基于主動康復訓練模式的中風手功能康復產品設計

摘要：研究目的為提升（腦卒中）中風患者在手功能康復訓練中的參與度，增強患者康復訓練中的主動意識。首先，以主動康復訓練理論為基礎，對市面上的手功能康復產品進行對比分析;其次，通過行為聚焦研究法在醫院和康復機構的實地調研，分析患者家屬和康復治療師的需求，對需求進行總結，劃分優先級，在此基礎上綜合分析手的運動姿勢等關鍵特征，確定設計的關鍵要素。從設計學角度出發，將其應用到手功能康復產品設計中，為中風患者設計一款安全有效的手功能康復訓練產品，為手功能康復產品設計提供設計案例，拓展中風手功能康復產品設計思路，達到滿足中風患者手功能訓練需求的目的。經康復訓練實驗驗證，該產品在提高患者主動參與度、康復訓練效率及效果等方面具有顯著優勢。

關鍵詞：中風患者;主動康復訓練;手功能;產品設計

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A 文章編號：1004-9436（2021）19-0-03

0 引言

中風是腦部供血減少或中斷造成的神經性疾病，會導致大腦部分區域功能喪失。中風導致的偏癱大大降低了患者的生活質量和生活自理能力，患者的手功能恢復一直是康復訓練的重中之重和難關。手是人與外界環境溝通交流的重要工具，科學研究表明，人平均每天要進行約1 500次的抓握動作。因此，找到一種高效可行的康復治療方法十分迫切，讓中風后遺癥患者盡快回歸正常的生活，一方面可以減輕患者肢體機能缺失帶來的身心痛苦，另一方面能夠有效減輕社會和患者家庭的負擔。

1 主動康復訓練

1.1 主動康復訓練的必要性

在眾多的康復訓練方法中，主動康復訓練應放在第一位，調動患者的積極性，使其參與到主動康復訓練中是提高患者康復訓練效率和增強肌力的最好方法。臨床結果表明，中風偏癱患者反復的主動運動意念能對損傷的運動神經起到恢復作用，有利于縮短康復時間[1]。主動康復訓練的目的主要是訓練肌肉的運動感知能力，增強肌力。肌力是肌肉收縮力量的簡稱，對關節的功能活動、維持關節功能的穩定性和保護關節有至關重要的作用[2]。

1.2 主動康復訓練與被動康復訓練對比

主動康復訓練中，患者的動作可以不精準，是以主動姿態參加康復訓練，通過大腦發出運動指令，使肌肉產生收縮，進行有效的運動。被動康復訓練患者大多以被動的姿態參與康復訓練，患者借助康復產品或康復治療師被動地運動，這樣可以使動作精準，有良好的矯正姿勢，但是大腦并不參與這一運動過程，僅能起到防止肌肉萎縮、關節粘連的作用。

1.3 主動康復訓練的特點與局限

主動康復訓練主要以患者為中心，康復治療師幫助患者訓練，主要目的是增強患者自發運動的意愿和肢體運動能力。主動康復訓練的局限性在于需要患者具有主動意識。在主動式康復訓練過程中通常需要患者主動意識的參與，但受患者肌肉力量不夠等條件的限制，收效甚微，無法看到患肢的明顯或大幅度運動，導致患者訓練的積極性不高，逐漸喪失主動意愿。

2 手功能的康復

手功能康復治療是一個復雜且需要陪護人員投入大量精力、時間的過程。各國研發出了多款手功能康復產品，旨在為患者的手功能康復訓練提供幫助。康復產品發展越迅速，康復治療師的負擔就越小[3]。

2.1 手部肌肉及關節基本解剖知識

人的手部有28塊肌肉，分為手內肌肌群和手外肌肌群，手內肌均在手部，手外肌大多起自前臂。手內肌和手外肌的相互協調配合是手部精細功能實現的基礎。手內肌與手外肌協調性的喪失是中樞神經受損傷后引起的手運動功能障礙不易康復的原因之一[4]。人手的關節主要有四種運動方式，分別是屈、伸、外展、內收[5]。

