下肢外骨骼機器人在脊髓損傷患者康復(fù)過程中的應(yīng)用及效果觀察

摘要 目的：分析脊髓損傷患者接受下肢外骨骼機器人干預(yù)對康復(fù)的影響。方法：選取2022年4月—2024年4月于西安交通大學第一附屬醫(yī)院收入的脊髓損傷患者122例作為研究對象。按隨機數(shù)表法將其分為對照組（61例，常規(guī)康復(fù)干預(yù)）和試驗組（61例，下肢外骨骼機器人干預(yù)），兩組患者均干預(yù)45 d。比較兩組患者的感覺及運動功能、生活活動能力、便秘癥狀、肺功能及肌力分級。結(jié)果：干預(yù)后，與對照組相比，試驗組運動評分、輕觸覺和針刺覺評分更高（Plt;0.05）。與對照組相比，干預(yù)7～45 d，試驗組SCIM Ⅲ評分更高，肺功能指標更高，MMT分級3級占比更高，排便頻率、排便困難、不完全排空的感覺、腹部疼痛、上廁所花費的時間評分更低（Plt;0.05）。結(jié)論：脊髓損傷患者接受下肢外骨骼機器人干預(yù)可改善其感覺及運動功能、生活活動能力、便秘狀態(tài)、肺功能及肌力分級。

關(guān)鍵詞 脊髓損傷；下肢外骨骼機器人；康復(fù)醫(yī)學

中圖分類號 R651.2 R493 文獻標識碼 A 文章編號 2096-7721（2025）02-0266-06

Application effect of lower limb exoskeleton robot in spinal cord injury patients during rehabilitation

HU Xiaohong1， WU Jun2

（1.Department of Rehabilitation Medicine， the First Affiliated Hospital of Xi’an Jiaotong University， Xi’an 710061， China;

2. Department of" Rehabilitation， Xi’an International Medical Center Hospital， Xi’an 710000， China）

Abstract Objective： To analyze the impact of lower limb exoskeleton robot intervention on rehabilitation in spinal cord injury patients. Methods： 122 spinal cord injury patients in the First Affiliated Hospital of Xi’an Jiaotong University from April 2022 to April 2024 were selected and divided into the control group （n=61， routine rehabilitation intervention） and the experimental group （n=61， lower limb exoskeleton robot intervention） using a random number table. Both groups of patients were treated for 45 days. The sensory and motor function， life activity ability， constipation symptoms， lung function， and muscle strength grades of patients in the two groups were compared.

Results： After intervention， the scores of exercise， light touch and acupuncture sense were higher in the experimental group than those in the control group （Plt;0.05）. After 7-45 days of intervention， the experimental group had higher SCIM Ⅲ scores， higher lung function indexes， higher proportion of MMT grade 3， and lower scores for frequency of defecation， difficulty in defecation， sensation of incomplete emptying， abdominal pain and time spent on the toilet （Plt;0.05）. Conclusion： Lower extremity exoskeleton robotic intervention could improve sensory and motor function， activities of daily living， constipation status， lung function， and muscle strength grading of spinal cord injury patients.

Key words Spinal Cord Injury; Lower Limb Exoskeleton Robot; Rehabilitation Medicine

脊髓損傷是一種嚴重的神經(jīng)系統(tǒng)損傷，患者常伴隨下肢運動功能喪失，生活質(zhì)量受到極大影響[1]。

傳統(tǒng)康復(fù)方法雖然能夠在一定程度上促進患者功能恢復(fù)，但往往需要長時間的持續(xù)干預(yù)，且效果因個體差異而異[2]。近年來，隨著科技飛速發(fā)展，下肢外骨骼機器人作為一種新興康復(fù)輔助設(shè)備，逐漸在脊髓損傷患者康復(fù)中展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢[3]，其是基于人體解剖學設(shè)計的智能機械系統(tǒng)，通過機械、電子和智能控制技術(shù)，實現(xiàn)對人體下肢運動功能的支持和增強[4-5]。對于脊髓損傷患者而言，這種機器人技術(shù)提供了一種全新的康復(fù)手段，有助于患者恢復(fù)行走能力，提高生活質(zhì)量。同時，下肢外骨骼機器人還能根據(jù)患者的具體情況提供個性化的康復(fù)訓(xùn)練方案，從而提高康復(fù)效果。然而，盡管下肢外骨骼機器人在康復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊，但目前在國內(nèi)脊髓損傷患者康復(fù)過程中的具體效果和應(yīng)用價值仍需通過深入的研究來進一步驗證[6]。本研究旨在通過觀察下肢外骨骼機器人在脊髓損傷患者康復(fù)過程中的應(yīng)用效果，評估其對患者機體功能的改善作用。

