機器人輔助步態(tài)訓(xùn)練在燒傷康復(fù)中的研究進展

摘 要 深度燒傷后患者長期臥床，體位固定和創(chuàng)面愈合后瘢痕增生攣縮，往往會導(dǎo)致諸多肢體功能障礙，尤其是下肢燒傷，其嚴重結(jié)果會影響患者行走，跳躍，站立等功能，極大地降低了患者的生活質(zhì)量。目前運動療法在燒傷肢體的康復(fù)治療中發(fā)揮重要作用，常用的方法包括關(guān)節(jié)活動度訓(xùn)練、牽伸訓(xùn)練、主動助力運動訓(xùn)練、抗阻訓(xùn)練、水中運動訓(xùn)練等。上述方法施于患者肢體，對患肢進行活動鍛煉，可改善患肢的功能障礙。隨著科技的不斷進步，功能訓(xùn)練機器人應(yīng)運而生，其出現(xiàn)節(jié)約了人力，提供給患者精細、程序化、標準化、可持續(xù)化的功能鍛煉治療，其中步態(tài)輔助訓(xùn)練機器人在康復(fù)治療中得到廣泛應(yīng)用。本文對機器人輔助步態(tài)訓(xùn)練在燒傷康復(fù)治療中的優(yōu)勢、應(yīng)用及不足進行了綜述，為其在燒傷康復(fù)治療中的進一步應(yīng)用提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞 燒傷；康復(fù)；機器人輔助步態(tài)訓(xùn)練；肢體功能障礙

中圖分類號 R644 文獻標識碼 A 文章編號 2096-7721（2024）06-1167-05

Research advances on robot-assisted gait training in burn rehabilitation

ZHANG Babo， ZHAO Haiyang， ZHANG Wanfu， HAN Fei， GUAN Hao

（Department of Burns and Cutaneous Surgery， the First Affiliated Hospital of Air Force Medical University， Xi’an 710032， China）

Abstract Patients frequently experience long-term bedridden， body position fixation， scar hyperplasia and contracture following deep burns， which can result in limb dysfunction， particularly in the lower extremities. These complications significantly impact patients’ ability to walk， jump， stand， and perform other activities， thereby diminishing their quality of life. Exercise therapy is a crucial component of burned limb rehabilitation， commonly utilized techniques including joint range of motion training， stretching， active assistance exercise， resistance training， and water-based exercises， etc. The aforementioned techniques are utilized on the patient’s extremities for physical activity training aimed at enhancing the functionality of the impaired limbs. The advancement of technology has led to the development of functional training robots， which offer a more efficient and standardized approach to functional exercise therapy， reducing the need for human intervention. Gait assistance training robots， in particular， have become prevalent in rehabilitation practices. This article offers a comprehensive overview of the benefits， applications， and limitations of robot-assisted gait training in burn rehabilitation， which may serve as a valuable reference for the further implementation of this training method in burn rehabilitation.

Key words Burn; Rehabilitation; Robot-assisted Gait Training; Limb Dysfunction

瘢痕增生和瘢痕攣縮是深度燒傷患者常見的并發(fā)癥，極易導(dǎo)致患肢功能障礙，嚴重影響患者生活質(zhì)量。關(guān)節(jié)功能障礙主要由燒傷后疼痛、臥床制動和缺乏正確及時的康復(fù)鍛煉引起。尤其下肢深度燒傷后，下肢關(guān)節(jié)活動范圍受限和肌力減退可能導(dǎo)致步態(tài)障礙，其中踝關(guān)節(jié)是最常受影響的關(guān)節(jié)，其次是髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)。步態(tài)障礙會引起下肢活動度降低，包括步長、抬腿高度和步速的降低[1]。因此，下肢燒傷后的功能康復(fù)訓(xùn)練對于改善患者的步態(tài)和行走獨立性至關(guān)重要。Gawaziuk J P等人[2]建議燒傷患者在皮膚移植后損傷部位不存在并發(fā)癥風(fēng)險時，即可開始下床活動。傳統(tǒng)的運動訓(xùn)練包括關(guān)節(jié)活動度訓(xùn)練、牽伸訓(xùn)練、主動助力運動訓(xùn)練、抗阻訓(xùn)練、水中運動訓(xùn)練[3]，通過以上訓(xùn)練可改善患肢血液循環(huán)，增強神經(jīng)肌肉功能，增加關(guān)節(jié)活動度，對抗瘢痕攣縮，從而糾正功能障礙[4]。傳統(tǒng)的步態(tài)訓(xùn)練需要人工輔助，通常需要康復(fù)治療師一對一，甚至多對一進行訓(xùn)練，對醫(yī)療人力需求較高，且人工輔助訓(xùn)練過程中，較難保證訓(xùn)練的精確性、持續(xù)性，功能恢復(fù)評估缺乏客觀性[5]。為了彌補這些缺陷，功能輔助訓(xùn)練機器人應(yīng)運而生。

