下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人在腦卒中病人中的臨床應(yīng)用研究

汪宗保 周玲玲 王從振

摘 要：下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人輔助腦卒中病人康復(fù)正在臨床應(yīng)用中日益得到重視。本文通過對下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人在腦卒中病人中的臨床應(yīng)用研究文獻(xiàn)進(jìn)行歸納總結(jié)，以期為研究者和臨床工作者探索下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人對腦卒中患者的康復(fù)提高臨床療效和研發(fā)提供思路。

關(guān)鍵詞：下肢;外骨骼康復(fù)機(jī)器人;腦卒中;臨床應(yīng)用

中圖分類號：R743.3 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號：1673-260X（2021）07-0050-04

腦卒中是造成我國成年病殘患者的主要原因[1]。患者不同程度的功能障礙不僅生存質(zhì)量下降，而且加重了家庭和社會(huì)經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。中樞神經(jīng)具有可塑性，腦卒中早期康復(fù)治療可激發(fā)大腦神經(jīng)重塑功能，促進(jìn)損傷功能重組，有效恢復(fù)腦卒中病人的患肢運(yùn)動(dòng)功能[2]。早期康復(fù)介入也是為患者建立標(biāo)準(zhǔn)化步行模式的關(guān)鍵[3]。傳統(tǒng)的康復(fù)治療主要依賴康復(fù)治療師和醫(yī)務(wù)人員徒手進(jìn)行，康復(fù)效果易受康復(fù)治療師和醫(yī)務(wù)人員手法操作、個(gè)人力量、情緒等多種客觀和主觀因素影響，使康復(fù)和治療過程及時(shí)、有效、準(zhǔn)確的反饋較難掌握，進(jìn)而治療效果直觀評價(jià)較難進(jìn)行[4]，而且大大增加有限數(shù)量的醫(yī)務(wù)人員和家庭人員工作強(qiáng)度。

為了應(yīng)對這些問題，自動(dòng)化康復(fù)機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生，它可協(xié)助醫(yī)務(wù)人員在臨床神經(jīng)康復(fù)中發(fā)揮重要作用，尤其是需要長期康復(fù)訓(xùn)練的腦卒中病人，受到越來越多的關(guān)注和研究[5]。目前尤其是外骨骼康復(fù)機(jī)器人最有前景，具有精確化、高強(qiáng)度、高效率等特點(diǎn)，確保病人活動(dòng)質(zhì)量，并能顯著提高康復(fù)療效，甚至能在適當(dāng)減輕肩荷的情況下，幫助患者模擬正確步行方式等[6]。

本文通過回顧下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人的相關(guān)文獻(xiàn)，對其在腦卒中病人中的臨床應(yīng)用研究進(jìn)行了歸納總結(jié)。

1 下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人的臨床工作原理

外骨骼是一種能對蟹、蝦、昆蟲等節(jié)肢生物內(nèi)部柔軟組織提供修復(fù)、支撐和保護(hù)作用的堅(jiān)硬外部裝置[7]。外骨骼康復(fù)機(jī)器人是一種可以輔助患者進(jìn)行功能康復(fù)訓(xùn)練的機(jī)器設(shè)備，最早應(yīng)用于軍事領(lǐng)域來提高軍隊(duì)作戰(zhàn)能力、減輕軍人疲勞感。后來，鑒于外骨骼機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)而試用于臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，發(fā)現(xiàn)功能不足的患者通過穿戴下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人，就可以提供有效的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練。

