步態訓練機器人對不完全性脊髓損傷患者步態的影響①

郭素梅，李建民，吳慶文，沈海濤，劉廣天

·臨床觀察·

步態訓練機器人對不完全性脊髓損傷患者步態的影響①

郭素梅1，李建民2，吳慶文3，沈海濤3，劉廣天3

目的 探討全自動步態機器人訓練與評定系統在改善不完全性脊髓損傷患者步行功能方面的作用。方法不完全性脊髓損傷患者10例采用Lokomat系統行步態訓練12周。分別于訓練前，訓練后6周、12周記錄患者下肢運動功能評分(LEMS)、步速、步長、雙支撐期、單支撐期及對稱指數(SI)、運動平板速度、運動平板步行距離、減重量。結果全部患者完成規定訓練。LEMS、左下肢步長、右下肢步長、左下肢雙支撐期、右下肢雙支撐期、左下肢單支撐期、右下肢單支撐期及對稱指數、運動平板速度、運動平板步行距離、地面步速、減重量，訓練前、中、后比較均有非常高度顯著性差異(P＜0.001)。結論步態訓練機器人有助于改善不完全性脊髓損傷患者的異常步態。

不完全性脊髓損傷；康復機器人；步態；康復

[本文著錄格式]郭素梅，李建民，吳慶文，等.步態訓練機器人對不完全性脊髓損傷患者步態的影響[J].中國康復理論與實踐,2013,19(7):676-679.

大多數有一定運動功能的不完全性脊髓損傷患者只能通過使用助行設備的代償作用才能實現步行。這種輔助步行影響患者步行的協調性及步態質量[1-2]。本研究探討Lokomat全自動機器人步態訓練與評定系統對不完全性脊髓損傷患者步態的影響。

1 對象與方法

1.1 研究對象

選擇在唐山市內醫院治療或已經出院并同意參加本研究的不完全脊髓損傷患者10例，全部為意外傷害所致脊髓損傷。其中男性8例，女性2例，年齡24～60歲，受傷時間3.5～18個月，脊髓損傷平面為L1～C4?；颊咭话闱闆r見表1。

納入標準：①經CT或MRI確診的脊髓病變；②美國脊柱損傷協會(ASIA)神經功能分級為C級或D級；③年齡16～65歲，心肺功能正常；④當前沒有從事其他步態康復訓練項目。

表1 患者一般情況

排除標準：①并發其他神經功能障礙，不易控制的高血壓、糖尿病，直立性低血壓，嚴重的心肺疾病，嚴重的膀胱或其他部位感染性疾病，血栓性疾病(如下肢靜脈血栓、心肌梗死等)，較嚴重的骨質疏松癥(如有骨折病史)，下肢關節疼痛活動范圍受限，下肢外傷或不穩定性骨折，指凹性水腫，壓瘡或支具綁帶處皮膚損傷，某些認知功能障礙(如精神障礙)；②大腿長度＜35 cm或＞47 cm，體重＞135 kg。

參加訓練的患者訓練前均簽署知情同意書。

1.2 訓練方法

采用Lokomat全自動機器人步態訓練與評定系統(Lokom公司)。每次訓練前、中、后監測患者的血壓和心率(腕式血壓計)。訓練每周3～5次，共12周。每次訓練除準備時間外，運動平板步行時間30～35 min。平板速度以保證步態質量及患者的舒適與適應為前提，治療師通過觀察計算機屏幕患者步行訓練的反饋曲線及Lokomat機械腿速度與運動平板速度是否匹配來判斷，一般為1.7～2.6 km/h。減重量調節到患者最大下肢負重，為0～32 kg。因訓練速度較低時，Lokomat機械腿的阻力較大，需根據患者的耐受程度適當增加引導力；引導力根據患者下肢肌力設置，使患者既主動參與肌力訓練又不感覺下肢沉重，步行吃力，調節范圍0～80%。隨著患者運動能力的提高，逐漸增加訓練參數的難度，間斷給予患者低速至高速之間的變速訓練；如患者雙上肢活動無明顯障礙，可通過調節Lokomat系統平行杠的寬度讓其交替協調地擺臂步行。

患者實際訓練參數如下：訓練36～51次，平均(43.4±5.42)次；訓練速度1.7～2.6 km/h，平均(2.08± 0.09)km/h；減重量0～30 kg，平均(16±3.39)kg；訓練距離858～1315 m，平均(1051.03±46.01)m。

