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晏缪
7 years ago
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1 Lokomat 用户学习资料 1. 背景知识 Lokomat 最初,Lokomat 系统是在瑞士苏黎世的 Balgrist 大学医院的脊髓损伤中心合作开发的在内科医生治疗师患者和科学家的通力合作下, 这款以患者为中心以实践为导向的设备才得以问世这套系统是在运动学习理论的临床证据基础上研发而来 : 重复性任务导向性训练执行 (Barbeau et al., 1987) 神经元中枢的可塑性潜能 (Dietz et al., 1994) 适当的本体感觉反馈 (Dietz et at., 2002) 周期性负重 (Dietz et al., 1992;1994) Lokomat 系统自 2001 年开始上市, 并在运动疗法的科技艺术领域中取得了至关重要的改进和提高自第一版 Lokomat 系统开始, 新的功能就不断开发, 并取得了持续性的进展这些新功能包括 ( 但不仅限于 ): 动态体重支持系统 ( 或称动态减重系统 ) 评估工具生物反馈情境模拟生物反馈引导力 2005 年秋季, 带有儿童矫形器模块的 LokomatPro 系统上市 2011 年 3 月,Hocoma 公司展示了 LokomatPro 的最新版本, 设计更加新颖简洁, 并将情境模拟生物反馈模块作为一个标配功能未来, 升级选项将会不断扩大增强这款 LokomatPro 最新版本的功能今天,Hocoma 与国际领先的临床医疗机构和科研中心紧密合作, 开发创新了很多治疗解决方案在过去的 20 年中, 大量的科学研究也对 Lokomat 辅助跑台训练的安全性可行性以及功能改善效果等进行了探讨研究 1

2 2. 什么是 Lokomat? Lokomat 的设计目的是什么? Lokomat 是进行步态能力训练的机器人设备它提供了一种强化的功能性运动疗法, 可以根据患者个性化需求设定训练方案, 并结合患者评估和反馈工具 Lokomat 训练的优势包括 : 允许为患者进行大强度的康复治疗, 即使在康复的早期阶段通过个性化的可调节性外骨骼和步态模式, 结合基本的感觉反馈, 确保提供生理性的步态模式根据患者能力, 设置个性化的引导力和体重支持, 为患者提供其所需要的助力支持, 从而提供高于患者现有能力的训练治疗通过情境模拟生物反馈模块, 提高患者的参与性对患者康复进展的客观分析与记录 ( 评估工具和报告 ) Lokomat 治疗可用于哪些患者? 既然 Lokomat 是一种步态训练工具, 所有具有行走障碍的患者都可以进行 Lokomat 训练 ( 只要患者没有禁忌症 ) 影响步态的因素包括 : 中枢神经系统功能障碍, 如 : 痉挛轻瘫共济失调外周神经系统功能障碍, 尤其是当神经出现部分或完全瘫痪时, 致使在行走时起关键作用的肌肉功能丧失, 如伸髋肌群臀中肌足背屈肌群腘绳肌或小腿三头肌生物力学功能障碍 : 关节活动范围受限由于疼痛导致的力学代偿关节置换关节不稳等该类型病症包括脑卒中脊髓损伤多发性硬化症脑外伤帕金森氏症脑瘫外周神经疾病 ( 如, 瘫痪 ) 骨科疾病等如上所述,Lokomat 的主要目的是训练患者的步态能力另外, 即使对于无法提高地面独立行走能力的患者来讲, 通过 Lokomat 训练, 也可以获得其他受益这些潜在受益包括, 但不仅限于 : 行走的机会这可能成为这类患者训练治疗的强大动力降低肌张力改善循环和组织营养, 为所有内脏器官和功能带来积极影响 ( 消化膀胱功能呼吸功能 ) 从站立和行走中获得积极的心理效果预防由于制动导致的并发症增加骨密度 2

