張佩佩，CAO Ning，陳 真, ，榮積峰

1.上海市第一康復(fù)醫(yī)院康復(fù)治療中心，上海 200090

2.MossRehab Hospital, Pennsylvania 19027, USA

3.上海市第一康復(fù)醫(yī)院神經(jīng)康復(fù)中心，上海 200090

腦卒中是一種危害人類健康的高發(fā)疾病，我國腦卒中現(xiàn)患人數(shù)高居世界首位，已成為成年居民致死和致殘的首位病因［1］。腦卒中的發(fā)病率會(huì)隨著年齡的增加而上升，目前全球人口老齡化不斷加劇，預(yù)計(jì)2015年至2050年，全球65歲及以上人口比例將從9.1%上升至15.9%，這將導(dǎo)致腦卒中患者數(shù)量翻倍［2-3］。此外，腦卒中也是一種致殘率較高的疾病，盡管大部分腦卒中幸存者的受損神經(jīng)可以得到不同程度的修復(fù)，但仍有50%～60%的患者遺留不同程度的神經(jīng)肌肉系統(tǒng)功能障礙［4］，如偏癱側(cè)肌肉力量減弱、本體感覺障礙、平衡控制較差、步態(tài)異常甚至無法行走等［5］，從而導(dǎo)致患者日?；顒?dòng)參與能力和生活自理能力降低，嚴(yán)重影響其生活質(zhì)量。因此，幫助腦卒中幸存者盡早恢復(fù)獨(dú)立步行能力不僅是康復(fù)醫(yī)生和物理治療師對(duì)患者進(jìn)行康復(fù)治療的主要目標(biāo)［6］，而且有助于評(píng)估患者能否回歸家庭和社區(qū)生活?，F(xiàn)代腦卒中康復(fù)觀點(diǎn)傾向于重復(fù)性、任務(wù)導(dǎo)向的功能性訓(xùn)練，而下肢康復(fù)機(jī)器人即可提供這樣的康復(fù)訓(xùn)練模式。

1 下肢康復(fù)機(jī)器人概述

下肢康復(fù)機(jī)器人是一種自動(dòng)化康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備，在臨床康復(fù)中的應(yīng)用越來越廣泛。機(jī)器人康復(fù)裝置基于運(yùn)動(dòng)再學(xué)習(xí)原理［7］，讓患者進(jìn)行重復(fù)、密集、任務(wù)導(dǎo)向的運(yùn)動(dòng)，以促進(jìn)相應(yīng)功能的康復(fù)。相較于傳統(tǒng)的在減重狀態(tài)下進(jìn)行的步態(tài)訓(xùn)練方法，下肢康復(fù)機(jī)器人一方面可以減輕康復(fù)治療師的工作負(fù)荷，并且可同時(shí)對(duì)多個(gè)患者進(jìn)行步態(tài)訓(xùn)練，另一方面可以幫助早期腦卒中患者進(jìn)行精準(zhǔn)、持續(xù)、系統(tǒng)的步態(tài)訓(xùn)練。此外，下肢康復(fù)機(jī)器人還可以記錄患者步態(tài)康復(fù)進(jìn)程的相關(guān)數(shù)據(jù)，以供康復(fù)治療師進(jìn)行客觀評(píng)估和分析。

1.1 下肢康復(fù)機(jī)器人類型及功能下肢康復(fù)機(jī)器人屬于自動(dòng)化輔助步行訓(xùn)練設(shè)備，分為末端執(zhí)行器式（end-effector）和外骨骼式（exoskeleton）。末端執(zhí)行器式設(shè)備通過足踏板模擬步行中支撐和擺動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡帶動(dòng)患者進(jìn)行下肢步行訓(xùn)練；外骨骼式設(shè)備可被穿戴，通過帶動(dòng)及控制患者膝、髖關(guān)節(jié)進(jìn)行步行訓(xùn)練。

下肢康復(fù)機(jī)器人的功能依賴于其控制策略的實(shí)現(xiàn)，這是一個(gè)復(fù)雜的整合系統(tǒng)，其最終目的是為進(jìn)行步態(tài)訓(xùn)練的患者提供符合人體解剖學(xué)和人體工學(xué)原則的下肢運(yùn)動(dòng)路徑，以幫助患者更好地恢復(fù)行走功能［8］。下肢康復(fù)機(jī)器人控制策略的制訂必須遵循兩方面的原則：其一通過增加關(guān)節(jié)自由度為患者提供自然步態(tài)的運(yùn)動(dòng)軌跡［9］，其二通過優(yōu)化啟動(dòng)系統(tǒng)來確保人-機(jī)交互的安全性［10-11］。可根據(jù)患者的功能受損程度和康復(fù)進(jìn)程為其制定康復(fù)策略［12-16］。