下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人是一種可穿戴于機(jī)體的外骨骼助力設(shè)備，提供身體保護(hù)，運(yùn)動(dòng)助力等功能，同時(shí)融入了采集、傳感、分析等技術(shù)，使得該機(jī)器人能在自主控制下完成支持、保護(hù)、助力等功能和任務(wù)，其中之一即通過運(yùn)動(dòng)中的肌電信號傳遞來控制異常模式、輔助病人早期步行，促進(jìn)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)恢復(fù)、改善日常生活活動(dòng)，輔助步行障礙的病人恢復(fù)正常步態(tài)。同時(shí)，康復(fù)機(jī)器人的人機(jī)交互技術(shù)，有助于病人在康復(fù)運(yùn)動(dòng)中建立靈活、精確的意識(shí)反應(yīng)，加強(qiáng)康復(fù)的趣味性，提高患者的主動(dòng)參與能力[8]。如此，外骨骼康復(fù)機(jī)器人即可通過反復(fù)有效、健側(cè)肢體或物理原理的驅(qū)動(dòng)，輔助患側(cè)肢體進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，有利于加強(qiáng)運(yùn)動(dòng)肢體與受損神經(jīng)之間的聯(lián)系，從而誘發(fā)患者運(yùn)動(dòng)感覺不斷正常化，促進(jìn)患肢功能的盡早恢復(fù)[9]。患者主動(dòng)參與能力一旦得到提高，其優(yōu)點(diǎn)是不僅有利于提升康復(fù)效率，而且可減少能源消耗，節(jié)省社會(huì)公共資源。

2 下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人在腦卒中病人中的臨床應(yīng)用研究

腦卒中病人患側(cè)肢體功能障礙對患者生存質(zhì)量有不同程度的影響。因此，早期有效康復(fù)對患者生活質(zhì)量的提高有重大意義。以下為回顧下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人在腦卒中病人中的臨床應(yīng)用研究文獻(xiàn)，其主要體現(xiàn)在患者的運(yùn)動(dòng)及平衡功能、步行能力、日常生活活動(dòng)能力等方面。

2.1 下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人在腦卒中病人運(yùn)動(dòng)及平衡功能中的臨床研究

腦卒中后引起的神經(jīng)、運(yùn)動(dòng)、平衡功能障礙，嚴(yán)重影響患者日常生活獨(dú)立能力及步行能力[10]。因此，運(yùn)動(dòng)及平衡功能的功能改善在腦卒中病人生活質(zhì)量的提高過程中發(fā)揮較大作用。謝紅志等[11]通過北京大艾機(jī)器人科技有限公司生產(chǎn)的下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人“Aiwalker”結(jié)合常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練應(yīng)用于腦卒中偏癱患者，研究結(jié)果顯示采用外骨骼助行機(jī)器人在改善卒中后肢體運(yùn)動(dòng)功能障礙具有明顯的優(yōu)勢。同時(shí)，發(fā)現(xiàn)下肢外骨骼助行機(jī)器人主動(dòng)及健側(cè)肢體輔助訓(xùn)練，更有利于促進(jìn)下肢相關(guān)肌群伸展，提高患者平衡功能、肌力、肌耐力，從而提高步態(tài)的穩(wěn)定性，改善下肢運(yùn)動(dòng)及平衡功能。郝正瑋等[12]研究表明Lokomat下肢康復(fù)機(jī)器訓(xùn)練便于激發(fā)患肢步行相關(guān)關(guān)節(jié)分離運(yùn)動(dòng)的出現(xiàn)，有助于行走時(shí)下肢負(fù)重向患側(cè)肢體轉(zhuǎn)移，并能大幅度改善恢復(fù)期腦卒中偏癱患者下肢的整體運(yùn)動(dòng)功能。有學(xué)者[13]應(yīng)用常規(guī)康復(fù)治療和上海市第六人民醫(yī)院與上海交通大學(xué)機(jī)器人研究所共同研制的下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人對腦卒中偏癱患者進(jìn)行康復(fù)，認(rèn)為康復(fù)機(jī)器人主動(dòng)訓(xùn)練可以促進(jìn)下肢髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)屈伸運(yùn)動(dòng)，誘發(fā)分離運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生，改善下肢肌力，進(jìn)而有效預(yù)防患肢發(fā)生失用性肌肉萎縮，改善下肢運(yùn)動(dòng)功能，保持步態(tài)的平衡及協(xié)調(diào)。同時(shí)，認(rèn)為康復(fù)機(jī)器人的康復(fù)訓(xùn)練，便于降低康復(fù)治療師的工作強(qiáng)度、減少傳統(tǒng)康復(fù)的枯燥，確保了訓(xùn)練的安全性，提高了康復(fù)效率。趙明明等[14]研究發(fā)現(xiàn)Lokohelp下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人在減重狀態(tài)下，通過重復(fù)性、標(biāo)準(zhǔn)化步態(tài)訓(xùn)練，強(qiáng)化精確信號輸入刺激，從而促進(jìn)損傷神經(jīng)恢復(fù)和重塑，有助于改善腦卒中患者平衡和協(xié)調(diào)功能。