機器人輔助步態(tài)訓(xùn)練（Robot-assisted Gait Training，RAGT）旨在通過重復(fù)訓(xùn)練恢復(fù)步態(tài)功能，在腦癱、卒中后、肌肉骨骼損傷等患者康復(fù)中得到了良好的療效。近年來，RAGT在燒傷后下肢步態(tài)訓(xùn)練的應(yīng)用研究取得一定的進展[6-7]。

1 RAGT的優(yōu)勢

RAGT旨在輔助重復(fù)運動訓(xùn)練促進神經(jīng)康復(fù)，許多研究已經(jīng)證明了其在中風(fēng)和脊髓損傷患者中的有效性和可行性。最近的研究又將RAGT應(yīng)用于膝關(guān)節(jié)炎等肌肉骨骼損傷患者。RAGT由計算機自動編程，可提供具有理想運動學(xué)的正常步態(tài)模式[8]。而RAGT應(yīng)用于燒傷下肢步態(tài)訓(xùn)練有以下優(yōu)勢。

1.1 個性化治療 RAGT可以根據(jù)每位患者的具體情況進行個性化治療。通過對患者的身體特點、康復(fù)需求和能力水平進行評估，可以調(diào)整機器人的參數(shù)和運動模式，以提供最適合患者的康復(fù)訓(xùn)練[9]。

1.2 精確控制 RAGT具有高度精確的運動控制能力。它可以監(jiān)測患者的姿勢、步態(tài)和力量輸出，并根據(jù)實時反饋調(diào)整運動軌跡和力量應(yīng)用，以幫助患者恢復(fù)正常的步行模式和肌肉功能[10]。

1.3 提供可重復(fù)性訓(xùn)練 RAGT可以提供可重復(fù)性的訓(xùn)練環(huán)境。相比傳統(tǒng)的人工輔助訓(xùn)練，機器人可以按照預(yù)設(shè)的模式和參數(shù)進行連續(xù)的運動，保證了訓(xùn)練的一致性和可比性，有利于評估康復(fù)進展和制定治療計劃[11]。

1.4 增加訓(xùn)練強度和持久性 RAGT可以提供更高強度的康復(fù)訓(xùn)練。它能夠調(diào)整運動速度、力量輸出和訓(xùn)練時間，使患者能夠進行更長時間和更高強度的步態(tài)訓(xùn)練，加速康復(fù)進程[12]。

1.5 減少治療人力成本 RAGT可以減輕醫(yī)務(wù)人員的負擔(dān)。相比傳統(tǒng)的人工輔助訓(xùn)練，機器人可以自動完成一部分康復(fù)訓(xùn)練任務(wù)，減少了人工操作的需求，節(jié)省了治療人力成本[13]。

1.6 提供心理支持 RAGT可以提供積極的心理支持。通過提供可視化反饋、聲音提示和鼓勵性信息，增加患者的參與感和積極性，提高康復(fù)積極性和自信心[14]。

