機器人輔助步態訓練在燒傷康復中的研究進展

摘 要 深度燒傷后患者長期臥床，體位固定和創面愈合后瘢痕增生攣縮，往往會導致諸多肢體功能障礙，尤其是下肢燒傷，其嚴重結果會影響患者行走，跳躍，站立等功能，極大地降低了患者的生活質量。目前運動療法在燒傷肢體的康復治療中發揮重要作用，常用的方法包括關節活動度訓練、牽伸訓練、主動助力運動訓練、抗阻訓練、水中運動訓練等。上述方法施于患者肢體，對患肢進行活動鍛煉，可改善患肢的功能障礙。隨著科技的不斷進步，功能訓練機器人應運而生，其出現節約了人力，提供給患者精細、程序化、標準化、可持續化的功能鍛煉治療，其中步態輔助訓練機器人在康復治療中得到廣泛應用。本文對機器人輔助步態訓練在燒傷康復治療中的優勢、應用及不足進行了綜述，為其在燒傷康復治療中的進一步應用提供參考依據。

關鍵詞 燒傷；康復；機器人輔助步態訓練；肢體功能障礙

中圖分類號 R644 文獻標識碼 A 文章編號 2096-7721（2024）06-1167-05

Research advances on robot-assisted gait training in burn rehabilitation

ZHANG Babo， ZHAO Haiyang， ZHANG Wanfu， HAN Fei， GUAN Hao

（Department of Burns and Cutaneous Surgery， the First Affiliated Hospital of Air Force Medical University， Xi’an 710032， China）

Abstract Patients frequently experience long-term bedridden， body position fixation， scar hyperplasia and contracture following deep burns， which can result in limb dysfunction， particularly in the lower extremities. These complications significantly impact patients’ ability to walk， jump， stand， and perform other activities， thereby diminishing their quality of life. Exercise therapy is a crucial component of burned limb rehabilitation， commonly utilized techniques including joint range of motion training， stretching， active assistance exercise， resistance training， and water-based exercises， etc. The aforementioned techniques are utilized on the patient’s extremities for physical activity training aimed at enhancing the functionality of the impaired limbs. The advancement of technology has led to the development of functional training robots， which offer a more efficient and standardized approach to functional exercise therapy， reducing the need for human intervention. Gait assistance training robots， in particular， have become prevalent in rehabilitation practices. This article offers a comprehensive overview of the benefits， applications， and limitations of robot-assisted gait training in burn rehabilitation， which may serve as a valuable reference for the further implementation of this training method in burn rehabilitation.

Key words Burn; Rehabilitation; Robot-assisted Gait Training; Limb Dysfunction

瘢痕增生和瘢痕攣縮是深度燒傷患者常見的并發癥，極易導致患肢功能障礙，嚴重影響患者生活質量。關節功能障礙主要由燒傷后疼痛、臥床制動和缺乏正確及時的康復鍛煉引起。尤其下肢深度燒傷后，下肢關節活動范圍受限和肌力減退可能導致步態障礙，其中踝關節是最常受影響的關節，其次是髖關節和膝關節。步態障礙會引起下肢活動度降低，包括步長、抬腿高度和步速的降低[1]。因此，下肢燒傷后的功能康復訓練對于改善患者的步態和行走獨立性至關重要。Gawaziuk J P等人[2]建議燒傷患者在皮膚移植后損傷部位不存在并發癥風險時，即可開始下床活動。傳統的運動訓練包括關節活動度訓練、牽伸訓練、主動助力運動訓練、抗阻訓練、水中運動訓練[3]，通過以上訓練可改善患肢血液循環，增強神經肌肉功能，增加關節活動度，對抗瘢痕攣縮，從而糾正功能障礙[4]。傳統的步態訓練需要人工輔助，通常需要康復治療師一對一，甚至多對一進行訓練，對醫療人力需求較高，且人工輔助訓練過程中，較難保證訓練的精確性、持續性，功能恢復評估缺乏客觀性[5]。為了彌補這些缺陷，功能輔助訓練機器人應運而生。

