外骨骼机器人在脑卒中患者康复中应用进展

外骨骼机器人被广泛应用于神经损伤患者的康复治疗，通过预先编程的生理步态模式引导腿部，控制患者下肢以类人的自然步态在地面行走。一方面，这些机器人可以协助治疗师为患者提供标准化的训练；另一方面，它们可以作为一种辅助设备，辅助患者日常生活活动。本文总结了近年来外骨骼机器人在脑卒中患者中的临床应用，为今后脑卒中患者功能康复提供参考依据。

下肢外骨骼机器人能够辅助脑卒中患者进行长时间的地面步行训练，提高患者的步行速度与步行效率。Yoshikawa等^[1]开展了一项随机对照研究，试验组接受20分钟的HAL外骨骼步行训练和40分钟的常规物理治疗，而对照组接受60分钟的常规物理治疗。经过20次步行训练后，HAL组步速和步长较对照组有明显改善。Jayaraman^[2]等比较了SMA外骨骼和功能性步态训练，SMA外骨骼组在步速、步长和空间对称性方面有显著提高，同时还发现，患者在步行耐力和大脑皮质运动兴奋性方面有更大的改善。

图1 HAL外骨骼机器人

卒中后偏瘫步行以步态缓慢、效率低下和步态不对称为特征，足下垂是造成偏瘫患者异常步态的重要原因，特别是在步态周期的推进和摆动阶段。Awad等^[3]开发了一款柔性机器人exosuit，使用鲍登电缆驱动纺织设备，将机械动力传输到脚踝，能够协助瘫痪肢体向前推进和地面廓清。其结果表明，与不穿戴外骨骼步行状态相比，患者摆动期患侧踝关节背屈增加 5.33±0.91°，患肢前进动力增加11±3%，该机器人有利于改善步态不对称性，降低偏瘫行走的代谢成本。

图2 偏瘫步态

文献报道^[4]，卒中后步态不对称与行走代谢成本的增加有关，步态训练后步态速度和空间不对称性的改善有助于改善中风患者的能量代谢效率。因此，在临床实践中可以通过康复机器人诱导更对称的步行训练，矫正偏瘫步态，降低步行的代谢成本。

图3 exosuit柔性机器人

平衡功能障碍会导致偏瘫患者坐、站、转移和行走的能力受限，并增加跌倒的风险。前期临床试验显示，外骨骼机器人地面步行训练对卒中患者平衡功能产生积极作用。Wright等^[5]将32例偏瘫患者随机分为Alter G机器人组和传统物理治疗组，进行为期10周训练。其结果显示，Alter G机器人组Berg平衡量表得分明显高于传统物理治疗组，提示外骨骼对患者平衡功能有更好的治疗效果。

图4 来源于网络

然而，Mizukami等^[6]使用HAL对亚急性期脑卒中患者进行为期5周的步态训练，每周5次，每次30min，其研究发现患者的Berg评分较治疗前有所改善，但差异不具有显著性意义，接受机器人步态训练的脑卒中患者平衡得到改善，但目前尚不清楚与其他步态康复方法相比，这些改善是否更明显。由于目前可供参考的大样本、随机对照研究有限，还需要更具体的研究。

痉挛是脑卒中常见并发症，表现为肌张力异常增高，可引起疼痛、挛缩、肢体姿势异常和功能受限。机器人可以为患者提供更密集和可控的生理步态训练，增强对痉挛肌肉的牵拉作用，促进主动肌-拮抗肌协同收缩，缓解下肢的痉挛状态。Park等^[7]研究提示，机器人重复性的步行训练能够缓解下肢伸肌共同运动模式，缓解下肢伸膝肌群痉挛，且痉挛缓解幅度明显高于常规治疗。

由于长期卧床或功能受限，脑卒中患者体力活动严重不足，易出现心肺功能下降、运动耐力差等并发症。相关数据显示，脑卒中患者最大摄氧量仅为同龄健康人群的50%。有氧能力已被报道与卒中后患者的功能恢复相关。然而，脑卒中患者活动受限，无法进行传统的有氧运动训练，下肢机器人为脑卒中患者早期有氧运动提供了可能，已有研究将其应用于改善卒中患者心肺功能。

Chang^[8]等观察了下肢康复机器人对卒中患者心肺耐力的影响，结果显示，为期4周的Lokomat下肢机器人训练后，患者最大摄氧量提高了12.8%，Fugl-Meyer下肢运动评分也显著提高。因此，外骨骼机器人可以安全、有效的应用于脑卒中患者，提高患者的心肺功能。

图5 Lokomat机器人

综上所述，下肢外骨骼机器人作为步行训练的辅助手段，是一种很有前景的治疗方法，具有重复性、精准性和可靠性等优点，是提高康复疗效、降低医疗成本的新手段。在临床实践中，外骨骼机器人可辅助患者进行运动训练，提高患者步行能力、矫正异常步态、提高平衡功能，同时对卒中患者下肢痉挛和心肺功能产生积极影响。

然而，目前外骨骼的临床验证研究尚处于早期阶段，研究设计主要集中在观察性研究和前期研究，还需更多高质量随机对照研究证实其有效性，以获得更有力的临床证据。针对特定患者需求的最佳康复机器人类型仍不清楚，不同类型机器人疗效比较的文献仍然有限，需进一步研究来明确最佳的设备类型、训练方案和患者选择，以使获益最大化。此外，需制定标准的临床指南和规范来指导临床验证方案，更好地了解使用外骨骼机器人的不良事件和风险。

[1] Yoshikawa K, Mizukami M, Kawamoto H, et al. Gait training with Hybrid Assistive Limb enhances the gait functions in subacute stroke patients: A pilot study[J]. NeuroRehabilitation, 2019, 40(1):87-97.

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[3] Awad L N, Bae J, O'donnell K, et al. A soft robotic exosuit improves walking in patients after stroke[J]. Sci Transl Med, 2017, 9(400).

[4] Lee H-J, Lee S-H, Seo K, et al. Training for Walking Efficiency With a Wearable Hip-Assist Robot in Patients With Stroke: A Pilot Randomized Controlled Trial[J]. Stroke, 2019, 50(12):3545-3552.

[5] Wright A, Stone K, Martinelli L, et al. Effect of combined home-based, overground robotic-assisted gait training and usual physiotherapy on clinical functional outcomes in people with chronic stroke: A randomized controlled trial[J]. Clin Rehabil, 2021, 35(6):882-893.

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[8] Chang W H, Kim M S, Huh J P, et al. Effects of robot-assisted gait training on cardiopulmonary fitness in subacute stroke patients: a randomized controlled study[J]. Neurorehabilitation and neural repair, 2018, 26(4):318-324.

姓名：陈芳

单位：泰康仙林鼓楼医院康复医学科      

职务：主管治疗师

专业认证：

从事康复治疗工作10年，运动康复学硕士，以第一作者发表中文核心3篇、SCI论文1篇，主持江苏省研究生科研创新计划项目 1项，参与省重点研发项目和市级课题多项，参编书籍2部，实用新型专利1项。

个人擅长：

神经系统疾病作业治疗、骨科术后康复、运动生理及智能康复设备的科研与应用。

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