下肢步态康复机器人的研究综述

下肢步态康复机器人的研究综述

王小勇过克方黄建

王小勇过克方黄建（无锡市康复医院康复科江苏无锡214000）

【摘要】目前国内机构少有涉足于康复机器人的研究，而国外的辅助康复治疗机器人设备已有很多，所运用到的机器人检测技术和控制技术也各有不同。本文主要介绍无锡市康复医院Lokehelp康复机器人的原理、国内外的研究进展及展望。

【关键词】Lokehelp康复机器人原理进展展望

无锡市康复医院Lokehelp康复机器人是第一台拥有专利技术的跑台设计的步态训练器，并且完成了WOODWAY跑台系统，同时也是国内拥有的第一台真正意义上的康复机器人。Lokehelp可以让治疗师在进行跑台治疗的时候不用再做手动支持，就算是被严重损害的残疾病人，把治疗师从繁重的工作中解放出来，它是世界上唯一支持在跑台上进行上坡训练的步态训练器。

1.康复机器人的原理

步态康复机器人是一种通过下肢反复进行运动训练，促使病人恢复正常行走功能的自动化医疗设备。一般由步态机构控制，重心调整机构和重力平衡机构组成，各个机构协调运动，模拟人的行走状态，步态机构带动患者脚步运动，实现步行时脚步的运动特征，包括脚的运动特征，脚的姿势等，避免过去患者在电动踏步机上训练时必须由护理人员协助患者的脚步和脚步运动，在减轻护理人员的劳动强度的同时，可提高患者的连续性，持续性和科学性[1]。

康复机器人可早期对患者进行以负重、迈步和平衡三要素相结合为特征的步行训练[1；2；3]。通过使用悬吊装置给患者提供合适的支持,减轻部分体重,去除其下肢应承受的体重,并重新分配,从而减轻腿部的负担,以保持正确的直立位。这样就可使患者能在康复早期还不具有足够承重和保持平衡能力的情况下,进行直立位步行训练,从而能有效地利用病情稳定后早期这段最有恢复潜能的时期[2，4].

减重治疗后FAC得分显著提高可能的原因是[4，5]:当悬挂系统负担了一部分患者的体重后,利用设置在一个较慢速度的活动平板让患者进行水平的运动,活动平板所提供的不间断的、有节奏的滚动可带动患者步行,并加强了双腿在运动中的协调性;另外,减重装置为患者提供的安全感,可以消除患者因担心步行时摔倒而产生的紧张和恐惧。从心理学的观点看,让患者尽早具有行走的体验也非常重要,可以使他们能够以相对正常的步态行走。随着患者步行功能的改善,患者自己承受的重量和活动平板的速度逐渐增加到自然状态,并过渡到平地上进行练习,最后获得独立步行能力。反复多次训练可提高患者的学习能力。

减重训练后BBS功能和偏瘫下肢运动功能明显改善。可能的原因是:减重状态下为患者提供了一个更近似于生理模式的步态,有利于避免不必要的协同运动和异常代偿性步态[4];以正常生理步行模式进行反复训练,可促进正常步态的恢复,提高步行能力;早期反复的整个步态练习,可使躯干肌得到锻炼[6],有利于直立姿势和行走;同时由于下肢肌肉可获得全面的被动和主动训练,从而减少肌萎缩、维持肌肉容积及增强肌力,有效地锻炼了偏瘫下肢承重及步行能力,使患者由于患肢承重能力、肌力下降所致的失平衡状态得到改善。随着下肢承重能力的发展、步态对称性的改善、肌肉活动的规律化、生理化,患者平衡功能及运动能力得到提高[7]。

减重训练的其他作用：Hesse等[3，7，8]研究发现,减重治疗后脑卒中偏瘫患者步频与步幅均显著增加,且步频/步幅比例维持不变,提示步行能力以生理模式提高。应用减重系统不仅可以帮助躯干和下肢力量不足以支持自身体重的患者进行步态训练,还能减轻心血管的负担,降低氧耗量[2，9,10],因而患者能以较低的心率进行较长时间的训练,使耐力得到提高[7，11，12]。

2.国内外研究动态和发展趋势

2.1国外康复机器人的发展概况

康复机器人技术在欧美国家许多相关机构都开展了有关的研究工作，受到了科研工作者和医疗机构的普遍重视，近年来取得了一些有价值的成果。如美国科学家在2000年研制了名为MIT-MAUS的手臂康复训练机器人样机[13]。斯坦福大学对手臂康复训练机器人开展了研究工作，在2000年推出了THEARMGUIDEDE和MIME型手臂康复训练机器人样机[14]在下肢康复机器人方面，目前开发比较成功的有德国弗朗霍费尔研究所研制的Hapticwalker和绳驱动式康复机器人[15];瑞士Hocoma公司和瑞士联邦工业大学联合研制的Lokomat康复训练机器人[16],除此之外，日本研制了旋转式康复机器人[17]和Gaitmaster康复机器人[18]，德国柏林自由大学开展了腿部康复机器人的研究，并研制了MGT型康复机器人样机[19]。美国的RUTGERS大学开展了脚部康复机器人的研究，并研制了RuTGER踝部康复训练机器人样机[20]。

2.2国内康复机器人的发展概况

我国对康复机器人的研究起步比较晚，辅助型康复机器人的研究成果相对较多，康复训练机器人方面的研究成果则比较少。清华大学在国内率先研制了卧式下肢康复机器人样机，在这项成果中他们采用了虚拟现实技术[21]。

2.3康复机器人的发展趋势

随着机器人技术和康复医学的发展，在欧洲、美国和日本等国家，医疗康复机器人的市场占有率呈逐年上升的趋势，仅预测日本未来机器人市场，2005年医疗、护理、康复机器人的市场份额约为250000美元，而到2010年将上升到105000美元，其增长率在机器人的所有应用领域中占据首位[15]。在美国数以百万计的有神经科疾病病史和受到过意外伤害的患者需要进行康复治疗，仅以中风为例，每年大约有600000中风幸存者，其中的二百万病人在中风后存在长期的运动障碍[14]。自主的运动康复训练已成为基本而有效的疗法，而形形色色的康复训练机器人，如跑步机式康复训练机器人、手臂训练机器人、踝关节训练机器人、下肢训练机器人，以及人工假肢、电动轮椅等，以其经济的价格，简易的操作，适时的病情反馈与康复训练指导得到医学专家和病人的肯定。在我国，康复医学工程虽然得到了普遍的重视，而康复机器人研究仍处于起步阶段，一些简单康复器械远远不能满足市场对智能化、人机工程化的康复机器人的需求。

3.展望

鉴于康复机器人的应用背景,康复机器人需要满足安全性、有效性和舒适性的要求[22]。康复治疗机器人是康复医学和机器人技术的完美结合,不再把机器人当作辅助患者的工具,而是把机器人和计算机当作提高临床康复效率的新型治疗工具。所以康复训练机器人广阔的市场前景将推动这一新型的技术在以后得到更多的重视与推广。

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