下肢康复机器人在脑卒中偏瘫患者运动功能障碍中的应用研究

孟祥凤 商晓英 冯天甜 王涤 徐浩繁 朱旺龙

脑卒中经常威胁人类的生命与健康，近年来其致残率高于80%，重残率高于40%[1-2]。运动功能障碍是脑卒中患者遗留的主要问题，这对他们的生活质量影响很大，运动功能的恢复是脑卒中患者迫切的康复需求和康复目标之一。近年来，大量研究表明，在患者进行康复治疗时，延长治疗时间或增加训练次数都有助于患者功能改善[3-6]。而康复机器人可满足这一需求，它贯穿了康复医学、生物力学、机械学以及机器人等众多领域，自动化程度不但高且有效[7]。现代下肢康复机器人不仅可以模拟正常步行姿势，而且可以通过减重科学地训练下肢运动功能有障碍的患者[8]。通过模拟正常的行走模式训练下肢肌肉以恢复神经系统对步行功能的控制作用，进而改善下肢运动功能[9]。基于以上背景，本文就下肢康复机器人在脑卒中偏瘫患者运动功能障碍中的应用做一综述。

1 下肢康复机器人训练系统

A1下肢康复机器人是广州一康医疗设备实业有限公司参考国外“下肢康复机器人”后研发推出，是一种集电动站立床、减重步行训练系统和类似MOTORMED的下肢智能反馈系统三种常用康复设备于一体的新型训练系统。

1.1 电动起立床 电动起立床是一种使患者由仰卧位或坐位到直立位的重要康复手段，它通过步幅的调整使踝关节做全范围被动活动，达到预防坠积性肺炎、褥疮和骨质疏松等并发症的目的，使康复进程加快。

电动起立床主要包括上部悬吊带、腰部绑带和髋关节固定带等悬吊装置、动力装置、传动杆、踏板、站立床板、配套软件及按钮器。当用绑带将患者稳定于站立床后，调节按钮器使患者升高至站立(站立范围：0°～90°)，根据患者的功能，在操作界面设置相应步幅(膝关节活动度：0°～25°)、步频(0～80步/min)及治疗时间，设置完成后，点击“开始”按钮开启站立和下肢被动步行训练模式。1.2 减重步行训练系统 减重下步行训练可减轻身体承重，为患者提供合适的身体支持，使下肢的残余功能得以发挥[10]。

减重绑带分为肩部减重绑带，腹部绑带，胯下绑带，腿部绑带，脚面绑带五种，穿戴使用顺序为：腹部绑带用卡扣固定(置于髋关节以上位置)—胯下绑带用卡扣固定—肩部减重绑带用卡扣固定-腿部绑带用卡扣固定(置于髌骨上缘两横指)—脚部绑带用卡扣固定(注意不要绑到踝关节)—调整万向踏板(适应患者足内外翻)—调节脚宽(与肩同宽)—让患者握住紧停开关。

1.3 类似MOTORMED的下肢智能反馈系统 下肢智能反馈系统不仅具备以坐位下踏车训练为主的MOTOmed的功能，而且具备视觉反馈系统，万向踏板方向任意可调，让患者以最舒适的步态进行训练并在训练中逐步矫正足型。通过提供周期性生物负载，刺激患者足部本体感觉，有助于大脑神经重塑。

在患者训练过程中，下肢智能反馈系统能感受到患侧下肢肌张力的变化，当肌张力升高发生痉挛时，系统的电子线路检测到后会立刻停止马达，开启防痉挛模式，当痉挛解除后，系统会降低预设的速度以适应患者身体情况[11]。通过不停刺激患侧下肢和本体感觉感受器以达到减少肌张力亢进的目的。而且下肢智能反馈系统可以使用虚拟现实技术让患者身临其境地进行情景互动锻炼，增添了治疗过程的趣味性。此外，下肢康复机器人通过对称性训练模式可锻炼两侧下肢步态同步性，介于两侧下肢具有协同匹配性，通过对称性训练可使患侧肢体模拟健侧运动模式，促进患侧下肢康复[12]。

