Just Walk

Just Walk – 改善中風患者行走速度和基礎活動的創新神經動作學習裝置

摘要

背景:

中風是造成失能及死亡的危險因子,中風後的失能會造成功能性活動受到巨大的影響。重新獲得移位能力對患者來說是最重要的,然而在復健的過程中,正常步態受到影響是很常見且複雜的,改善步態(像是減少行走速度以及步態不對稱)的治療方法非常多,以行走速度來說,沒有任何方法比重複且高強度的介入方法有效。中風後的步態不對稱能夠藉由遵循運動適應策略來獲得改善。本篇單一受試者個案研究目標為觀察慢性中風後偏癱患者使用Salute Just Walk裝置訓練四周後步態的改善,我們希望觀察到Salute Just Walk裝置能藉由增加步態週期中擺盪期的干擾,藉由干擾給予強烈的本體感覺刺激,進而改善患側基本活動、行走速度、以及步長。

方法:

這是一個慢性中風患者的單一受試者個案研究,受試者接受為期四周的訓練,內容包括每天10-15分鐘穿戴裝置行走持續兩週,以及後兩週每天行走20分鐘,除此之外,受試者每兩週接受一次30分鐘穿著裝置做功能性運動的物理治療。訓練前以及訓練四週後均會使用計時起走測試(TUG)及十公尺行走測試(10MWT)做評估,每次評估依序有三次測試:運動前未穿戴裝置、運動前穿戴裝置、以及運動後穿戴裝置,在第二次以及第三次測試之間受試者會穿著裝置做運動訓練。

結果:

TUG及10MWT在四周後都有明顯進步,步長的不對稱也有改善。

結論:

本篇研究結果顯示Salute Just Walk裝置可以幫助慢性中風後的患者改善行走速度以及日常生活活動。


背景

中風是造成失能和死亡的主要原因之一,在2013年,中風是美國的第五大死因。中風造成的失能會對日常生活功能造成巨大的影響,其中一個對病人影響最大的是移位能力,因此,重新獲得行走能力是復健時最主要的目標,也是評估一個療程是否有效的一項指標。

中風後的行走能力訓練因為要包含改善步速變慢、不對稱的步長、還有單腳支撐期等等正常步態的改變,所以訓練起來非常的複雜,但是改善行走能力非常的重要,因為中風後的患者常常會因為平衡能力較差而造成跌倒的機率增加。

中風後步態訓練的治療策略非常多,不同介入像是下肢肌力訓練、承重或非承重的跑步機訓練、電刺激、還有使用機器人等,全都是為了改善步態和步態不對稱。為了達到改善行走速度和功能性行走的目的,重複且高強度的介入是必須的。近期研究顯示,運動適應策略對於改善步態不對稱有很好的效果。

運動適應策略是一個短程、錯誤導向的動作學習階段,它被定義為從已經適應且學會的動作調整成一個新的運動模式的過程。調整的過程發生在錯誤發生時(有可能是幾分鐘,也可能是幾小時),干擾一開始會增加不對稱性的動作錯誤(例如步長不對稱性),然而透過短時間練習,受試者會產生適應且不對稱性會獲得改善。

2014年Savin等人的研究探討給在跑步機上的受試者在步態週期中的擺盪期給予干擾,干擾造成的適應是否能重現在路面行走時?另一個探討的問題是,中風(九個月以上)造成的半側偏癱患者的步長不對稱以及步速是否也能獲得改善?結果顯示,跑步機上的適應能夠暫時重現在路面行走時,包括步長以及步速,為了產生擺動期的干擾,他們使用一條繩子連接在受試者腿上,另一端連接一組與重物連接的滑輪,在擺盪期間,滑輪抵抗腿的向前運動造成干擾。

Savin等人在2014年的研究中提到他們的干擾設備使用龐大且昂貴的裝置,因此,患者無法每天在訓練時進行這些干擾,這也限制了訓練課程的數量和可以進行步態訓練的環境,所以,一個容易取得的訓練裝置是非常重要的,一個容易取得的裝置可以讓使患者增加訓練次數,也可在不同環境中訓練,最重要的是,他們可以在自己家中練習。

