下肢康復機器人對腦卒中偏癱患者下肢運動功能與步行能力的效果①

劉暢，郄淑燕，王寒明，譚建

下肢康復機器人對腦卒中偏癱患者下肢運動功能與步行能力的效果①

劉暢，郄淑燕，王寒明，譚建

目的觀察下肢康復機器人輔助步行訓練對腦卒中偏癱患者運動功能及步行能力的影響。方法2015年1月至2016年10月，60例腦卒中偏癱患者隨機分為對照組(n=30)和實驗組(n=30)。兩組均接受常規(guī)訓練，在此基礎(chǔ)上，對照組予人工輔助步行訓練，實驗組予下肢機器人輔助步行訓練。訓練時間均為每次30 min，每周5次，連續(xù)訓練8周。訓練前后分別采用Fugl-Meyer評定量表下肢部分(FMA-LE)評測下肢運動功能，機器人評估系統(tǒng)評定屈髖肌群肌力(FHF)和伸膝肌群肌力(FKE)，6分鐘步行距離和10米步行時間評定步行能力。結(jié)果訓練前，兩組間一般資料及各指標無顯著性差異(P＞0.05)。訓練后，實驗組各指標均提高(t＞2.274,P＜0.05)；除FKE外，實驗組各指標均優(yōu)于對照組(t＞2.095,P＜0.05)。結(jié)論下肢康復機器人輔助步行訓練能夠有效提高腦卒中偏癱患者的運動功能與步行能力。

腦卒中；偏癱；下肢康復機器人；運動功能；步行

[本文著錄格式]劉暢，郄淑燕，王寒明，等.下肢康復機器人對腦卒中偏癱患者下肢運動功能與步行能力的效果[J].中國康復理論與實踐,2017,23(6):696-700.

CITED AS:Liu C,Qie SY,Wang HM,et al.Effect of robot-assisted gait training on lower limb motor function and gait ability in patients with hemiplegia after stroke[J].Zhongguo Kangfu Lilun Yu Shijian,2017,23(6):696-700.

腦卒中是一種嚴重威脅人類健康和生命的常見病，近年來腦卒中致殘率達80%以上，重度致殘者已達40%以上[1]。步行功能障礙是腦卒中患者主要的功能問題之一，直接關(guān)系到日常生活活動能力和生活質(zhì)量[2]。因此恢復和提高運動功能，特別是下肢運動功能及步行能力是腦卒中患者最迫切的要求，也是腦卒中康復訓練的重要目標之一。

下肢康復機器人作為近年來國內(nèi)外康復領(lǐng)域的新興步行訓練手段，是在減重等速平板訓練的基礎(chǔ)上進一步發(fā)展而來的智能訓練系統(tǒng)。它通過下肢驅(qū)動模塊、動態(tài)減重及運動平板系統(tǒng)對患者進行垂直負重姿勢下的重復性模擬步行訓練，尤其是外骨骼式近端驅(qū)動型機器人在臨床應(yīng)用較為廣泛。下肢康復機器人對腦卒中患者的步態(tài)(如步長等)、步行能力的改善已被國內(nèi)外多篇文獻證實[3-5]。本研究對下肢機器人訓練在腦卒中偏癱患者下肢運動功能、步行能力及相關(guān)性方面進行療效觀察。

1 資料與方法

1.1 一般資料

2015年1月至2016年10月在本院住院治療的腦卒中偏癱患者60例，臨床診斷符合1995年中華醫(yī)學會第四屆全國腦血管病學術(shù)會議修訂的診斷標準[6]，并經(jīng)頭顱CT或MRI證實。本研究獲得首都醫(yī)科大學附屬北京康復醫(yī)院倫理委員會批準。

納入標準：①大腦中動脈系統(tǒng)初發(fā)腦卒中，男女不限，年齡30～70歲；②病程≤3個月；③簡易精神狀態(tài)檢查(Mini-Mental State Examination,MMSE)≥25分；④患者能夠在低～中等程度徒手或輔具輔助下完成10米步行和6分鐘步行測驗；⑤患者本人及家屬簽署知情同意書。