2 在脑卒中偏瘫患者运动功能障碍中的应用

作为一种智能的训练系统，下肢康复机器人会根据偏瘫患者所处的不同阶段以运动模式配上视觉反馈来促进运动功能的引出，是常规康复的有效补充[13]。刘洋等[14]研究发现，予脑卒中偏瘫患者早期联合应用下肢康复机器人和运动疗法可使患者的步行功能和平衡功能均明显提高，效果大于只有单纯康复训练的对照组，可以推广。吴李秀等[15]研究结果表明，对照组应用下肢康复机器人后功能改善情况明显优于训练前，且肌张力和步行能力也明显改善。温金亚等[16]研究发现，观察组股四头肌、绳肌评分与FMA、BBS评分治疗后均大于对照组，表明下肢康复机器人对患者运动、平衡功能的改善和肌力的增强有更好的疗效。张银亮等[17]研究结果显示，试验组伸膝肌群肌力和屈髋肌群肌力以及运动功能评分均比对照组高，证实下肢康复机器人辅以步行训练可避免脑卒中偏瘫患者异常运动模式的发生，重复的运动可以巩固关节稳定性，提高下肢肌群的力量，改善患者下肢运动功能，促进康复。高春华等[11]认为，予下肢康复机器人训练的观察组病人FMA-LE和BBS评分及股四头肌MMT分级Kendall百分比评分均优于治疗之前及同期对照组，表明下肢康复机器人可使脑卒中偏瘫患者运动能力得以改善。

3 下肢康复机器人训练的可能机制

对脑卒中偏瘫患者而言，脑功能重组是患者功能恢复的重要指标[18]。应用下肢康复机器人让患者进行减重下步行锻炼有助于中枢神经系统在结构和功能上的代偿和重组，在下肢康复机器人带动下进行的关节屈曲伸展负重行走训练，可以增加肌肉、结缔组织的蠕变和肌梭传入率的适应，通过反复高密度强化训练，可以缓解痉挛[11]。同时高强度训练可促进大脑皮质能量代谢，提高受损半球运动区激活能力和神经系统代偿水平，有利于脑卒中偏瘫患者下肢运动功能的恢复[19]。

根据神经可塑性原理[20]，感官系统将多种信息输入后，患者本体感觉感受器受到患者不断模仿、重复学习以及恰当视觉反馈的刺激，在损伤的脑组织周围可创建新的神经反馈通路，促进下肢运动功能改善。

现代脑损伤恢复理论提出，患侧下肢经过不断重复的随意运动练习，促进训练的肢体部位在相应皮质区增大，提高神经兴奋传递效率，有规律地引导患者进行动作训练，可纠正异常的运动模式，以此激活新的神经环路并创建正常的运动程序来提高患者肢体运动功能[13]。

4 结语

综上所述，常规的康复训练要完全地控制好患者的躯干及髋膝踝关节的稳定性和协调性至少需要2～3位治疗师参与，而且很难达到负重、迈步、平衡的有机结合，此外，治疗师的工作状态和专业水平也会影响训练效果，不断重复的康复训练更是需要治疗师具有较强的体力和耐力，这不仅加重了治疗师的工作强度，而且效率很低。漫长的康复进程还会加重患者的经济负担。但下肢康复机器人加入后，一位治疗师即可通过设置相关参数让患者在不同强度下反复地模拟行走，而且系统具备的交互式游戏模式可让患者在一定程度上提升训练依从性，动态实时反馈系统也可让治疗师随时察觉到患者不同情况而做出相关调整[15]。所以在常规康复治疗基础上予以脑卒中偏瘫患者应用具有渐进性、重复性及可以定时定量的下肢康复机器人训练，不仅可让患者模拟正常的行走模式，提高下肢肌力和平衡功能，帮助患者建立信心，而且可让患者主动参与训练以达到缩短康复周期，减少医疗费用的目的。

综上所述，下肢康复机器人作为一种科学有效的治疗手段，既为脑卒中偏瘫患者下肢运动功能的恢复提供了新思路，也为下肢康复机器人的推广提供了实践依据与理论支持[13]。