目前下肢康復(fù)機(jī)器人控制策略主要分為軌跡追蹤（trajectory tracking control，TTC）型和需求輔助（assist-as-needed，AAN）。其中，TTC型采取健康人的步態(tài)數(shù)據(jù)作為參考軌跡用于患者的康復(fù)中。因此，應(yīng)用這種控制策略時(shí)會(huì)忽略患者的步態(tài)受損程度，并且其提供的運(yùn)動(dòng)軌跡僅為關(guān)節(jié)在矢狀面內(nèi)的二維運(yùn)動(dòng)。ANN型應(yīng)用于步態(tài)康復(fù)中僅約10年的時(shí)間，其設(shè)計(jì)理念為根據(jù)患者的步態(tài)受損程度來提供相應(yīng)的步態(tài)訓(xùn)練支持。隨著患者在步態(tài)康復(fù)進(jìn)程中取得進(jìn)步，ANN型的支持作用會(huì)相應(yīng)下降［8］。隨著各種控制算法研究的不斷深入，比如力學(xué)控制算法、生物電信號(hào)控制算法、導(dǎo)納控制算法等，基于ANN策略的下肢康復(fù)機(jī)器人能更好地適應(yīng)患者步態(tài)受損程度并進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的步態(tài)訓(xùn)練。

1.2 下肢康復(fù)機(jī)器人的訓(xùn)練模式下肢康復(fù)機(jī)器人對(duì)步態(tài)訓(xùn)練的有效性主要依賴于其訓(xùn)練模式［17］，能根據(jù)患者的步態(tài)康復(fù)進(jìn)程提供不同的訓(xùn)練模式。目前下肢康復(fù)機(jī)器人的訓(xùn)練模式分為4種：被動(dòng)訓(xùn)練模式、主被動(dòng)訓(xùn)練模式、主動(dòng)訓(xùn)練模式、抗阻訓(xùn)練模式［18］。這4種訓(xùn)練模式依次進(jìn)階，訓(xùn)練強(qiáng)度和難度依次增加（表1）。

表1 下肢康復(fù)機(jī)器人主要訓(xùn)練模式、適用條件及功能

有研究［19-20］認(rèn)為，盡管下肢康復(fù)機(jī)器人對(duì)腦卒中患者的步態(tài)功能恢復(fù)有顯著的促進(jìn)作用，但對(duì)于中重度步態(tài)功能受損者［中度步態(tài)功能受損：以自選步行速度（0.4～0.6 m/s）步行5 m以上；重度步態(tài)功能受損：以自選步行速度（0.1～0.4 m/s）步行5 m以上］，康復(fù)治療師引導(dǎo)下的地上步行訓(xùn)練效果與下肢康復(fù)機(jī)器人相當(dāng)，甚至更好。

由此可見，腦卒中患者對(duì)下肢康復(fù)機(jī)器人步態(tài)訓(xùn)練模式的不同需求取決于其步態(tài)功能的受損程度，因此對(duì)腦卒中患者的步態(tài)受損程度進(jìn)行精準(zhǔn)評(píng)估有利于高效地使用下肢康復(fù)機(jī)器人步態(tài)訓(xùn)練的高效進(jìn)行。然而，腦卒中患者的臨床情況往往較復(fù)雜，如要更大限度地發(fā)揮下肢康復(fù)機(jī)器人的作用，就需要康復(fù)醫(yī)學(xué)、康復(fù)工程、生物醫(yī)學(xué)工程、材料學(xué)等多學(xué)科對(duì)人機(jī)交互系統(tǒng)的不斷研究以及生物信號(hào)采集技術(shù)的發(fā)展。

