用于行走的交互式外骨骼机器人

中风是由颅内出血或血栓形成引起的，它切断了脑组织的动脉供应，通常会损害影响身体一侧的中枢神经系统运动通路。 受影响一侧的下行神经驱动减少可能导致偏瘫，这会显着影响中风幸存者的日常生活活动 (ADL)（Singam、Ytterberg、Tham 和 von Koch，2015 年）。 虽然可以使用对侧拾取或操纵物体来补偿上肢运动障碍，但下肢运动功能的丧失将大大限制活动能力和身体平衡。 许多中风幸存者依靠助行器或护理人员的人工支持来站立和行走，否则他们将有很大的跌倒风险并造成严重后果（Tasseel-Ponche、Yelnik 和 Bonan，2015 年）。

最近的研究表明，中风患者可以通过长期适应过程（称为神经可塑性）开发替代神经回路来重新学习行走能力。 高强度、重复性和特定任务步态训练是增强偏瘫中风患者步态恢复的关键 (Kreisei, Hennerici & Bäzner, 2007; Kleim & Jones, 2008)。 机器人辅助下肢外骨骼装置的开发在中风康复方面具有巨大的临床潜力。 许多下肢外骨骼机器人在临床上可供非卧床中风患者在体重支持跑步机训练 (BWSTT) 的被动辅助下练习步行 (Morone, et al., 2017)。

现有的机器人辅助步态训练 (RAGT)，如 Lokomat 和机电步态训练器，可为双侧臀部和膝盖的主要下肢关节提供自动、有节奏和重复的动力辅助 (Poli、Morone、Rosati & Masiero，2013)。 这些 RAGT 与常规疗法相结合的大规模随机对照试验 (RCT) 显示，与单独接受常规疗法相比，更多慢性中风患者的功能性步态独立性和 ADL 得到改善（Pohl 等人，2007 年；Schwartz 等人，2009 年） ；Hidler 等人，2009 年；Mehrholz 等人，2013 年）。 然而，Hesse、Schmidt、Werner 和 Bardeleben (2003) 建议将机器人整合到步态康复中可能只是治疗师在不增加工作量的情况下提高训练强度和安全性的辅助工具。 大多数临床可用的 RAGT 在被动辅助下只能在跑步机上使用（van Peppen, et al., 2004; Morone, et al., 2017），但研究表明，任务变化和积极参与步态训练可以提高新学习的记忆力技能，并可以促进训练效果的泛化（Salbach 等人，2004 年；Kwon、Woo、Lee 和 Kim，2015 年）。 允许主动地面步态训练的便携式 RAGT 更有希望，特别是对于门诊中风患者。

机器人辅助踝足矫形器 (AFO) 和膝关节支架是偏瘫中风患者 RAGT 的便携式外骨骼装置的良好候选者（Duerinck 等人，2012 年；Zhang、Davies 和 Xie，2013 年；Mehrholz 等人，2017 年） . 传统的 AFO 主要设计用于治疗脚下垂步态异常，在脚踝背屈中提供被动支撑，以便在摆动阶段足部间隙和负载响应中的减震。 传统的护膝主要设计用于站立阶段的身体支撑。 在受影响的踝关节和/或膝关节中集成机器人辅助可以提供与患者的自愿残余踝关节和/或膝关节运动同步的主动动力辅助。 长期的主动力量辅助可能会刺激经验驱动的步态恢复或发展补偿性步态模式以促进步态（Kleim & Jones，2008）。

为了将机器人康复研究转化为临床应用，应进行循证临床研究，以测试新设备或干预措施对中风患者的安全性和有效性（Backus, Winchester & Tefertiller, 2010）。 不同的研究小组提出了许多机器人辅助 AFO 和护膝的设计，但大多数只报告了可行性测试的结果，主要针对样本量较小的健康受试者（Dollar & Herr，2008；Shorter 等人，2008 年）。 , 2013 年；Alam、Choudhury 和 Bin Mamat，2014 年）。 之前的大多数研究关注的是在行走过程中佩戴机器人辅助 AFO 和护膝的即时效果，但很少有研究调查佩戴这些设备对中风患者 RAGT 的长期治疗效果 (Lo, 2012)。 特别是 Mehrholz 等人的系统评价。 (2017) 显示只有一项 RCT 评估了使用机器人辅助 AFO 进行脚踝训练但在坐姿时的效果，没有 RCT 评估了使用机器人辅助 AFO 进行地面行走和楼梯行走的步态训练。

在这项研究中，提出并评估了外骨骼踝关节机器人和膝关节机器人作为机器人辅助 AFO 和膝关节支架，用于足部下垂步态异常的中风患者的步态训练。 机器人辅助 AFO 和膝关节支架在中风患者中的临床应用必须克服一些重要的挑战，例如减轻腿部的重量负荷，以及实现便携性和对各种步行环境的适应性。 外骨骼踝关节机器人和膝关节支架旨在：(1) 提供同步的主动踝关节和/或膝关节力量辅助以促进行走，(2) 开发准确可靠的方法来分类用户在地面行走和楼梯行走中的行走意图， (3) 提供足下垂步态异常脑卒中患者RAGT训练方案。 外骨骼踝关节机器人和膝关节支架的可行性试验和随机对照试验可以验证这种新型康复机器人的临床价值，并有可能建立一种新的脑卒中患者步态康复干预措施。