上肢智能反饋訓練系統在腦卒中功能康復中的應用進展

岳盼盼 張為民 閆雪

[摘要]?大部分腦卒中患者存在不同程度的運動功能障礙。隨著科技的不斷發展，上肢智能反饋訓練系統逐步應用于腦卒中患者的康復訓練中，以彌補常規康復訓練的不足。本文對上肢智能反饋訓練系統的發展、工作原理、臨床應用等研究進展進行綜述，以期為臨床研究提供參考。

[關鍵詞]?上肢智能反饋訓練系統；腦卒中；功能障礙

[中圖分類號]?R743.3????[文獻標識碼]?A????[DOI]?10.3969/j.issn.1673-9701.2024.01.022

腦卒中是由急性腦血管疾病引起的持續性腦神經功能缺陷[1]。據統計，我國腦卒中患者人數已超過2800萬，年增幅人數超過250萬；80%～90%的腦卒中患者有不同程度的運動功能障礙，上肢功能障礙發病率達80%，患者預后不佳，嚴重影響其生活質量[2-3]。除傳統康復治療方法外，機器人輔助訓練逐漸應用于腦卒中患者的臨床康復中。上肢智能反饋訓練系統可利用客觀、準確的評價數據，按照科學、有針對性的康復訓練模式，通過多樣化場景的選擇，為腦卒中患者提供更好的康復方案，提高康復效果，在改善腦卒中患者上肢功能方面具有良好的應用前景[4-5]。本文對上肢智能反饋訓練系統的發展、工作原理和臨床應用等研究進展進行綜述，以期為臨床研究提供參考。

1??上肢智能反饋訓練系統的發展歷程

隨著科學技術的不斷發展，跨學科合作已成為一種新的體驗，數據智能不斷融入科學研究與社會生活中。康復機器人給康復醫學帶來重大變革。康復機器人是迄今為止康復醫學領域中科技含量最豐富的產品之一，其集醫學、人體工程學、仿生學、生物力學于一身。目前，康復治療中使用的機器人主要包括上下肢康復機器人、鏡像康復機器人和手功能康復機器人，其具有智能化、訓練針對性強等特點。其中，上肢康復機器人的發展最迅速且科技含量不斷豐富。

20世紀80年代，由美國麻省理工學院研發而成的全球首臺上肢康復機器人MIT-MANUS標志著上肢康復機器人研發的開端[6]。20世紀90年代，研究者發現利用虛擬現實技術進行康復訓練可增強康復效果，由此開始著手開發相應的訓練系統。最早的上肢康復機器人較簡單，只能進行基本的上肢動作訓練。隨著技術的逐步發展，康復領域專家逐漸將智能反饋功能應用于上肢康復訓練中。康復機器人的內容模式也不斷豐富，從單一的力學參數到運動學、神經學等多參數的探索改進，由單關節自由度發展到多關節自由度，從單純被動運動發展到主動助力運動、主動運動、抗阻運動等多運動模式，基于人工智能技術的康復機器人逐步走向智能化、精細化發展道路，更加符合患者個體化的康復需求[7]。上肢智能反饋訓練系統采用計算機虛擬技術，結合康復醫學理論，實時模擬人體上肢運動規律，患者可在計算機虛擬環境中完成單關節或多關節康復訓練。

2??上肢智能反饋訓練系統的工作原理

上肢智能反饋訓練系統是一種計算機虛擬技術，提供一維、二維、三維互動訓練模式。上肢智能反饋訓練系統包括評估系統和治療系統，其通過運動捕捉、智能傳感器等設備采集康復患者的上肢運動數據，對其進行實時、準確的定位和分析，從而獲得患者的上肢運動狀態信息，用于評估受影響上肢的關節活動范圍，包括肩內收/外展、屈曲/伸展、肘屈曲/伸展、前臂旋前/旋后及握力等，為康復師評估患者的康復程度提供基礎，并在訓練過程中自動計算患者的運動范圍，準確評估和治療。此外，該系統的訓練軟件使用虛擬現實技術，通過靈活的人機交互方式，使患者可在虛擬的三維環境中進行康復訓練，提高康復訓練的趣味性和互動性，提供有吸引力和激勵性的訓練游戲，允許患者選擇合適的訓練強度和特定的聯合訓練方法。在訓練過程中，該系統可提供積極的視覺和聽覺反饋，精確記錄患者的訓練進度和效果，并生成相應的報表和數據分析結果，為康復師提供更全面的數據支持，以便更準確地評估患者的康復進展。

3??上肢智能反饋訓練系統的臨床應用現狀

上肢智能反饋訓練系統的出現不僅豐富康復訓練的形式和內容，改變康復師的工作模式，而且可提高康復治療的效果和患者體驗，這對康復醫學領域的發展具有重大意義[8-9]。上肢智能反饋訓練系統具備智能化運動控制、優化參數設計、運動數據監測功能，可對患者的運動能力進行評估，為康復訓練策略的制定提供一定的依據。同時，上肢智能反饋訓練系統可通過模擬日常生活中的常規活動，為患者提供多種激勵性的訓練方式。上肢智能反饋訓練系統在康復領域應用廣泛，可用于腦卒中、頸椎病、手臂骨折、肩袖損傷等原因造成的上肢功能障礙的康復訓練[5]。

3.1??改善上肢運動功能

腦卒中后上肢運動障礙主要表現為肌力降低、痙攣和運動不協調等；對腦卒中后肌力2級以上患者，上肢智能反饋訓練系統可提供高強度、可重復、特定任務訓練以提高患者的上肢運動功能[10]。