3 3. Lokomat 系统有哪些组成部分? Lokomat 已经预定义了一些参数设置, 同时, 又允许用户根据患者的需求和治疗目标的不同, 进行个性化的参数调节因此, 我们首先来定义步态模式, 也就是, 我们想要患者进行的运动某些参数是可以调节的, 比如, 运动的速度, 提供引导力的大小, 或者体重支持 ( 减重 ) 的大小而且, 矫形器内装有传感器, 用来测量患者活动, 可用于控制情景模拟中的虚拟化身进行运动另外, 我们可以运用评估工具, 对患者的某些能力进行客观评价, 比如活动范围力 ( 肌肉力量 ) 或者阻力 ( 僵硬程度痉挛程度 ) 所有训练数据将被保存在一个报表文件中我们也可以用记录器来记录患者训练的一部分, 包含所有变量在内 3

4 步态模式 ( 运动轨迹 ) Lokomat 复制一种生理性的步态模式 Lokomat 系统通过下列因素, 帮助患者建立在训练过程中将要不断重复的运动 : a) 预定义的 :Lokomat 系统总是从一种基于生理性步态模式的预定义运动开始也就是, Lokomat 系统会自动产生一种步态模式不过, 可以根据每位患者情况的不同, 通过软件和硬件设置对这种步态模式进行调节 b) 硬件调节设置 :Lokomat 配件固定到患者身上的方式, 以及 Lokomat 矫形器的设置调节都会影响患者在训练中的运动 c) 软件调节 ROM( 活动范围 ) 和 Offset( 偏移点 ): 髋关节和膝关节的最大运动幅度 ( 活动范围,ROM) 可以通过角度进行调节这个设定的范围 ( 角度 ) 也可以通过偏移点 (Offset) 的功能向屈曲或者伸展的方向移动这两个参数, 活动范围 (ROM) 和偏移点 (Offset) 可以分别进行左侧和右侧的设置, 也可以在训练过程中重新调节在图形用户界面 (GUI) 治疗师的操作屏幕我们为患者设定运动模式我们可以专门针对髋关节和膝关节的活动范围 (ROM) 进行对称性或者非对称性的调节, 比如, 单独调节左侧和右侧对每一个关节, 我们可以调节活动范围 (ROM) 和偏移点 (Offset) ROM: 活动范围关节运动的幅度 ( 角度 ) Offset: 关节角度 (ROM) 向屈曲或伸展方向的变化幅度 4

5 这些参数对患者的步态模式有什么影响? 髋关节活动范围通过调节 ROM, 可以向屈曲和伸展方向增加或减小髋关节的运动幅度 ; 这一参数调节主要影响步长的大小增加髋关节 ROM, 将导致步长加大 ; 而减小髋关节 ROM, 将导致步长缩短记住, 在正常的地面行走时, 步长会随行走速度的改变而改变 : 行走速度越快, 步长 ( 和髋关节 ROM) 往往比慢速行走时要大在 Lokomat 系统中, 这一功能将通过治疗师的手动调节来实现 5

6 髋关节偏移点改变髋关节偏移点 (offset),rom 会向屈曲或者伸展的方向移动这意味着, 髋关节的运动幅度 ( 角度 ) 保持不变的情况下, 髋关节偏移点能够使髋关节向屈曲或者伸展的方向转移当运动朝屈曲方向转移 ( 正值 ) 时, 患者的腿将向前移动 ( 相对于躯干 ), 结果是加大髋关节的屈曲幅度, 减小伸展幅度当运动朝伸展方向转移 ( 负值 ) 时, 患者的腿将向后移动 ( 相对于躯干 ), 结果是加大髋关节的伸展幅度, 减小屈曲幅度这种运动朝屈曲或伸展方向的转移主要影响脚跟着地的时间 ( 初始着地 ) 和脚尖离地的时间 ( 脚尖离地 ): 当运动朝屈曲方向转移后, 患者的髋关节 ROM 与之前相同, 但是其中屈曲的幅度增大, 而伸展的幅度减小当髋关节处于屈曲位置时, 脚跟无法接触地面因此, 患者的腿在空中的时间更长, 着地时间较晚 ( 初始着地延迟 ) 相反, 当运动朝伸展方向转移后, 患者的髋关节运动幅度与之前相同, 但是其中屈曲的幅度减小, 而伸展的幅度增大因此, 腿在空中的时间缩短, 脚跟更早接触地面 ( 初始着地提前 ) 此外, 这还将影响步态支撑末期屈髋肌群的拉伸幅度膝关节活动范围当增加膝关节 ROM 时, 膝关节的运动幅度变大这仅增加膝关节的屈曲幅度, 但伸展幅度几乎保持不变这是因为在硬件调节中, 我们已经定义了膝关节伸展的最大幅度 ; 而且, 如果膝关节伸展范围加大的话, 将会导致患者的膝关节出现过伸现象增加膝关节屈曲幅度会加大摆动期脚和地面之间的距离因此, 这用于防止 ( 或纠正 ) 摆动期患者脚触地的现象增加膝关节屈曲幅度也意味着同样的时间内患者将要运动更大的 ROM, 这将导致运动速度加快, 因此, 也就意味着脚尖离地更快 6

