鄧小倩，王楊，熊愿，韓俊奇 ，劉四文

脊髓損傷(Spinal Cord Injury, SCI)是嚴(yán)重的致殘性疾病，其中胸腰段脊髓損傷所致截癱常表現(xiàn)為損傷平面以下運(yùn)動(dòng)及感覺障礙[1]。此病患者因此導(dǎo)致的運(yùn)動(dòng)功能障礙特別是步行障礙不僅使患者無法正常進(jìn)行站立、行走，同時(shí)也嚴(yán)重地影響其生存質(zhì)量和平等參與社會(huì)活動(dòng)的能力[2]。對(duì)于完全性截癱患者即使不能實(shí)現(xiàn)功能性步行，借助以復(fù)式截癱步行矯形器( reciprocating gait orthosis, RGO)為代表的步行矯形器進(jìn)行站立、行走訓(xùn)練也可以對(duì)患者在身體、精神、社會(huì)生活方面產(chǎn)生積極的影響[3-4]。雖然RGO有一定的助動(dòng)功能，但在步行時(shí)，需要大量的上肢肌肉力量，行走時(shí)步態(tài)僵硬，能量消耗較大[5]。據(jù)報(bào)道，RGO成人棄用率為46%～54%，骨髓鞘膨出患兒棄用率為61%～90%[6]。

隨著科技的進(jìn)步，外骨骼技術(shù)逐漸應(yīng)用于脊髓損傷康復(fù)，其旨在提高截癱患者的步行能力，甚至為完全性截癱患者實(shí)現(xiàn)功能性步行帶來新希望[7]。近年來，國外已有ReWalk、Ekso、Indego等多款外骨骼下肢機(jī)器人用于截癱患者的臨床報(bào)道。但進(jìn)口外骨骼下肢機(jī)器人屬于新型輔具且價(jià)格昂貴，在國外普及程度不高，國內(nèi)更較少有臨床應(yīng)用報(bào)道。本研究旨在對(duì)完全性截癱患者應(yīng)用外骨骼下肢機(jī)器人(以下簡稱外骨骼)與臨床上常規(guī)使用的RGO行走時(shí)的步態(tài)特征進(jìn)行對(duì)比、分析，以明確外骨骼的臨床性能及其應(yīng)用前景。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取 2018年 6 月～2020 年 12 月在我院收治的30例截癱患者作為研究對(duì)象，其中男23例，女7例。平均年齡( 38.5±9.5) 歲；平均病程(8.8±2.4)個(gè)月。納入標(biāo)準(zhǔn)：影像學(xué)(CT/MRI)和臨床檢查確診為脊髓損傷，ASIA診斷為A型的截癱患者，神經(jīng)損傷平面在T1～L1；受試前一月病情穩(wěn)定，無明顯功能進(jìn)展或退步；經(jīng)臨床檢查及影像學(xué)檢查，脊柱骨折內(nèi)固定穩(wěn)定；病程5～12個(gè)月；下肢無明顯畸形和攣縮；可主動(dòng)配合步行及站立訓(xùn)練；排除標(biāo)準(zhǔn)：雙上肢肌力及關(guān)節(jié)活動(dòng)度明顯受限；雙下肢肌張力顯著增高，改良Ashworth分級(jí)MAS>II級(jí)；嚴(yán)重心肺功能受限及其他嚴(yán)重內(nèi)科疾?。粐?yán)重并發(fā)癥：如嚴(yán)重壓瘡、泌尿感染、靜脈血栓需臥床治療；研究期間同時(shí)接受其他相關(guān)研究者；不服從研究協(xié)議，自行選擇入組者。

1.2 方法 受試者均在入組前進(jìn)行規(guī)范的RGO及外骨骼的調(diào)試及系統(tǒng)使用訓(xùn)練。研究測(cè)試當(dāng)天，患者使用RGO行相關(guān)步行測(cè)試，經(jīng)3～5h完全休息，確認(rèn)恢復(fù)訓(xùn)練體力后，再進(jìn)行一次外骨骼的步行測(cè)試。所有的測(cè)試由經(jīng)系統(tǒng)培訓(xùn)的項(xiàng)目成員規(guī)范執(zhí)行。具體訓(xùn)練方案如下：①RGO步行訓(xùn)練：受試者佩戴由同一位矯形師量身定制的RGO，進(jìn)行RGO的穿、脫訓(xùn)練、站立訓(xùn)練、平行杠內(nèi)站立、步行訓(xùn)練、使用助行架室內(nèi)步行訓(xùn)練。②外骨骼步行訓(xùn)練：受試者均使用北京航空航天大學(xué)研制的大艾外骨骼機(jī)器人，型號(hào)為AiWalker。由經(jīng)過系統(tǒng)培訓(xùn)的治療師根據(jù)受試者大、小腿長度、骨盆寬度調(diào)節(jié)外骨骼的長度及骨盆寬度至最佳狀態(tài)，根據(jù)患者適應(yīng)情況選擇合適的步態(tài)模式。進(jìn)行穿截外骨骼的穿、脫訓(xùn)練、站立訓(xùn)練、使用助行架進(jìn)行步行訓(xùn)練。

