下肢机器人康复

介绍/概述(|]

先进的外骨骼机器人技术为物理治疗师和康复提供了机会。机器人技术在康复领域具有广泛的应用前景，对该领域的专业要求较高[1]．预计到2026年，全球外骨骼市场规模将达到33.40亿美元，增长率将达到46.2%^[2]．

下肢康复是机器人技术研究的一个重要组成部分。在当代老龄化社会中，下肢疾病导致步态问题的患者正在迅速增加，但专业康复人员和设备的可用性目前无法满足这些需求^[1]．步态改善是社会和职业重新融合的理想和重要结果^[3]．

目标人群(|]

在康复中使用机器人技术可以使许多患者受益，包括:

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• 老年护理^[11]
• 对象^［12］
• 整形外科^［12］

优势(|]

下肢康复，特别是步态恢复，可能需要物理治疗师大量的时间和体力。这不仅是一种昂贵且随后不切实际的康复方法，而且对治疗师来说，提供这种护理也是极其劳动密集型的。然而,［13］，可以增加运动训练的治疗剂量，同时可能减轻治疗师的负担。随着机器人技术的使用，提供同样的机械治疗需要更少的治疗师的注意力。当病人被绑在机器人装置上时，治疗师只需要提供监督和装置的设置。^［14］这可能有助于从一开始就教会患者正确的行走技术，从而避免不适当的步态模式。

除了增加特定动作的重复(例如，步态周期)之外，机器人可能具有治疗益处的其他一些方式是:

• 实时监控运动参数(即速度、方向、幅度、顺序);
• 运动时提供感觉反馈^[15]；
• 为可控扰动提供安全环境;
• 以最小的消耗提供重量支撑;
• 并提供了更可靠的、标准化的测试和角度测量方面的客观测量的潜力^［13］病人的进展和治疗计划^[16]．

机器人可以帮助患者的另一种方式是通过减少关节阻抗来改善活动范围(ROM)。关节阻抗的组成部分，如被动电阻和自反电阻，可以决定关节限制是如何发生的。然后，机器人可以根据患者的个人需求，使用精确的速度和振幅来应用于患者。这可能有助于提高ROM使用精确的力量施加在特定的时间。在康复治疗中，使用连续被动运动机器来改善关节ROM是很常见的。然而，从理论上讲，使用更先进的机器，ROM的改善可以在确保患者舒适和安全的同时以更快的速度获得^[16]．

机器人技术还可用于改善和确定患者下肢的本体感觉。一旦病人闭上眼睛，机器就可以被设置来移动病人的肢体到一个位置。然后，患者被要求思考肢体的位置，并将其与机器的位置相匹配。这有助于患者将注意力集中在肢体的位置上，并将对侧肢体置于相似的位置。肢体轻微被动运动的检测也可以用机器人技术进行测试。同样，在病人闭上眼睛的情况下，捆扎的肢体会随着机器人缓慢而渐进地移动。一旦病人感觉到肢体开始移动，他/她就会说出来。这将决定病人需要多少运动才能感觉到。这不仅可以作为治疗的标志，还可以作为精确的评估工具。

虽然这些只是机器人治疗下肢康复的部分优势，但机器人行业是一个不断发展的领域，有很多机会改善患者护理。随着时间的推移和研究的深入，机器人技术对下肢康复的影响将不断发展。

有关上肢机器人使用的信息，请访问使用机器人进行上肢康复Physiopedia页面。

其他健康结果(|]

长期使用下肢机器人会导致［13］：

• 下肢力量增强
• 改进的姿势
• 增加骨密度
• 改善排便
• 改善睡眠
• 减少疼痛
• 降低胆固醇
• 减少痉挛状态
• 降低心血管疾病的发病率
• 糖尿病发病率降低

心理因素(|]

当涉及到在治疗中结合技术时，动机和参与对患者的成功和积极结果非常重要。对机器人设备的积极介绍将促进持续使用，而消极的体验可能导致动机降低，并降低使用该设备对治疗结果的影响［13］．物理治疗师在这方面起着很大的作用，通过在患者学习使用设备时提供适当的指导和反馈。

迄今为止，很少有研究调查使用机器人设备进行下肢康复对患者情绪或动机的影响。一些研究发现，患者对将机器人外骨骼纳入康复治疗持积极态度^[17][18]．同样重要的是要考虑治疗师在他们的实践中使用机器人技术的接受和愿望，这取决于熟悉操作设备的学习曲线和支持物理治疗结果的新兴科学证据^[19]．

限制与挑战(|]

由于使用机器人进行下肢康复的潜在好处是显而易见的，但仍有许多挑战需要克服，需要进一步研究。到目前为止，主要的限制是获取和使用机器人系统的高成本，缺乏对患者改善的高临床证据，以及需要标准化的治疗方案和评估措施。其他限制是它们的体积庞大，缺乏移动单元的内部电源持续时间［14］．患有痉挛的患者可能会因机器人的运动而引发痉挛，更长的行走时间会导致一些不利影响，如骨折、擦伤、压疮和跌倒的风险增加。^［13］特别是对于有心脏病的病人来说，被绑在这些机器上也很危险，因为在需要心脏复苏或其他紧急情况下，病人是无法接近的^[20]．