本篇研究中,我們介紹了Salute Just Walk裝置以及它如何創造與上述非常相似的干擾。該裝置可用於步行訓練,以及擁有可調整阻力的功能來強化訓練。它和過去其他的設備相比相對較小且方便攜帶,因此能夠增加訓練的次數。該裝置佩戴在患側,並在步態週期中的initial swing提供助力、terminal swing提供阻力,藉由阻力產生的張力和壓力形成強烈的本體感覺刺激,這個本體感覺刺激在步態復健中是非常重要的。

本篇單一受試者的個案研究主要目的是呈現臨床上半側偏癱的中風患者在使用Salute Just Walk裝置做了四週的訓練後步態的改變,我們希望去觀察這個裝置是否能夠改善患側的步速和步長。


方法

受試者和實驗設計

這是一篇單一受試者的個案研究,受試者為中風九個月且右側偏癱的68歲男性,受試者可以不使用任何助行器獨立行走,右腳因為有垂足所以有穿戴副木,受試者步態受影響最多的地方為步速減少、步態週期中terminal stance時膝關節控制變差、以及步長變短。

實驗劑量

受試者使用Salute Just Walk裝置做四週的訓練,內容包括前兩週每天穿戴裝置做10-15分鐘的行走訓練,後兩週做20分鐘的行走訓練,除此之外,每週會由一位擁有10年以上神經復健經驗的物理治療師做每次30分鐘的物理治療兩次,物理治療的內容包括穿著裝置做功能性運動,像是往不同方向踏步、上下樓梯等。功能性測試在訓練介入前以及四周運動介入後由物理治療師按以下順序進行測試:未穿戴Salute裝置(前測),然後穿著裝置測一次,接著在訓練結束時不穿戴Salute裝置再測一次。

Salute裝置

該裝置由腰帶(1)組成,圍繞患者的腰部放置,裝置(2)固定在皮帶中的主體中,該裝置將產生的磁力轉化為動能,在肌肉上提供連續線性且可調節的張力,設備中的張力繩透過腳和腳踝的可調節腳帶(3)快速連接到患者的腳或鞋上,當走路時,可變阻力會給腿部帶來張力和壓力,額外的帶子(4)可以配戴在腳帶上的其他位置以使用其他功能。所有組件均為Salute專門為“家庭用戶”的患者所設計,該裝置可以穿戴在兩邊下肢上,並在步態週期中的initial swing提供助力、在步態週期中的terminal swing提供阻力。

Salute Just Walk device description

使用該裝置時,患者或患者的護理人員將皮帶放在患者腰部周圍,然後將該裝置固定在裝置主體中的U形標誌上,要改變難度(阻力)時,可以將裝置主體沿順時針方向旋轉。腳帶圍繞腳和腳踝做調整,然後患者從裝置主體中拉出張力繩並將繩子中的D形夾連接到腳帶上,接著患者就能隨身攜帶此裝置行走。

結果測量

主要結果用以下兩種測量方式呈現:

  1. 計時起步測試(TUG)是一種廣泛使用、有良好信效度的功能性測試,主要用於評估中風後的基本移位能力,並提供有助於在家中安全生活能力的訊息。評估時需要受測者站在一個椅子前走三公尺後回轉走回椅子並坐下,整個過程完成的時間會用碼表記錄下來。
  2. 十公尺行走測試(10MWT)是一種廣泛使用、有良好信效度用來評估行走速度的功能性測試,受測者被要求行走十公尺,測試結果將會以速率的形式被記錄下來。本篇研究的受試者在做測驗時會穿著副木,並被要求要走越快越好。

 


結果

安全性

        受試者未報告任何不適或副作用。受試者配戴皮帶、腳踝和腳帶,並將帶有D形夾的張力繩連接到腳上時不需要任何協助。

效果

Table 1Functional scores of the subject in the TUG and 10MWT.

