任務導向型上肢康復機器人訓練在腦卒中后上肢功能恢復中的療效研究

摘要 目的：探究任務導向型上肢康復機器人訓練在腦卒中后上肢功能恢復中的療效。方法：選取2021年1月—2023年12月在西安交通大學第一附屬醫院診治腦卒中的92例患者，隨機分為對照組（46例，行常規康復訓練）和研究組（46例，行任務導向型上肢康復機器人訓練），比較兩組患者上肢運動功能，上肢痙攣程度，以及肱二頭肌、肱三頭肌的積分肌電值（iEMG）、協同收縮率。結果：相較于訓練前，訓練4周后兩組患者Fugl-Meyer上肢運動功能評分量表（FMA-UE）評分、Wolf 運動功能測試量表（WMFT）評分、功能獨立性評定（FIM）評分均升高（Plt;0.05），且研究組FMA-UE、WMFT、FIM評分高于對照組（Plt;0.05）。訓練4周后兩組患者改良Ashworth肌張力評定量表（MAS）分級優于訓練前（Plt;0.05），且研究組MAS分級優于對照組（Plt;0.05）。相較于訓練前，訓練4周后兩組患者肱二頭肌、肱三頭肌的iEMG升高，協同收縮率降低（Plt;0.05），且研究組iEMG高于對照組，協同收縮率低于對照組（Plt;0.05）。結論：任務導向型上肢康復機器人訓練應用于腦卒中后，可改善患者的上肢運動功能，緩解上肢肌肉痙攣，提高肱二頭肌、肱三頭肌的iEMG，降低肱二頭肌、肱三頭肌的協同收縮率。

關鍵詞 腦卒中；任務導向性訓練；上肢康復機器人；上肢功能

中圖分類號 R493 R743.3 文獻標識碼 A 文章編號 2096-7721（2025）01-0075-06

Efficacy of task-oriented upper limb rehabilitation robot-assisted training in upper limb functional recovery after stroke

HAN Mei， DUN Wanghuan， LI Binglun

（Department of Rehabilitation Medicine， the First Affiliated Hospital of Xi’an Jiaotong University Xi’an 710061， China）

Abstract Objective： To investigate the efficacy of task-oriented upper limb rehabilitation robot-assisted training in upper limb functional recovery after stroke. Methods： 92 stroke patients in the First Affiliated Hospital of Xi’an Jiaotong University from January 2021 to December 2023 were selected and randomly divided into the control group （conventional rehabilitation training， n=46） and the research group （task-oriented upper limb rehabilitation robot training， n=46）. The upper limb motor function， degree of upper limb spasticity， integrated electromyography （iEMG） of biceps and triceps brachii and their synergistic contraction rate were compared between the two groups. Results： Compared with that before training， the Fugl-Meyer assessment of upper extremity （FMA-UE） scores， Wolf motor function test （WMFT） scores， and function independent measure （FIM） scores were all increased in the two groups after 4 weeks of training （Plt;0.05）， and the above ratings were higher in the study group than those in the control group （Plt;0.05）.The grades of modified ashworth scale （MAS） were better after 4 weeks of training than that before training in both groups （Plt;0.05）， and the MAS grades were better in the study group than those in the control group （Plt;0.05）. Compared with that before training， the iEMG of biceps and triceps brachii increased， and the synergistic contraction rate decreased in both groups after 4 weeks of training （Plt;0.05）， the iEMG was higher and the synergistic contraction rate was lower in the study group than those in the control group （Plt;0.05）. Conclusion： Appication of task-oriented upper limb rehabilitation robot-assisted training in stroke patients can improve their upper limb motor function， alleviate upper limb muscle spasm， increase the iEMG of biceps and triceps， and decrease their synergistic contraction rate.