2 RAGT在燒傷康復(fù)中的應(yīng)用

2.1 臥床期膝關(guān)節(jié)被動伸屈訓(xùn)練 長期臥床往往會降低膝關(guān)節(jié)的活動度。正常關(guān)節(jié)固定4周即可導(dǎo)致關(guān)節(jié)攣縮，而受傷的關(guān)節(jié)固定2周即可發(fā)生關(guān)節(jié)攣縮，因此康復(fù)的介入越早越好，術(shù)后1個月內(nèi)介入最佳[15]。燒傷患者植皮術(shù)后在解除敷料時即可進行床上的膝關(guān)節(jié)被動康復(fù)訓(xùn)練。路琳等人[16]在燒傷患者敷料拆除當(dāng)天，予以Speetra膝關(guān)節(jié)CPM機訓(xùn)練，膝關(guān)節(jié)活動幅度在被動伸屈活動度（Range of Motion，ROM）的基礎(chǔ)上加5～10°，每天2次，30～60分鐘/次。治療3個月后，對比常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練，包括主動訓(xùn)練和家屬輔助被動訓(xùn)練等，CPM機輔助被動訓(xùn)練對改善膝關(guān)節(jié)伸屈主被動ROM、預(yù)防及治療深度燒傷后膝關(guān)節(jié)僵硬和腘窩攣縮畸形效果更顯著，縮短了行走能力恢復(fù)的時間，同時有助于預(yù)防長期臥床導(dǎo)致的下肢靜脈血栓形成。然而，在中后期燒傷后關(guān)節(jié)活動度訓(xùn)練中，單純CPM機訓(xùn)練作用幾乎不大。在燒傷康復(fù)過程中，患者關(guān)節(jié)周圍的肌肉和組織往往并發(fā)嚴重的損傷和纖維化，導(dǎo)致關(guān)節(jié)活動受限。CPM機主要通過被動的拉伸關(guān)節(jié)，從而達到增加關(guān)節(jié)活動度的目的。此時，單純的CPM機訓(xùn)練難以觸及問題的根本，療效不理想。若聯(lián)合運動療法、醫(yī)療體操等方法，在幫助患者主動增強肌肉力量同時，改善關(guān)節(jié)穩(wěn)定性，從而提高關(guān)節(jié)活動度，緩解關(guān)節(jié)僵硬。此外，運動療法和醫(yī)療體操還能夠改善患者的心肺功能、提高身體協(xié)調(diào)能力，有助于患者全面康復(fù)[17]。

2.2 RAGT輔助行走訓(xùn)練 So Y J等人[18]使用攜帶踏板的可穿戴機器人SUBARVR對Ⅱ、Ⅲ度燒傷植皮患者進行康復(fù)訓(xùn)練，訓(xùn)練前測量患者的大腿和小腿長度，根據(jù)患者的體型進行參數(shù)調(diào)整，由治療師協(xié)助患者穿上可穿戴機器人裝備，調(diào)整至可適應(yīng)且舒適的步行速度及幅度，速度以0.8～2.4 km/h為準，模擬步態(tài)過程中下肢的周期性運動。機器人輔助訓(xùn)練改善了下肢燒傷患者股四頭肌的神經(jīng)肌肉功能，使膝關(guān)節(jié)能夠完全伸展，并且不會增加術(shù)后膝關(guān)節(jié)的疼痛程度[19]。

重度燒傷患者形成的增生性瘢痕在后期往往有瘢痕遲滯的問題，導(dǎo)致瘢痕進一步緊縮和變硬，RAGT能明顯減少增生性燒傷瘢痕的滯后現(xiàn)象，降低重復(fù)性皮膚擴張和放松過程中能量的耗散，使皮膚疲勞效應(yīng)得到改善；同時不會導(dǎo)致皮膚擴張性明顯下降。此外，RAGT輔助訓(xùn)練過程中沒有發(fā)現(xiàn)燒傷瘢痕周圍的皮膚并發(fā)癥[20]，表明RAGT可作為燒傷患者早期下床康復(fù)訓(xùn)練的合適選擇，有助于促進患者行走能力的恢復(fù)，并減緩瘢痕形成的滯后現(xiàn)象，具有一定的臨床應(yīng)用價值。腦卒中后足下垂的患者在RAGT治療后，踝部肌張力和行走能力得到明顯改善[21-22]。同時，足下垂作為腳踝燒傷患者常見的并發(fā)癥，進一步探索RAGT對改善燒傷后因瘢痕攣縮導(dǎo)致的足下垂具有臨床實踐意義。

2.3 聯(lián)合虛擬現(xiàn)實技術(shù) 在燒傷患者康復(fù)過程中，活動牽拉導(dǎo)致殘余創(chuàng)面疼痛較為顯著，盡管常規(guī)的加壓包扎和止痛藥物在緩解疼痛方面取得了一定效果，但仍不理想?；颊呖赡芤虼藢χ委煯a(chǎn)生抵觸情緒，或?qū)\動康復(fù)產(chǎn)生恐懼心理，從而影響康復(fù)治療的順利進行。Lee S Y

