Lokomat全自動機(jī)器人步態(tài)訓(xùn)練與評定系統(tǒng)的應(yīng)用

郭素梅，李建民，吳慶文，沈海濤

華北煤炭醫(yī)學(xué)院 護(hù)理系，河北 唐山063000

Lokomat全自動機(jī)器人步態(tài)訓(xùn)練與評定系統(tǒng)的應(yīng)用

郭素梅，李建民，吳慶文，沈海濤

華北煤炭醫(yī)學(xué)院 護(hù)理系，河北 唐山063000

本文從技術(shù)參數(shù)調(diào)整、反饋信息應(yīng)用兩方面探討了我國引進(jìn)的首臺Lokomat全自動機(jī)器人步態(tài)訓(xùn)練與評定系統(tǒng)的一些臨床應(yīng)用技巧。

步態(tài)訓(xùn)練；步態(tài)評定系統(tǒng)；技術(shù)參數(shù)；反饋信息

0 前言

減重運動平板治療在近20年來被認(rèn)為是一種效果最好的步態(tài)訓(xùn)練方法，它能使患者在早期進(jìn)行以負(fù)重、邁步、平衡三要素相結(jié)合的步行訓(xùn)練，從而促進(jìn)步態(tài)的改善[1]。此外，患者通過進(jìn)行重復(fù)和特定任務(wù)的訓(xùn)練還有利于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的可塑性及功能重組[2]。但對于損傷較重的病人，由于其治療對康復(fù)治療師體力消耗較大、訓(xùn)練的持續(xù)時間短、強(qiáng)度不夠、重復(fù)性差等原因,使減重運動平板訓(xùn)練方法的應(yīng)用受到一定的限制[3]。最近幾年神經(jīng)康復(fù)領(lǐng)域已采用機(jī)器人設(shè)備對各種神經(jīng)功能障礙的病人進(jìn)行步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練。Lokomat全自動機(jī)器人步態(tài)訓(xùn)練與評定系統(tǒng)（以下簡稱Lokomat）是應(yīng)用最廣泛的一種[4], 其步態(tài)訓(xùn)練的目標(biāo)就是通過調(diào)節(jié)和控制病人下肢關(guān)節(jié)運動使其重新獲得生理步行模式[5]。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

Lokomat全自動機(jī)器人步態(tài)訓(xùn)練與評定系統(tǒng)（如圖1所示）由運動平板、減重系統(tǒng)及固定髖部和雙下肢的兩條腿部支具構(gòu)成。整個腿部支具被連接到一個彈簧支撐的平行四邊形結(jié)構(gòu)上，彈簧用來支撐整個支具的重量，并具有調(diào)節(jié)平衡的功能。腿部支具的大小腿長度可以根據(jù)不同病人的腿長分別調(diào)整，它的膝髖關(guān)節(jié)有線性驅(qū)動器控制膝髖關(guān)節(jié)運動并保持其與運動平板的同步性。訓(xùn)練過程中，減重系統(tǒng)通過懸吊病人胸部綁帶支撐部分體重；病人的雙下肢由三個可調(diào)節(jié)的固定帶固定到Lokomat腿部支具上；足部升降帶固定病人的雙側(cè)踝關(guān)節(jié)于中立位，并在邁步時被動地引起足背屈。當(dāng)病人有足夠的踝部肌力及控制能力時，可以降低足部升降帶的張力，這減少了病人的足部限制，有利于其發(fā)揮自主踝部肌力。Lokomat的膝髖關(guān)節(jié)運動軌跡、病人系數(shù)、對病人下肢的引導(dǎo)力、減重量及運動速度等參數(shù)通過計算機(jī)實時控制。此外，腿部支具的膝髖關(guān)節(jié)裝有位置和力量感受器，它們通過兩個計算機(jī)屏幕分別提供病人和治療師觀察病人的運動表現(xiàn)。

圖1 Lokomat全自動機(jī)器人步態(tài)訓(xùn)練與評定系統(tǒng)

2 技術(shù)參數(shù)的調(diào)整

在應(yīng)用Lokomat步態(tài)訓(xùn)練之前，治療師要對病人的運動能力、生理功能、心肺耐力進(jìn)行全面的評估，以作為訓(xùn)練參數(shù)調(diào)整的參考。另一方面，步行能力障礙的病人由于長期臥床或使用助行器助行，已經(jīng)不習(xí)慣正常的步行模式，因此，病人開始訓(xùn)練時，大多數(shù)不能完全順應(yīng)其所引導(dǎo)的正常步行模式，下肢肌肉運動的協(xié)調(diào)性較差。這需要給病人一定的學(xué)習(xí)和適應(yīng)時間，其長短根據(jù)病人的病情、認(rèn)知能力而不同，所以開始幾次訓(xùn)練的參數(shù)設(shè)置難度一般要低于病人的運動能力，待病人適應(yīng)后再逐漸增加。

