其結(jié)果顯示,基于平臺訓(xùn)練的機(jī)器人組在干預(yù)后腦卒中患者的步長、步速、步頻較對照組有明顯改善,基于平臺訓(xùn)練的機(jī)器人通過懸吊減重系統(tǒng),減輕患者自身重量對髖和腿部的負(fù)荷,提高自身穩(wěn)定性,根據(jù)患者自身情況調(diào)節(jié)運(yùn)動參數(shù)進(jìn)行對應(yīng)的訓(xùn)練模式,使患側(cè)的肌肉激活順序趨于正常,提高步態(tài)模式的對稱性。而基于平地行走訓(xùn)練的機(jī)器人在干預(yù)后,腦卒中患者的步長、步頻較對照組無顯著性差異,步速較對照組有明顯改善。但發(fā)現(xiàn)剔除王艷艷等[28]研究,發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)組在步速方面與對照組之間無顯著性差異,結(jié)果不穩(wěn)定[MD=0.04,95%CI:(-0.07,0.14),P=0.49],而王艷艷等[28]研究的干預(yù)周期為2個(gè)月。這與李希等[42]的結(jié)論相一致,可能是治療周期不夠長,沒有達(dá)到訓(xùn)練的閾值,使得機(jī)器人的潛力還未發(fā)揮。病程<6個(gè)月的患者,其機(jī)器人介導(dǎo)的訓(xùn)練效果是積極穩(wěn)定的,但對于病程>6個(gè)月患者的步速較對照組無明顯改善,發(fā)現(xiàn)剔除張楠等[24]研究后,異質(zhì)性下降(I2=0%,P=0.46),步速較對照組有明顯改善,結(jié)果不穩(wěn)定[MD=0.09,95%CI:(0.06,0.13),P<0.0001];而步頻在干預(yù)后較對照組有明顯改善。基于結(jié)果的不穩(wěn)定性,病程>6個(gè)月患者的干預(yù)效果暫無法得出明確的結(jié)論,其原因可能是納入文獻(xiàn)研究的數(shù)量較少且存在部分方法學(xué)質(zhì)量欠佳的文獻(xiàn)。此外,不論干預(yù)周期的長短,其訓(xùn)練效果是有效且穩(wěn)定的,同時(shí)干預(yù)周期>4周的效果更佳。

下肢外骨骼機(jī)器人作為輔助手段以提高卒中患者的步行能力,矯正異常步態(tài)等,且可結(jié)合運(yùn)動意圖識別技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)等多種高新技術(shù),經(jīng)過控制器分析,以幫助運(yùn)動功能障礙的患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練[43]。雖然,外骨骼機(jī)器人還不能取代傳統(tǒng)康復(fù)治療,但其獨(dú)特的優(yōu)越性,也會逐漸成為康復(fù)醫(yī)學(xué)中的主角。此外,在王開等[44]可視化分析中可看出機(jī)器人康復(fù)現(xiàn)多聚集于較發(fā)達(dá)、科研水平較高的地區(qū),各研究機(jī)構(gòu)間也無連線,缺乏合作。未來可以進(jìn)行跨區(qū)域、跨機(jī)構(gòu)間的合作,同時(shí)支援下級醫(yī)院,以促進(jìn)機(jī)器人在康復(fù)醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用,進(jìn)一步探索不同類型的外骨骼機(jī)器人對卒中患者步態(tài)功能的影響。

雖然,本研究的結(jié)論是正面的,但仍存在一定的局限性,首先納入的文章大部分在中國發(fā)表,缺乏歐美國家的文章,影響了結(jié)果的普遍性;其次對納入研究的樣本量并未做限制,分析一些結(jié)局指標(biāo)時(shí),納入的研究太少,可能會產(chǎn)生一定的偏倚;再者,納入的研究中,部分文獻(xiàn)未提及分配隱藏的方法和盲法,影響了納入研究的質(zhì)量;最后,基于平地行走訓(xùn)練的機(jī)器人納入的研究太少,可能會對此結(jié)果產(chǎn)生偏倚?？紤]到本研究所納入的結(jié)局指標(biāo),客觀地反映外骨骼機(jī)器人對卒中患者步態(tài)功能的改善,希望隨著越來越多的研究的出現(xiàn),以納入大樣本、多中心、大量的國內(nèi)外高質(zhì)量文獻(xiàn),從而得出更準(zhǔn)確的分析和結(jié)論,并予以證實(shí)不同類型的機(jī)器人對卒中患者步態(tài)功能的影響。