康復機器手在腦卒中后手功能康復中的研究進展

腦卒中是導致全球成年人殘疾的主要原因，據統計，我國現有腦卒中病人7000萬例，且每年新增200萬例以上，而超過1/2的腦卒中病人會導致不同程度的上肢功能障礙

。據統計，在腦卒中發生3個月后，38%的腦卒中患者有嚴重的手功能障礙

。發病4年后大約67%的腦卒中患者無法使用患側手進行日常生活活動

。而如果腦卒中患者手功能完全喪失，那么整體功能將減少27%

，嚴重影響患者日常生活活動能力，導致患者生活質量下降。

針對腦卒中患者手功能障礙的康復手段有許多，主要包括作業治療、運動功能訓練功能性電刺激、經顱直流電刺激、強制性運動療法、生物反饋技術、鏡像療法、音樂療法等

。但由于手功能的神經生理機制復雜及特殊性，腦卒中后手功能恢復極其緩慢

。有研究認為手功能恢復的最有效方法是腦卒中后盡早進行積極的，大量重復進行的康復訓練

。目前臨床上多采用常規康復訓練，因其訓練動作需要在康復醫師指導下完成，且訓練過程枯燥乏味，導致病人不能長期堅持訓練，影響訓練效果

。隨著患者康復期望值不斷地提高，康復工作者需要不斷地去探索新的治療方法與模式。

《建筑及居住區數字化技術應用 智能門鎖安全》（導則）是由全國智能建筑及居住區數字化標準化技術委員會（SAC/TC 426）組織制定的智能門鎖安全標準，智能門鎖行業產業鏈50余家企事業單位共同參與編制。

康復機器人技術在各類疾病的治療中得到了廣泛發展，如用于腦卒中

，脊髓損傷

，腦癱

，多發性硬化

，截肢

等，都取得了良好的療效。針對手部功能障礙研發的康復機器手也開始逐漸應用于臨床，可以為腦卒中患者患側手提供重復性、定時定量，漸進性的康復治療。應用康復機器手能夠簡化康復治療師與患者一對一式手把手的康復治療，使腦卒中患者盡量能夠人人得到規范的康復治療， 從而降低腦卒中患者的殘疾率。本文就腦卒中后手功能的現狀，康復機器手的分類，作用機制以及臨床應用進行綜述。

1 康復機器手的分類

第一個手部康復裝置是由Bouzit及其同事共同研發的Rutgers Hand Master Ⅱ，它由放在手中的氣動活塞提供動力，在虛擬現實環境中模擬與物體的接觸力，屬于端點控制機器人

。隨后手部康復機器人不斷得到改進并蓬勃發展。

1.3.1 基于表面肌電信號的康復機器手 基于表面肌電信號的康復機器手可根據患者的手部肌電信號觸發手部運動，提高患者訓練的積極性和效率

。寧波大學研制的一款基于表面肌電信號的康復機器手由1個氣動手套、1個氣泵、1個配備ARM芯片的Stm32f103微處理器、2個繼電器、1個Myoware表面肌電傳感器、2個三通電磁閥和1臺主機組成。氣動康復手套能很好地包裹患者的手指、手掌和手背。氣泵為氣動手套提供動力。表面肌電傳感器用于收集患者的表面肌電信號。配備ARM芯片的Stm32f103微處理器用于處理表面肌電傳感器采集的原始表面肌電信號。它還用作空氣泵的驅動器，并將處理后的表面肌電信號傳輸至主機。主機采用QT軟件(用于開發應用程序和設備的跨平臺軟件開發框架，由QT集團開發)分析肌電信號。通過對采集到的表面肌電信號進行分析，判斷手的運動趨勢。根據手的運動趨勢，向氣泵驅動器發送相關指令。傳感器可采集多種肌電信號特征值，例如峰值(peak value，PV)、平均波長(wavelength average，WAV)、均方根(root mean square value，RMS)等。主機將針對不同患者的肌電信號特征值進行分析，并向氣泵發送相關運動指令。由于患者間存在個體差異，患者首次訓練時應先在醫師指導下采集表面肌電信號，建立患者的個體數據庫并儲存于主機中，以便后續訓練?；诒砻婕‰娦盘柕目祻蜋C器手目前大部分應用于科研階段，而并未大規模用于臨床。其用于臨床，優點在于能測出不同患者的表面肌電特征值，以給予更準確、有效的運動反饋，并且可根據每位患者的特征值制定個體化的訓練方案。但也存在一定的缺點：比如不同人群手部大小不一致，肌電信號采集系統可能對不同人群敏感性不同。未來應招募更多受試者，分析不同人群手部大小等特征以研制出能更準確采集表面肌電信號的康復機器手。同時，未來也應該研究若患者在訓練過程中出現痙攣，是否會對表面肌電系統的準確性產生影響。