機器人輔助步態訓練（Robot-assisted Gait Training，RAGT）旨在通過重復訓練恢復步態功能，在腦癱、卒中后、肌肉骨骼損傷等患者康復中得到了良好的療效。近年來，RAGT在燒傷后下肢步態訓練的應用研究取得一定的進展[6-7]。

1 RAGT的優勢

RAGT旨在輔助重復運動訓練促進神經康復，許多研究已經證明了其在中風和脊髓損傷患者中的有效性和可行性。最近的研究又將RAGT應用于膝關節炎等肌肉骨骼損傷患者。RAGT由計算機自動編程，可提供具有理想運動學的正常步態模式[8]。而RAGT應用于燒傷下肢步態訓練有以下優勢。

1.1 個性化治療 RAGT可以根據每位患者的具體情況進行個性化治療。通過對患者的身體特點、康復需求和能力水平進行評估，可以調整機器人的參數和運動模式，以提供最適合患者的康復訓練[9]。

1.2 精確控制 RAGT具有高度精確的運動控制能力。它可以監測患者的姿勢、步態和力量輸出，并根據實時反饋調整運動軌跡和力量應用，以幫助患者恢復正常的步行模式和肌肉功能[10]。

1.3 提供可重復性訓練 RAGT可以提供可重復性的訓練環境。相比傳統的人工輔助訓練，機器人可以按照預設的模式和參數進行連續的運動，保證了訓練的一致性和可比性，有利于評估康復進展和制定治療計劃[11]。

1.4 增加訓練強度和持久性 RAGT可以提供更高強度的康復訓練。它能夠調整運動速度、力量輸出和訓練時間，使患者能夠進行更長時間和更高強度的步態訓練，加速康復進程[12]。

1.5 減少治療人力成本 RAGT可以減輕醫務人員的負擔。相比傳統的人工輔助訓練，機器人可以自動完成一部分康復訓練任務，減少了人工操作的需求，節省了治療人力成本[13]。

1.6 提供心理支持 RAGT可以提供積極的心理支持。通過提供可視化反饋、聲音提示和鼓勵性信息，增加患者的參與感和積極性，提高康復積極性和自信心[14]。

2 RAGT在燒傷康復中的應用

2.1 臥床期膝關節被動伸屈訓練 長期臥床往往會降低膝關節的活動度。正常關節固定4周即可導致關節攣縮，而受傷的關節固定2周即可發生關節攣縮，因此康復的介入越早越好，術后1個月內介入最佳[15]。燒傷患者植皮術后在解除敷料時即可進行床上的膝關節被動康復訓練。路琳等人[16]在燒傷患者敷料拆除當天，予以Speetra膝關節CPM機訓練，膝關節活動幅度在被動伸屈活動度（Range of Motion，ROM）的基礎上加5～10°，每天2次，30～60分鐘/次。治療3個月后，對比常規康復訓練，包括主動訓練和家屬輔助被動訓練等，CPM機輔助被動訓練對改善膝關節伸屈主被動ROM、預防及治療深度燒傷后膝關節僵硬和腘窩攣縮畸形效果更顯著，縮短了行走能力恢復的時間，同時有助于預防長期臥床導致的下肢靜脈血栓形成。然而，在中后期燒傷后關節活動度訓練中，單純CPM機訓練作用幾乎不大。在燒傷康復過程中，患者關節周圍的肌肉和組織往往并發嚴重的損傷和纖維化，導致關節活動受限。CPM機主要通過被動的拉伸關節，從而達到增加關節活動度的目的。此時，單純的CPM機訓練難以觸及問題的根本，療效不理想。若聯合運動療法、醫療體操等方法，在幫助患者主動增強肌肉力量同時，改善關節穩定性，從而提高關節活動度，緩解關節僵硬。此外，運動療法和醫療體操還能夠改善患者的心肺功能、提高身體協調能力，有助于患者全面康復[17]。

