馬婷婷，張皓

1.首都醫(yī)科大學(xué)康復(fù)醫(yī)學(xué)院，北京市 100068；2.中國康復(fù)研究中心北京博愛醫(yī)院，a.兒童物理療法科；b.神經(jīng)康復(fù)科，北京市100068

腦癱是一組持續(xù)存在的中樞性運動和姿勢發(fā)育障礙、活動受限癥候群，其中約60%～70%為痙攣型腦癱[1-2]，該類兒童由于肌張力增高和原始反射持續(xù)存在而導(dǎo)致有效運動減少，步行移動功能受限[3]。步行是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的終極目標(biāo)在生物力學(xué)水平上的體現(xiàn)，對兒童心理和運動獨立性的形成均有重要意義[4]。傳統(tǒng)的步行訓(xùn)練效果易受環(huán)境、訓(xùn)練強度、治療師專業(yè)水平等因素影響，操作標(biāo)準(zhǔn)無法規(guī)范統(tǒng)一，評定指標(biāo)不能標(biāo)準(zhǔn)量化[5]；傳統(tǒng)訓(xùn)練模式單一枯燥，兒童在長期訓(xùn)練中易產(chǎn)生畏難、厭倦等消極情緒，影響配合程度[6]。下肢康復(fù)機器人具有穩(wěn)定性好、重復(fù)性強、可標(biāo)準(zhǔn)量化指標(biāo)的特點，近來具有很高的研究熱度[7]。機器人輔助步態(tài)訓(xùn)練(robot-assisted gait training,RAGT)在成人步行移動功能物理治療中的應(yīng)用越來越廣泛，但在兒童領(lǐng)域尚處于初期階段。高強度的重復(fù)性訓(xùn)練可以促進兒童大腦皮質(zhì)重組，使其學(xué)習(xí)并存儲正確的運動模式[8]。鑒于兒童的神經(jīng)可塑性優(yōu)于成人，兒童采用下肢康復(fù)機器人進行步行移動功能訓(xùn)練應(yīng)比成人獲得更佳的效果[9]。

1 下肢康復(fù)機器人

1.1 下肢康復(fù)機器人的發(fā)展

康復(fù)機器人應(yīng)用于殘疾人物理治療始于20 世紀(jì)60 年代[10]，受當(dāng)時的經(jīng)濟條件和技術(shù)水平影響，應(yīng)用十分有限；直至1987年，英國Mike Topping 公司成功研制出Handy 1 康復(fù)機器人樣機幫助腦癱兒童獨立進食，康復(fù)機器人才真正進入產(chǎn)品研究階段[11]。經(jīng)過30余年的快速發(fā)展，下肢康復(fù)機器人作為康復(fù)機器人的重要分支和傳統(tǒng)物理治療的輔助手段逐漸進入臨床應(yīng)用，幫助患者提高步行移動功能[12]。如今，下肢康復(fù)機器人的結(jié)構(gòu)和功能越來越復(fù)雜，關(guān)節(jié)自由度由單個發(fā)展到多個，訓(xùn)練模式由單一化發(fā)展為多模式。最新一代的下肢康復(fù)機器人能夠結(jié)合視覺誘發(fā)增強的自主腦控技術(shù)，智能化帶動患者通過“意念”控制行走；同時在落地時進入自平衡狀態(tài)并實現(xiàn)重心糾偏扭轉(zhuǎn)，提高步行能力[13]。

1.2 下肢康復(fù)機器人的分類

根據(jù)人機結(jié)合模式，下肢康復(fù)機器人分為牽引式和外骨骼式。牽引式結(jié)構(gòu)簡單且便于控制，能為患者提供平面運動訓(xùn)練。外骨骼式機器人基于仿生原理設(shè)計，結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，在步行時可以直接控制多個關(guān)節(jié)，能夠基于正常步態(tài)對患者的運動意圖進行判斷而進行更加有效的被動和主動訓(xùn)練，是康復(fù)機器人的研究方向[14]。

根據(jù)患者在訓(xùn)練時的不同姿態(tài)，下肢康復(fù)機器人分為坐臥式和站立式，其中站立式對于改善步行移動功能的效果尤為明顯。站立式機器人與減重懸吊系統(tǒng)、運動平板、功能性電刺激(functional electrical stimulation,FES)等相結(jié)合，能夠輔助支撐患者身體并進行直線、轉(zhuǎn)彎、上下臺階等多模式步行移動功能訓(xùn)練[15]。