1.3 評價指標

采用ASIA標準評價患者下肢運動功能評分(LEMS)。步態分析指標包括：步速(m/s)、步長(cm)、雙支撐相(%步行周期)、單支撐相(%步行周期)及對稱指數(SI)：

其中Sls是肌力較強的一側下肢的步長，Slw是肌力較弱的一側下肢步長，SI指數為0說明下肢運動對稱，數值越大對稱性越差。

訓練參數評估：運動平板速度(km/h)、減重量(kg)及運動平板訓練距離(m)。

分別于訓練前、訓練后6周及12周進行評定。

1.3.1 LEMS ASIA運動評分(ASIA-MS)被接受為評價脊髓損傷功能損害程度的一項國際標準。LEMS總分為50分，為徒手肌力檢查法評測代表雙下肢的5個關鍵肌(髖屈肌、伸膝肌、足背屈肌、足跖屈肌和踇長伸肌)肌力總和。

本研究采用SPSS 17.0統計學軟件分析，本研究采用x2檢驗所有涉及到的計數資料，兩組數據之間的差異性采用P＜0.05表示差異存在統計學意義。

1.3.2 步態參數 通過步態分析儀測量：患者在與計算機相連的3.8×0.6 m的壓力感應墊上，以其最舒適步速連續行走3次。計算機分析軟件自動計算步態參數。測試時使用相同的助行器或等量的人力輔助。

1.4 統計學分析

應用SPSS 13.0軟件對數據進行統計分析。計量資料用(±s)表示，均數比較采用重復測量方差分析。顯著性水平α=0.05。

2 結果

10例患者完成規定訓練，數據全部納入統計分析。

訓練前、中、后，LEMS、左下肢步長、右下肢步長、左下肢雙支撐期、右下肢雙支撐期、左下肢單支撐期、右下肢單支撐期及對稱指數、運動平板速度、運動平板步行距離、地面步速、減重量于均有非常高度顯著性差異(P＜0.001)。見表2。

3例患者在開始幾次訓練時主訴吊帶導致腹股溝區皮膚發紅疼痛，2例患者出現小腿內側靠近內踝處皮膚磨損發紅。通過加墊保護及調整吊帶的松緊，1周后適應并好轉，未影響訓練。未發生其他并發癥及其他安全問題。

3 討論

本研究顯示，步態訓練機器人能輕微改善不完全性脊髓損傷患者LEMS。LEMS增加一方面反映皮層脊髓功能的自發性恢復；另一方面，也在一定程度上反映脊髓損傷平面以下脊髓的可塑性[3]。但LEMS的改善與患者步行功能不一定相關。除LEMS外，患者步行功能也與患者的年齡、脊髓損傷平面、脊髓損傷平面以下感覺保留程度、患者的主觀積極性、對康復訓練的重視程度及患者的心肺耐力等因素有關。

表2 患者訓練前后各項評定結果比較

本研究觀察到，訓練后所有患者都產生了不同程度的步速、步長增加?；颊卟剿偌安介L的增加一方面與肌力增加有關，另一方面也與下肢肌肉激活數量增加、肌肉的激活模式改變及肌肉間的協調性增加有關。曾有報道，脊髓損傷患者由于神經控制的缺陷，康復訓練所引起的步速增加可能主要依靠增加步長而不是步頻[4]。本研究訓練12周后，患者地面步速增加量為(0.20±0.10)m/s，雖然沒有大的改進，但也有臨床意義(≥0.05 m/s)[5]?；颊哂柧毢筮\動平板速度提高(0.62±0.12)km/h，最大訓練速度只達到2.6 km/h(0.72 m/s)，低于最低的社區運動步速(0.8 m/s)[6]。如果速度調整太快，超過患者的承受能力，就不能保證步態質量和下肢肌肉的協調用力。但是較低的訓練速度對患者地面步速改進可能不會產生太大的影響。有文獻報道，腦卒中患者在機器人及治療師協助的減重運動平板步態訓練時，較低和較高的訓練速度沒有產生較大的訓練成果差異[7]。

從對稱指數可以看出，Lokomat訓練使患者雙下肢步行時的對稱性提高，原因是在步態訓練過程中，通過對不同患者合適的訓練參數的調整，可以為患者在整個訓練期間提供一致、正常、重復性的訓練，并且可以防止異常的代償模式，使兩側下肢肌肉得到有效、協調地利用，這種訓練方法非常有利于患者雙下肢對稱性的改善。其他有關脊髓損傷患者機器人步態訓練的研究也觀察到了這種對稱性的改進[8-9]。