2.2 RAGT輔助行走訓練 So Y J等人[18]使用攜帶踏板的可穿戴機器人SUBARVR對Ⅱ、Ⅲ度燒傷植皮患者進行康復訓練，訓練前測量患者的大腿和小腿長度，根據患者的體型進行參數調整，由治療師協助患者穿上可穿戴機器人裝備，調整至可適應且舒適的步行速度及幅度，速度以0.8～2.4 km/h為準，模擬步態過程中下肢的周期性運動。機器人輔助訓練改善了下肢燒傷患者股四頭肌的神經肌肉功能，使膝關節能夠完全伸展，并且不會增加術后膝關節的疼痛程度[19]。

重度燒傷患者形成的增生性瘢痕在后期往往有瘢痕遲滯的問題，導致瘢痕進一步緊縮和變硬，RAGT能明顯減少增生性燒傷瘢痕的滯后現象，降低重復性皮膚擴張和放松過程中能量的耗散，使皮膚疲勞效應得到改善；同時不會導致皮膚擴張性明顯下降。此外，RAGT輔助訓練過程中沒有發現燒傷瘢痕周圍的皮膚并發癥[20]，表明RAGT可作為燒傷患者早期下床康復訓練的合適選擇，有助于促進患者行走能力的恢復，并減緩瘢痕形成的滯后現象，具有一定的臨床應用價值。腦卒中后足下垂的患者在RAGT治療后，踝部肌張力和行走能力得到明顯改善[21-22]。同時，足下垂作為腳踝燒傷患者常見的并發癥，進一步探索RAGT對改善燒傷后因瘢痕攣縮導致的足下垂具有臨床實踐意義。

2.3 聯合虛擬現實技術 在燒傷患者康復過程中，活動牽拉導致殘余創面疼痛較為顯著，盡管常規的加壓包扎和止痛藥物在緩解疼痛方面取得了一定效果，但仍不理想?；颊呖赡芤虼藢χ委煯a生抵觸情緒，或對運動康復產生恐懼心理，從而影響康復治療的順利進行。Lee S Y

等人[23]在燒傷患者進行RAGT過程中聯合虛擬現實技術（Virtual Reality，VR），可以顯著降低訓練過程的疼痛評分并提高前額皮質腦血流量，表明VR可能是燒傷患者物理治療過程中一種強大的非藥物止痛技術。這種非侵入式的干預措施有趣味性強、內容豐富等優點，在改善運動、認知功能方面具有很大的實用價值及發展前景；在提高患者訓練適應度、訓練完整性以及節約康復治療師人力資源方面有獨特的優勢。另外，VR可引入沉浸式畫面，患者在虛擬環境中訓練表現出更好的參與感、享受感，相對于傳統康復治療而言，其治療積極性較高。VR除了康復本身外，對心理的影響也是有益的。諸多研究報道，患者在訓練過程中感覺更熱情、放松、精力充沛，而負面的情緒如擔憂、恐懼、壓力和焦慮明顯減輕[24]。

2.4 聯合神經肌肉電刺激技術 燒傷患者由于創面疼痛、長期臥床等因素缺乏肢體功能性鍛煉，導致失用性肌萎縮。功能訓練機器人通過連續被動運動的方式，幫助患者進行有針對性的康復訓練[25]。肌肉收縮是康復訓練的關鍵環節，只有肌肉收縮才能使患者的肢體運動恢復到正常狀態。然而，機器人無法替代患者自身的肌肉收縮鍛煉，只有在患者主動收縮肌肉、積極進行鍛煉的基礎上，結合機器人的連續被動輔助，才能達到最佳的康復效果[4]。Bae Y H等人[26]通過將功能性電刺激應用于患肢踝關節背屈肌的治療，發現相較于僅使用輔助訓練機器人進行治療，結合功能性電刺激的治療方法能更為顯著地改善慢性卒中患者的步態相關功能。如果聯合神經肌肉電刺激技術，可以實現輔助被動運動的同時進行肌肉收縮鍛煉，促進肌肉力量恢復，進一步改善燒傷患者的步態功能，在臨床應用中值得研究探索。

