下肢康復機器人對腦卒中偏癱患者步行功能的影響*

王讓讓 綜述 孟純陽 審校

(濟寧醫學院附屬醫院，濟寧 272029)

腦卒中(cerebral stroke)通常是由于血管破裂或堵塞導致大腦缺氧所致，偏癱是腦卒中所致的主要功能障礙之一。有數據表明全球范圍內每6人就有1人患腦卒中，大約90%的腦卒中幸存者出現不同程度的功能障礙，其中步行能力是主要功能障礙之一。步行功能障礙不僅影響患者的日常生活能力，而且還會增加患者摔倒的風險[1]。因此恢復步行能力至關重要[2]。目前對腦卒中偏癱患者步行功能障礙的康復訓練方法繁多，其中以神經發育技術為主要手段的康復干預策略對腦卒中患者步行功能的影響已被充分肯定。康復醫學技術不斷提高下肢康復機器人被更多地應用于臨床，下肢康復機器人與單純的常規康復治療技術相對比，對偏癱患者的動靜態平衡和步行能力作用更有效[3]，更為便捷及精準的標準化康復訓練，更好地解放了康復治療師的雙手。

1 腦卒中偏癱患者步行功能障礙

腦卒中后大部分患者會出現步態障礙問題，主要表現為無法步行或步態異常。偏癱步態的異常主要為步行時下肢肌張力升高，膝關節屈曲不協調，足背屈不充分、足下垂，膝關節和踝關節的運動控制變差、單腿支撐相縮短、步長縮短和步頻減小進而出現劃圈步態。步行是活動的基礎，腦卒中患者由于中樞神經功能障礙，導致患側下肢肌肉無力失去選擇性運動控制，患側下肢的肢體負荷降低導致平衡功能異常，進而癱瘓腿的推進力低于健康成年人的觀察值，隨后出現步行功能障礙，對其生活質量造成了極大的影響[4]。大多數腦卒中后偏癱患者的首要康復目標是恢復室內獨立步行功能，偏癱步行功能障礙的康復目標是達到正常的步態模式和速度。

2 下肢康復機器人

2.1 下肢康復機器人概念

目前，下肢康復機器人在康復醫學領域得到了越來越多的應用，重點是使用機器人設備來實現一致性和可重復性，它們不僅能夠通過自動化為患者帶來有益的療效，還使治療師從繁重的訓練任務中解脫出來，并且由于其可重復性、準確性和可靠性的優勢，有效地改善了康復療效[5]。下肢康復機器人是機器人技術在下肢殘疾人群中的應用，由一組連桿組成，這些連桿平行于穿戴者的大腿、小腿和腳，并增加了致動器，以提供關節處肌肉扭矩的替代[6]。下肢康復機器人通過直接刺激組織或關節準備感覺運動系統以增加神經系統可塑性，它強調改善治療過程中的感覺-運動相互作用以及特定任務的練習，包括重復的練習/運動，以獲得可塑性和力量[7]。下肢機器人集合了康復醫學、生物學、電子學、生物材料學、計算機信息學、機器人學、機械學等眾多學科。下肢康復機器人主要用于促進患者腿部訓練，通過下肢關節本體感覺刺激和輔助肌力訓練，步態的重復性訓練，讓患者具備獨立生活的能力[8]。下肢智能康復機器人通過帶動患者下肢模擬步行時相中的屈髖、屈膝、屈踝及伸髖、伸膝、伸踝等動作，不斷刺激患側下肢的本體感覺，促進偏癱患者下肢的步行功能恢復。下肢康復機器人可以大大降低康復治療成本并節約醫療資源而且它還可以提供多種訓練策略。

2.2 下肢康復機器人分類

在當前康復醫學技術飛速發展的時代，下肢康復機器人應運而生，它也成為腦卒中偏癱患者進行步行功能恢復訓練康復計劃中不可或缺的重要環節。下肢康復機器人通過帶動患者下肢模擬步行動作進行重復性訓練，與傳統療法相比，機器人步態康復可以在參與性環境中提供高度可控、重復和強化的訓練，通過不斷刺激下肢的本體感覺進而激活患肢肌肉，改善患者下肢的協調性及步行功能[9]。一般來說，下肢康復機器人可以分為兩類，即外骨骼機器人和末端執行器機器人。