1.3 下肢康復(fù)機器人的步行移動功能康復(fù)機制

下肢康復(fù)機器人的步行移動功能康復(fù)機制尚未明確，有學(xué)者認為與大腦神經(jīng)可塑性原理和運動學(xué)習(xí)理論有關(guān)[16]。神經(jīng)可塑性是神經(jīng)系統(tǒng)通過改變結(jié)構(gòu)或功能以適應(yīng)內(nèi)外環(huán)境變化的能力[17]。運動學(xué)習(xí)是反復(fù)練習(xí)和經(jīng)驗積累的過程，通過各種反饋對肢體運動進行控制并調(diào)整異常姿勢，最終表現(xiàn)為技能型運動方式以獲得相對持久的運動能力[18]。

由于持久存在的神經(jīng)功能障礙，患者需要進行長期以活動為基礎(chǔ)的移動訓(xùn)練以獲得最大化的運動功能恢復(fù)。大腦的損傷區(qū)域雖然不能完全修復(fù)，但損傷區(qū)域的工作可由鄰近神經(jīng)區(qū)域部分代償，而長時間高強度訓(xùn)練對于促進髓鞘再生和發(fā)展新的神經(jīng)突觸至關(guān)重要[19]。下肢康復(fù)機器人可能通過高強度的重復(fù)性運動，促進中樞神經(jīng)系統(tǒng)的代償和重組；提供精確的控制力輔助下肢進行趨近正常的多關(guān)節(jié)運動，強化本體感覺刺激以促進肢體產(chǎn)生主動運動，從而形成正確的感覺-運動神經(jīng)通路，以增強關(guān)節(jié)穩(wěn)定性和下肢運動協(xié)調(diào)性，幫助患者恢復(fù)步行移動功能。

盡管目前仍未完全明確其機制，但已有臨床隨機試驗證明痙攣型腦癱兒童通過RAGT 能夠更早、更充分地增強軀干控制、單側(cè)下肢負重及髖膝關(guān)節(jié)伸展的能力，在平衡和運動功能等方面也有較好效果[20]。

2 下肢康復(fù)機器人在痙攣型腦癱兒童步行移動功能障礙康復(fù)中的應(yīng)用

本文通過檢索PubMed、Embase、中國期刊全文數(shù)據(jù)庫、萬方數(shù)據(jù)庫等國內(nèi)外電子數(shù)據(jù)庫，以《國際功能、殘疾和健康分類》(International Classification of Functioning,Disability and Health,ICF)為框架，將文獻按照身體結(jié)構(gòu)與功能、活動、參與進行分類并綜述。

2.1 身體結(jié)構(gòu)與功能

2.1.1關(guān)節(jié)活動度(range of motion,ROM)

痙攣型腦癱兒童由于缺少四肢的靈活性運動，關(guān)節(jié)容易出現(xiàn)攣縮和變形，導(dǎo)致關(guān)節(jié)活動受限。在步行中常見因支撐相髖膝關(guān)節(jié)伸展不足而產(chǎn)生蹲伏步態(tài)，影響步行移動功能[21]。有研究指出下肢康復(fù)機器人可有效減小支撐相髖關(guān)節(jié)屈曲運動弧范圍和站立相后期膝關(guān)節(jié)屈曲ROM[20]。Lerner 等[22]的研究發(fā)現(xiàn)，RAGT 后站立相膝伸展ROM 擴大了18.1°，擺動相髖關(guān)節(jié)運動范圍和膝關(guān)節(jié)總體運動范圍亦明顯增加，兒童步行姿勢更為協(xié)調(diào)。而踝關(guān)節(jié)外骨骼RAGT則顯著提高痙攣型腦癱兒童踝關(guān)節(jié)背屈ROM，糾正尖足步態(tài)[23]。

