Flexbot下肢康复机器人结合虚拟现实训练对帕金森病患者平衡功能和步行能力的影响

林在龙 傅雄伟 余朝伟 李辉 李岩 傅建明 孙亚 李小龙 柏和风

帕金森病（Parkinson's disease,PD）是一种极易导致中老年人步行功能障碍的神经系统变性疾病，症状特点为静止性震颤、动作迟缓、肌强直、姿势障碍等[1]。我国65岁以上人群总体患病率为1 700/10万[2]，且发病率随年龄增长呈上升趋势，给家庭和社会带来沉重负担。2015年国际运动障碍协会发布的帕金森病诊断标准[3]，将帕金森病的临床症状分为运动症状和非运动症状，在运动症状中异常步态表现为步行时上肢摆动减少，拖曳步态、慌张步态、站立及翻身困难。姿势控制能力的下降，使得帕金森病患者运动过程中躯干摇摆增加，姿势动作不协调，加重下肢异常步态，这也成为此类患者高危跌倒因素之一[4]，有研究显示约64%的帕金森病患者存在跌倒风险[5]。因此改善帕金森病患者平衡功能和下肢运动功能，提高其步行能力显得尤为重要。

传统帕金森病康复以药物治疗、运动体操和肌力训练为主[6]，运动训练容易受外界干扰，康复机器人训练则可以有效控制训练时周围环境对患者的影响，模块化训练方案，量化训练强度，辅助患者专注训练。目前，通过机器人训练对帕金森病患者平衡功能和步行能力的相关影响研究较少，故本研究旨在探讨下肢康复机器人结合虚拟现实训练对帕金森病患者平衡功能和步行能力的影响。

1 对象和方法

1.1 研究对象 选取2018年3月至2019年10月嘉兴市第二医院康复医学中心收治的帕金森病患者32例作为研究对象，采用常规康复训练+Flexbot下肢康复机器人结合虚拟现实训练的16例作为实验组，仅采用常规康复训练的16例作为对照组。两组患者一般资料比较差异均无统计学意义（均P＞0.05），见表1。纳入标准：（1）根据2016年中国帕金森病诊断标准[7]临床诊断为 PD；（2）Hoehn-Yahr帕金森病分级为 1～3 级；（3）简易精神状况量表（mini-mental state examination，MMSE）确认无认知功能障碍，视觉、听觉正常；（4）患者均有相同或相近用药史。排除标准：（1）存在影响步态的其他神经系统疾病；（2）患有继发性帕金森病综合征或合并认知功能障碍；（3）伴有严重高血压、血管疾病、心功能不全、骨关节系统疾病影响步行者；（4）用药史存在差异，影响实验准确性。本研究经本院医学伦理委员会批准，所有患者均知情同意。

表1 两组患者一般资料比较

1.2 治疗方法 对照组患者进行常规康复训练：下肢及躯干肌群肌力训练、被动牵伸训练、坐站转移训练、床轮椅转移训练、跨步训练、平衡协调训练、步行训练指导等，每次 50 min，5 次/周，共 8 周。

实验组患者每次进行常规康复训练20 min，在此基础上辅以30 min的Flexbot下肢康复机器人（上海璟和技创机器人有限公司）结合虚拟现实训练（图1）：患者下肢佩戴Flexbot下肢康复机器人步态训练和评估系统。首先，患者仰卧位于机器人上方，固定患者下肢于机器人外骨骼机械腿中，穿戴减重腰带并固定。后将机器人倾斜床从0°升起逐渐过渡到90°，给予患者减重（图2）。机器人下肢外骨骼的左右髋关节和膝关节各内置一个传感器，传感器实时感应患者运动过程中双下肢运动状态，电脑将电信号转换为曲线图显示在屏幕中[8]。患者起立完成后，通过电脑电视显示屏的软件设置运动模式、步频、步速、步长和时间等参数，完成运动方案设置。该机器人模拟正常人步行运动模式，引导患者完成正确步态周期，同时控制患者躯干、骨盆和下肢处于正确模式，将步行训练模式化标准化。实验组患者每次训练时长共 50 min，5 次/周，共 8 周。

图1 虚拟现实步行场景

图2 Flexbot减重下肢康复机器人系统

1.3 评估方法 两组患者治疗前和治疗后均采用：（1）“起立-行走”计时测试（TUGT）：测试前患者坐在带有靠背的椅子上，背部接触靠背。在离座椅3 m远的地面贴一条红线；测试者提示测试开始，患者站起后沿着直线尽快向前走3 m，超过红线后转身，然后原路返回到椅子前，转身坐下，等身体再次接触靠背后测试结束；记录患者站起时背部和椅背分离到坐下背部再次接触靠背所用的时间作为测试的结果[9]。（2）步态分析：应用广州章和电气的Gait watch步态分析系统对患者治疗前后的步长、步频、步速进行评估。该系统包括7个三维运动数据采集传感器和装有步态分析软件的笔记本电脑。将传感器固定在患者的骶骨、双侧股骨近端、双侧胫骨近端和双侧足背处，采集患者步行时骨盆、髋关节、膝关节、踝关节三维运动数据并且传输到软件中进行实时分析[10]。（3）Berg平衡量表（BBS）评分评价患者平衡能力。

1.4 统计学处理 采用SPSS 17.0统计软件。计量资料以表示，组间比较采用两独立样本t检验；组内治疗前后比较采用配对t检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组患者治疗前后TUGT时间比较 两组患者治疗前TUGT时间比较差异无统计学意义（P＞0.05）；治疗后两组TUGT时间较治疗前均明显下降，差异均有统计学意义（均P＜0.05），实验组较对照组TUGT时间更少，差异有统计学意义（P＜0.05），见表2。