机器人系统有能力对运动学和动力学值进行精确测量，这比人为误差所取得的结果要可靠得多，并且在评估目的方面可能非常有用。话虽如此，仍然需要制定标准化的程序和协议，以便使这些数据有用。目前，机器人系统在评估过程中使用的数据的一些例子是ROM，步行距离，步态速度和其他各种动态测量，但我们还没有一个标准化的评估方法，就像在其他步态相关评估中看到的那样(Barthel指数，动态步态指数等)。此外，机器人的有效性还没有被证明比治疗师提供的典型的人工辅助治疗有很高的优势，这就是为什么它还没有被应用到常规实践中的一个主要原因^［14］．

当前机器人在康复中的应用实例(|]

市面上已经有几种下肢机器人设备，还有许多正在开发中。下面展示了几个用于步态康复的机器人设备的例子，它们可以分为不同的类别［21］：

• 为地面外骨骼设备供电地上外骨骼装置允许患者在没有头顶支撑系统的情况下行走，尽管通常需要患者有一定的上肢力量来使用辅助装置(例如前臂拐杖)与该装置配合使用。
• 体重支撑跑步机(BWST)外骨骼装置或驱动步态矫形器(DGOs)BWST外骨骼包括一个背带，用于支持患者体重的调整百分比，而机器人矫形器在步态过程中控制髋关节，膝关节和/或脚踝的运动模式。康复的初始阶段可能需要两位治疗师的手工协助。
• 末端执行器设备:末端执行器也可以通过使用安全带来提供一些体重支撑，但它们通常是将患者的脚和脚踝绑在模仿步态轨迹的脚板上，而不是矫形器^[22]．

地上的外骨骼(|]

凤凰城(|]

凤凰是一个23磅重的外骨骼，有控制臀部和膝盖运动的马达。它的平均行走速度为1.1英里/小时，电池寿命允许连续行走大约4小时。它是用于诊所和社区[23]．

^[24]

Ekso GT(|]

它被设计用于临床，在物理治疗师的监督和指导下用于脊髓损伤(C7及以下)或中风[25]．

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“重新行走”(|]

Rewalk有2种模式:一个用于诊所的康复模型和一个用于社区活动的个人模型。

主要用于T7 ~ L5型SCI患者，需要上肢力量。它可在美国和欧洲。欧洲模式包括上下楼梯功能。^[28]

雷克斯(|]

Rex专为临床使用而设计，可以帮助体重达100公斤的患者。它通过腹部带和填充物支撑/稳定躯干，因此患者需要较少的核心活动http://www.rexbionics.com/product-information/．^[29]

的Keeogo(|]

Keeogo是另一种外骨骼，可以在平地上行走，也可以帮助上下楼梯。它在加拿大可以购买和租赁，是为那些至少有辅助装置可以独立行走的病人设计的[30]．

混合辅助肢体(HAL)(|]

HAL是一种轻量级的动力辅助设备，它使用一种技术来感知从大脑发送到肌肉的电信号(通过表面肌电图和地面反作用力传感器)，并为患者启动所需的运动。^［21］

HAL在早期步态康复中特别有用，可以建立更强的脑肌连接。如果没有检测到信号(例如截瘫)，那么机器人就会有一个自动的步态模式，它会让人通过。HAL根据用途(全身、下半身、单腿)有不同的版本。^［21］

Indego(|]

Indego是一个26磅重的外骨骼，为下肢肌肉提供功能性电刺激(FES)。它是为诊所和社区活动设计的[32]．

BWSTT外骨骼(|]

Lokomat(|]

Lokomat是最受欢迎的BWSTT外骨骼，它已被用于280多个不同患者群体的步态康复研究［33］．

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末端执行器设备(|]

步态训练器GT 1(|]

步态训练器GT 1提供多达8个肌肉群的FES。病人的脚被绑在模仿地面行走轨迹的脚板上，而不是矫形器。这增加了膝盖和臀部运动的自由度［35］．

G-EO系统(|]

G-EO系统不提供FES，但它确实提供了模拟爬楼梯的额外踏板轨迹［36］．

Lokohelp(|]

Lokohelp类似于G-EO系统，但不提供爬楼梯选项［37］．

机器人的未来(|]

随着康复机器人技术的进步，它有可能彻底改变物理治疗师为患者提供治疗的方式。最终目标是物理治疗师能够使用机器人技术，通过提高他们的评估和治疗的有效性，使他们的实践受益。由于对物理治疗师和长期康复的需求正在上升，目前机器人发展的主要目标之一是将信息技术与康复机器人结合起来，通过互联网提供评估和治疗，这样物理治疗师就可以在病人自己舒适的家中监督治疗，并允许一个物理治疗师同时治疗大量病人［38］．

目前，目前的步态机器人无法产生跑步和跳跃康复所需的能量和力量。在未来，这一领域的发展将有利于运动员从脊髓损伤中康复^［13］．电池也在进一步发展，以最大限度地延长其寿命，尺寸，重量和易于充电^［13］．目前机器人技术的其他重点领域包括开发更轻重量的技术，使设备易于使用，以及将虚拟现实和视频游戏相结合，以最大限度地提高患者的积极性^［13］．

参考文献(|]