2.1 病人系數(shù)

病人系數(shù)大致相當(dāng)于病人的小腿長度，它指示了Lokomat與運動平板的同步性。在訓(xùn)練過程中，病人系數(shù)的波動會受其他訓(xùn)練參數(shù)的影響，如果其偏離最佳位置，需要對相應(yīng)參數(shù)及時進(jìn)行調(diào)整。自動調(diào)整只有在引導(dǎo)力高于95%，減重量低于50%情況下才能發(fā)揮作用，多數(shù)情況下需要治療師手動調(diào)整。當(dāng)訓(xùn)練速度波動較大時，病人系數(shù)會發(fā)生偏離，這時既可以通過適當(dāng)增大或減少膝髖關(guān)節(jié)角度來調(diào)整，也可以通過計算機(jī)屏幕上的病人系數(shù)上調(diào)或下調(diào)按鈕來直接調(diào)整。需要注意的是，每次訓(xùn)練的速度要根據(jù)病人的運動能力適當(dāng)變化，不要波動太大。如果增加的速度超過病人的實際運動能力，病人系數(shù)很難調(diào)節(jié)到合適位置，這時需要適當(dāng)減速。此外，在訓(xùn)練速度不變的情況下，當(dāng)引導(dǎo)力的調(diào)整與病人的運動能力不合適，或病人主動用力的方向和大小偏離于Lokomat引導(dǎo)的步行模式時，病人系數(shù)也可以出現(xiàn)較大的波動，這時除治療師及時對病人口頭鼓勵指導(dǎo)外，還可以通過適當(dāng)改變引導(dǎo)力來調(diào)整。

2.2 引導(dǎo)力

引導(dǎo)力的大小要根據(jù)病人下肢的肌力設(shè)置，如果設(shè)置太高，不利于病人的主動參與及肌力訓(xùn)練；如果設(shè)置太低，病人感覺下肢沉重，步行吃力，因在訓(xùn)練過程中達(dá)不到調(diào)整的髖膝關(guān)節(jié)角度，致使步長縮短。因此，不同的病人或同一病人有不對稱的下肢肌力時要選擇不同的引導(dǎo)力。此外較低的引導(dǎo)力說明病人肌力較強(qiáng)，因此要同時配合低的減重量，這種情況比較適合康復(fù)后期的病人。治療師也可以將計算機(jī)屏幕顯示的病人步行過程中反饋曲線的變化作為調(diào)整引導(dǎo)力的參考。當(dāng)病人的主動活動長時間地對反饋值產(chǎn)生肯定的影響時，需要降低引導(dǎo)力。

2.3 減重的調(diào)整

減重量的調(diào)整要以病人步行過程中雙下肢在支撐相不出現(xiàn)膝關(guān)節(jié)彎曲，并不感覺下肢沉重及邁步相不出現(xiàn)足趾拖曳為標(biāo)準(zhǔn)。對于有不對稱下肢肌力的病人，減重量要根據(jù)較弱的下肢來調(diào)整。如果減重量太多，不利于腿部承重肌肌力訓(xùn)練。而且,減重30%所產(chǎn)生的步態(tài)參數(shù)最接近完全負(fù)重下的步態(tài)參數(shù)；減重大于30%，患者就失去足夠的地面反作用力來推進(jìn)他們的步行[6]。但如果減重量調(diào)整太少，較弱的下肢在支撐相出現(xiàn)膝關(guān)節(jié)彎曲，病人表現(xiàn)為一瘸一拐的步態(tài)，且支撐Lokomat腿部支具的平形四邊形也會因為病人下肢支撐力不夠而出現(xiàn)較大的擺動聲響。有時病人在每次訓(xùn)練開始時減重量調(diào)整合適，但訓(xùn)練后期由于疲勞而出現(xiàn)支撐相膝關(guān)節(jié)彎曲及平行四邊形擺動聲，這時就需要適當(dāng)增加減重量。此外，減重病人腿部繃帶太松也可以影響膝關(guān)節(jié)的伸直，因此其在訓(xùn)練過程中的牢固固定很重要。

