下肢外骨骼康复机器人在脑卒中病人中的临床应用研究

汪宗保 周玲玲 王从振

摘 要：下肢外骨骼康复机器人辅助脑卒中病人康复正在临床应用中日益得到重视。本文通过对下肢外骨骼康复机器人在脑卒中病人中的临床应用研究文献进行归纳总结，以期为研究者和临床工作者探索下肢外骨骼康复机器人对脑卒中患者的康复提高临床疗效和研发提供思路。

关键词：下肢;外骨骼康复机器人;脑卒中;临床应用

中图分类号：R743.3  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2021）07-0050-04

脑卒中是造成我国成年病残患者的主要原因[1]。患者不同程度的功能障碍不仅生存质量下降，而且加重了家庭和社会经济负担。中枢神经具有可塑性，脑卒中早期康复治疗可激发大脑神经重塑功能，促进损伤功能重组，有效恢复脑卒中病人的患肢运动功能[2]。早期康复介入也是为患者建立标准化步行模式的关键[3]。传统的康复治疗主要依赖康复治疗师和医务人员徒手进行，康复效果易受康复治疗师和医务人员手法操作、个人力量、情绪等多种客观和主观因素影响，使康复和治疗过程及时、有效、准确的反馈较难掌握，进而治疗效果直观评价较难进行[4]，而且大大增加有限数量的医务人员和家庭人员工作强度。

为了应对这些问题，自动化康复机器人应运而生，它可协助医务人员在临床神经康复中发挥重要作用，尤其是需要长期康复训练的脑卒中病人，受到越来越多的关注和研究[5]。目前尤其是外骨骼康复机器人最有前景，具有精确化、高强度、高效率等特点，确保病人活动质量，并能显著提高康复疗效，甚至能在适当减轻肩荷的情况下，帮助患者模拟正确步行方式等[6]。

本文通过回顾下肢外骨骼康复机器人的相关文献，对其在脑卒中病人中的临床应用研究进行了归纳总结。

1 下肢外骨骼康复机器人的临床工作原理

外骨骼是一种能对蟹、虾、昆虫等节肢生物内部柔软组织提供修复、支撑和保护作用的坚硬外部装置[7]。外骨骼康复机器人是一种可以辅助患者进行功能康复训练的机器设备，最早应用于军事领域来提高军队作战能力、减轻军人疲劳感。后来，鉴于外骨骼机器人的优点而试用于临床医学领域，发现功能不足的患者通过穿戴下肢外骨骼康复机器人，就可以提供有效的运动训练。

下肢外骨骼康复机器人是一种可穿戴于机体的外骨骼助力设备，提供身体保护，运动助力等功能，同时融入了采集、传感、分析等技术，使得该机器人能在自主控制下完成支持、保护、助力等功能和任务，其中之一即通过运动中的肌电信号传递来控制异常模式、辅助病人早期步行，促进运动神经恢复、改善日常生活活动，辅助步行障碍的病人恢复正常步态。同时，康复机器人的人机交互技术，有助于病人在康复运动中建立灵活、精确的意识反应，加强康复的趣味性，提高患者的主动参与能力[8]。如此，外骨骼康复机器人即可通过反复有效、健侧肢体或物理原理的驱动，辅助患侧肢体进行康复训练，有利于加强运动肢体与受损神经之间的联系，从而诱发患者运动感觉不断正常化，促进患肢功能的尽早恢复[9]。患者主动参与能力一旦得到提高，其优点是不仅有利于提升康复效率，而且可减少能源消耗，节省社会公共资源。

2 下肢外骨骼康复机器人在脑卒中病人中的临床应用研究

脑卒中病人患侧肢体功能障碍对患者生存质量有不同程度的影响。因此，早期有效康复对患者生活质量的提高有重大意义。以下为回顾下肢外骨骼康复机器人在脑卒中病人中的临床应用研究文献，其主要体现在患者的运动及平衡功能、步行能力、日常生活活动能力等方面。