1.2 根據控制部位的不同 主要分為指端控制式機器手，關節控制式機器手，接觸物體控制式機器手，外骨骼式機器手

。指端控制式機器手是指將動力施加在手指的遠端來帶動手指活動的機器手。優點是控制簡單，可以控制每個手指；關節控制式機器手是將力矩按比例施加給每個手指關節來帶動手指活動的機器手。優點是可以控制每個手指及其關節；接觸物體控制式機器手是控制手抓握物體的增大和縮小的機器手。優點是控制簡單，但是缺點為手部運動的范圍較小；外骨骼式機器手是指套在手指外邊，可以直接控制每個手指關節的機器手，優點是控制簡單，但是缺點為手部運動的范圍較小。

如何正確運用組內相關系數進行一致性檢驗——藥物研究中的統計學（一）………………………… 《藥學與臨床研究》編輯部（1·7）

1.1 根據結構不同 主要分為剛性外骨骼式機器手和柔性穿戴式機器手

。剛性外骨骼式機器手是指通過剛性結構(如曲柄滑塊，連桿，齒輪等)將動力傳遞到患者手部來帶動手指運動的機器手。優點是控制準確，有機器保護限位；但剛性外骨骼式康復機器手有一定的缺點，比如重量較大，肌力較低的患者可能容易疲勞；柔性穿戴式機器手是指通過彈性結構(如氣動肌肉，彈簧，鮑登線等)將動力傳遞到患者手部來帶動手指運動的機器手。優點是重量輕，貼合人手。缺點是彈簧、鮑登線等結構容易損壞，設備維護成本升高。

2.2 中樞機制 ①增加感覺輸入。通過康復機器手在一定時間內高強度，重復性訓練不僅可以提高患者手部的運動功能，還可以增加患者的感覺信息的輸入。而且有研究表明在康復機器人的輔助下的運動訓練中感覺和運動信息同步性比傳統康復同步性更好

，這對于患者形成正確感覺-運動回路，以及神經功能的重塑更有幫助，更有利于患者恢復。②促進中樞神經系統重塑。中樞神經系統的重塑在腦卒中后功能障礙的恢復中起著重要的作用

?；颊呤褂每祻蜋C器手進行訓練的同時會伴有觸覺以及本體感覺的反饋，此種反饋可促進中樞神經系統的重塑

。有學者對正在使用康復機器手訓練的患者進行腦電圖及功能性磁共振成像(functional magnetic resonance imaging，fMRI)進行監測，此項研究發現在患者使用康復機器手進行訓練時活躍的腦區不止M1區，中央旁小葉、頂葉、額葉等多個腦區也會被同時激活。并且隨著訓練次數的增加，腦電及fMRI的活動會越來越明顯，患者手功能評分也會隨之提高，揭示了康復機器手促進手功能恢復機制可能涉及中樞神經系統復雜的活動

。

2 作用機制

3.1 急性期與亞急性期 腦卒中急性期是指發病后2周以內

，指發病后6個月內

。有研究表明，腦卒中后中樞神經系統重塑的基本過程是皮質功能重組。此過程為受損大腦功能遷移至未受損腦區的過程。并且人類皮質重組的時間大約為2周左右，而手部功能尤為精細，在此期(應在發病24h后，病情穩定時)進行訓練可最大限度地促進皮質重組

。并且在腦卒中發病后6個月內進行康復訓練都將有利于受損的神經再生和重塑。其中的過程包括受損的神經組織周圍腦源性神經營養因子增多、樹突和軸突的再生等

。Parker等

對44名腦卒中患者在急性期(平均發病后6.8d)即介入康復機器手治療，他們將患者分為實驗組和對照組。實驗組的治療將運動分析與振動反饋相結合，即患者能達到目標運動幅度或角度，康復機器手將給予患者振動反饋；對照組僅給予運動訓練。結果顯示，進行30d的康復治療后，兩組患者的運動功能都得到提升，但實驗組患者單位時間內進行正確運動的次數要顯著多于對照組，且錯誤運動的次數顯著少于對照組。這項實驗肯定了在腦卒中急性期使用康復機器手的療效，并且如果存在一定的運動反饋，將會顯著提升療效。付楨等

