智能牽伸改善腦卒中偏癱患者踝關節痙攣及步行功能的應用研究

邵夢鳴，舒馨馨，錢志勇，徐彬，劉文兵，徐聰琴，邱紀方

腦卒中患者的偏癱側下肢小腿屈肌痙攣模式大多會導致踝關節的屈伸不利、跟腱攣縮、踝關節僵硬，表現為行走時患足尖著地、足跟懸空、踝關節疼痛[1]。目前常用的主要措施包括：藥物治療、各種物理康復治療、踝關節矯形器、中藥及針刺治療等[2]，上述方法存在諸如疼痛、持續時間短、費用昂貴及費時費力等不足[3]。而踝關節機器人輔助智能牽伸技術作為一種新興的康復治療技術，具有智能化控制、用戶友好性、實時交互性、循序漸進性的優點，最大程度上將患者的接受度與臨床療效相結合，現將相關臨床研究結果匯報如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 2017年1月～2018年12月期間在浙江康復醫療中心住院的腦卒中患者中選取符合納入標準的踝關節痙攣及下肢運動障礙病例40例。納入標準：①患者有腦卒中病史，病程2個月～5年；因踝關節痙攣、跟腱攣縮影響踝關節上抬、行走等。②行走時患足跟部不能著地，中前足背伸受限，上樓梯困難，跛行。③踝關節主、被動背伸活動受限，背伸時小腿跖屈肌群痙攣，伴有或不伴有輕度足內翻畸形(角度尺測量≤10°，能穿鞋行走)。④具有一定的平衡和步行能力，Berg平衡量表(Berg’s balance scale，BBS)>40分，能室內平地步行，能完成6min步行測試(6-minute walk test,6MWT)。⑤認知功能良好，能配合訓練測試，蒙特利爾認知評估量表(Montreal Cognitive Assessment，MoCA)評分>24分。⑥無下肢感覺障礙，踝關節皮膚無破損，無骨關節病變。排除標準：有癲癇發作尚未控制，以及其他嚴重臟器功能不全者；改良Achworth量表(modified Ashuorth Scale，MAS)=4級，關節完全僵硬者；踝關節皮膚破損，或存在踝關節骨關節病，或感覺障礙者；注射過肉毒桿菌毒素的患者；其他原因不能配合治療或檢查者。將患者隨機分為智能牽伸組和對照組，2組一般資料比較差異無統計學意義，見表1。

表1 2組一般資料比較

1.2 方法

1.2.1 踝關節機器人智能牽伸裝置的工作原理 美國西北大學芝加哥康復研究所的Zhang等[4-5]開發了踝關節機器人智能牽伸裝置(見圖1),用于幫助改善神經功能受損患者踝關節痙攣/攣縮(踝關節高肌張力/足下垂)狀態，并提供一定評定數據。踝關節機器人(IntelliStretch踝關節訓練器)基于嵌入式伺服電機機器人控制系統構架，運行特定的力矩交互模式，控制器每0.5s掃描患側踝關節的角度變化、速度變化和阻力的波動。牽伸的速度與力距根據患者肌張力實時調節，當達到最佳牽伸區域時，系統會自動調節牽伸速度，避免痙攣，同時達到最充分的牽伸角度和力度。

1.2.2 坐姿與固定 患者坐在移動式座椅上，座椅可以左右移動，并與腿部支撐固定，實現對不同患側牽伸的設置；同時患者可以直接乘坐輪椅進行訓練。患者踝關節被夾緊并綁在約束鞋上，腿部綁在腿支撐件上，膝關節屈曲度≤5°，膝關節屈曲可通過調節座椅及腿部支撐件進行調整，大腿和軀干分別綁在座位和靠背上，髖關節屈曲85°以內。系統通過背部約束、膝關節伸展約束(腿托)和踝關節同心調節，確保患側足踝牽伸時，正確的牽伸腿部力線和直膝位姿勢(見圖1連接股骨大轉子、股骨外上髁和外踝的虛線)。

圖1 踝關節機器人智能牽伸裝置

1.2.3 治療方法 2組患者均接受神經內科常規治療和康復訓練。常規康復訓練包括：肌力訓練、平衡訓練、步態訓練各15min，但2組踝關節牽伸訓練方式不同，智能牽伸組采用踝關節機器人智能牽伸裝置進行被動牽伸以及主動訓練，對照組僅接受康復治療師的徒手靜態被動牽伸和徒手抗阻訓練。智能牽伸組每次牽伸訓練均為30min，前10min被動牽伸(設備機械被動牽伸至患者實測的最大跖、背屈角度)，然后給予10min主動訓練〔運用設備自帶虛擬情景互動(virtual reality,VR)游戲模塊進行踝關節的主動跖、背屈運動，盡可能完成游戲預設目標〕，最后再給予10min被動牽伸，每周5次訓練，對照組被動牽伸采用治療師傳統手法牽伸訓練，主動訓練采用治療師口令讓患者進行主動跖、背屈運動，時間參照智能牽伸組，2組均治療6周。