3 RAGT在燒傷康復中的不足與挑戰

RAGT作為一種新穎的下肢燒傷康復療法，具備可重復性和高效性，對于促進步態康復具有較大的臨床應用潛力。然而，在實際臨床應用過程中，仍需關注以下幾個方面的挑戰。

3.1 安全問題 RAGT通常依賴于預先設定的運動模式和參數。然而，燒傷患者的步態異?？赡艽嬖谳^大的差異性，瘢痕的形成更進一步加劇了關節活動度的差異。因此，在充分評估患者步態功能和瘢痕延展性的基礎上，有必要對機器人參數進行適當調整。為確保燒傷患者在使用RAGT中的安全和效果，我們需要充分考慮其特殊情況。首先，在訓練開始前，應對患者的步態功能進行全面的評估，了解他們的步態異常特征以及瘢痕的延展性。這有助于為患者量身定制合適的訓練方案。其次，機器人參數的設置應靈活調整，以適應患者的個體差異。這包括調整機器人的運動模式、力量輸出以及與燒傷部位的接觸方式等。此外，我們還應密切關注患者在訓練過程中的反應，及時調整機器人參數以優化訓練效果。最后，對于燒傷患者，術后創面護理至關重要。在下肢康復訓練機器人臨床應用治療過程中，文獻報道最常見的不良反應是保護帶引起的各類皮膚問題，如皮膚泛紅、損傷、出現淤血、擦傷、水皰形成以及因保護裝置引發的不適感。除此之外，還有報道顯示患者可能出現直立性低血壓、疲勞現象（例如上肢疲乏）、多種疼痛問題（包括腰背部、關節和肌肉疼痛）、跌倒事故。此外，還有一些其他不良反應被記錄，包括恐慌感、頭暈目眩、泌尿道感染、距骨斷裂、跟骨破裂以及嚴重的膝關節過度伸展等情況[27-28]。在訓練過程中，應采取必要的措施防止機器人對燒傷部位產生不必要的壓力或機械摩擦，以降低感染和創面惡化的風險。同時，定期對患者的創面進行檢查和護理，確保其處于良好的狀態。

3.2 成本與可及性 RAGT設備在當前醫療領域中的應用受到了一定的限制。其主要原因在于，這類設備的價格相當昂貴，且機器的維修費用高，對于許多醫療機構來說是一筆不小的開支。此外，為了充分發揮這類設備的性能，醫護人員需要接受專門的技術支持和培訓。這在一定程度上增加了使用這類設備的難度，尤其是在一些經濟條件相對薄弱的地區，難以承擔額外的培訓費用。另外，RAGT訓練只能在醫院進行治療，長期訓練難以實現，且費用高昂，無法大規模推廣普及。

3.3 長期效果證據 盡管RAGT被認為有助于改善步態和功能恢復，但在燒傷患者中的長期效果尚未得到充分證實。目前還缺乏大規模的長期隨訪研究以評估RAGT對于燒傷患者康復的持久影響。在應用于燒傷步態功能恢復中，髖關節及踝關節等運動功能康復效果仍有待研究。盡管存在這些不足之處，RAGT仍然具有潛力，在燒傷患者的康復中發揮積極作用。進一步的研究和技術改進有助于解決這些問題，并提高RAGT在燒傷患者應用中的效果和可行性。

4 總結

輔助步態訓練機器人廣泛應用于燒傷康復領域，因其為燒傷康復患者提供精確的運動訓練，全程低能耗、無疲勞重復執行，可協助燒傷患者在臥床及行走實現早期康復訓練，減少關節攣縮、下肢靜脈血栓的形成，對因燒傷造成的肢體肌肉萎縮、關節僵硬攣縮、運動功能障礙、增生性瘢痕遲滯也有良好的康復治療效果。隨著科學技術的發展，輔助步態訓練結合VR技術及神經肌肉電刺激，提高了患者訓練的積極性和舒適度。但目前的技術仍需進一步發展，也需要大量的隨機對照研究和長期高質量的隨訪來證實RAGT在臨床應用中的優勢。

利益沖突聲明：本文不存在任何利益沖突。

作者貢獻聲明：所有作者對題目和文章結構構思做出了貢獻。張拔渤、趙海洋進行了文獻調研和論文起草；張萬福、韓飛對文章進行了重要修訂；官浩對文章進行了最終修訂；所有作者共同確定了最終文稿。

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編輯：崔明璠