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国内下肢康复机器人训练与评估系统的应用 杨振辉 王俊 刘四文 唐丹 0 前言 当前，神经系统疾病导致肢体功能障碍的康复治疗主要依赖于治疗师的一对一训练，难以实现高强度、有针对性和重复性的训练要求，而且治疗师的劳动强度大，难以保证训练的持续性和稳定性，治疗效果还受到治疗师水平的影响。最近几年神经康复领域已采用康复机器人设备对各种神经功能障碍的病人进行步态康复训练[1]。康复机器人（rehabilitation robots）作为一种新型机器人，是医疗机器人的一个重要分支，是工业机器人和医用机器人的结合。它贯穿了康复医学、生物力学、机械学、电子学、材料学、计算机科学等众多领域，是一种自动化的康复治疗设备，可以帮助患者进行科学而又有效的康复训练，使患者的运动功能得到更好的恢复[2]。A3下肢康复机器人训练和评估系统是目前国内应用最广泛的一种[3]，也是国人自主研发的高端步行康复机器人训练与评估系统，它可以帮助患者模拟正常人的步行规律，并且可以承担一部分人体的重量，对下肢有运动障碍的患者进行有效的康复训练。 1 系统结构 A3下肢康复机器人训练与评估系统由广州一康医疗设备实业有限公司自主研发推出[3]，这个全自动下肢康复机器人（如图1所示）主要由固定髋部和双下肢的外骨骼式矫正器、减重系统和医用跑台组成。 图1 A3下肢康复机器人训练与评估系统 整个外骨骼式矫正器被连接到一个弹簧支撑的平行四边形结构上，弹簧用来支撑整个矫正器的重量，并具有调节平衡的功能。在康复训练过程中，减重系统通过悬吊病人胸腰部绷带来支撑病人的部分体重，病人的双下肢由三个可以调节的固定带固定到外骨骼式的矫正器上，足部可以佩带一个足部升降带固定病人的双侧踝关节于中立位，当病人在迈步时可被动地引起足背屈。如果病人有足够的踝足部肌力和控制能力，可以不佩带足部升降带或降低升降带的张力，这样减少了病人的踝足部限制，有利于其发挥自主踝足部肌力。A3的髋关节和膝关节活动范围、步态偏离量、双下肢的引导力、减重量和运动速度等参数通过计算机实时控制。此外，外骨骼式矫正器的髋膝关节装有位置和力量感受器，治疗师可以随时通过计算机屏幕观察病人的运动表现。 2 临床应用 目前，A3下肢康复机器人应用于病人的康复治疗，主要包括以下几个方面： 治疗特点： 康复治疗的过程中，改善患者的行走能力，提高其日常生活自理能力，是促进患其回归社会的重要方面，因此下肢步行的康复十分重要。传统的步行治疗主要依赖于治疗师的一对一训练，其治疗对康复治疗师体力消耗太大、训练的持续时间短、强度不够、针对性和重复性较差，治疗效果还受到治疗师水平的影响，下肢康复机器人主要是根据现代康复医学理论和人机合作机器人原理，通过计算机控制下的外骨骼式矫正器带动患者双下肢在医用跑台上进行运动，使大幅度的步态训练成为可能，并大大减轻了治疗师的体力劳动强度，不仅可为患者提供早期康复步行训练，有利于大脑神经功能重组，而且可为患者提供多种训练模式和训练场景，满足康复训练的需要，同时可以帮助治疗师对康复效果进行观察、评价和识别异常为患者功能恢复提供适当的治疗，提高康复治疗效果。研究[4]表明，定时、定量的康复训练有利于患者中枢神经系统功能重塑，促进其恢复肢体运动功能。 2.2适应症： 主要包括颅脑外伤、脑卒中、脊髓损伤、内用假体（如全髋关节置换术后）、下肢退行性关节疾病（如膝关节退行性骨关节炎）、脑瘫、帕金森氏症、脊髓性肌萎缩症、多发性硬化症等 2.3禁忌症： 主要包括不适用于下肢外骨骼式矫正器、体重超过135公斤、下肢关节严重的挛缩、骨不稳（如非稳定性骨折，严重的骨质疏松症，脊柱不稳）、下肢和躯干部位的外在皮肤损伤、严重的心脏疾病（如心衰、不稳定性心绞痛）、不合作或有攻击行为（如短暂的精神病综合症）、严重认知障碍、严重的下肢血管疾病、需要长期输液或医生要求卧床休息的患者、下肢髋关节、膝关节和踝关节固定的患者等 2.4治疗参数的调整 在应用下肢康复机器人步行训练之前，康复治疗师要对病人的运动能力和心肺功能进行全面的评估，以作为治疗参数调整的参考；另一方面，步行能力障碍的病人可能由于长期卧床或使用助行器帮助步行，已经不习惯正常的步行模式，因此，病人开始训练阶段，大部分患者不能顺应其所引导的正常步行模式，而且下肢肌肉收缩时的运动协调性差，这需要给患者一定的学习和适应时间，其长短要根据患者的病情和认知功能而不同。所以一般情况下，我们会建议开始几次的治疗参数设置难度要低于患者的整体运动能力，并根据病人的适应情况再逐渐增加治疗难度。治疗参数的设置主要包括病人系数、髋膝关节活动范围、步态偏移量、双下肢引导力、减重量和运动速度。病人开始使用A3训练时，速度不要调整太快，一般设置在0.8-1km/h，引导力100%，先使其对A3的步行模式有一个适应过程，然后根据