所有患者雙下肢都顯示了單足支撐期的延長及雙足支撐期縮短，表明機器人自動步態訓練導致患者步行平衡、協調性的改進。較長的雙足支撐期可以使脊髓損傷患者有更少的平衡及肌力需要，可以提高身體的穩定性[10]。雖然慢性不完全性脊髓損傷患者有一定的下肢自主運動及控制能力，但是訓練前的評估顯示患者步行的平衡性、協調性及對稱性較差，這些參數的改進在一定程度說明訓練提高了患者的運動控制能力。

有研究顯示，脊髓對下肢運動的控制可能不只局限于L2椎體以下的低位脊髓，對于下肢運動整體協調性的控制要受包括頸段脊髓在內的整個脊髓的影響[11]，運動控制能力的改善也體現了脊髓整體功能的提高。

Lokomat運動平板訓練時，交替、節律的下肢負重步行能夠使中樞神經系統不斷接受并處理多種輸入感覺信息的刺激，通過在這種訓練環境下對感覺輸入信息的整合訓練，能夠促進主動肌及拮抗肌更加協調的運動模式[12]。而且，動物研究也顯示，運動平板訓練時除了下肢肌肉的參與，軀干肌肉也被激活[13]，這些都可能有助于患者步行時平衡和協調性的改進。

本研究使用的Lokomat系統平衡杠的寬度可以調節。盡管Lokomat下肢支具兩側用來固定髖部大轉子的部位各有14 cm左右的延伸，但如果患者的上肢運動能力無明顯障礙，訓練過程中可以通過調整平衡桿的寬度使其模仿正常人的步行模式擺臂行走。交替協調的擺臂步行能夠幫助穩定搖動的身體、減少軀干垂軸的扭矩，減少雙足與地面的扭轉運動，也有利于提高下肢肌肉的激活與協調性，因而也促進了患者步行時平衡和協調性的提高[14]。

由于有些患者的步行能力較差，不能堅持較長的地面步行時間，本研究沒有對患者進行地面步行耐力評估。但我們認為，Lokomat步態訓練能提高患者步行耐力。這體現在雖然每次訓練的時間沒有明顯增加，但各個訓練參數的難度已明顯提高?；颊唛_始訓練時，持續時間一般不到30 min已感覺疲勞、大汗、步態質量明顯下降，需要降低訓練參數的難度或訓練中休息幾分鐘來緩解疲勞；隨著訓練時間的延長，雖然訓練難度提高，但患者訓練后無明顯疲勞表現，也能保持較好的步態質量。此外，雖然患者每次訓練時間沒有延長，由于訓練速度增加，訓練時運動平板步行距離也明顯增加，12周時平均增加(312.80±66.39) m。

據報道，訓練時的減重量對患者的能量消耗影響較大[15]。本研究顯示，全部患者都顯示出減重量減少，即患者步行時主動負重增加。這也體現了患者步行耐力的增加。

機器人自動步態訓練是一種有效的步態訓練手段，有助于改善不完全性脊髓損傷患者的異常步態。

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Effect of Robot-assisted Walking Therapy on Gait of Patients with Incomplete Spinal Cord Injury

GUO Su-mei,LI Jiаn-min,WU Qing-wen,et аl.Tаngshаn Gongren Hospitаl,Tаngshаn 063000,Heibei,Chinа

ObjectiveTo investigate the effect of robot-assisted walking therapy on gait of patients with incomplete spinal cord injury.Methods10 patients with incomplete spinal cord injury accepted robot-assisted walking therapy with Lokomat for 12 weeks.The Lower Extremity Motor Scores(LEMS),step lenth(left and right),double support(left and right),single support(left and right),Symmetry Index (SI),overground gait speed,treadmill training speed,treadmill training distance and the amount of body-weight unload were recorded before,6 weeks and 12 weeks after training.ResultsAll the patients finished the training.There was significant difference in all the indices among those were before,6 weeks and 12 weeks after training(P＜0.001).ConclusionRobot-assisted walking therapy with Lokomat facilitates to improve gait in patients with incomplete spinal cord injury.

incomplete spinal cord injury;robot-assisted rehabilitation;gait;rehabilitation

R651.2

A

1006-9771(2013)07-0676-04

2012-10-15)

1.唐山工人醫院，河北唐山市063000；2.河北聯合大學附屬醫院，河北唐山市063000；3.河北聯合大學護理與康復學院，河北唐山市063009。作者簡介：郭素梅(1973-)，女，漢族，河北唐山市人，碩士研究生，主管護師，主要研究方向：骨科康復。通訊作者：吳慶文。

10.3969/j.issn.1006-9771.2013.07.023