1.3 評定標準 干預前后1周內進行功能評估，評估指標及方法如下：①運動學指標：包括踝關節主動背伸角度、主動跖屈角度、被動背伸角度、被動跖屈角度的測量，應用智能牽伸設備對踝關節上述角度進行測量，并記錄其度數。②MAS評分：采用改良Ashworth量表對小腿三頭肌痙攣及跟腱攣縮狀況進行評估，統計分析時0級、1級、1+級、2級、3級、4級分別用0、1、2、3、4、5分表示[6]。③起立-行走計時試驗(timed up &go test，TUGT)：當測試者發出“開始”的指令后，患者從靠背椅上站起，在臀部抬起同時測試者按壓秒表開始計時，按照平時走路的步態，向前走3.0m，越過標記物處后轉身，然后走回到椅子前，再轉身坐下，計時結束。評定患者的平衡和步行的綜合能力。④6MWT：讓患者在長度為30m的直線距離往返行走6min，記錄總步行長度[7]。⑤改良Barthel指數(modified Barthel index，MBI)，總分是100分[8]。

2 結果

經6周干預后，2組患者踝關節主動跖屈角度、被動背伸角度、被動跖屈角度、6MWT指標均明顯提高(P<0.05)，而2組MBI治療前后比較差異無統計學意義。對照組主動背伸角度、MAS、TUGT干預前后比較差異無統計學意義，而智能牽伸組較干預前主動背伸角度提高，MAS、TUGT降低(P<0.05)。干預后智能牽伸組與對照組比較，主動背伸角度、主動跖屈角度、6MWT明顯提高，MAS、TUGT明顯降低(P<0.05)；而被動背伸角度、被動跖屈角度、MBI比較差異無統計學意義。見表2，3。

表2 2組踝關節活動度比較

3 討論

國內外眾多學者研究了牽伸治療對患者踝關節痙攣及下肢運動功能的影響，但智能牽伸在改善腦卒中患者踝關節痙攣及下肢步行功能障礙方面的研究在國內報道還很少[9-11]。有研究證實腦卒中的痙攣狀態與肌梭運動速率有關，速率過快易增加肌梭敏感性，從而導致牽張反射亢進[12]，Ren等[13]的研究也提示踝關節機器人智能牽伸能根據肌肉與軟組織產生的阻力來調整牽伸速率，有力且安全地牽伸踝關節到其極限位置，在這個位置上痙攣最顯著，這為智能牽伸治療痙攣提供了依據。踝關節機器人智能牽伸裝置可在關節活動的全范圍內安全地牽伸踝關節，根據阻力矩智能調控牽伸的速率，以便將大多數治療時間作用在阻力較大的終末端的關節活動度問題上[14]，同時也避免了傳統手法牽伸等對于牽伸關節終末感的判斷以及牽伸持續時間、力量把控等取決于治療師主觀經驗的弊端，又能緩解痙攣，使治療更為有效。

本臨床研究結果顯示，6周的干預后兩種牽伸療法均對踝關節的被動關節活動角度及部分下肢運動功能改善有效。而且相較于傳統人工靜態牽伸和手法訓練，無論是從身體結構與功能水平還是從活動水平來看，機器人輔助智能牽伸技術均具有顯著優勢，尤其是在痙攣緩解方面。智能牽伸組與對照組治療后組間比較，被動跖屈、背伸角度變化無明顯差異性，一方面說明兩種方法對踝關節痙攣引起的被動關節活動受限的治療效果大致相同，均可通過牽伸使患者被動活動角度增大，另一方面也暴露了被動關節活動角度作為評價指標的不足，僅要求被動達到最大角度，但忽視了達到最大被動角度所需要的力距，另外相對于主被動關節活動度，通過動態步態分析中的角度變化更具有臨床意義[15]，需要在今后的研究中特別注意。

表3 2組下肢肌張力和步行功能評估指標比較

通過研究數據可得，智能牽伸組經過6周訓練后，TUGT時間明顯縮短，6WMT距離明顯增加，自身前后對比及與對照組比較具有統計學差異，說明智能牽伸系統對于腦卒中患者步行能力下降有改善作用。本踝關節機器人智能牽伸系統具有虛擬現實主動訓練模塊，其在時效性、趣味性上相較于傳統康復訓練具有明顯優勢[16]。大量研究已經證實了踝關節跖屈、背伸能力與腦卒中患者的步行能力及日常生活能力密切相關[17]。踝關節痙攣改變了下肢肌肉的物理特性，長期的制動可使其小腿前、外側肌群因激活不充分，從而導致偏癱患者足背屈肌出現廢用性萎縮，加重足下垂和足內翻[18]，從而影響患者的步行和穩定。毛玉瑢等[19]通過對腦卒中患者步行能力與下肢三維運動學及動力學相關性分析得出：平地步行時踝關節與正常對照及自身步行能力的比較中，患側踝背屈角度和力矩都與其步行能力高度相關，而跖屈方面只是運動角度相關，這為通過改善關節活動度尤其是踝關節跖、背屈角度改善步行功能提供了證據。本試驗結果發現智能牽伸通過對腦卒中患者踝關節痙攣的改善，主、被動關節活動度的提高，從而使患者的步行功能和起立行走能力得到改善，這與翟曉雪等[20]的試驗研究結果一致。

本次臨床研究僅對腦卒中患者進行了研究，下一步計劃是擴大樣本量，并對骨關節病患者、腦癱患者進行研究，在觀察指標上進一步優化，如加上三維步態分析的時空參數和運動學參數等，對于被動關節活動角度，在測量時控制定量牽伸力距，測量固定力距下所能達到的最大被動關節活動度等。