1 資料與方法

1.1一般資料 選取2022年4月—2024年4月于西安交通大學第一附屬醫(yī)院收入的脊髓損傷患者122例作為研究對象。采用隨機數(shù)表法將其分為對照組（61例，常規(guī)康復(fù)干預(yù)）和試驗組（61例，下肢外骨骼機器人干預(yù)）。納入標準：①入院經(jīng)影像學確診脊髓損傷[7]；②年齡gt;18歲，有自主行為能力；③屬于外傷導(dǎo)致的不完全性脊髓損傷，損傷部位為胸或腰脊髓；④入院后接受外科手術(shù)干預(yù)，術(shù)后生命體征平穩(wěn)；⑤入組時距受傷時間在3個月以內(nèi)；⑥可配合完成研究；⑦患者及其家屬對本研究內(nèi)容及利弊均了解較為充分，完成知情同意書簽署。排除標準：①入組前已接受過其他形式康復(fù)訓(xùn)練；②合并強直性脊柱炎、明顯下肢痙攣；③既往有髖關(guān)節(jié)手術(shù)史；④存在認知功能障礙；⑤合并

心、肝等重要臟器功能障礙；⑥合并骨質(zhì)疏松、未控制的感染、嚴重的精神疾病。本研究已獲醫(yī)院倫理委員會審批。兩組患者基線資料見表1。

1.2方法

1.2.1對照組 患者接受常規(guī)康復(fù)干預(yù)，包括日常生活技能訓(xùn)練、平衡能力鍛煉、體位變換練習等多項功能鍛煉，康復(fù)師輔助進行步行訓(xùn)練。具體訓(xùn)練內(nèi)容涉及負重練習、重心轉(zhuǎn)移訓(xùn)練、地面步行模擬、坐站轉(zhuǎn)換練習、平板步行訓(xùn)練以及上下樓梯的實際操作等多個方面。訓(xùn)練頻率為每天2次，每次持續(xù)30 min，每周5 d，持續(xù)干預(yù)45 d。

1.2.2試驗組 患者在對照組基礎(chǔ)上接受下肢外骨骼機器人干預(yù)。采用平地行走式外骨骼康復(fù)機器人（型號：BEAR-H1型，深圳邁步機器人公司）輔助患者進行室內(nèi)步行訓(xùn)練。該機器人每條腿設(shè)計有三個主動自由度和一個被動自由度，其中三個主動自由度能分別實現(xiàn)髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)在矢狀面上的靈活旋轉(zhuǎn)，被動自由度能夠?qū)崿F(xiàn)髖關(guān)節(jié)內(nèi)收、外展。訓(xùn)練前，根據(jù)患者的下肢長度、腰寬等個人體征對外骨骼機械臂長度進行調(diào)整，由專業(yè)康復(fù)師協(xié)助患者穿戴外骨骼，精確錄入患者個人信息，如受試編號、身高、體重、大腿及小腿長度等，確保訓(xùn)練的個性化和精確性。訓(xùn)練中，機器人會實時收集患者肢體狀態(tài)信息，并通過先進的人機交互技術(shù)，不斷調(diào)整下肢助力，輔助患者完成運動。外骨骼的步行頻率設(shè)置為0.1～0.5 Hz，助力等級劃分為15級，以適應(yīng)不同患者的具體需求。訓(xùn)練初期，步頻統(tǒng)一設(shè)定為0.3 Hz，隨后根據(jù)患者步行能力的提升和訓(xùn)練進展，步頻和助力等級會自動進行適應(yīng)性調(diào)整，無需人工干預(yù)。訓(xùn)練頻率為每天1次，每次30 min，每周5 d，持續(xù)干預(yù)45 d。

1.3觀察指標 ①美國脊髓損傷協(xié)會（American Spinal Injury Association，ASIA）感覺及運動評分[8]：于干預(yù)前、干預(yù)結(jié)束后評估。其中，ASIA感覺評分包括針刺覺和輕觸覺，包含28個觸點。每個觸點評分為0～2分，0分表示感覺功能完全缺失，1分表示感覺功能受損或有所降低，2分表示感覺功能保持正常。針刺覺和輕觸覺總分為112分，分數(shù)越高表示患者感覺功能越好。ASIA運動評分評估全身20塊關(guān)鍵肌肌力狀況，每塊關(guān)鍵肌評分為0～5分，兩側(cè)總分為100分，分數(shù)越高表示患者運動功能越好。②脊髓獨立性評定（Spinal Cord Injury Independence Measure，SCIM）Ⅲ評分[9]：于干預(yù)前、干預(yù)第7 d、14 d、30 d、45 d評估。該評分包括3個維度，總分為0～100分，分數(shù)越高表示患者生活活動能力越好。③Wexner便秘癥狀評分[10]：于干預(yù)前、干預(yù)結(jié)束后評估。該量表包括5個維度（排便頻率、排便困難、不完全排空的感覺、腹部疼痛、上廁所花費的時間），每個維度按照0～5分進行評分，總分在0～25分，分數(shù)越高表示患者便秘癥狀越嚴重。