2 下肢康復(fù)機(jī)器人在腦卒中患者步態(tài)訓(xùn)練中的作用

2.1 下肢康復(fù)機(jī)器人改善患者步行功能腦卒中患者的步態(tài)模式常具有不對(duì)稱性和不穩(wěn)定性［21-23］，并會(huì)出現(xiàn)不同的代償策略以彌補(bǔ)步態(tài)中的活動(dòng)不足，這些都會(huì)增加腦卒中患者身體活動(dòng)的能耗和跌倒風(fēng)險(xiǎn)［24］，從而影響其日常活動(dòng)參與能力。美國心臟協(xié)會(huì)腦卒中委員會(huì)（American Heart Association Stroke Council）認(rèn)為，對(duì)腦卒中患者盡早介入強(qiáng)度集中、重復(fù)、任務(wù)導(dǎo)向的康復(fù)訓(xùn)練可以促進(jìn)其運(yùn)動(dòng)和步行功能的恢復(fù)［25-26］。

下肢康復(fù)機(jī)器人在步行功能康復(fù)訓(xùn)練中具有主動(dòng)與抗阻結(jié)合性、重復(fù)性、減重支持性、訓(xùn)練對(duì)稱性、環(huán)境虛擬性，訓(xùn)練方案?jìng)€(gè)性化，能進(jìn)行信息反饋的特點(diǎn)［27］，以及安全性好、不受發(fā)病時(shí)間限制、能客觀進(jìn)行功能評(píng)價(jià)等優(yōu)點(diǎn)［18］。

下肢康復(fù)機(jī)器人不僅可以改善腦卒中患者的步行能力，而且對(duì)平衡控制和異常肌張力矯正有積極作用［28-29］。張熙斌等［28］的隨機(jī)對(duì)照研究表示，對(duì)病程短于3個(gè)月、初始肌張力≤3級(jí)的腦卒中患者進(jìn)行為期4周（6 d/周，1次/d，30 min/次）的下肢機(jī)器人輔助被動(dòng)或主被動(dòng)步態(tài)訓(xùn)練干預(yù)，干預(yù)后以改良Ashworth量表（modified Ashworth scale，MAS）評(píng)價(jià)患者的肌張力，顯示其肌張力從干預(yù)前的2/3級(jí)降低到1/1＋級(jí)。Cho等［29］的回顧研究顯示，對(duì)平均發(fā)病時(shí)間16.1～116.2 d、處在急性或亞急性期的腦卒中患者進(jìn)行下肢康復(fù)機(jī)器人輔助步態(tài)訓(xùn)練康復(fù)干預(yù)，采用被動(dòng)/主被動(dòng)交替訓(xùn)練模式干預(yù)20～40 min/次，1～2次/d，平均5 d/周，平均干預(yù)4～8周后（10～16 h），6 min步行測(cè)試（6-minute walk test, 6MWT）步行時(shí)間、10 m步行測(cè)試（10-meter walk test, TWT）步行速度，以及直接測(cè)量所得的步行速度均較干預(yù)前提高，Berg平 衡 量 表（Berg balance scale，BBS）評(píng)分較干預(yù)前改善。但下肢機(jī)器人輔助步態(tài)訓(xùn)練存在運(yùn)動(dòng)軌跡受限的不足，這使患者在步態(tài)訓(xùn)練中必須沿著限定的運(yùn)動(dòng)軌跡在矢狀面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，而其水平面和冠狀面活動(dòng)得不到訓(xùn)練［30］，導(dǎo)致步態(tài)訓(xùn)練中平衡功能的建立受限［31］及肌肉激活模式改變［16,32-33］。

總之，對(duì)發(fā)病早期、需要輔助才能進(jìn)行移動(dòng)的腦卒中患者借助下肢康復(fù)機(jī)器人進(jìn)行步態(tài)功能康復(fù)，越來越成為臨床康復(fù)工作者的選擇。下肢康復(fù)機(jī)器人步態(tài)訓(xùn)練對(duì)腦卒中急性期、亞急性期及慢性期無法獨(dú)立步行患者的步行功能（包括步行速度、步行距離），平衡功能，日常生活活動(dòng)能力，生活質(zhì)量等均有積極影響［34］。