外骨骼式下肢康復機器人，是以腿部驅動為主要模式，該機器人體外骨骼結構的關節和連桿與下肢解剖結構的關節和連桿相對應，參照正常步態模擬運行下肢機械腿，使患者下肢在整個步態周期里嚴格按照正常關節軌跡行駛。Lokomat是外骨骼機器人的代表，是由蘇黎世的瑞士聯邦理工學院利用跑步機開發了的四自由度的外骨骼類型步態康復機器人[10]。Lokomat主要構成包括跑臺、減重系統和兩條外骨骼式機械腿等3個部分組成。Lokomat智能下肢康復系統使腦卒中偏癱步態的患者在減重模式下，通過步態矯正器對偏癱步態進行矯正，并在下肢體外骨骼的智能控制下進行高強度、重復性的步行功能訓練，進行下肢步行功能的運動再學習，促進了偏癱異常步態的恢復。

末端執行器式下肢康復機器人，通常作用與患者身體接觸的某個點上，是以足底驅動為主要模式，是一種將患者足底放置在雙曲柄搖桿齒輪系統上的裝置，步態訓練通過驅動足底來完成。常見的足底驅動機器人如Haptic Walker、Lokohelp等。Haptic Walker下肢機器人產自德國，該機器人需要把患者的腳放置在足底驅動的腳踏板上，驅動踏板可按照正常人腳運動的軌跡控制踏板的運動，同時該踏板可模擬各種可能的足部運動軌跡，提高了患者訓練的積極性。Lokohelp下肢康復機器人產自美國且造價更低廉，主要靠步態矯正器引導足、膝、踝關節運動下進行步行功能訓練，其對于偏癱步態的改善具有積極效應。Lokohelp下肢康復機器人具有易組裝、易拆卸、易調整的特性，由于對人體運動沒有特殊限制且可以靈活性的運用，該設備更能適應不同的患者[11]。

2.3 下肢康復機器人對偏癱患者步行功能的影響

腦卒中患者的功能性步行能力的恢復是康復治療的重點，因為腦卒中患者的發病原因，損傷部位，病情嚴重程度等不盡相同，所以肌力的減退、肌張力的增高、平衡功能障礙等都導致步態異常的現象。據報道，下肢康復機器人可以通過加速神經塑型的過程提高卒中后患者行走的能力，下肢康復機器人憑借其準確性和可靠性的優勢，可有效地改善腦卒中或腦出血術后的步行功能，提高患者的生活質量[12]。

腦卒中后偏癱患者早期多存在患側下肢肌力減退的臨床現象，而肌力不足將直接影響偏癱患者下肢肢體功能及步行能力的恢復。下肢康復機器人通過其機械腿能夠協調下肢肌群負重和進行有序性的肌力訓練。Kim等[13]對19例幕下卒中患者進行為期4周的下肢機器人輔助步態訓練，發現下肢機器人輔助步態訓練通過支撐性的背帶輔助患者站立，可使患者盡早地進行步行功能康復，提高了患者的積極性，而且下肢機器人輔助步態訓練改變患者下肢的肌肉活動，通過控制重量支撐量和步頻改變肌肉協調模式，致使卒中患者對常見的激活模式有更好的穩定性，即腓腸肌的激活程度更高，增加患者下肢肌力的恢復及改善患側下肢的負重，促進下肢步行功能的恢復。Hall等[14]對腦卒中偏癱患者進行了為期12周的下肢機器人訓練，發現下肢康復機器人通過不斷的感覺輸入對患者的下肢本體感覺產生刺激，經過重復性的任務導向性步行訓練，可以改善神經功能障礙患者的下肢肌肉力量。有研究報道，下肢康復機器人輔助偏癱患者步行訓練可以使患側下肢肌肉得到合理的激活，增加了患側下肢的負重和肌肉耐力[15]。

腦卒中后患者多呈現遲緩性癱瘓，伴隨著病情的進展肌張力也慢慢出現，痙攣模式的加劇對于下肢的運動功能產生了嚴重的限制作用，這也將影響步行功能的恢復。Louie等[16]對40例亞急性中風的成年患者分別進行常規的物理治療，并在此基礎上進行下肢外骨骼機器人訓練后發現，腦卒中患者運動中的肌張力以及痙攣情況得到有效改善，社區的功能性步行距離也有提高。國外有研究表明[17]，下肢康復機器人輔助步態訓練可以預防繼發性并發癥，可有效改善肌張力和關節僵硬狀態，對減少痙攣和改善步行能力有一定的好處。Khan等[18]研究分析表明，下肢康復機器人可有效改善患者下肢的痙攣狀態。下肢康復機器人可在輔助步態訓練的過程中感知患者下肢痙攣的狀態，若出現痙攣加劇情況時其智能反饋系統將得到反饋并停止訓練直至痙攣消失，下肢智能康復機器人可以更好地保證患者步行訓練時的安全[19]。