1.3 評(píng)定標(biāo)準(zhǔn) 受試者借助助行架使用RGO、外骨骼達(dá)到較為穩(wěn)定的步態(tài)后，由項(xiàng)目評(píng)估組治療師對(duì)其分別使用兩種步行裝置在室內(nèi)平地進(jìn)行10 m行走時(shí)間、6 min步行距離測(cè)試其步行耐力；運(yùn)用生理性消耗指數(shù)(Physiological burden index，PCI)測(cè)量步行時(shí)能力消耗。測(cè)試方法：受試者手腕佩戴PALOR(M400型)心率表，胸帶固定在受試者心尖部位。測(cè)試前受試患者穿戴好步行裝置先在座位安靜休息 5 min，用心率表持續(xù)測(cè)量 1 min 確定休息時(shí)心率。隨后讓受試者以自身喜好的步速在室內(nèi)25 m的步道上連續(xù)步行 6 min，測(cè)量步行距離，計(jì)算步行速度。受試者步行結(jié)束后立即在座位安靜休息同時(shí)測(cè)定其心率，方法同前，以確定運(yùn)動(dòng)后心率，以下面的公式計(jì)算：

在步行測(cè)試結(jié)束后，即刻運(yùn)用Borg主觀運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度量表(Rating of perceived exertion,PRE)評(píng)分，記錄受試者在訓(xùn)練中的主觀疲勞程度。

2 結(jié)果

2.1 步態(tài)參數(shù)比較 受試者使用外骨骼的6min步行距離測(cè)試用時(shí)、10m步行速度、步長表現(xiàn)均明顯優(yōu)于其使用RGO相應(yīng)的步行參數(shù)(均P<0.05)。

表1 30例受試者分別使用RGO和外骨骼的步行參數(shù)比較

2.2 能量消耗比較 與RGO相比，患者應(yīng)用外骨骼步行前后心率變化差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，PCI、PRE指數(shù)明顯下降(均P<0.05)。見表2。

表2 30例受試者分別使用RGO和外骨骼的能量消耗比較

3 討論

本研究所選用兩種步行裝置的特點(diǎn)如下： ①RGO特點(diǎn)：是由一對(duì)髖關(guān)節(jié)、兩根鋼索和附在一金屬骨盆箍上的兩個(gè)大腿矯形器以及軀干支條構(gòu)成?；颊呤褂肦GO步行時(shí)，當(dāng)身體重心移到一側(cè)，該側(cè)髖關(guān)節(jié)作過伸運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過鋼索牽拉使另一側(cè)髖關(guān)節(jié)產(chǎn)生屈髖運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到帶動(dòng)下肢向前移動(dòng)的目的，用同樣的方法可邁出另一條腿。RGO的骨盆箍為杠桿支撐點(diǎn)，腰背部約束帶為力點(diǎn)，不僅在步行中有助動(dòng)功能，而且在患者站立與坐位姿勢(shì)互換過程中有支撐穩(wěn)定的功能[8]。見圖1。 ②AiWalker特點(diǎn)：是由對(duì)兩個(gè)髖電機(jī)和兩個(gè)膝電機(jī)進(jìn)行位置和力度的閉環(huán)控制以及四個(gè)電機(jī)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)控制，以實(shí)現(xiàn)事先規(guī)劃好的步態(tài)運(yùn)動(dòng)[9]。為減少訓(xùn)練中的風(fēng)險(xiǎn)，AiWalker配有移動(dòng)支撐臺(tái)架，可提供穩(wěn)定的腰部支撐和面積較大的四角支撐，提高初始訓(xùn)練的安全性和穩(wěn)定性。見圖2。

圖1 本研究訓(xùn)練用的RGO

圖2 本研究訓(xùn)練用的外骨骼裝置

因本研究設(shè)計(jì)目的為比較同一患者同一天內(nèi)使用兩種不同步行裝置的步行參數(shù)特征，2組功能前提較為統(tǒng)一。入組該研究的前提條件之一是掌握使用助行架借助兩種步行輔具實(shí)現(xiàn)平地步行的功能要求。臨床實(shí)踐中，也由于不同損傷平面、年齡、性別的受試者使用RGO及外骨骼設(shè)備達(dá)到助行架步行能力的時(shí)間不同。因此本研究中未具體規(guī)定患者系統(tǒng)使用訓(xùn)練時(shí)長。