2.2 現有手功能康復產品

2.2.1現有手功能康復產品特征

目前，手功能康復產品主要分為三個類別，分別是輔具類、新型技術類、多技術組合類。用于中風患者手部運動功能障礙康復的康復訓練輔助被稱為上肢訓練輔助器具，主要針對手部的康復訓練和功能代償。上肢康復輔具屬于康復訓練類的醫療設備，可以讓患者長時間投入物理訓練中，滿足患者因各種疾病造成的上肢功能障礙后的康復訓練需求[6]。

第一，各種新型技術的手功能康復產品。目前，在手功能康復訓練中，新興技術應用非常廣泛，形式也多種多樣，包括機器人技術、虛擬現實技術等，反饋方式有音樂反饋、視覺反饋等多種反饋刺激方式。

第二，多技術組合類產品。多技術結合康復產品可以更精準地捕捉患者的動作，有效地提高患者康復訓練效率和參與度，但目前多技術結合類康復產品更多處于研究階段，在操作上相對傳統康復類產品更為復雜。相比傳統輔具類康復產品，多技術組合類康復產品擁有更高的患者參與度和康復效率。

2.2.2 現有手功能康復產品的優勢與不足

中風手功能障礙康復產品的優勢主要體現在新技術康復產品方面。這類產品有豐富的康復訓練內容、多種形式的感官反饋，能夠激發患者的主動性，有了康復主動性的患者，主動意識會增強，愿意主動參與康復訓練，可以提高康復效率。而輔具類產品的優勢在于成本低，可以被眾多患者接受。

不足主要體現為中風手功能障礙康復輔具產品在實際應用中模式單一，使用簡單的機械結構，無法精準定位康復訓練過程中的患者反饋，無法滿足患者的個性化需求。同時，大部分有著專業康復技術的中風手功能康復產品多應用于大型康復醫院或者專業康復機構，具有體積大、價格高、操作復雜等特點，無法滿足患者的日常康復需求。而新技術類康復產品的劣勢在于很難被大眾患者接受，價格并不親民，很難廣泛普及。

2.2.3 電刺激技術的選擇與應用

在新技術類產品中，電刺激類產品容易被推廣和使用，因為它具有便攜和低成本的優勢，能給患者帶來良好的康復體驗。電刺激通過脈沖電流刺激肌肉，使肌肉運動提升關節的活動度，增強肌力，如收縮能力、耐力、誘發反射活動等，促進神經興奮及傳導功能恢復。其優勢是能夠刺激患者相應的神經肌肉，使患者受損傷肢體的運動能力得到鍛煉，達到患者可以通過自己的意愿直接控制受損肢體的目的，實現運動功能的恢復。

2.3 康復訓練中手的運動動作

對手功能的13種基本形式進行篩選分析，正常人的手功能包括夾捏、全手抓握、雙手抓握、鉤狀抓握、非抓握，結合相關醫學原理將其簡化明確為手的張開和抓握、拇指與其他手指對指、手的背屈和掌屈、手的橈偏和尺偏。所有的手功能動作都是基于這四種動作進行的復雜動作。在手功能的康復治療中，患者需要做出以上四個關鍵動作來進行康復訓練。

3 中風患者的需求

3.1 用戶需求提取

通過行為觀察、患者訪談、家庭成員訪談、康復治療師訪談得出一些常見或特殊需求，分析需求，由于中風患者個體差異化的原因，為了篩選更重要的需求，使用李克特量表（Likert scale）進行量化，對需求進行等級劃分。選取30名相關人員，包括患者、家屬和康復治療師，讓他們對需求打分。需求分級從高到低依次是康復效率需求、操作簡單需求、自主操作需求、功能多元化需求、檢測病情需求、提醒需求、減少人力需求、便攜需求。對于重要且緊急的需求問題進行設計表達，對于不緊急不重要的需求采取簡化處理，降低產品復雜度。

3.2 需求總結與分析

通過專家訪談以及對中風患者的訪談發現，手功能障礙者的行為表現主要是由中風引起的手部力量、感覺和控制能力不足。患者在手部功能康復訓練過程中，康復效果、時間成本是他們重點關注的因素，康復效果不顯著會帶給患者負面消極情緒，需要讓患者樂在其中、沉浸其中，而不是過分關注康復效果。因此，在設計中應當充分考慮產品使用過程中患者的心理因素，達到良好的康復效果。