對康復機器手(Gloreha2)輔助下任務導向訓練對腦卒中后手功能的效果進行研究，他選取了35例病程為1～6個月亞急性期腦卒中患者(BrunnstromⅡ～Ⅳ期)，試驗組采用康復機器手輔助患手進行實物抓握、訓練，對照組在治療師的輔助下進行實物抓握訓練，結果發現康復機器手輔助下任務導向訓練可以改善腦卒中亞急性期患者的手功能，且比治療師輔助下的手部訓練效果更好。此項實驗說明使用康復機器手能將日常生活活動與訓練相結合，彌補了由于手抓握功能差而導致許多日常生活活動無法完成的不足。而腦卒中后手功能障礙的患者訓練的重點正應該是日常生活活動及生產作業活動等，因此使用康復機器手可使患者更高效地強化此類功能?？傊谀X卒中發生后6個月內受損腦組織有著極強的再生潛力，上述許多臨床實驗也表明應用康復機器手進行康復訓練效果要明顯好于單純應用傳統康復手段。因此在病情穩定后就應盡快介入康復機器手治療，以最大限度地恢復手功能。

目前康復機器手促進腦卒中后手功能恢復的最佳介入時期仍然不明確，但是國內外大量的研究表明康復機器手作用于腦卒中患者的急性期，亞急性期，慢性期都能促進其恢復。

1.3.2 基于fMRI的軟式康復機器手 功能磁共振成像技術可以動態檢測不同情況下大腦的活動狀態

。由于常規康復機器手含金屬材質，這會干擾fMRI的磁場環境，并且存在安全隱患，所以無法與fMRI兼容

。Hong等

將硬質金屬材料進行優化，研制出了一款可與fMRI兼容的軟式康復機器手。此款康復機器手使用聚氨酯和橡膠等軟質材料替換鐵磁性零部件，可與fMRI成功兼容。軟式康復機器手相較于常規康復機器手的優點不只是能與fMRI兼容，還可更精細化控制手部關節活動的角度，以更詳細的結合fMRI來對患者進行分析?；颊咴趂MRI掃描期間將進行3中模式的運動：①被動運動模式?；颊呤衷诳祻蜋C器手的作用下持續被動活動，在該模式下可研究大腦對被動運動的反應。②助力模式。首先令患者在1～3s的時間內嘗試按指令主動運動，隨后康復機器手完成后續運動。給予患者主動運動的時間可根據指令難度和患者手功能的情況進行調整。③雙側運動模式?；颊咴诖四Ｊ较峦瑫r進行雙側手的主動運動。結合fMRI，在此模式下可研究患者進行雙側手訓練時的大腦狀態，并可與僅患側手活動時的大腦狀態進行對比，以探索雙手訓練策略的有效性

。此款康復機器手也有一定的缺點：由于基于fMRI的康復機器手所使用的全部為彈性材料，無任何金屬材料，因此手部屈肌張力增加的患者(改良Ashworth評定大于1+級)可能無法完全被動伸展手指。未來研究者將會對此進行深入的研究及優化。

3 不同時期的臨床應用

2.1 外周機制 ①增強肌力、關節協調性?？祻蜋C器手可以單獨訓練某個指關節或同時訓練多個指關節，增加患手手指的協調性，提高其肌力和耐力。而且通過康復機器手的正確訓練，能夠降低康復治療師在實際操作中錯誤訓練所引起的傷害。②訓練與生活技能相結合。康復機器手可以強化患者在訓練中的正確行為，比如抓握能力等，將在訓練中所學的能力更好地運用到實際生活中，減少將康復訓練中的抓握能力轉化為日常生活技能的過程，縮短了訓練的進程，從而更有利于患者恢復

。

康復機器手促進腦卒中后手功能的恢復機制尚不完全清楚，可能的機制包括外周機制及中樞機制。

3.2 慢性期 最近的研究表明在慢性期使用強制性運動療法與雙臂訓練法等技術能有效改善患者上肢功能。但此兩種療法需要患者上肢具備一定的運動功能，不適用于肌力極低的患者