綜上所述，下肢康復(fù)機器人可以通過機械腿改善痙攣型腦癱兒童髖、膝、踝關(guān)節(jié)在步行過程中的矢狀面ROM，糾正異常姿勢并提高步行移動功能。

2.1.2肌力

痙攣型腦癱兒童由于本體感覺和運動覺的減退或缺失導(dǎo)致選擇性運動控制被破壞，在步行中無法激活足夠的肌肉運動單位，肌力弱于正常兒童[24-25]。一般采用徒手肌力檢查(Manual Muscle Test,MMT)進行肌力評定，但其測定遠端肢體肌肉的信度不高，評定結(jié)果也易受治療師專業(yè)水平和主觀意識影響[26]。目前普遍使用表面肌電(surface electromyographic,sEMG)系統(tǒng)定量評定兒童在步行中的肌力變化，發(fā)現(xiàn)RAGT時兒童的股直肌、股內(nèi)側(cè)肌和脛骨前肌肌力顯著高于平地步行[27]。此外，手持式肌力測定儀(Hand-hold Dynamometer,HHD)在測定下肢肌力方面也有較好的重測信度，使用HHD 測量發(fā)現(xiàn)脛骨前肌肌力在無束縛踝關(guān)節(jié)外骨骼RAGT 后增加44%[28]。一項系統(tǒng)綜述表明[29]，RAGT 對脛骨前肌肌力提高有積極影響，但對臀中肌等髖部肌肉影響不大。

綜上所述，下肢康復(fù)機器人通過調(diào)節(jié)干預(yù)刺激大小促進痙攣型腦癱兒童下肢力量，提高肌肉協(xié)同和控制能力，對伸膝、踝背屈表層肌肉有明顯作用，對髖部和深層肌肉力量的提高仍需進一步研究。

2.1.3肌張力

痙攣型腦癱兒童由于跖屈肌牽張反射引起踝痙攣，產(chǎn)生尖足步態(tài)。下肢康復(fù)機器人對于痙攣型腦癱兒童肌張力的影響尚有爭議。一項觀察性隊列研究[23]對28 例痙攣型腦癱兒童進行15 h 的治療觀察，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過每次75 min、每周2 次的踝關(guān)節(jié)外骨骼RAGT 后，有27 例在踝跖屈快速牽拉試驗中速度加快，提示腓腸肌肌張力下降，應(yīng)用改良Ashworth 量表(modified Ashworth Scale,MAS)評定的隨機對照試驗[30]也得出相似的結(jié)果。但尹正錄等[31]的研究顯示，痙攣型腦癱患者RAGT 后，異常肌張力并未明顯降低；Kawasaki等[32]認為RAGT 甚至?xí)痣枘c肌肌張力增高。

存在爭議的原因可能包括：①受試對象的大腦損傷部位和程度不同，粗大運動功能分級(Gross Motor Function Classification System,GMFCS)有差異，納入標(biāo)準(zhǔn)不一致；②肌張力障礙程度不同；③治療師操作不統(tǒng)一。具體原因仍需進一步研究。

2.1.4步態(tài)參數(shù)

痙攣型腦癱兒童在步行中不能為脛骨產(chǎn)生向前的推進力而妨礙身體前進和利用下肢的動量向前，兒童需要代償性增加雙足支撐時間保持平衡并協(xié)調(diào)下一步運動，導(dǎo)致步態(tài)時相的比例失衡，步速、步長、步行距離等明顯落后于正常同齡兒童[33]。

下肢康復(fù)機器人通過對兒童輸入接近正常的感覺和運動模式，不斷糾正其出現(xiàn)的錯誤動作，改善兒童的步態(tài)時空參數(shù)；還可明顯提高兒童自選步行速度(self-selected walking speed,SWS)和最大步行速度(maximum walking speed,MWS)下的6 分鐘步行距離(6-minutes walking distance,6MWD)[34]。一項前瞻性隊列研究[35]通過對比RAGT、部分減重跑臺訓(xùn)練(partial body weight-supported treadmill exercises,PBWSTE)和抗重力跑臺訓(xùn)練(Anti-gravity Treadmill Exercises,ATE)的訓(xùn)練效果，發(fā)現(xiàn)三種訓(xùn)練對痙攣型腦癱兒童步速、步長、步頻和6MWD 均有明顯改善效果，RAGT效果更佳，且更能調(diào)動兒童步行的主動性。

