髋关节外骨骼导纳参数对偏瘫步态康复的影响

摘要

步态不对称是大多数偏瘫患者的一个重要临床特征，研究表明偏瘫患者穿戴单侧外骨骼可以有效改善步态对称性．导纳控制是一种经典的柔顺控制方法，而现有研究中关于将导纳控制应用于下肢康复外骨骼，未证明选择合适的导纳刚度对偏瘫患者个体的步态对称性恢复是有帮助的．为满足偏瘫患者步态恢复和人机交互柔顺性的需求，本研究设计开发了单侧髋关节外骨骼及导纳控制系统，并通过动力学建模和控制系统仿真得到导纳参数对外骨骼柔顺程度的影响规律．通过对比真实患者和模拟偏瘫患者的步态特征，本研究验证了在小腿绑缚体重10%重物的人工阻碍的有效性．本研究以8名健康人为实验对象，在实时运动分析与训练交互实验室平台上进行了正常行走实验、穿戴人工阻碍的模拟偏瘫患者行走实验、穿戴人工阻碍和外骨骼助力的10组不同导纳刚度步态恢复实验以及一致性验证实验．实验结果表明：单侧外骨骼导纳控制对步态对称性的改善有显著性效果(p<0.01)，并且髋关节外骨骼导纳控制的刚度参数选择因个体差异而异，证明需要针对个体差异特性进行定制化刚度系数设计．本研究初步证明了通过调整刚度参数可以为存在个体差异的下肢步行功能障碍者提供步态辅助以改善其步态对称性，为后续进行在线导纳参数优化和实现个性化步态辅助研究奠定了基础．

关键词

脑卒中 / 偏瘫 / 步态康复 / 下肢外骨骼 / 导纳控制

基金资助

浙江省重点研发计划资助项目(2024C03040); 浙江省公益项目(LMS25E050007)