7 膝关节偏移点膝关节偏移点改变, 将会使膝关节 ROM 向屈曲方向转移这意味着, 屈曲幅度更大, 伸展幅度更小其影响结果是膝关节将无法完全伸直, 但是, 膝关节运动幅度不变这一功能可用于纠正膝过伸现象为了防止膝关节过伸, 不可能选择负值,0 = 完全伸展参数速度什么是速度参数? 参数速度的定义是指跑台运行的速度, 因此, 也就是患者行走的速度 Lokomat 系统开始训练时, 默认的行走速度值为 1.5 km/h 速度值可以在 km/h 范围内调整速度参数可用于做什么? 确保为患者提供有挑战性的训练当患者仍然能够保持良好的步态模式, 并且可以完成长时间的训练而不感觉疲劳的情况下, 应该选择最高速度值下列情况下, 选择较高速度值可能会有更好效果 : 当训练目标是为患者提供一种传入步态模式, 从而促进神经可塑性发生变化时, 较快的速度会产生更多的重复次数, 并增加训练的挑战性如果训练目标是增强自动化模式, 以便患者能够无须思考每一特定动作即可完成行走的任务当患者已经完成多次 Lokomat 训练, 并且习惯常规速度时, 选择较高速度可以增加训练的挑战性, 从而取得更好的治疗进展 7

8 如果由于速度太慢, 使得步态模式看起来不象生理性步态, 提高速度有时候可以使步态更加流畅只有练习快速行走的患者, 才能够做到快速行走因此, 如果康复目标是提高地面步行速度的话, 那么, 提高 Lokomat 训练速度也应该是治疗的一部分速度设置到多高合适? 我们建议适当的速度应该能够确保为患者提供挑战性的训练, 同时, 患者又能够完成长时间的训练而不感到疲劳下列情况下, 选择较低速度值可能会有更好效果 : 在进行初次训练治疗时, 这样, 患者能够更容易适应 Lokomat 和矫形器当训练目标是重新学习一个特定动作, 关注于某一特定步态障碍时, 选择较低的速度, 可以让患者有思考动作的时间, 如, 在支撑期阶段有意识的伸膝为了进行特定的肌肉力量训练, 有意识的激活肌肉收缩和肌纤维的募集对于有肌痉挛的患者, 从训练治疗开始的初期直到肌张力恢复正常, 机体适应运动的期间内, 可以使用低速训练较高的速度有可能诱发痉挛反应, 导致矫形器系统由于安全原因出现停止运行的现象调节速度参数时, 应该考虑哪些因素? 当增加速度值时, 请考虑下列因素 : 步长应该与速度相适应 : 较高速度较大步长, 因此髋关节 ROM 也应该相应增加同步化系数值也应该进行相应调节 ( 或者使用自动设置功能 ) 髋关节偏移点 (Offset) 可能需要进行调节 ( 朝伸展方向 ) 冲击力可能会更大, 因此, 关节必须能够承受这种冲击力动作质量可能会受影响, 如, 初始着地时出现脚跟砸地现象同步化系数什么是同步化系数参数? 同步化系数是指根据患者的个人步态模式 ( 根据其小腿长度 ), 调节矫形器的速度与跑台速度相一致因此, 也就是指将患者的步频与跑台速度同步化当一个矮个子的人和高个子的人以相同的速度行走时, 比如一位母亲和她的孩子, 孩子的腿移动得要比母亲的腿更快, 孩子需要通过增加步频才能达到与母亲相同的行走速度也就是, 两个人可以以相同的速度行走, 但是, 如果其中一个人的腿比另一个人长, 腿较短的人则需要较高的步频 ( 节奏 ) 同步化系数参数可用于做什么? 8