2.2 下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人在腦卒中病人步態(tài)中的臨床研究

偏癱步態(tài)是一種腦卒中病人典型的后遺癥。偏癱病人常出現(xiàn)病理現(xiàn)象，包括患肢關(guān)節(jié)活動(dòng)度降低、肌力降低、肌耐力降低、平衡功能降低、運(yùn)動(dòng)模式異常等，不利于患者正常步態(tài)的形成[15]。因此，為建立腦卒中病人正常步態(tài)模式，重復(fù)性的步行能力訓(xùn)練十分重要。程雪等[1]使用廣州一康A(chǔ)3下肢康復(fù)機(jī)器人輔助卒中病人進(jìn)行步態(tài)訓(xùn)練，研究結(jié)果顯示6周后患肢的步長、步幅、步頻提高顯著，患側(cè)腿的擺動(dòng)相延長、支撐相縮短，同時(shí)平均步幅時(shí)間、雙支撐相顯著降低，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。分析認(rèn)為A3下肢康復(fù)機(jī)器人中的減重支持裝置，更有利于提高骨盆及軀干的協(xié)調(diào)和穩(wěn)定性，盡早促進(jìn)腦卒中病人功能性步態(tài)訓(xùn)練。孟兆祥等[15]將30例腦卒中患者開展Lokohelp下肢康復(fù)訓(xùn)練結(jié)合神經(jīng)內(nèi)科治療，治療12周后，研究發(fā)現(xiàn)外骨骼康復(fù)機(jī)器人能加強(qiáng)患者膝及踝關(guān)節(jié)、軀干、骨盆控制能力、改善下肢步態(tài)，促進(jìn)正常步態(tài)周期形成。香港中文大學(xué)研發(fā)設(shè)計(jì)的CUHK-EXO，髖、膝關(guān)節(jié)可通過電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，病人可以在拐杖輔助下進(jìn)行使用，在偏癱、截癱等患者康復(fù)中具有良好的治療效果，能夠提高患者站立和步行的靈活性[16]。Hiroki等[17]研究發(fā)現(xiàn)，通過下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人對腦卒中偏癱患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，可以有效糾正患者的異常步態(tài)，更好地改善患者的步行能力。步速對腦卒中病人步行功能的恢復(fù)有重要影響，步速的增加便于減少患者步行能量損耗[18]，使病人行走更輕松且安全。

2.3 下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人在腦卒中病人日常生活活動(dòng)能力中的臨床研究