關(guān)于步態(tài)動力學(xué)參數(shù)和時相變化方面，一項交叉對照試驗[32]對比11例痙攣型腦癱兒童RAGT前后足底壓力的變化，發(fā)現(xiàn)7 例足趾蹬地力在RAGT 后有所提高，但另4 例因獨站不能而無法完成試驗。Han等[36]的Meta分析雖然指出RAGT 可顯著延長痙攣型腦癱兒童下肢支撐時間并提高步行穩(wěn)定性，但因所涉及的研究很少且年代久遠，無法說明RAGT對于痙攣型腦癱群體的步態(tài)時相變化有積極影響。

綜上所述，下肢康復(fù)機器人可有效改善痙攣型腦癱兒童的步態(tài)時空參數(shù)，但在步態(tài)時相關(guān)系變化和動力學(xué)參數(shù)方面仍需進行大樣本量、設(shè)計良好的有效研究。

2.2 活動

2.2.1運動功能

痙攣型腦癱兒童由于肌張力異常增高及原始反射持續(xù)存在而導(dǎo)致運動功能低下[37]。粗大運動功能測試(Gross Motor Functional Measure,GMFM)作為評定兒童運動功能的重要指標(biāo)具有很高的可信度，與痙攣型腦癱兒童運動功能呈顯著正相關(guān)[18]。下肢康復(fù)機器人對各年齡組痙攣型腦癱兒童GMFM 累積數(shù)值有明顯提高效果，特別是對4～6 歲患兒的改善超過了該年齡段的預(yù)期[38]。Wiart等[39]進行的一項多中心、雙盲、隨機對照試驗中將144 例痙攣型腦癱兒童隨機分為RAGT 組、RAGT 結(jié)合功能性物理治療(functional physical therapy,FPT)組、FPT 組和對照組，在經(jīng)過每次50 min、每周2 次、持續(xù)8～10 周的訓(xùn)練后，RAGT 組GMFM 評分較訓(xùn)練前顯著提高，RAGT 結(jié)合FPT 組次之，說明RAGT 與痙攣型腦癱兒童運動功能的改善呈顯著相關(guān)[40]。Carvalho 等[41]的Meta 分析認為，RAGT 對痙攣型腦癱兒童短期運動功能有非常積極的影響。

下肢康復(fù)機器人對痙攣型腦癱兒童運動功能的長期療效和時間尚不明確。一項雙中心、單盲、交叉對照試驗認為，在統(tǒng)一了干預(yù)頻率和干預(yù)持續(xù)時間的情況下，RAGT 對于提高痙攣型腦癱兒童運動功能有明顯幫助[8]。但尚未發(fā)現(xiàn)關(guān)于干預(yù)模式的標(biāo)準(zhǔn)化大樣本研究。鑒于納入標(biāo)準(zhǔn)、樣本量和干預(yù)強度的不同，RAGT長期療效可能維持3～6個月。

2.2.2平衡

痙攣型腦癱兒童無法精細化控制肌肉的活動強度，不能正確感知肢體在空間中的位置和運動狀態(tài)并進行雙下肢的協(xié)同運動，需要身體其他部位代償以完成步行，而代償則導(dǎo)致非對稱性姿勢的發(fā)生，身體重心發(fā)生偏移[25]。Berg平衡量表是評定平衡功能的常用方法，信度良好。有研究發(fā)現(xiàn)[21]，12 周的RAGT即可明顯提高兒童Berg 平衡量表評分，但未分析其長期療效。也有使用平衡評定設(shè)備如Biodex 系統(tǒng)對兒童身體質(zhì)心中心(center of mass,COM)位置變化進行動態(tài)平衡的定量化評定，認為下肢康復(fù)機器人是改善痙攣型腦癱兒童動態(tài)平衡功能的重要工具[42]。Wallard 等[43]則通過比較訓(xùn)練前后身體COM 與壓力中心(center of pressure,COP)的動力軌跡發(fā)現(xiàn)，治療組COMCOP矢狀軸投影距離在訓(xùn)練后明顯增加，說明兒童在RAGT后能夠更好地在動態(tài)平衡控制下以推進步態(tài)重組步行。

綜上所述，下肢康復(fù)機器人通過機械腿的干預(yù)糾正痙攣型腦癱兒童的異常姿勢，調(diào)整身體重心，提高平衡能力。但缺乏長期隨訪證據(jù)，尚不能證明其長期療效。