9 为了确保患者腿部运动 ( 矫形器速度 ) 与行走速度 ( 跑台速度 ) 相一致影响脚离地情况引导力什么是引导力参数? 引导力 (GF) 决定了行走时患者的动作在多大程度上是由 Lokomat 矫形器引导操纵的引导力是如何工作的? 一旦髋关节和膝关节的活动范围 (ROM) 和偏移点 (Offset) 选定后, 也就确定了患者腿部的运动轨迹然后, 就可以调节运动时提供助力的大小 100% 引导力的情况下, 建立了一个等速运动环境, 从而有可能进行被动运动当引导力降低后, 则需要一个主动性助力运动来维持已经建立的步态模式引导力参数可用于做什么? 挑战患者 : 较低的引导力迫使患者不得不努力工作患者不得不更加主动的进行运动, 因此, 可以提高患者的主动参与性它允许系统为患者提供不同级别的助力支持, 使患者在运动中获得刚好需要的助力支持步态模式的主动变化性 : 另一方面, 降低引导力能够使患者更加自由的运动, 这样, 使患者能够主动偏离预定的步态模式这意味着, 当患者的力量强于 Lokomat 的引导力时, 他将能够改变运动, 偏离预定的模式如果这种偏离超出了预定的安全限制,Lokomat 系统会自动停止运行这样, 就可以建立一种由患者负责成功完成步态模式, 而且有机会犯错误, 并从错误中学习的环境, 从而提高运动学习的效果 9

10 体重支持 (BWS) 什么是 BWS? 体重支持系统提供精确的动态体重支持这使得患者既能保持生理性步态模式, 同时, 仍然保持足够的负重, 以提供适当的神经冲动的传入输入 BWS 是如何工作的? BWS 通过移去患者的一部分体重, 从而减轻患者需要用自己双腿支撑的重量这种体重支持可以是动态的或者静态的另外, 这种支持可以通过患者或者矫形器来提供动态 BWS: 在每一步周期中, 步态都有一个自然的垂直分量当患者受到动态支持时,BWS 系统 (Levi) 会调整适应患者的生理性垂直运动, 从而确保在患者的垂直转换过程中提供精确的减重这样的系统确保提供更加生理性步态以及最佳的感觉刺激为了确保根据所选择的体重支持公斤数来提供精确的减重, 患者需要在动态范围内行走动态 BWS 可用于做什么? 确保生理性步态模式, 同时, 仍然保持足够的负重, 以提供适当的神经冲动的传入输入确保提供精确的体重支持公斤数, 适应行走过程中患者在垂直方向上的移动 10

11 4. 如何为患者进行 Lokomat 训练? 首先, 我们需要进行患者和 Lokomat 的准备工作, 根据患者情况调节 Lokomat, 选择合适的配件, 确保患者和 Lokomat 之间连接良好然后, 我们将患者放到 Lokomat 设备上, 使 Lokomat 的运动轴和患者的运动轴相匹配, 确保患者处于良好姿势我们需要系统性的有步骤的进行患者设置, 这样, 可以确保设置过程省时精确一旦所有设置准备好, 我们将开始患者训练在一次 Lokomat 训练中, 首先, 我们要确保患者的步态是安全的 ( 安全步态 ); 然后, 我们通过调节所有参数, 使患者尽可能达到生理性步态 ( 良好步态 ); 最后, 我们要根据本次 Lokomat 训练目标进行目标导向性步态调节 ( 目标导向性步态 ) 训练结束后, 我们按照与将患者放到 Lokomat 设备上相反的顺序和步骤, 将患者从 Lokomat 设备上解下来 11

(3) (4) ( ) 6 ( ) (1) (2) 7 ( ) 71 ( ) ( ) ( ) 72 ( ) ( ) ( ) 102 (1) (2) (3) (4) ( ) (5) (6) 103 2

GF-2003-0214 ( ( ) ( ) ( ) ( ( ) ) 1 2 3 4 ( ) 5 (1) (2) 1 (3) (4) ( ) 6 ( ) (1) (2) 7 ( ) 71 ( ) ( ) ( ) 72 ( ) ( ) 8 81 9 91 92 10 101 ( ) 102 (1) (2) (3) (4) ( ) (5) (6) 103 2 104 105 106 107 108 11