Table 1-Functional scores of the subject in the TUG and 10MWT.

表1顯示TUG在每個階段的前/後測試中、以及在比較第一次和第二次的測驗分數都有進步,此外,在第一次和第二次測試中,穿戴裝置行走都在TUG有進步,且在未穿戴裝置後這個進步仍可維持。10MWT中只有第二次比較有進步,和第一次比較,穿戴裝置時的行走速度有所改善,但是在卸除裝置後,步速與基值相同,造成這種現象的可能原因為練習時間太短(15分鐘),會這樣推測是因為在第二次的前測(經過4週的訓練)之後,10MWT的結果顯示有所進步,而且在卸除裝置後,測驗結果甚至更好。TUG= Timed up-and-go test, 10MWT= 10 meter walk test, pre-test-without= pre-test without the Salute Just Walk device, pre-test-with=with the Salute Just Walk device.

行走速度以及步長不對稱都有所改善,但患側的步態擺盪期以及站立期並沒有改變。

討論與結論

        本篇單一受試者個案研究結果指出Salute裝置可以有效改善慢性中風患者的步速以及每天的基本日常生活功能,甚至還能改善步態的不平衡,像是步長的不對稱等。

我們根據動作適應介入的理論將裝置佩戴在足踝後側,主要是希望在步態擺盪期時能夠給予向前的腳一個阻力,根據2014年Savin等人的研究,我們預期受試者能夠適應新的阻力,並且增加步長還有行走速度,而我們的研究在10MWT測試的結果上也證實了行走速度是有改善的。行走速度是一個對於功能性行走能力顯著、而且信效度高的評估參數,中風患者的平均行走速度為0.53 (±0.22)公尺/秒,在我們的研究中,經過四週穿戴Salute裝置的訓練後,受試者的行走速度為1.49公尺/秒,這比2008年Dickstein等人研究所顯示正常人的行走速度為1.34 (+0.17)公尺/秒還高。患側步長的進步在本篇研究只有用觀察並沒有實際的測量結果,我們希望未來能夠進行大量慢性中風患者的臨床實驗,收取步態資料並建立實驗室,測量步態的對稱性以及其他步態參數。

運動適應介入的理論建立在肢體內的神經系統擁有內在的動作模式模型,神經系統根據內在的動作模式模型計算出欲做出的動作所需的動作單元多寡,這是一個前饋的機制,這個回饋機制建立在肢體與環境互動中的感覺輸入。感覺輸入被認為是在走路時形成運動輸出的一個重要角色,這會影響站立期和擺盪期轉換時的肌肉活動。Salute裝置在練習時增強內在的本體感覺回饋進而造成運動適應。

2006年Lam等人將外骨骼機器人裝置配戴在健康受試者下肢讓他在跑步機上訓練步態,機器人會依照速度給予髖關節和膝關節阻力,結果顯示,步態會依施加的阻力產生適應性的改變,包括反饋和前饋的動作控制策略。回饋機制讓受試者跨步受到阻力時立即有肌肉活動和減少髖、膝關節的活動度,當受試者持續一邊接受阻力一邊走路,運動適應就會產生,儘管阻力沒有發生改變,擺盪期的動作範圍仍會慢慢的回到基值。然而,運動適應以後如果突然無預警的移除阻力,那麼髖、膝關節的活動範圍就會增加,這顯示了前饋的現象,也就是說,神經系統對於預期的動作產生阻力以產生適當的動作,這個結果強化了本次個案研究的發現和穿戴Salute裝置預期的效果。

最後,我們的裝置和其他上述的裝置比較起來,我們的裝置在訓練上專一性較強、且可以增加訓練的次數和調整強度,由於它非常的輕巧且方便攜帶,所以可以在不同的環境中練習不同的任務,這些特質都是眾所皆知的運動學習原則。

總而言之,根據先前研究的結果,我們認為本篇研究的結果令人鼓舞的,我們相信未來的研究可以將Salute裝置定位成一個用來改善慢性中風患者基本活動、行走速度和步長的神經動作學習治療裝置。

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