表2 两组患者治疗前后TUGT时间比较（s）

2.2 两组患者治疗前后步长、步频、步速比较 两组患者治疗前步长、步频、步速比较差异均无统计学意义（均P＞0.05）；治疗后步长、步频、步速较治疗前均明显上升，差异均有统计学意义（均P＜0.05），实验组较对照组步长、步频、步速均更高，差异均有统计学意义（均P＜0.05），见表3。

表3 两组患者治疗前后各步态数据比较

2.3 两组患者治疗前后BBS评分比较 两组患者治疗前BBS评分比较差异无统计学意义（P＞0.05）；两组治疗后BBS评分较治疗前均明显增高，差异均有统计学意义（均P＜0.05），实验组较对照组BBS评分更高，差异有统计学意义（P＜0.05），见表4。

表4 两组患者治疗前后BBS评分比较（分）

3 讨论

帕金森病是一种神经退行性疾病，多发于60岁以上人群。神经退行性病变将直接导致中枢神经系统对肢体控制能力减弱，使得帕金森病患者姿势控制能力下降，表现为动作迟缓、静止性震颤、动作迟缓、姿势障碍等特点。姿势控制障碍作为一种高度致残症状且随着帕金森病进行性发展，严重影响了患者的平衡能力。通过平衡人体维持正常体位，是各种转移动作和步行的前提条件[11]，帕金森病患者平衡能力下降使得转移、步行过程中人体姿势控制能力下降，跌倒风险增加；另一方面因为畏惧跌倒发生，帕金森病患者活动减少，更加剧了其运动功能障碍[12]。因此，改善帕金森病患者平衡能力，增强其对躯干以及四肢姿势的控制，对提高其步行能力有着重要的作用。本研究证明Flexbot下肢康复机器人结合虚拟现实训练可以显著改善帕金森病患者平衡功能和步行能力。治疗前两组患者的TUGT时间、BBS评分及Gait watch步态分析数据组间比较，差异均无统计学意义；治疗8周后，发现实验组及对照组患者TUGT时间、BBS评分、Gait watch步态分析数据均较治疗前明显改善；但是实验组TUGT时间、BBS评分、Gait watch步态分析数据均明显优于对照组，差异具有统计学意义。由此可见Flexbot下肢康复机器人结合虚拟现实训练可显著改善帕金森病患者平衡功能和步行能力，其治疗效果优于单纯进行常规康复训练。

研究表明，通过器械辅助训练、肢体功能训练、视听觉刺激训练等均可以改善帕金森病患者的运动功能。有学者发现通过视听觉刺激提高患者注意力可以增加患者直线步行时的速度[13]。实验组在Flexbot下肢康复机器人训练的过程中，融入了虚拟现实场景：通过显示屏实时显示虚拟步行场景（山地道路、城市街道），并加入金币得分任务增加游戏体验，同时播放舒缓的音乐使患者身临其境。并且，Hall等[14]研究认为焦虑、抑郁或双任务状态可诱发步行功能障碍，情感、认知障碍也可能在此类患者步行功能障碍过程中发挥重要作用，因此本研究通过加入虚拟现实场景，增加患者在Flexbot下肢康复机器人训练过程中的趣味性，提高患者注意力。注意力提升有助于缓解帕金森病患者的焦虑、抑郁的发生，进而提高患者依从性和主动性[15]，改善患者步行训练时的心理状态，提高步行能力。

Flexbot下肢康复机器人辅助步行训练系统在临床康复治疗中已成熟应用多年，这一系统包括减重、主被动辅助模式、下肢外骨骼固定、下肢关节传感器信息传输、可调节角度的电动起立装置。可调节的减重装置联合主被动训练模式设置，尤其适用于姿势控制障碍步行启动困难的帕金森病患者[16]。帕金森病患者在行走时出现瞬变性短暂停滞或起步困难，表现为短暂起步犹豫、迈步不能，患者感觉脚被粘在地面上，身体惯性前倾，整个过程可持续秒至数分钟，分析原因可能是由于患者下肢肌肉不平衡，髋关节膝关节过度屈曲，踝关节跖屈导致廓清障碍以及平衡功能障碍[17]。Flexbot下肢康复机器人最突出的特点是可以对此类患者实施不同强度、高密度、重复性的步行训练。通过设定正常的步行参数包括步态周期、步速、步长，不断重复个性化步行模式，强化髋膝踝外周感觉输入[18]，同时配合虚拟现实系统增强患者注意力，有助于刺激帕金森病患者“中枢模式发生器（CPG）”，髋膝踝感觉传入后，CPG产生屈伸肌协同交替转换的神经节律冲动[19]，为帕金森病患者提供步行节律性启动，提高上运动神经元损害患者的步行能力。平衡作为人体维持正常体位、完成各种转移动作和步行的前提条件，通过正确运动模式输入、正常的感觉输入（视觉、前庭系统和本体感觉系统）、中枢神经系统的整合分析的综合作用有助于帕金森病患者平衡功能改善[20]。

综上所述，Flexbot下肢康复机器人依据帕金森病患者的个体差异调整训练方案，通过个性化的引导力帮助帕金森病患者以正确的运动模式行走，同时运用虚拟现实场景通过视听觉刺激引导患者集中注意力参与步行训练能够有效改善其平衡功能和步行能力。本研究也存在一定不足，受制于客观因素，样本量相对较少。Flexbot康复机器人作为目前一种热门的康复训练方法正得到越来越多研究者的认可，其对帕金森病康复的作用机制将会得到更进一步研究。