等人[23]在燒傷患者進行RAGT過程中聯(lián)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Virtual Reality，VR），可以顯著降低訓(xùn)練過程的疼痛評分并提高前額皮質(zhì)腦血流量，表明VR可能是燒傷患者物理治療過程中一種強大的非藥物止痛技術(shù)。這種非侵入式的干預(yù)措施有趣味性強、內(nèi)容豐富等優(yōu)點，在改善運動、認知功能方面具有很大的實用價值及發(fā)展前景；在提高患者訓(xùn)練適應(yīng)度、訓(xùn)練完整性以及節(jié)約康復(fù)治療師人力資源方面有獨特的優(yōu)勢。另外，VR可引入沉浸式畫面，患者在虛擬環(huán)境中訓(xùn)練表現(xiàn)出更好的參與感、享受感，相對于傳統(tǒng)康復(fù)治療而言，其治療積極性較高。VR除了康復(fù)本身外，對心理的影響也是有益的。諸多研究報道，患者在訓(xùn)練過程中感覺更熱情、放松、精力充沛，而負面的情緒如擔(dān)憂、恐懼、壓力和焦慮明顯減輕[24]。

2.4 聯(lián)合神經(jīng)肌肉電刺激技術(shù) 燒傷患者由于創(chuàng)面疼痛、長期臥床等因素缺乏肢體功能性鍛煉，導(dǎo)致失用性肌萎縮。功能訓(xùn)練機器人通過連續(xù)被動運動的方式，幫助患者進行有針對性的康復(fù)訓(xùn)練[25]。肌肉收縮是康復(fù)訓(xùn)練的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，只有肌肉收縮才能使患者的肢體運動恢復(fù)到正常狀態(tài)。然而，機器人無法替代患者自身的肌肉收縮鍛煉，只有在患者主動收縮肌肉、積極進行鍛煉的基礎(chǔ)上，結(jié)合機器人的連續(xù)被動輔助，才能達到最佳的康復(fù)效果[4]。Bae Y H等人[26]通過將功能性電刺激應(yīng)用于患肢踝關(guān)節(jié)背屈肌的治療，發(fā)現(xiàn)相較于僅使用輔助訓(xùn)練機器人進行治療，結(jié)合功能性電刺激的治療方法能更為顯著地改善慢性卒中患者的步態(tài)相關(guān)功能。如果聯(lián)合神經(jīng)肌肉電刺激技術(shù)，可以實現(xiàn)輔助被動運動的同時進行肌肉收縮鍛煉，促進肌肉力量恢復(fù)，進一步改善燒傷患者的步態(tài)功能，在臨床應(yīng)用中值得研究探索。

3 RAGT在燒傷康復(fù)中的不足與挑戰(zhàn)

RAGT作為一種新穎的下肢燒傷康復(fù)療法，具備可重復(fù)性和高效性，對于促進步態(tài)康復(fù)具有較大的臨床應(yīng)用潛力。然而，在實際臨床應(yīng)用過程中，仍需關(guān)注以下幾個方面的挑戰(zhàn)。

3.1 安全問題 RAGT通常依賴于預(yù)先設(shè)定的運動模式和參數(shù)。然而，燒傷患者的步態(tài)異?？赡艽嬖谳^大的差異性，瘢痕的形成更進一步加劇了關(guān)節(jié)活動度的差異。因此，在充分評估患者步態(tài)功能和瘢痕延展性的基礎(chǔ)上，有必要對機器人參數(shù)進行適當(dāng)調(diào)整。為確保燒傷患者在使用RAGT中的安全和效果，我們需要充分考慮其特殊情況。首先，在訓(xùn)練開始前，應(yīng)對患者的步態(tài)功能進行全面的評估，了解他們的步態(tài)異常特征以及瘢痕的延展性。這有助于為患者量身定制合適的訓(xùn)練方案。其次，機器人參數(shù)的設(shè)置應(yīng)靈活調(diào)整，以適應(yīng)患者的個體差異。這包括調(diào)整機器人的運動模式、力量輸出以及與燒傷部位的接觸方式等。此外，我們還應(yīng)密切關(guān)注患者在訓(xùn)練過程中的反應(yīng)，及時調(diào)整機器人參數(shù)以優(yōu)化訓(xùn)練效果。最后，對于燒傷患者，術(shù)后創(chuàng)面護理至關(guān)重要。在下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人臨床應(yīng)用治療過程中，文獻報道最常見的不良反應(yīng)是保護帶引起的各類皮膚問題，如皮膚泛紅、損傷、出現(xiàn)淤血、擦傷、水皰形成以及因保護裝置引發(fā)的不適感。除此之外，還有報道顯示患者可能出現(xiàn)直立性低血壓、疲勞現(xiàn)象（例如上肢疲乏）、多種疼痛問題（包括腰背部、關(guān)節(jié)和肌肉疼痛）、跌倒事故。此外，還有一些其他不良反應(yīng)被記錄，包括恐慌感、頭暈?zāi)垦！⒚谀虻栏腥?、距骨斷裂、跟骨破裂以及嚴重的膝關(guān)節(jié)過度伸展等情況[27-28]。在訓(xùn)練過程中，應(yīng)采取必要的措施防止機器人對燒傷部位產(chǎn)生不必要的壓力或機械摩擦，以降低感染和創(chuàng)面惡化的風(fēng)險。同時，定期對患者的創(chuàng)面進行檢查和護理，確保其處于良好的狀態(tài)。