2.4 步速的調(diào)整

病人開始使用Lokomat訓(xùn)練時，速度不要調(diào)整太快，一般設(shè)置在1.5～1.7km/h，且引導(dǎo)力也相對大一些，先使其先對Lokomat 的步行模式有一個適應(yīng)過程，然后根據(jù)病人運動能力逐漸加速。如果速度調(diào)整太快，超過病人（尤其是對于下肢肌力較差的病人）的承受能力，同樣的引導(dǎo)力既會讓病人感覺吃力，也會使其達(dá)不到合適的髖膝關(guān)節(jié)角度和步長，并使其不能保證步態(tài)質(zhì)量和下肢肌肉的協(xié)調(diào)用力。每次給病人增加速度前，可以根據(jù)應(yīng)用軟件選擇加速前與加速后的速度之間的變速步行訓(xùn)練，使病人逐漸適應(yīng)后再增加速度，且在速度變化較大時還要適當(dāng)增加膝髖關(guān)節(jié)的角度。總之，步速的增加要以保證步態(tài)質(zhì)量及病人的舒適與適應(yīng)為前提，治療師可以通過觀察計算機(jī)屏幕的反饋曲線和病人系數(shù)來判斷。

3 反饋信息的應(yīng)用

Lokomat通過兩臺計算機(jī)屏幕分別為病人與治療師提供運動的動態(tài)的反饋信息，反饋值的大小主要與病人主動運動水平相關(guān)，病人的減量及運動平板速度對它的影響較少[7]。病人屏幕的反饋信息既可以同時展示雙側(cè)膝髖關(guān)節(jié)邁步相和支撐相的全部信息，也可以分別展示某個肢體，膝髖關(guān)節(jié)及步行相位。因為大多數(shù)病人很難集中注意力到全部下肢的運動，尤其對于由于神經(jīng)損傷存在認(rèn)知障礙的病人，所以一般推薦選擇反饋信息分別展示。但如果病人只注重部分下肢運動，有時也會影響雙側(cè)下肢運動的協(xié)調(diào)性。因此，治療師要注意監(jiān)督與指導(dǎo)，同時也可以根據(jù)病人情況，交替選擇展示部分或全部下肢運動的反饋信息。

通過反饋信息病人能夠?qū)崟r觀察自己的步行行為，并且積極參與評估過程，這不但增加了病人的主動性和注意力，也是提高神經(jīng)可塑性，最大限度恢復(fù)步行能力的重要因素[8]。病人屏幕的反饋信息有線圖、水槽、和笑臉三種展示方式, 治療師可以根據(jù)不同病人的喜好和認(rèn)知能力選擇。此外，反饋值的展示范圍是可以調(diào)節(jié)的。治療師要根據(jù)病人的運動能力設(shè)定反饋值的高限和底限，以始終展示給病人肯定的反饋信息，增強(qiáng)病人的自信心和積極性。治療師顯示屏幕只以線、圖的方式同時展示雙側(cè)膝髖關(guān)節(jié)，邁步及支撐相的全部信息，因此使治療師可以全面地監(jiān)測病人的步行表現(xiàn)并及時提供針對性的訓(xùn)練指導(dǎo)。這也是防止病人注意力分散，提高病人訓(xùn)練積極性，增加反饋值的重要因素。例如，在邁步相指導(dǎo)病人順應(yīng)Lokomat步行模式積極主動地屈髖、屈膝、伸膝，以及在支撐期主動負(fù)重，并注意保持運動平板與Lokomat的同步性等。因為支撐期運動平板的助力作用，病人容易順應(yīng)跑臺而相對被動（尤其在病人自主運動控制能力較弱時），所以支撐相反饋值容易偏低。治療師一方面要指導(dǎo)病人支撐期主動用力；另一方面，雖然Lokomat對病人髖部有一定限制作用，治療師也要同時指導(dǎo)病人主動進(jìn)行雙下肢交替重心轉(zhuǎn)移與負(fù)重。隨著病人的逐漸康復(fù)，治療師可根據(jù)反饋信息適當(dāng)調(diào)整訓(xùn)練參數(shù)，增加訓(xùn)練難度。

總之，治療師只有全面了解Lokomat系統(tǒng)，并根據(jù)病人的運動能力不斷地調(diào)整訓(xùn)練參數(shù)，才能使病人在精確控制的環(huán)境下最大限度地發(fā)揮的自主運動能力，并獲得最佳的運動訓(xùn)練效果。

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Clinical Application of Lokomat Automatic Robot Gait Training and Assessment System

GUO Su-mei, LI Jian-min,WU Qing-wen, SHEN Hai-tao
Nursing Department,North China Coal Medical College,Tangshan Hebei 063000,China

TP242

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2011.03.034

1674-1633(2011)03-0094-03

2010-10-13

2010-11-20

本文作者：郭素梅，在讀研究生。

李建民，教授。

作者郵箱：zxmqaz@126.com

Abstract:This paper discussed some clinical application skills about Lokomat automatic robot gait taining and assessment system from aspects of adjustment of technology parameters and the applications of feedback information.

Key words:gait training; gait evaluation system; technical parameters; feedback information