2.1 下肢外骨骼康复机器人在脑卒中病人运动及平衡功能中的临床研究

腦卒中后引起的神经、运动、平衡功能障碍，严重影响患者日常生活独立能力及步行能力[10]。因此，运动及平衡功能的功能改善在脑卒中病人生活质量的提高过程中发挥较大作用。谢红志等[11]通过北京大艾机器人科技有限公司生产的下肢外骨骼康复机器人“Aiwalker”结合常规康复训练应用于脑卒中偏瘫患者，研究结果显示采用外骨骼助行机器人在改善卒中后肢体运动功能障碍具有明显的优势。同时，发现下肢外骨骼助行机器人主动及健侧肢体辅助训练，更有利于促进下肢相关肌群伸展，提高患者平衡功能、肌力、肌耐力，从而提高步态的稳定性，改善下肢运动及平衡功能。郝正玮等[12]研究表明Lokomat下肢康复机器训练便于激发患肢步行相关关节分离运动的出现，有助于行走时下肢负重向患侧肢体转移，并能大幅度改善恢复期脑卒中偏瘫患者下肢的整体运动功能。有学者[13]应用常规康复治疗和上海市第六人民医院与上海交通大学机器人研究所共同研制的下肢外骨骼康复机器人对脑卒中偏瘫患者进行康复，认为康复机器人主动训练可以促进下肢髋关节、膝关节屈伸运动，诱发分离运动的产生，改善下肢肌力，进而有效预防患肢发生失用性肌肉萎缩，改善下肢运动功能，保持步态的平衡及协调。同时，认为康复机器人的康复训练，便于降低康复治疗师的工作强度、减少传统康复的枯燥，确保了训练的安全性，提高了康复效率。赵明明等[14]研究发现Lokohelp下肢外骨骼康复机器人在减重状态下，通过重复性、标准化步态训练，强化精确信号输入刺激，从而促进损伤神经恢复和重塑，有助于改善脑卒中患者平衡和协调功能。

2.2 下肢外骨骼康复机器人在脑卒中病人步态中的临床研究

偏瘫步态是一种脑卒中病人典型的后遗症。偏瘫病人常出现病理现象，包括患肢关节活动度降低、肌力降低、肌耐力降低、平衡功能降低、运动模式异常等，不利于患者正常步态的形成[15]。因此，为建立脑卒中病人正常步态模式，重复性的步行能力训练十分重要。程雪等[1]使用广州一康A3下肢康复机器人辅助卒中病人进行步态训练，研究结果显示6周后患肢的步长、步幅、步频提高显著，患侧腿的摆动相延长、支撑相缩短，同时平均步幅时间、双支撑相显著降低，差异均有统计学意义。分析认为A3下肢康复机器人中的减重支持装置，更有利于提高骨盆及躯干的协调和稳定性，尽早促进脑卒中病人功能性步态训练。孟兆祥等[15]将30例脑卒中患者开展Lokohelp下肢康复训练结合神经内科治疗，治疗12周后，研究发现外骨骼康复机器人能加强患者膝及踝关节、躯干、骨盆控制能力、改善下肢步态，促进正常步态周期形成。香港中文大学研发设计的CUHK-EXO，髋、膝关节可通过电动机进行驱动，病人可以在拐杖辅助下进行使用，在偏瘫、截瘫等患者康复中具有良好的治疗效果，能够提高患者站立和步行的灵活性[16]。Hiroki等[17]研究发现，通过下肢外骨骼康复机器人对脑卒中偏瘫患者进行康复训练，可以有效纠正患者的异常步态，更好地改善患者的步行能力。步速对脑卒中病人步行功能的恢复有重要影响，步速的增加便于减少患者步行能量损耗[18]，使病人行走更轻松且安全。