腦卒中由于中樞神經傳導異常發生上運動神經元損傷，患者的肌肉力量下降和肢體肌張力異常及自身本體感覺減退，使得軀體姿勢控制能力減弱且協調性下降，導致平衡功能異常進而出現步行障礙[20]。Zhang 等[21]觀察3例偏癱患者接受AiWalker機器人輔助步行訓練，研究顯示，與只接受常規康復訓練的患者相比，使用AiWalker機器人輔助步行訓練可以提高患者的動態立位平衡功能和步行能力，且近期訓練效果明顯優于單純的常規干預。Taki等[22]研究表明，使用HAL下肢機器人輔助功能性步行訓練改善了有步行障礙的中風患者的靜態、動態平衡功能和實際行走能力。下肢康復機器人通過減重和機器運動來模擬患者步行動作，并且通過束縛帶固定患者的軀干、膝蓋，控制訓練過程中的異常姿勢，同時改善下肢肌張力，增加關節活動度，提高平衡和步行能力的康復療效[23]。

2.4 下肢康復機器人在步行功能應用中的優缺點

2.4.1下肢康復機器人在步行功能應用中的優點 下肢康復機器人保障了偏癱患者步行功能訓練的科學性與有效性，不僅在訓練重復次數、安全性和步行能力的恢復方面，而且在運動的準確性、可變性和精確可調的阻力水平以及最佳減重和步行動作協調之間取得理想平衡的活動方面也得到科學有效的調節。下肢智能康復機器人可以代替治療師幫助患者進行重復的、高強度的肢體治療，減少了治療師的配比，降低了治療師勞動的強度。臨床工作者可以準確地對機器人在訓練過程中的數據進行捕捉和分析，并對偏癱患者身體康復狀態及下肢運動功能進行評估。下肢康復機器人中減重系統懸吊帶的使用以及髖、膝、踝關節周圍固定帶的保護，使其能夠在輔助步行功能訓練中確保患者的安全性，避免了跌倒對患者造成損害的可能。Nam等[24]研究表明，下肢康復機器人取代了物理治療師，為能獨立站立的偏癱患者提供了輔助步態訓練，為腦卒中后步行的康復訓練方法提供了創新的可能性。

2.4.2下肢康復機器人在步行功能訓練中的局限性 下肢康復機器人在偏癱患者功能性步行訓練的臨床應用中，仍存在一定的局限性，包括機器結構復雜、訓練模式僵化、價格昂貴等。復雜的穿戴步驟是下肢康復機器人的一大劣勢，穿戴前需調節步態機械腿的長度，固定背部、大腿處、小腿處、足部等部位綁帶，其中減重系統的懸吊工作還需1～2名康復治療師協作才能完成。訓練模式較為僵化，缺乏人機的互動以及情景結合的融入，訓練模式單一難以提高患者康復的積極性，下肢機器人的訓練枯燥、缺乏趣味性。造價昂貴使得普及率低，我國康復機器人的引進現狀還是以綜合實力強勁的大醫院和規模性康復醫療中心為主，難以普及于地方及民營醫院。此外，下肢康復機器人在影響短期肌肉活動和步幅參數方面的能力是有限的，其減重程度有限且量化缺乏統一的標準，而且下肢康復機器人訓練的強度(頻率和持續時間)以及與訓練反應性相關的精確步態參數還需要進一步研究，但隨著醫工結合的不斷深入，相信這些缺點會逐漸被改善[25]。

3 小結與展望

隨著腦卒中發病率、致殘率的逐年升高，步行能力成為限制患者活動的主要功能障礙，這不僅影響了重要的基本日常活動，而且增加了跌倒的可能性，是影響患者康復療效的重大障礙。近年來，下肢康復機器人被廣泛應用于偏癱患者步行的訓練中，下肢康復機器人作為一種智能康復一體化設備，通過減重帶支持患者減重步行，憑借其下肢機械臂的精準可調性達到有效重復鍛煉，同時解放了康復治療師的雙手，節約了人力，為偏癱患者功能性步行的康復提供了新方法和新希望。目前，臨床上越來越多的運用下肢康復機器人結合生物反饋療法、虛擬現實技術、功能性電刺激等輔助偏癱患者的步行功能訓練，均取得了良好的臨床療效。

下肢康復機器人作為一種有效的康復技術手段，目前已在臨床上得到廣泛的推廣，但是臨床研究多為小樣本量研究，需要進行更大樣本量的研究從而盡早統一訓練的強度和頻率。然而，單一下肢康復機器人介入輔助步行訓練對偏癱患者步行能力的恢復有一定的局限性，訓練模式的僵化使患者參與度低，步行訓練參數無統一的定量使其科學性有待考究。雖然下肢康復機器人存在一定的局限性，但相信隨著科學技術的不斷發展，下肢康復機器人的技術也會更加完善，對腦卒中后偏癱患者步行功能的改善具有深遠的意義。

利益沖突：所有作者均申明不存在利益沖突。