排除標準：①壓瘡等皮膚病變；②泌尿系感染；③嚴重心臟病、慢性阻塞性肺疾病；④血栓；⑤下肢嚴重攣縮；⑥骨科損傷不穩(wěn)定及嚴重骨質(zhì)疏松；⑦下肢淺感覺及本體感覺重度減退，F(xiàn)ugl-Meyer感覺功能評定法足跟淺感覺≤1分，髖膝踝足趾≤1分；⑧精神障礙；⑨體質(zhì)量≥135 kg；⑩雙下肢長度差≥2 cm。

電腦生成60個隨機數(shù)字，寫在紙條上，放入外觀相同的密閉不透明信封內(nèi)；入組患者隨機抽取信封，偶數(shù)為實驗組，奇數(shù)為對照組。兩組一般資料比較無顯著性差異(P＞0.05)。見表1。

1.2 方法

實驗組使用Lokomat下肢康復機器人(瑞士Hocoma公司和瑞士蘇黎世Balgrist大學附屬醫(yī)院脊髓損傷中心開發(fā)的Lokomat系統(tǒng)5.0版)給予患者步行訓練。操作人員均經(jīng)過專業(yè)培訓及認證。訓練前對患者腿部的長度進行測量、調(diào)節(jié)綁帶尺寸。初始參數(shù)設(shè)置標準：①體重支持一般為患者體重的50%，以患者步行支撐期膝關(guān)節(jié)不出現(xiàn)打軟現(xiàn)象為宜，系數(shù)范圍0.2～0.7 (系統(tǒng)自行設(shè)置)；②引導力的初始設(shè)置通常為100%；③步速1.5～1.7 km/h；④足部由綁帶固定在踝關(guān)節(jié)背屈10°位左右，此后根據(jù)患者步行能力的改善情況，在保證步態(tài)正常的基礎(chǔ)上逐步減少體重支持和引導力并增加速度。訓練時由助手將患側(cè)上肢保持在肩胛骨前伸、肘關(guān)節(jié)伸展、手指伸展或放置于體側(cè)欄桿處，軀干充分抗重力伸展，抑制聯(lián)合反應(yīng)或防止肩關(guān)節(jié)半脫位導致的肌張力異常或不良姿勢。

對照組給予徒手輔助平地步行訓練，輔助量為保證步行不出現(xiàn)停滯下的最小輔助量，并隨患者步行能力的改善逐漸減少。

兩組訓練時間均為30 min/次，5次/周，共8周。此外兩組均行每天1次的常規(guī)康復訓練，內(nèi)容包括關(guān)節(jié)活動度訓練、肌力強化、肌張力調(diào)整、坐立位平衡訓練等。

1.3 觀察指標

1.3.1 下肢運動功能

采用Fugl-Meyer評定量表下肢部分(Fugl-Meyer Assessment-Lower Extremities,FMA-LE)評定，下肢最高分34分。得分越高說明運動功能越好。

1.3.2 肌力測評

采用肌力評估工具(瑞士Hocoma醫(yī)療器械公司)對雙側(cè)屈髖、伸膝兩組肌群的肌力進行測評。測評方法：患者下肢固定在伸髖30°或屈膝45°位，要求患者在聽到電腦3 s倒計時結(jié)束的提示音時即刻行相關(guān)肌群的5 s等長最大收縮。數(shù)據(jù)包括屈髖肌群肌力(L-Force/Hip/Flex,FHF)和伸膝肌群肌力(L-Force/Knee/ Ext,FKE)。

表1 兩組訓練前一般資料比較

1.3.3 步行能力評測

采用6分鐘步行、10米步行對患者耐力、步速等步行能力進行測試。6分步行距離越長，10米步行時間越短，說明步行能力越高。

1.4 統(tǒng)計學分析

采用SPSS 19.0軟件進行統(tǒng)計分析。計量資料數(shù)據(jù)采用(xˉ±s)表示，組間比較采用獨立樣本t檢驗，組內(nèi)比較采用配對樣本t檢驗。病程不符合正態(tài)分布，采用秩和檢驗。計數(shù)資料采用χ2檢驗。顯著性水平α= 0.05。