本研究結(jié)果顯示：與使用RGO相比，同一截癱患者使用外骨骼可以達(dá)到更高的步行效率?；颊呤褂猛夤趋?6min步行距離平均為119.84m，約是RGO步行效率的3倍；10m步行用時(shí)是約RGO用時(shí)的約1/3，步長為RGO的2.3倍。此外，研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)：30例性別、年齡、身高、體重、損傷平面、病程各異的受試者使用外骨骼的步態(tài)參數(shù)組間差異較小，而RGO組間差異較大。6min步行測(cè)試中，受試者使用外骨骼步行距離區(qū)間為108.5～135m。而使用RGO的步行距離區(qū)間為25.2～79.2m。此結(jié)果與Carsten等[10]報(bào)道一致，無論年齡、性別和損傷平面如何，患者都可以通過外骨骼進(jìn)行步行訓(xùn)練，并達(dá)到一定的步行能力。而使用RGO的步行能力與使用者受損傷平面、性別、年齡影響較大[11]。

本研究中，患者應(yīng)用外骨骼時(shí)代表能量消耗客觀指標(biāo)的PCI及主觀指標(biāo)的PRE均明顯優(yōu)于應(yīng)用RGO，也提示外骨骼能為受試者帶來更為高效的步行功能。分析外骨骼的優(yōu)勢(shì)可見，外骨骼通過自帶鋰電池提供動(dòng)力輔助，受試者進(jìn)行步行活動(dòng)較RGO在步行中能量效率方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。RGO由于缺少外動(dòng)力裝置，步行時(shí)需要大量的上肢、軀干肌肉力量，能量效率低。這使得患者在使用RGO步行時(shí)容易疲勞。在嚴(yán)重情況下，甚至?xí)?dǎo)致上肢肌肉的損傷[12]。某種程度上，外骨骼下肢機(jī)器人可看作是機(jī)械型截癱步行器如RGO的升級(jí)和發(fā)展。與RGO的訓(xùn)練目的相同，現(xiàn)階段進(jìn)行外骨骼訓(xùn)練的理由一方面是減少截癱患者處于坐位的時(shí)間，減少對(duì)SCI后并發(fā)癥的影響，如疼痛、痙攣、腸和膀胱功能[13]，另一方面外骨骼也可以發(fā)揮其高效、節(jié)能的優(yōu)勢(shì)，作為未來潛在的功能型移動(dòng)裝置繼續(xù)探索其在臨床上的應(yīng)用。Hartigan等[14]報(bào)道僅5次訓(xùn)練后，四肢癱瘓和截癱患者均能快速掌握Indego外骨骼的使用技巧，并可以在不同路面行走實(shí)現(xiàn)社區(qū)性步行。

在實(shí)踐應(yīng)用中，研究團(tuán)隊(duì)也發(fā)現(xiàn)本實(shí)驗(yàn)選用的外骨骼設(shè)備尚需改進(jìn)之處：如穿戴耗時(shí)較長(平均5min)，而RGO平均穿戴時(shí)間約1min；且個(gè)性化程度不足：現(xiàn)有技術(shù)尚不能實(shí)現(xiàn)使用者自如控制步態(tài)，僅能完成程序化步態(tài)。目前用于臨床的可穿戴式外骨骼機(jī)器人普遍存在設(shè)備臃腫笨重、穿戴不便、人機(jī)結(jié)合欠佳等問題[15]。進(jìn)一步的研發(fā)中，建議外骨骼在仿生能力、便攜性及智能控制方面繼續(xù)加強(qiáng)。大量臨床證據(jù)顯示，對(duì)于不完全性以及完全性脊髓損傷患者而言，下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人能有效且安全的提高步行能力，繼而減少壓瘡、肺部感染、尿路感染等各種并發(fā)癥，提高患者尊嚴(yán)，減少花費(fèi)[16-17]。隨著下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人性能的逐漸改進(jìn)，將會(huì)得到更加廣闊的臨床應(yīng)用。

綜上所述，與RGO相比，截癱患者應(yīng)用外骨骼下肢機(jī)器人步行時(shí)步行耐力增強(qiáng)、步行速度提高、能量消耗較低，可作為完全性截癱患者的治療性步行輔具進(jìn)一步推廣應(yīng)用。