④肺功能指標：于干預(yù)前、干預(yù)結(jié)束后采用肺功能檢測儀（德國SCHILLER）測患者用力肺活量（Forced Vital Capacity，F(xiàn)VC）、第1秒最大呼氣量（Forced Expiratory Volume in One Second，F(xiàn)EV1）、每分鐘最大通氣量（Maximal Voluntary Ventilation，MVV）。⑤股四頭肌徒手肌力檢查（Manual Muscle Testing，MMT）分級[11]：于干預(yù)前、干預(yù)結(jié)束后評估。MMT分級分為0～5級，分級越高表示患者肌力越好。

1.4統(tǒng)計學方法 本研究數(shù)據(jù)均采用SPSS 22.0統(tǒng)計軟件分析，采用GraphPad Prism 8軟件繪圖。計數(shù)資料用例數(shù)（百分比） [n（%）] 表示，采用 χ2檢驗和秩和檢驗；符合正態(tài)分布的計量資料用均數(shù)±標準差（x±s）表示，采用獨立樣本t檢驗，多時點組間比較采用重復(fù)測量方差，以Plt;0.05認為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1感覺及運動功能 干預(yù)前，兩組患者運動評分、輕觸覺和針刺覺評分比較，差異無統(tǒng)計學意義（Pgt;0.05）。干預(yù)后，與對照組相比，試驗組運動評分、輕觸覺和針刺覺評分更高，差異有統(tǒng)計學意義（Plt;0.05），見表2。

2.2生活活動能力 兩組患者SCIM Ⅲ評分F時點、

F交互、F組間比較，差異有統(tǒng)計學意義（Plt;0.05），SCIM Ⅲ評分有隨時間變化趨勢，且組間存在差異。干預(yù)前，兩組患者SCIM Ⅲ評分比較，差異無統(tǒng)計學意義（Pgt;0.05）。干預(yù)7～45 d，試驗組患者SCIM Ⅲ

評分較對照組更高，差異有統(tǒng)計學意義（Plt;0.05），見表3。

2.3便秘癥狀 干預(yù)前，兩組患者排便頻率、排便困難、不完全排空的感覺、腹部疼痛、上廁所花費的時間評分比較，差異無統(tǒng)計學意義（Pgt;0.05）。干預(yù)后，與對照組相比，試驗組患者排便頻率、排便困難、不完全排空的感覺、腹部疼痛、上廁所花費的時間評分更低，差異有統(tǒng)計學意義（Plt;0.05），見表4。

2.4肺功能 干預(yù)前，兩組患者FVC、FEV1、MVV比較，差異無統(tǒng)計學意義（Pgt;0.05）。干預(yù)后，與對照組相比，試驗組患者FVC、FEV1、MVV更高，差異有統(tǒng)計學意義（Plt;0.05），見表5。

2.5肌力分級 干預(yù)前，兩組患者MMT分級比較，差異無統(tǒng)計學意義（Pgt;0.05）。干預(yù)后，與對照組相比，試驗組患者MMT分級3級占比更高，差異有統(tǒng)計學意義（Plt;0.05），見表6。

3 討論

脊髓損傷是一種嚴重的身體創(chuàng)傷，據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計，全球每年新增25萬～50萬脊髓損傷患者，對家庭和社會造成沉重負擔[12]。脊髓損傷患者恢復(fù)過程漫長且具挑戰(zhàn)性。傳統(tǒng)康復(fù)方法如減重平板訓(xùn)練等雖有一定效果，但存在治療師體能消耗大、步行控制質(zhì)量不穩(wěn)定等局限性[13-14]。下肢外骨骼機器人作為新興技術(shù)，為脊髓損傷患者的康復(fù)帶來了新希望。下肢外骨骼機器人基于人體解剖學設(shè)計，通過機械、電子和智能控制技術(shù)實現(xiàn)關(guān)節(jié)運動的支持和增強[15]，它能精確感知患者的運動意圖，提供個性化的康復(fù)訓(xùn)練方案，顯著改善患者的平衡能力和協(xié)調(diào)性。Edwards D J等人[16]發(fā)現(xiàn)，對不完全性脊髓損傷患者開展基于外骨骼的機器人步態(tài)訓(xùn)練可較好改善其獨立踏步能力與下肢肌力。本研究參考其他學者研究，從多角度分析了下肢外骨骼機器人在脊髓損傷患者康復(fù)中的作用。