2 結(jié)果

所有患者均完成治療。

2.1 FMA-LE

訓練前，兩組間FMA-LE評分無顯著性差異(P＞0.05)。訓練后，實驗組FMA-LE評分明顯升高(P＜0.01)，且明顯高于對照組(P＜0.05)。見表2。

2.2 肌力

2.2.1 FHF

訓練前，兩組間FHF無顯著性差異(P＞0.05)。訓練后，實驗組FHF增加(P＜0.05)，且高于對照組(P＜0.05)。見表3。

護理滿意度評級標準采用調(diào)查問卷方式來進行，分為非常滿意、滿意以及不滿意。護理總體滿意度=（非常滿意+滿意）/每組總?cè)藬?shù)×100%。

2.2.2 FKE

訓練前，兩組間FKE無顯著性差異(P＞0.05)。訓練后，實驗組FKE增加(P＜0.05)，兩組間仍無顯著性差異(P＞0.05)。見表4。

2.3 步行能力

2.3.1 6分鐘步行距離

訓練前，兩組間6分步行距離無顯著性差異(P＞0.05)。訓練后，實驗組6分步行距離顯著增加(P＜0.001)，實驗組明顯長于對照組(P＜0.05)。見表5。

2.3.2 10米步行時間

表2 兩組訓練前后FMA-LE評分比較

表3 兩組訓練前后FHF比較(N?m)

表4 兩組訓練前后FKE比較(N?m)

表5 兩組訓練前后6分鐘步行距離比較(m)

表6 兩組訓練前后10米步行時間的比較(s)

3 討論

腦卒中偏癱患者發(fā)病后由于中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷導致肌張力異常，感覺減退，肌力耐力弱化，在步態(tài)上表現(xiàn)為內(nèi)翻尖足著地，支撐期縮短，擺動期過度代償?shù)犬惓＿\動模式。步行能力方面表現(xiàn)為步長縮短，步頻減小，步速下降等。本研究結(jié)果顯示，機器人輔助步行訓練后，F(xiàn)HF及步行能力均明顯提高，主要原因考慮與下肢肌力、耐力提高，負重等本體感覺輸入及任務(wù)導向性重復運動學習對中樞神經(jīng)系統(tǒng)可塑性的促進等因素密切相關(guān)。

訓練后，實驗組FHF在組內(nèi)及組間對比均有顯著性改善。其原因可從以下幾方面考慮：肌力增強的要素主要包括神經(jīng)性因素和肌肉性因素兩方面。

神經(jīng)性因素指通過運動單位的動員(recruitment)及刺激發(fā)射頻率(rate coding)的增加促進肌肉收縮，達到肌力改善[7]。

有研究表明，肌肉收縮前的初長度能影響肌肉收縮時所產(chǎn)生的肌力。肌纖維被牽伸拉長時，肌梭感受器敏感性提高，易使肌肉產(chǎn)生收縮。如果初長度適宜，能夠產(chǎn)生最大肌力。機器人訓練時，機械臂與跑臺傳送帶的強制性向后運動較人工輔助步行更易使髖關(guān)節(jié)被動伸展到最大伸髖位；這一快速充分的牽拉使屈髖肌群被牽伸拉長，初長度增大，肌梭感受器敏感性提高，即對Ⅰa纖維的興奮性輸入刺激更易發(fā)生[8]，傳入纖維發(fā)放沖動的頻率增大，從而使肌肉更易收縮。也有研究表明，傳送帶的強迫性運動使髖關(guān)節(jié)被動過伸，這一牽拉會提高髖部肌肉收縮使肢體向前擺動[9]。

肌力增強還與肌肉的生理橫斷面積增大密切相關(guān)，而這需要有足夠的阻力負荷和承重負荷[10]。機器人訓練通過不斷降低引導力和體重支持、增加跑臺的速度，及時增加屈髖肌群的阻力負荷和承重負荷。在訓練中可以通過更大劑量的負荷、更高的效率及精確的重復來鞏固效果[11]，增強肌力和改善有氧運動能力。宋春紅等[12]使用B型超聲檢測證實，下肢機器人訓練4周可使缺血性腦卒中患者患側(cè)脛前肌的羽狀角和肌肉厚度在靜息及最大等長收縮狀態(tài)下較訓練前顯著增加，說明下肢康復機器人對于亞急性期腦卒中患者的肌肉形態(tài)改善有促進作用。