2.3 下肢外骨骼康复机器人在脑卒中病人日常生活活动能力中的临床研究

脑卒中后患肢的功能障碍，常伴有躯体、运动、感觉功能下降，导致病人易发生跌倒，易影响患者日常生活活动能力[19]。因此，日常生活活动的改善对脑卒中病人健康发挥着重要的作用。王玉杰[20]采用常规康复训练的基础上增加下肢外骨骼助行机器人“Aiwalker”的步行训练，研究结果表明下肢外骨骼康复机器人可以有效促进脑卒中偏瘫病人下肢日常生活活动能力、平衡功能、步行功能、运动功能的提升，提高患者日常生存质量。杨慧勇等[21]采用西安凯思特电子科技有限公司生产的XYQ-8型智能下肢康复机器人结合常规康复训练，研究发现可以显著促进脑卒中偏瘫病人神经功能恢复及重塑，提高机体的协调与平衡功能，促进患肢尽早恢复运动功能、改善日常生活活动。同时，康复机器设备中随时生命体征监测，保证了患者的安全，有利于帮助患者建立康复的自信心。张熙斌等[22]认为，Lokohelp下肢康复机器人减重步行训练的设置，利用重复性特征，有效降低了下肢肌肉负荷及刺激了感觉信息输入，擴大了关节活动范围，利于肢体痉挛的恢复，若与运动疗法相结合，能够最大程度改善脑卒中患者下肢功能、肌痉挛及提高日常生活活动能力。刘亚鸽等[23]认为利用上海西贝有限公司remo型下肢康复机器人辅助偏瘫患者进行主动训练，能够有效避免病理运动模式的出现，促进正常运动模式形成，重塑患侧神经功能，改善患肢肌群肌力及关节活动度，从而最大限度地降低患肢痉挛，提高患者日常生活能力，更好地回归家庭和社会。Ferreira等[24]采用下肢外骨骼康复机器人对脑卒中偏瘫患者进行康复训练，研究发现下肢外骨骼康复机器人可以有效提高患者的日常生活活动能力、运动功能和平衡功能，促进机体各项指标均不同程度的改善。

3 总结

随着医学的发展，诊断水平虽然得到大幅度提高，但是疗效有待深入。心脑血管疾病在全球最常高发的疾病之一，面对传统一对一康复治疗、人力需求量大、传统治疗效果差等局限，康复机器人在脑卒中病人中的有效介入避免了传统康复治疗的缺点。下肢外骨骼康复机器人通过早期重复性模拟正常步行周期，强化外周深浅感觉输入刺激，促进患侧周围神经侧支循环的建立，增加神经之间的联系，进而促进患侧功能重塑，是促进脑卒中病人神经功能重建的重要方法[25]。康复机器人作为全球新兴的智能训练装置，增加了患者的主动参与性，提高康复效率，弥补了康复训练的不足。

本文通过对下肢外骨骼康复机器人在脑卒中患者中的临床应用研究情况进行回顾，证明外骨骼康复机器人可以有效改善脑卒中病人整体运动功能、纠正患者异常步态、提高患者生存质量，但仍然存在一些不足，如设备使用昂贵、结构复杂、操作不便、驱动力大小难以控制等问题。随着现代医学及驱动装置、人工智能、新能源及控制技术的发展，下肢外骨骼康复机器人未来将会向灵巧化、高智能化、便携化、轻量化、个性化更深入完善，市场前景广阔，高效的临床应用将会更加广泛。

参考文献：

〔1〕程雪，张韬，白定群，等.A3下肢康复机器人对慢性期脑卒中辅助步态训练康复效果的初步研究[J].华西医学，2020，35（05）：579-584.

〔2〕钟斌，张长齐，郭恺琦，等.穿戴式绳驱外骨骼在脑卒中后康复中的应用及前景[J].中国康复医学杂志，2020，35（08）：907-911+953.

〔3〕平兴团，赵富强，杨飞，等.下肢机器人早期介入对卒中患者下肢功能、步幅特征的影响[J].临床医学研究与实践，2020，5（29）：17-19.

〔4〕梁康贵.脑卒中偏瘫上肢康复外骨骼机器人的基础理论研究[D].哈尔滨工业大学，2016.

〔5〕叶雯珺，李智军.可穿戴便携式康复外骨骼机器人的开发[J].集成技术，2013，2（04）：27-31.

〔6〕张冲，覃美相.下肢步态康复训练机器人的临床应用研究[J].微创医学，2020，15（03）：275-278.