腦卒中后患肢的功能障礙，常伴有軀體、運(yùn)動(dòng)、感覺功能下降，導(dǎo)致病人易發(fā)生跌倒，易影響患者日常生活活動(dòng)能力[19]。因此，日常生活活動(dòng)的改善對腦卒中病人健康發(fā)揮著重要的作用。王玉杰[20]采用常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練的基礎(chǔ)上增加下肢外骨骼助行機(jī)器人“Aiwalker”的步行訓(xùn)練，研究結(jié)果表明下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人可以有效促進(jìn)腦卒中偏癱病人下肢日常生活活動(dòng)能力、平衡功能、步行功能、運(yùn)動(dòng)功能的提升，提高患者日常生存質(zhì)量。楊慧勇等[21]采用西安凱思特電子科技有限公司生產(chǎn)的XYQ-8型智能下肢康復(fù)機(jī)器人結(jié)合常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練，研究發(fā)現(xiàn)可以顯著促進(jìn)腦卒中偏癱病人神經(jīng)功能恢復(fù)及重塑，提高機(jī)體的協(xié)調(diào)與平衡功能，促進(jìn)患肢盡早恢復(fù)運(yùn)動(dòng)功能、改善日常生活活動(dòng)。同時(shí)，康復(fù)機(jī)器設(shè)備中隨時(shí)生命體征監(jiān)測，保證了患者的安全，有利于幫助患者建立康復(fù)的自信心。張熙斌等[22]認(rèn)為，Lokohelp下肢康復(fù)機(jī)器人減重步行訓(xùn)練的設(shè)置，利用重復(fù)性特征，有效降低了下肢肌肉負(fù)荷及刺激了感覺信息輸入，擴(kuò)大了關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍，利于肢體痙攣的恢復(fù)，若與運(yùn)動(dòng)療法相結(jié)合，能夠最大程度改善腦卒中患者下肢功能、肌痙攣及提高日常生活活動(dòng)能力。劉亞鴿等[23]認(rèn)為利用上海西貝有限公司remo型下肢康復(fù)機(jī)器人輔助偏癱患者進(jìn)行主動(dòng)訓(xùn)練，能夠有效避免病理運(yùn)動(dòng)模式的出現(xiàn)，促進(jìn)正常運(yùn)動(dòng)模式形成，重塑患側(cè)神經(jīng)功能，改善患肢肌群肌力及關(guān)節(jié)活動(dòng)度，從而最大限度地降低患肢痙攣，提高患者日常生活能力，更好地回歸家庭和社會(huì)。Ferreira等[24]采用下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人對腦卒中偏癱患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，研究發(fā)現(xiàn)下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人可以有效提高患者的日常生活活動(dòng)能力、運(yùn)動(dòng)功能和平衡功能，促進(jìn)機(jī)體各項(xiàng)指標(biāo)均不同程度的改善。

3 總結(jié)

隨著醫(yī)學(xué)的發(fā)展，診斷水平雖然得到大幅度提高，但是療效有待深入。心腦血管疾病在全球最常高發(fā)的疾病之一，面對傳統(tǒng)一對一康復(fù)治療、人力需求量大、傳統(tǒng)治療效果差等局限，康復(fù)機(jī)器人在腦卒中病人中的有效介入避免了傳統(tǒng)康復(fù)治療的缺點(diǎn)。下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人通過早期重復(fù)性模擬正常步行周期，強(qiáng)化外周深淺感覺輸入刺激，促進(jìn)患側(cè)周圍神經(jīng)側(cè)支循環(huán)的建立，增加神經(jīng)之間的聯(lián)系，進(jìn)而促進(jìn)患側(cè)功能重塑，是促進(jìn)腦卒中病人神經(jīng)功能重建的重要方法[25]。康復(fù)機(jī)器人作為全球新興的智能訓(xùn)練裝置，增加了患者的主動(dòng)參與性，提高康復(fù)效率，彌補(bǔ)了康復(fù)訓(xùn)練的不足。

本文通過對下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人在腦卒中患者中的臨床應(yīng)用研究情況進(jìn)行回顧，證明外骨骼康復(fù)機(jī)器人可以有效改善腦卒中病人整體運(yùn)動(dòng)功能、糾正患者異常步態(tài)、提高患者生存質(zhì)量，但仍然存在一些不足，如設(shè)備使用昂貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作不便、驅(qū)動(dòng)力大小難以控制等問題。隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)及驅(qū)動(dòng)裝置、人工智能、新能源及控制技術(shù)的發(fā)展，下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人未來將會(huì)向靈巧化、高智能化、便攜化、輕量化、個(gè)性化更深入完善，市場前景廣闊，高效的臨床應(yīng)用將會(huì)更加廣泛。

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