腦卒中后偏癱步態(tài)的主要特點是穩(wěn)定性差、步行不對稱及能耗增加等[13]。腦卒中偏癱患者步行能力與下肢肌力密切相關(guān)，在患側(cè)髖屈曲、膝伸展和踝關(guān)節(jié)背屈等肌力因素中，髖屈曲肌力與步行速度和步行獨立性的關(guān)系最為密切，可以解釋33%的步行速度和步行獨立性的變化[14]，是決定步頻的最主要肌力因素。患側(cè)髖、膝關(guān)節(jié)隨著外骨骼的擺動進行大量重復主被動屈伸運動，不僅可增強主動肌群肌力，而且可促進主動肌-拮抗肌的協(xié)同收縮，促進對痙攣肌肉的牽拉，從而調(diào)節(jié)肌張力，緩解肌肉痙攣，抑制異常運動模式[15]。朱童[16]運用三維步態(tài)分析評價下肢康復機器人對偏癱患者步行能力的影響，訓練8周后實驗組較對照組的患側(cè)擺動相百分比、步速、跨步長、步頻均有顯著性增大。因此機器人訓練后FHF增強，以及主動肌-拮抗肌協(xié)同收縮的改善促進了步頻的增加，提高了步行效率，可以考慮為10米步行時間縮短的原因之一。這一點在下肢康復機器人對于帕金森病患者的步態(tài)訓練效果上也得到證實[17]。

膝關(guān)節(jié)伸展肌力是決定步長的最主要肌力因素[14]。孫利玲等[18]對1例有17年腦外傷病史患者使用Lokomat之后每間隔3個月對患者運動能力進行評估，患者屈髖、伸髖、屈膝及伸膝力量緩慢增加；同時患者下肢FMA評分和Berg平衡量表評分總體變化不大，但患者的步行距離和步行速度仍有所增加。本次實驗訓練后兩組FKE雖均比8周前增加，但組間未見明顯差異。主要考慮驅(qū)動模塊對伸膝肌群的牽伸與抗阻力度不充分所致，有待進一步研究改進。

從感覺輸入等神經(jīng)生理學角度考慮，足底感覺的輸入有助于激活支撐期軀干及下肢的抗重力伸展。文獻報道，足跟著地時的觸壓覺刺激，是誘發(fā)軀干、下肢伸展運動的觸發(fā)器，而小腿三頭肌等下肢后部肌肉的牽伸又對支撐期的負重起到重要作用[19]。Lokomat型下肢機器人訓練中，由于足部被綁帶固定在背屈10°左右，能夠保證患者在支撐初期足跟著地，繼而形成跟趾步態(tài)；足跟著地時的觸壓覺刺激使本體感覺容易上行傳導，興奮前庭脊髓束，激活伸髖肌群及軀干等抗重力伸展系統(tǒng)。隨著從支撐中期向末期的過渡，跟腱及小腿三頭肌的牽伸可使高爾基體及Ⅰa纖維傳來的感覺信息給予伸肌群運動神經(jīng)以反饋，激活負重反應(yīng)，并在支撐末期至擺動初期抑制該肌群，配合屈髖肌群的牽伸，誘發(fā)擺動期，有助于步行模式的形成。趙雅寧等[20]在下肢康復機器人對腦卒中患者平衡及步行功能的研究中，采用踝-后足評分量表評價患者步行能力。結(jié)果顯示實驗組取得了更高的踝-后足評分。朱童[16]在三維步態(tài)分析的研究中指出，訓練8周后實驗組較對照組的健側(cè)/患側(cè)支撐相百分比顯著減少，而地反力垂直、向前方向峰值顯著增加，說明實驗組患腿支撐力和推進力明顯提高。王大武等[21]采用檢測被動運動變化閾值等方法，證實下肢機器人訓練對于腦卒中患者偏癱側(cè)膝關(guān)節(jié)本體感覺的恢復有重要意義。