〔7〕万大千，徐义明，白跃宏.下肢外骨骼康复机器人的研究与进展[J].中国组织工程研究与临床康复，2011，15（52）：9855-9858.

〔8〕Yan TF，Cempini M，Oddo CM，et al.Review of assistive strategies in powered lower- limb orthoses and exoskeletons[J].Robot Auton Syst，2015，64：120-136.

〔9〕Federici S，Meloni F，Bracalenti M，et al. The effectiveness of powered，active lower limb exoskeletons in neurorehabilitation： a systematic review[J].NeuroRehab，2015，37（03）：321-340.

〔10〕吴志远，李坤彬，娄书伟，等.下肢康复机器人训练对脑卒中患者运动及平衡功能的影响[J].康复学报，2020，30（02）：114-118.

〔11〕谢红志，董继革，王战斌，等.下肢外骨骼助行机器人对脑卒中患者运动功能和步行能力恢复的影响[J].中国老年保健医学，2020，18（06）：68-72.

〔12〕郝正玮，李建民，赵雅宁，等.Lokomat下肢康复机器人对缺血性脑卒中偏瘫患者下肢功能的影响[J].现代预防医学，2013，40（08）：1558-1559+1570.

〔13〕冯宪煊，白跃宏，徐义明，等.外骨骼康复机器人改善脑卒中偏瘫患者下肢功能的临床研究[J].中国康复，2014，29（02）：86-88.

〔14〕赵明明，陈昱，黄艳群，等.下肢康复机器人对老年脑卒中患者平衡和协调功能的影响[J].中国老年保健医学，2018，16（03）：81-84.

〔15〕孟兆祥，桑学涵，王继兵.康复机器人结合康复训练对脑卒中患者步态功能的影响[J].军事医学，2013，37（11）：854-855+860.

〔16〕Chen B， Zhong CH， Zhao X， et al. Reference joint trajec-tories， generation of CUHK-EXO exoskeleton for syetem ba-lance in walking assistance[J]. IEEE Access，2019，7：33809-33821.

〔17〕Hiroki TK， Kei O， Masahiko M， et al.Quantitative assessment of retropulsion of the hip， excessive hip external rotation， and excessive lateral shift of the trunk over the unaffected side in hemiplegia using three-dimensional treadmill gait analysis[J]. Top Stroke Rehabil， 2016，23（05）：311-317.

〔18〕Lefeber N， De Buyzer S， Dassen N， et al. Energy consumption and cost during walking with different modalities of assistance after stroke： a systematic review and meta-analysis.Disabil Rehabil， 2019：1-17.

〔19〕雷德寶，吴校林，朱锐，等.下肢机器人训练对脑卒中偏瘫患者三维步态分析系统测试结果的影响[J].临床和实验医学杂志，2019，18（12）：1323-1327.

〔20〕王玉杰.下肢外骨骼助行机器人对脑卒中患者下肢功能及肌电信号的影响[D].郑州大学，2020.

〔21〕杨慧勇，李赟.下肢康复机器人配合康复训练在脑卒中偏瘫患者中应用观察[J].中国医学工程，2019，27（01）：25-28.

〔22〕张熙斌，孟兆祥，马灿灿，等.下肢康复机器人结合运动疗法用于脑卒中患者下肢肌痉挛的近期疗效观察[J].中国康复医学杂志，2013，28（05）：449-451.

〔23〕刘亚鸽，李坤彬，吴志远，等.下肢康复机器人训练在脑卒中后下肢肢体痉挛患者中的应用效果[J].现代诊断与治疗，2019，30（10）：1648-1650.

〔24〕Ferreira Dos Santos Luara， Christ O， Mate K， et al. Movement visualisation in virtual reality rehabilitation of the lower limb：a systematic review[J].BioMed Eng Online， 2016， 15（Suppl 3）：144.

〔25〕隗麒轩，何思佳，黄雨青，等.下肢康复机器人在脑卒中患者康复训练中的应用进展[J].海南医学，2020，31（16）：2144-2146.