2.2 下肢康復(fù)機(jī)器人對(duì)腦卒中患者步態(tài)相關(guān)平衡功能的影響平衡功能是影響腦卒中患者步態(tài)康復(fù)進(jìn)程中的一個(gè)重要因素，也是評(píng)估腦卒中患者跌倒風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵指標(biāo)。腦卒中患者的平衡功能既可以通過直接平衡訓(xùn)練來重獲，也可以在步態(tài)訓(xùn)練中恢復(fù)［31］。Rojek等［35］的隨機(jī)對(duì)照研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過4周的外骨骼式下肢康復(fù)機(jī)器人步態(tài)訓(xùn)練后，腦卒中患者人體壓力中心（center of pressure，COP）改變，平衡控制能力改善，主要表現(xiàn)為受試者在睜眼狀態(tài)下COP在矢狀面和額狀面的偏移量顯著增加。

下肢康復(fù)機(jī)器人可以通過控制腦卒中患者的下肢活動(dòng)軌跡來改善其對(duì)稱性和協(xié)調(diào)性［29］。多項(xiàng)研究［31,36-37］表明，下肢康復(fù)機(jī)器人能改善亞急性期腦卒中患者步態(tài)相關(guān)平衡功能。劉惠林等［38］對(duì)40例腦卒中急性期患者進(jìn)行的隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)顯示，采用下肢康復(fù)機(jī)器人結(jié)合傳統(tǒng)康復(fù)治療方法干預(yù)10周（每天20 min）后，患者下肢運(yùn)動(dòng)功能（Fugl-Meyer assessment，F(xiàn)MA）評(píng)分、功能性轉(zhuǎn)移分級(jí)（functional ambulation category，F(xiàn)AC）和BBS評(píng)分均升高，表明患者下肢運(yùn)動(dòng)功能和平衡功能均改善。Bang等［39］的隨機(jī)對(duì)照研究發(fā)現(xiàn)，腦卒中慢性期患者經(jīng)過4周的下肢康復(fù)機(jī)器人步態(tài)訓(xùn)練后，BBS升高，優(yōu)于傳統(tǒng)步態(tài)訓(xùn)練。但Hidler等［19］的多中心隨機(jī)對(duì)照研究顯示，傳統(tǒng)步態(tài)訓(xùn)練組訓(xùn)練后BBS評(píng)分高于下肢康復(fù)機(jī)器人步態(tài)訓(xùn)練組。2項(xiàng)研究結(jié)果的差異可能由傳統(tǒng)訓(xùn)練方案不同所致，Bang等［39］的研究中傳統(tǒng)訓(xùn)練組采用無減重支持下的跑臺(tái)訓(xùn)練，而Hidler等研究中傳統(tǒng)訓(xùn)練組訓(xùn)練方案由康復(fù)治療師定制化。此外，Cho等［40］的交叉研究（干預(yù)8周）和Jeong等［31］的隨機(jī)對(duì)照研究（干預(yù)4周）顯示，下肢康復(fù)機(jī)器人步態(tài)訓(xùn)練與傳統(tǒng)方法均可改善偏癱患者的平衡功能，且這2種方法的改善效果差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。但Cho等［40］的研究還顯示，下肢康復(fù)機(jī)器人步態(tài)訓(xùn)練改善四肢癱患者平衡功能的效果優(yōu)于傳統(tǒng)方法。

由此可見，下肢康復(fù)機(jī)器人和傳統(tǒng)的步態(tài)訓(xùn)練都可以改善腦卒中患者的平衡功能，但是哪種更有優(yōu)勢(shì)尚無定論。此外，多數(shù)研究對(duì)于下肢康復(fù)機(jī)器人干預(yù)前后患者平衡功能變化缺少更客觀和量化的評(píng)估指標(biāo)，而?；贐BS評(píng)估所得。盡管BBS對(duì)平衡功能評(píng)估具有較高的信效度，但其測(cè)量受眾有局限。而且，腦卒中患者功能狀態(tài)異質(zhì)性較大，其神經(jīng)系統(tǒng)損傷部位、損傷后搶救時(shí)間、康復(fù)介入時(shí)機(jī)以及康復(fù)訓(xùn)練的強(qiáng)度和密度等，都會(huì)影響其功能的恢復(fù)。下肢康復(fù)機(jī)器人步態(tài)訓(xùn)練改善平衡功能的效果尚須進(jìn)一步研究。