2.2.3能量消耗

痙攣型腦癱兒童由于不同程度的運動障礙導(dǎo)致軀干僵硬而出現(xiàn)“塊”狀運動模式(bloc pattern)，需要消耗更多的能量來完成步行[44]。痙攣型腦癱兒童比正常兒童更易疲勞，中重度痙攣型腦癱兒童可能無法獨立完成步行，需要乘坐輪椅完成移動[45]。

下肢康復(fù)機器人對痙攣型腦癱兒童步行時能量消耗的研究較少，且療效不一。Aras 等[35]發(fā)現(xiàn)痙攣型腦癱兒童在20 次RAGT 后，步行耗氧量明顯減少，生理消耗指數(shù)(physiological cost index,PCI)明顯降低，療效在3 個月后仍保持。但另一項臨床隨機對照試驗卻顯示[46]，經(jīng)過4 周共12 次RAGT 后，痙攣型腦癱兒童的PCI未有顯著改善。

出現(xiàn)這種差異的原因可能包括：①受試對象納入標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，GMFCS 分級有差異；②受試樣本量?。虎墼u定人員專業(yè)水平差異；④部分受試者的心率受緊張等心理因素影響而加快，導(dǎo)致測試指標(biāo)準(zhǔn)確性降低[47]。

2.3 參與

痙攣型腦癱兒童由于活動能力受限而無法參加正常的家庭、學(xué)校和社會生活，參與能力受到嚴(yán)重影響。加拿大作業(yè)活動量表(Canadian Occupational Performance Measure,COPM)是評定痙攣型腦癱兒童參與能力的一種指標(biāo)，在國外腦癱人群中應(yīng)用廣泛，國內(nèi)應(yīng)用較少[48]。

下肢康復(fù)機器人對于痙攣型腦癱兒童參與能力的研究較少，且缺乏大樣本隨機對照證據(jù)。有研究發(fā)現(xiàn)[49]，33例痙攣型腦癱兒童經(jīng)過16 次RAGT 后，COPM 評分顯著提高，家長報告兒童參與家庭和學(xué)?；顒拥闹饔^意識和客觀能力均有所加強。Kuroda等[50]的研究亦支持此觀點。但一項前瞻性對照隊列研究則認為[40]，經(jīng)過3 周RAGT 后，兒童的COPM 數(shù)值并未明顯改善。

出現(xiàn)這種差異的原因可能包括：①受試對象納入標(biāo)準(zhǔn)有差異；②受試樣本量小，訓(xùn)練時長差異大；③部分受試者理解和表達能力低下，不能有效完成量表評定。

2.4 其他

除了運動方面，下肢康復(fù)機器人對于緩解痙攣型腦癱兒童及家長的焦慮情緒，提高康復(fù)期望值也有一定作用[51]。家長將RAGT 視為一種潛在的革命性技術(shù)，是改善兒童步行移動功能的必要部分[52]。Gilardi 等[53]通過主觀問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)RAGT 可顯著提高兒童和家長對康復(fù)的期望值，提升痙攣型腦癱兒童家庭的幸福感[54]，同時也減輕治療師的疲勞度。

3 小結(jié)

綜上所述，下肢康復(fù)機器人以高強度、重復(fù)性運動為特點，對改善痙攣型腦癱兒童下肢ROM、肌力和步態(tài)時空參數(shù)效果顯著，值得在臨床中推廣。對兒童的短期運動和平衡功能有明顯改善效果，但長期療效以及干預(yù)措施的標(biāo)準(zhǔn)仍需進行深入研究。下肢康復(fù)機器人在降低異常肌張力方面仍存在爭議，對步態(tài)時相變化和動力學(xué)參數(shù)、能量消耗和參與能力方面的研究較少。

今后的下肢康復(fù)機器人研究需要進行大樣本量、設(shè)計良好的多中心臨床研究，并更多開展降低異常肌張力、步態(tài)時相關(guān)系變化和動力學(xué)因素、減少能量消耗和提高參與能力方面的研究，使下肢康復(fù)機器人作為傳統(tǒng)物理治療的補充手段，將兒童作為一個整體，以ICF 框架為基礎(chǔ)進行步行移動功能、活動和參與的全方位量化治療，而非局限于某一方面進行治療。

利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突。