。為了能更好地幫助腦卒中患者在慢性期進行有效康復，許多學者探索了康復機器手在慢性期的治療效果。Calabro等

對腦卒中慢性期患者使用康復機器手進行訓練的療效進行了研究。他們選取了50例腦卒中慢性期(病程6個月以上)手運動功能障礙患者，對照組為傳統手部康復訓練，試驗組為機器輔助手訓練，經過40次的訓練后，結果發現實驗組FMA、九孔柱測試均高于對照組，表明在腦卒中慢性期機器手輔助訓練比傳統康復訓練更有效果。在進行訓練時，他們使用腦電圖等對患者中樞神經系統進行監測；結果發現試驗組患者在訓練時額葉、頂葉激活程度要遠高于對照組患者，并且額葉頂葉之間連接性也會增強。因此盡管腦卒中患者在慢性期康復過程會減慢，但此時使用康復機器手進行訓練能更強烈的激活中樞神經系統，從而加速患者康復進程。Grace等

對某社區12名腦卒中慢性期患者(病程均大于6個月)進行60min/次，3次/周，為期6周的康復機器手治療。治療前后對患者進行包括FMA、上肢運功功能測試(Arm Motor Ability Test，AMAT)等評定。結果顯示所有患者的手部運動功能都有所改善。上述患者生活在社區，康復機器手的治療在社區衛生服務中心完成，此實驗說明康復機器手對腦卒中慢性期的患者也具有一定療效，可能與上述機制有關。

1.3 根據監控設備的不同 有研究人員為了能實時監測患者手部運動的情況，給予患者一定程度的反饋，且讓醫務人員更好的量化、分析患者的每一次治療，研制出了能通過表面肌電圖、功能性磁共振成像(functional magnetic resonance imaging，fMRI)監測患者訓練情況的康復機器手。

本研究結果顯示，黃連解毒湯聯合甘精胰島素降低2型糖尿病患者血糖、血脂、抗血栓作用明顯，療效確切，不良反應發生率比較，差異無統計學意義（P＞0.05），安全性可靠。

4 缺點與不足

雖然各國的專家都在積極致力于將康復機器手運用于臨床的研究，但是目前仍然存在很多不足，比如對于介入時間，治療的時間、頻率、強度仍無統一標準，作用機制還不清楚。而且康復機器手的本身也有一些問題需要解決，比如：現在康復機器手體積較大，不便捷攜帶；患者的病情比較復雜，患者的手部障礙程度不一；而且患者手掌大小不一；目前康復機器手僅僅局限于手指的屈曲和伸展，沒有對各個手指外展和內收的實現等。

The history of Sino-US space cooperation can be roughly divided into three phases.

5 小結和展望

康復機器手相較于傳統康復治療能給患者更有效的感覺及運動反饋，從而加速腦卒中患者的神經可塑性，使患者的手功能康復進程加快。并且使用康復機器手進行康復治療效率明顯高于傳統康復方法，即由治療師帶領患者進行屈、伸、抓握等動作訓練。使用康復機器手能使每一位患者都能享有高強度、高重復性、個體化定制、漸進性的康復治療方案。新研制的帶監控設備的康復機器手能實時監測患者中樞神經系統狀態或肌電信號等，使醫務人員能更好地了解患者的病情，及時根據患者的各項參數調整新的康復治療方案。總之，康復機器手對于腦卒中后手功能障礙的療效顯而易見，已經成為改善腦卒中患者手功能障礙的非常有前景的治療措施。

課堂上看言情小說的女生，坦言自己被小說的情節吸引了，欲罷不能。作為語文老師的我，直接和她討論起小說的創作和言情小說的套路，鼓勵她涉獵更有價值的文學名著，還可以自己嘗試寫小說。最后我提醒她：課堂上認真聽課是對老師勞動成果的尊重。談話就此結束，師生雙方輕松愉悅。

雖然，目前國際上對于康復機器手改善腦卒中患者的手功能障礙多為肯定的報道，但是對于手部康復功能機器人的介入時間，治療的時間、頻率、強度等參數沒有統一的規定，在未來的研究中，應該在統一標準、規范治療、客觀評估等方面去深入探討，以尋求最佳的治療效果。并且目前新型的康復機器手監控設備多為表面肌電、fMRI等設備，未來可以研制出其他監控設備的康復機器手，以更好地了解患者的各方面情況，加速患者的康復進程。對于康復機器手的本身的一些問題，未來的研究中，我們應該與康復工程師共同努力改進，使其更好地應用于臨床，更好地為腦卒中患者服務。

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