本研究結(jié)果顯示，與對照組相比，試驗組運動評分、輕觸覺和針刺覺評分更高，MMT分級3級占比更高，說明試驗組患者機體感覺、運動及肌力恢復(fù)更好。這是因為下肢外骨骼機器人能夠根據(jù)患者具體情況，如肌力水平、運動范圍等，調(diào)整訓(xùn)練的幅度、速度和力量。這種個性化的訓(xùn)練方式確保了康復(fù)計劃的針對性和有效性，從而更精確地提升患者的肌力運動功能[17]。此外，下肢外骨骼機器人能夠?qū)崟r監(jiān)測患者的運動狀態(tài)，并提供即時的反饋，這使得康復(fù)師可以根據(jù)患者的實時表現(xiàn)調(diào)整訓(xùn)練方案，確保訓(xùn)練始終保持在最佳狀態(tài)，從而加速肌力運動功能的恢復(fù)[18]。同時，機器人技術(shù)使得下肢外骨骼能夠提供精確的運動控制，模擬正常步態(tài)和行走模式，這種精準的控制有助于患者重新學習正確的運動模式，促進肌肉記憶的形成，進而提升肌力運動功能[19-20]。

從生活活動能力角度分析，干預(yù)7～45 d，試驗組SCIM Ⅲ評分高于對照組，說明下肢外骨骼機器人干預(yù)能夠顯著提升患者的生活活動能力。分析原因可能為下肢外骨骼機器人能夠模擬人類下肢骨骼和肌肉運動方式，幫助患者恢復(fù)行走功能。這種模擬正常行走訓(xùn)練方式有助于患者重新適應(yīng)日常活動中基本動作，如站立、行走和上下樓梯等。通過下肢外骨骼機器人輔助訓(xùn)練，患者能夠逐漸恢復(fù)生活自理能力，如穿衣、進食和洗漱等[21]。這些自理能力的提升直接增強了患者生活活動能力。此外，下肢外骨骼機器人的應(yīng)用能夠增強患者康復(fù)信心，使其更加積極地參與到康復(fù)訓(xùn)練中來。這種積極參與態(tài)度有助于患者在日常生活中更加自主地進行活動，進一步提升生活活動能力。

胡曉敏等人[22]發(fā)現(xiàn)，外骨骼機器人訓(xùn)練能夠改善患者排便時間、排便頻率等腸功能指標，減少開塞露使用支數(shù)。本研究所得結(jié)論與其一致，試驗組患者被發(fā)現(xiàn)便秘癥狀較對照組顯著改善。分析原因在于，下肢外骨骼機器人的干預(yù)可能通過促進患者的整體身體活動，間接地促進了腸道的蠕動，這有助于改善腸道功能，減輕便秘癥狀。同時，通過下肢外骨骼機器人的輔助訓(xùn)練，患者的身體代謝可能得到改善，從而減少便秘的發(fā)生，因為良好的代謝有助于食物的消化和廢物的排出。除腸道功能外，試驗組患者的肺功能同樣較對照組顯著改善，這與XIANG X N等人[23]研究所得結(jié)論類似。這是因為下肢外骨骼機器人的干預(yù)可能涉及全身的運動，包括呼吸肌的鍛煉[24-26]，這有助于增強呼吸肌的力量，進而提升肺功能[27-28]。同時，通過下肢外骨骼機器人的輔助訓(xùn)練，患者可能學會了更加有效的呼吸模式，提高了肺部的通氣效率，進而提升肺功能[29-30]。

綜上所述，脊髓損傷患者接受下肢外骨骼機器人干預(yù)可改善感覺及運動功能、生活活動能力、便秘狀態(tài)、肺功能及肌力分級。本研究不足之處在于，探討脊髓功能損傷的恢復(fù)時，由于觀察時間較短，對具體應(yīng)用效果展示有限，后續(xù)研究還需增加隨訪及居家康復(fù)指導(dǎo)至術(shù)后半年甚至1年，以期更準確地驗證下肢外骨骼機器人輔助康復(fù)訓(xùn)練的有效性。

利益沖突聲明：本文不存在任何利益沖突。

作者貢獻聲明：胡曉紅負責實驗設(shè)計與實施，撰寫文章，數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析；伍俊負責分析和解釋數(shù)據(jù)，指導(dǎo)文章并最終定稿。

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收稿日期：2024-08-09

編輯：崔明璠

基金項目：陜西省重點研發(fā)計劃項目（2023-YBSF-639，2023-YBSF-546）

Foundation Item： Key R amp; D Plan Project of Shaanxi Province （2023-YBSF-639，2023-YBSF-546）

引用格式：胡曉紅，伍俊. 下肢外骨骼機器人在脊髓損傷患者康復(fù)過程中的應(yīng)用及效果觀察[J]. 機器人外科學雜志（中英文），2025，6（2）：266-270，275.

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通訊作者（Corresponding Author）：伍?。╓U Jun），Email：458550@qq.com