在康復訓練過程中，患者希望可以直觀地看到訓練效果，可以了解自己的康復進程、恢復程度。使用產品盡可能簡單，最好可以獨立使用，或者在很少的人力協助下訓練。通過訪談得知，現在的中風患者中，特別是剛剛步入中老年的患者，在患病之前就對科技智能產品有一定的認識，因此他們并不排斥功能性較強的新興科技產品。

4 手功能康復產品的設計與驗證

4.1 用戶需求到產品功能和行為的轉化

將用戶需求進行功能和行為表達，通過行為的具體表達、產品變換和創新，進一步分析設計合適的行為，如下表所示。

經分析后得出的預期行為如下：根據患者的情況可調節刺激強度;針對性地刺激患者手部的不同位置;檢測患者的主動意識，并強化訓練;按鈕少，開關明顯，使用安全，操作簡單;能讓患者或者家屬直觀地感受到訓練效果;能夠接收反饋數據。

4.2 手功能康復產品設計

4.2.1 產品使用框架

對產品設計需求進行完善和調整之后，將主動式康復訓練與電刺激康復產品相融合，進行具體的框架設計，如圖1所示。對患者手部肌肉進行電刺激，強化手部運動功能，可以通過視覺反饋帶給患者良好的訓練體驗，激發患者的主動意識，從而使其積極參與康復訓練。

4.2.2 產品最終設計

產品最終設計如圖2所示。針對中風患者手部運動功能障礙的康復產品——主動觸發式電刺激手部運動功能康復產品的使用流程主要包括三個部分：患者狀態評估、康復訓練、再評估。此流程為循環模式。

產品整體采用以灰白色為主的中性色，以及富有冷靜感覺的藍色輔助色，造型簡潔，具有親和力，形態貼合手腕。產品分為三大部分，手腕處主體部分主要是開關和顯示模塊，材料選擇ABS塑料，輕便，容易上色，強度適中，并且具有成本低的優勢。

為了使患者在使用產品的過程中更加舒適，手腕部分選用彈力布料，可以起到固定產品和調節的作用。手指穿戴部位也參考手腕部分，彈性布料在固定手指的同時，很好地解決了不同使用者手指粗細不同的問題。患者可以輕松佩戴此設備，根據醫師的指導或者相關說明，貼好對應的電極片。

4.3 驗證結果

選取自2021年1月在陜西省康復醫院作業療法科（手功能康復科室）進行康復治療的35名患者，自愿參與本項研究，收集參與者的性別、年齡、病因等基本資料，從病例中提取20名手功能運動康復患者，將上文產品使用方式作為患者康復訓練的實驗方法，對20名患者進行為期14天的康復訓練。

最終的數據結果顯示，對照組和實驗組兩組患者的手部運動功能均有提高，從數據分析得出實驗組的患者康復程度略高于對照組的患者。驗證主動觸發式電刺激手部運動功能康復產品對中風患者手部運動功能康復有一定的促進作用。

5 結語

當前中風患者數量增多和中風低齡化的問題日益凸顯，可通過主動康復訓練與電刺激融合的方式，以主動意愿為導向設計出更符合中風患者需求的產品，結合中風患者主動性的康復產品更能引導中風患者積極地參與到康復訓練中，提高患者康復訓練的效率。最終完成了產品的設計與驗證，為中風康復產品設計開發過程提供了新的思路和可能性。

參考文獻：

[1] 孫厚義，馮勛剛，馬巧玲.運動意念對急性腦卒中患者偏癱康復的作用[J].中風與神經疾病雜志，2001（5）：49-50.

[2] 胡永善.骨與肌肉疾病康復的現狀與任務[J].中國康復醫學雜志，2002，17（6）：326-327.

[3] 李欽彪.基于多感官通道理論的腦卒中手部康復產品設計與評估研究[D].濟南：山東大學，2020.

[4] 賈杰.手功能康復概論[M].北京：電子工業出版社，2018：45-46.

[5] 宋莉，宋學軍.慢性疼痛的研究模型外周和脊髓機制及臨床治療進展[J].中國疼痛醫學雜志，2015，21（1）：2-7.

[6] 李志華，鐘毅芳.虛擬手模型及其抓取技術[J].小型微型計算機系統，2003，24（6）：4.

作者簡介：賈瀚博（1996—），男，河南登封人，碩士在讀，研究方向：產品創新理論。

3679500338273