3.2 成本與可及性 RAGT設(shè)備在當(dāng)前醫(yī)療領(lǐng)域中的應(yīng)用受到了一定的限制。其主要原因在于，這類設(shè)備的價格相當(dāng)昂貴，且機器的維修費用高，對于許多醫(yī)療機構(gòu)來說是一筆不小的開支。此外，為了充分發(fā)揮這類設(shè)備的性能，醫(yī)護人員需要接受專門的技術(shù)支持和培訓(xùn)。這在一定程度上增加了使用這類設(shè)備的難度，尤其是在一些經(jīng)濟條件相對薄弱的地區(qū)，難以承擔(dān)額外的培訓(xùn)費用。另外，RAGT訓(xùn)練只能在醫(yī)院進行治療，長期訓(xùn)練難以實現(xiàn)，且費用高昂，無法大規(guī)模推廣普及。

3.3 長期效果證據(jù) 盡管RAGT被認為有助于改善步態(tài)和功能恢復(fù)，但在燒傷患者中的長期效果尚未得到充分證實。目前還缺乏大規(guī)模的長期隨訪研究以評估RAGT對于燒傷患者康復(fù)的持久影響。在應(yīng)用于燒傷步態(tài)功能恢復(fù)中，髖關(guān)節(jié)及踝關(guān)節(jié)等運動功能康復(fù)效果仍有待研究。盡管存在這些不足之處，RAGT仍然具有潛力，在燒傷患者的康復(fù)中發(fā)揮積極作用。進一步的研究和技術(shù)改進有助于解決這些問題，并提高RAGT在燒傷患者應(yīng)用中的效果和可行性。

4 總結(jié)

輔助步態(tài)訓(xùn)練機器人廣泛應(yīng)用于燒傷康復(fù)領(lǐng)域，因其為燒傷康復(fù)患者提供精確的運動訓(xùn)練，全程低能耗、無疲勞重復(fù)執(zhí)行，可協(xié)助燒傷患者在臥床及行走實現(xiàn)早期康復(fù)訓(xùn)練，減少關(guān)節(jié)攣縮、下肢靜脈血栓的形成，對因燒傷造成的肢體肌肉萎縮、關(guān)節(jié)僵硬攣縮、運動功能障礙、增生性瘢痕遲滯也有良好的康復(fù)治療效果。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，輔助步態(tài)訓(xùn)練結(jié)合VR技術(shù)及神經(jīng)肌肉電刺激，提高了患者訓(xùn)練的積極性和舒適度。但目前的技術(shù)仍需進一步發(fā)展，也需要大量的隨機對照研究和長期高質(zhì)量的隨訪來證實RAGT在臨床應(yīng)用中的優(yōu)勢。

利益沖突聲明：本文不存在任何利益沖突。

作者貢獻聲明：所有作者對題目和文章結(jié)構(gòu)構(gòu)思做出了貢獻。張拔渤、趙海洋進行了文獻調(diào)研和論文起草；張萬福、韓飛對文章進行了重要修訂；官浩對文章進行了最終修訂；所有作者共同確定了最終文稿。

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編輯：崔明璠