姜榮榮等[11]研究認為，上肢康復機器人輔助虛擬現實技術訓練可有效改善偏癱患者的上肢運動功能、運動質量，提高日常生活活動能力。研究發現，上肢智能反饋訓練系統可緩解患者的上肢肌肉痙攣，有效改善上肢屈肌痙攣患者的上肢運動功能障礙[12-13]。Franceschini等[14]運用InMotion2上肢康復機器人觀察患者肩肘部功能狀態，發現該機器人可有效降低患者的肩部肌張力，促進其上肢運動功能的恢復。Shahar等[15]重點觀察三角肌中束肌肉的收縮募集，發現上肢康復機器人能有效促進運動單位興奮收縮。

除單獨使用上肢智能反饋訓練系統外，臨床將上肢智能反饋訓練系統與其他療法相結合，從而獲得更好的臨床效果。陳瑞全等[16]研究指出，上肢機器人聯合頭針可明顯改善腦卒中患者的上肢運動功能和日常活動能力。吳李秀等[17]將智能運動反饋系統應用于恢復期腦卒中患者，并與低頻重復經顱磁刺激相結合，發現其可安全、有效地促進腦卒中患者上肢運動功能的恢復。兩項研究通過頭針或低頻重復經顱磁刺激手段直接在損傷腦區或腦功能區進行中樞性刺激，同時聯合上肢智能反饋訓練系統對外周肌肉進行訓練，符合“中樞–外周–中樞”的閉環康復理念[18]。

在訓練過程中，上肢智能反饋訓練系統針對患者上肢功能障礙的不同類型和程度，采用多種訓練方法和技巧，改善神經肌肉控制及運動協調性，從而提高患者的上肢運動能力[19]。上肢智能反饋訓練系統的特點在于可還原日常生活中的實際動作，并通過任務型訓練模式促使患者參與到康復治療中，提高患者的興趣，增強康復效果。

3.2??促進上肢本體感覺的恢復

腦卒中患者上肢本體感覺缺失或障礙的情況較普遍。傳統的康復方法不能完全解決這一問題，且對患者本體感覺進行量化評估也無明確標準。上肢智能反饋訓練系統利用機器人的高精度、實時反饋等特點，對患者上肢進行運動軌跡分析，通過計算軌跡誤差等實現對上肢本體感覺的系統評估。在機器人的幫助下，實現對患者上肢本體感覺的評估，并通過機器人的反饋糾正和改善肢體狀態[20-21]。范虹等[22]將上肢康復機器人輔助訓練應用于腦卒中急性期患者，發現其在改善患者負重覺與位置覺方面優于常規治療，且可促進患者上肢本體感覺的恢復。Yeh等[23]研究發現，上肢康復機器人輔助訓練對腦卒中患者的本體感覺恢復具有顯著促進作用，實驗中遮擋腦卒中患者的視力，結果顯示經機器人訓練后腦卒中組患者的體感誘發電位P27-N30峰值幅度顯著降低。金媛媛等[24]將上肢智能反饋訓練系統應用于腦卒中患者認知功能及肩關節本體感覺的恢復，結果顯示上肢機器人訓練可充分調動患者的訓練積極性，患者主動投入日常訓練。因此，上肢智能反饋訓練系統具有較高的精準性和可控性，可為患者提供穩定、準確的本體感覺輸入，通過視覺、聽覺、運動覺等多感覺的綜合刺激，對本體感覺進行多次重復性、糾錯性訓練，從而提高患者對本體感覺的感知輸出能力。

3.3??改善其他功能障礙

上肢智能反饋訓練系統可通過精準康復訓練幫助患者恢復上肢肌肉協調性和運動控制能力，減輕肩關節半脫位、肩痛等癥狀[25-27]。對認知和單側忽略等障礙，上肢智能反饋訓練系統則可通過增強患側上肢間的神經連接促進患者大腦功能的恢復，提高患者的認知和感知能力[28-31]。

4??小結與展望

上肢智能反饋訓練系統是患者與康復師較理想的訓練平臺，其訓練效率高，可提供實時直觀的反饋信息并精準評估患者訓練后的康復程度，還可提高患者的訓練樂趣、注意力和主動性。盡管缺乏高質量的循證醫學證據，但許多臨床實踐經驗和小規模研究結果表明，上肢康復機器人可在腦卒中患者的上肢康復中發揮積極作用；多項有關腦卒中的康復治療指南均指出上肢康復機器人仍是高證據級別推薦使用[32-33]。

上肢智能反饋訓練系統仍存在一些不足：①上肢康復機器人在臨床治療中常輔助常規康復治療，臨床研究缺少安慰劑對照研究。需進一步研究以評估上肢康復機器人的療效，并與其他康復方法進行比較，以更好地評估康復機器人的真實臨床效果。②治療過程中缺乏有效的長期關注。一些患者可能會在康復過程中失去對智能反饋訓練系統的興趣或動力，導致訓練效果下降。智能反饋訓練系統應提供長期的監督和激勵機制，以便患者能持續參與康復訓練。③長期療效并不明確。盡管智能反饋訓練系統可在短期內改善患者癥狀，但其長期療效的研究仍較為有限，需更多的長期隨訪研究以評估該系統對患者功能恢復和生活質量的實際影響。此外，針對不同程度和不同時期腦卒中患者的療效及最佳訓練計量也需進一步深入研究。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突。

[參考文獻]

• 姜榮榮，?葉正茂，?陳艷，?等.?上肢康復機器人對偏癱上肢運動功能和日常活動能力的影響[J].?中國康復， 2020，?35（10）：?517–521.
• KEELING?A?B，?PIITZ?M，?SEMRAU?J?A，?et?al.?Robot?enhanced stroke?therapy?optimizes?rehabilitation?（RESTORE）：?A?pilot?study[J].?J?Neuroeng?Rehabil，?2021，?18（1）：?10.

（收稿日期：2023–06–20）

（修回日期：2023–12–07）