在感覺輸入的基礎(chǔ)上，足部矯形器使足底和髖關(guān)節(jié)傳入的感覺在脊髓運動區(qū)被加強，而傳出沖動又在不同程度上被小腦和高級運動中樞下傳復制系統(tǒng)所放大。趙雅寧等[9]使用經(jīng)顱多普勒超聲對病變血管腦血流動力學進行評估后發(fā)現(xiàn)，機器人組訓練8周后，病灶側(cè)大腦前中動脈的血流速度較對照組增加，神經(jīng)功能評分提高。模擬正常步態(tài)的引導運動提供了穩(wěn)定的模式化步行訓練，而模式化運動受到脊髓水平中樞模式發(fā)生器(central pattern generation,CPG)的控制及大腦的高級調(diào)控，可通過反復模式化訓練達到康復效果[22]。

除此之外，機器人的外在結(jié)構(gòu)可以幫助患者在步行中重心處于身體中線，軀體對位對線良好，軀干及髖關(guān)節(jié)保持抗重力伸展的良好姿勢，上肢聯(lián)合反應(yīng)的抑制也有助于減輕步行中痙攣誘發(fā)的異常模式。在更自然省力的姿勢控制下，患者可以較低的心率、較小的消耗進行長時間的訓練，因此，耐力的改善與更為高效省力的步行模式，考慮也是6分鐘步行距離增加的因素之一。

有研究表明，以任務(wù)為導向的重復性運動學習可以顯著提高中樞神經(jīng)損傷后患者的運動能力[23]，使重組中的大腦皮質(zhì)通過深刻的體驗來學習和儲存正確的運動模式[24]。下肢機器人訓練通過適時適量的負荷刺激及感覺輸入等神經(jīng)機制激活，較為接近生理性步態(tài)的高精度大重復量訓練，在改善髖屈曲肌力、6分步行距離及10米步行時間方面有明顯效果，從步行能力方面提高了患者日常生活活動能力，減輕了社會負擔。誠然，在改善腦卒中患者姿勢控制、運動控制以及步態(tài)方面，神經(jīng)生理學療法具有更為重要的意義和優(yōu)勢，而下肢機器人訓練中如何及時增減負荷量及體重支持，以及如何在訓練中注意患者的姿勢控制方面也需要進一步探索。如何更為合理地將二者有效結(jié)合，發(fā)揮更大的訓練效果，是康復治療工作者未來的課題之一。

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Effect of Robot-assisted Gait Training on Lower Limb Motor Function and Gait Ability in Patients with Hemiplegia after Stroke

LIU Chang,QIE Shu-yan,WANG Han-ming,TAN Jian
Department of Rehabilitation,Beijing Rehabilitation Hospital of Capital Medical University,Beijing 100144,China

QIE Shu-yan.E-mail:shuyanpb@163.com

Objective To explore the effect of robot-assisted gait training on the lower limb motor function and gait ability in patients with hemiplegia after stroke.Methods From January,2015 to October 2016,60 patients with hemiplegia after stroke were randomly divided into control group(n=30)and experimental group(n=30).Both groups

conventional rehabilitation,while the experimental group was given robot-assisted gait training and the control group was given artificial assisted gait training,30 minutes a day,five days a week for eight weeks.They were evaluated with Fugl-Meyer Assessment-Lower Limb(FMA-LE),muscle strength of hip flexion(L-FORCE/HIP/ Flex,FHF)and knee extension(L-FORCE/KNEE/Ext,FKE),Six Minutes Walking Distance and Ten Meters Walking Time before and after training.Results There was no significant difference in general data and all indexes between two groups before training(P＞0.05).The scores of all the indexes improved in the experimental group after training(t＞2.274,P＜0.05),and all of them were better in the experimental group than in the control group(t＞2.095,P＜0.05),except FKE.Conclusion Robot-assisted gait training can effectively improve the lower limb motor function and gait ability of patients with hemiplegia after stroke.

stroke;hemiplegia;robot-assisted gait training;motor function;gait

R743.3

A

1006-9771(2017)06-0696-05

2017-02-15

2017-05-23)

10.3969/j.issn.1006-9771.2017.06.016

首都醫(yī)科大學附屬北京康復醫(yī)院康復診療中心，北京市100144。作者簡介：劉暢(1977-)，女，漢族，北京市人，碩士，主管治療師，主要研究方向：神經(jīng)康復理論與技術(shù)，機器人訓練。通訊作者：郄淑燕(1977-)，女，山東人，副主任醫(yī)師，主要研究方向：神經(jīng)康復，骨科康復。E-mail:shuyanpb@163.com。