2.3 下肢康復(fù)機(jī)器人對(duì)腦卒中患者步態(tài)參數(shù)的影響目前有約85%的腦卒中偏癱患者的首要康復(fù)目標(biāo)是恢復(fù)步行能力［41］。下肢康復(fù)機(jī)器人對(duì)腦卒中患者步態(tài)功能的影響主要體現(xiàn)于步速、步長(zhǎng)和單支撐期占步態(tài)周期的百分比。下肢康復(fù)機(jī)器人可為腦卒中患者提供持續(xù)的、強(qiáng)度集中且平穩(wěn)的康復(fù)訓(xùn)練，尤其是對(duì)于神經(jīng)系統(tǒng)受損較嚴(yán)重的急性期患者，康復(fù)介入早期開始步態(tài)訓(xùn)練對(duì)改善其康復(fù)預(yù)后有重要意義［42-43］。

下肢機(jī)器人步態(tài)訓(xùn)練改善腦卒中患者步行能力的作用尤其體現(xiàn)于步行速度方面［44-45］。Hesse等［46］對(duì)30例亞急性期腦卒中患者進(jìn)行的交叉研究顯示，下肢康復(fù)機(jī)器人步態(tài)訓(xùn)練較減重支持下的跑臺(tái)訓(xùn)練能更顯著提高患者的步行速度。Bang等［39］發(fā)現(xiàn)，腦卒中亞急性期患者經(jīng)過為期4周的下肢康復(fù)機(jī)器人步態(tài)訓(xùn)練后，步速、步頻和步長(zhǎng)均較采用傳統(tǒng)訓(xùn)練方法的患者增加。趙雅寧等［47］發(fā)現(xiàn)，10周的下肢機(jī)器人步態(tài)訓(xùn)練除了使患者步長(zhǎng)、步頻、步速改善外，還使病灶側(cè)動(dòng)脈血流加快，說明下肢機(jī)器人步態(tài)訓(xùn)練不僅可以改善患者的步行功能，還有助于其腦功能的恢復(fù)。

此外，下肢康復(fù)機(jī)器人步態(tài)訓(xùn)練還有助于促進(jìn)腦卒中患者步行中受累側(cè)下肢肌肉激活時(shí)序趨于正常，從而提高步態(tài)模式的對(duì)稱性［32,35］。下肢康復(fù)機(jī)器人步態(tài)訓(xùn)練對(duì)腦卒中亞急性期、無轉(zhuǎn)移能力以及功能受損傷較嚴(yán)重患者的步態(tài)參數(shù)改善更佳［29］。但是下肢康復(fù)機(jī)器人對(duì)于中重度步態(tài)功能損傷患者的干預(yù)效果是否優(yōu)于傳統(tǒng)步態(tài)訓(xùn)練方法仍存在諸多爭(zhēng)議：一方面下肢康復(fù)機(jī)器人的外固定裝置將患者的骨盆束縛于冠狀面上，邁步動(dòng)作僅作用于雙下肢，限制了正常步態(tài)中骨盆旋轉(zhuǎn)及雙下肢間重心轉(zhuǎn)移［30］，這種運(yùn)動(dòng)模式不僅可能改變中重度步態(tài)受損患者步行中的下肢肌肉激活模式，而且會(huì)影響步行過程中單支撐的穩(wěn)定性［48-49］和誘發(fā)擺動(dòng)相擺動(dòng)腿的異常加速模式［50］；另一方面下肢康復(fù)機(jī)器人引導(dǎo)式步態(tài)訓(xùn)練模式一定程度上會(huì)影響患者下肢肌肉的隨意收縮能力［51］。

綜上所述，下肢康復(fù)機(jī)器人步態(tài)訓(xùn)練能夠有效促進(jìn)腦卒中急性期、亞急性期和部分慢性期患者步行功能的恢復(fù)。下肢康復(fù)機(jī)器人可以為腦卒中患者提供持續(xù)的康復(fù)訓(xùn)練，同時(shí)減輕物理治療師的負(fù)擔(dān)。但是，下肢康復(fù)機(jī)器人步態(tài)訓(xùn)練是否優(yōu)于其他的步態(tài)訓(xùn)練方法及訓(xùn)練干預(yù)時(shí)機(jī)仍有待進(jìn)一研究。目前，下肢康復(fù)機(jī)器人不能取代康復(fù)治療師，只是康復(fù)治療師的康復(fù)工具，在臨床步態(tài)康復(fù)中應(yīng)根據(jù)患者具體情況，與其他康復(fù)技術(shù)相結(jié)合，為腦卒中患者提供更有效的康復(fù)治療。

利益沖突：所有作者聲明不存在利益沖突。