Key words Stroke; Task-oriented Training; Upper Limb Rehabilitation Robot; Upper Limb Function

隨著全球人口老齡化趨勢的加劇，腦卒中發病率逐年上升，已成為影響人類健康的重大疾病之一[1]。腦卒中后患者常出現上肢運動功能障礙，這不僅嚴重影響了患者的日常生活自理能力，還給患者及其家庭帶來了沉重的經濟和心理負擔。因此，如何有效恢復腦卒中患者的上肢功能，提高患者的生活質量，一直是康復醫學領域的研究熱點[2-3]。近年來，隨著機器人技術的快速發展，其在醫療領域的應用也日益廣泛。特別是在康復醫學領域，機器人輔助康復訓練已成為一種新興的治療手段[4]。任務導向型上肢康復機器人作為一種集機器人技術、康復醫學和計算機技術于一體的先進康復設備，因具有高強度、高重復性、可定制化的訓練特點，以及能夠提供精確數據反饋和針對性任務導向型的訓練方案，受到了廣泛關注[5]。任務導向型上肢康復機器人通過模擬日常生活和工作中的上肢運動任務，引導患者進行主動康復訓練[6]。在訓練過程中，康復機器人能夠根據患者的具體情況和訓練進度，實時調整訓練難度和強度，確保訓練的針對性和有效性[7]。同時，機器人還能夠提供實時的數據反饋，幫助患者和康復師了解訓練效果，及時調整訓練方案。盡管已有研究初步證實了任務導向型上肢康復機器人在腦卒中后上肢功能恢復中的療效，但這一領域的研究仍存在許多不足。因此，本文旨在通過深入探究任務導向型上肢康復機器人訓練在腦卒中后上肢功能恢復中的療效及其機制，為臨床康復治療提供新的思路和方法，同時也為康復機器人的研發和應用提供有益的參考。

1 資料與方法

1.1一般資料 選取2021年1月—2023年12月

在西安交通大學第一附屬醫院診治的92例腦卒中患者。納入標準：①符合《中國急性缺血性腦卒中診治指南2018》[8]中有關腦卒中的診斷標準；②首次發病；③患側上肢Brunnstrom分期在Ⅲ期以上；④生命體征處于平穩狀態；

⑤在醫院簽署知情同意書。排除標準：①合并惡性腫瘤者；②合并炎癥的免疫系統疾病者；③合并嚴重高血壓者；④處于妊娠期或哺乳期的女性。將患者隨機分為對照組（46例，行常規康復訓練）和研究組（46例，行任務導向型上肢康復機器人訓練），兩組患者基線資料比較，差異無統計學意義（Pgt;0.05），具有可比性（見表1）。本研究獲得醫院醫學倫理委員會的審核和批準。

1.2方法 對照組采用常規康復訓練。①被動活動：a.肩關節活動。患者坐位時，家屬一只手放于患者肩胛骨前方，另一只手放于患者肩胛下角，雙手握住肩胛骨做旋轉活動。患者仰臥時，家屬一只手握住患者肘部，另一只手握住腕部，保持肘關節伸直，做肩關節屈曲和外展。一般活動角度在90°左右，避免造成肩關節半脫位。b.肘關節活動。進行肘關節屈曲拮抗運動時，家屬站于患肢前外方，一手握住患者手腕或手掌，一手扶于上臂1/2外上側，在患者用力向上平抬的同時，家屬助力其患肢上抬，并做相反方向的下按。進行腕關節及手部活動時，家屬一手固定住患側上肢的前臂或腕關節，另一只手握住患者手指，分別進行腕關節的屈曲、伸展、尺偏、橈偏等運動。若患者手肌張力高，應進行抗痙攣牽伸，緩解痙攣并維持關節活動范圍。②主動活動：患者肌肉功能恢復后，鼓勵患者進行主動活動練習，從小范圍、不太用力的活動開始。當患者可以主動抬起患肢后，重點糾正異常姿勢，避免出現“上肢挎籃”等姿勢。③日常生活能力訓練：進行坐起訓練能夠提高患者坐位穩定性，為進食、大小便、上肢活動等日常生活活動打下基礎。進行站立訓練時，家屬應注意患者站立的姿勢，保持雙腳平行站立，中間一拳距離，膝關節不彎曲或過度伸直。進行步行訓練時，應鼓勵患者堅持訓練，從原地踏步開始，逐漸練習行走，直至獨立行走。在患者走平路練習平衡后，進行上下臺階練習，以提高患者的步行能力和日常生活自理能力。④軀干核心力量訓練：包括翻身、起坐、坐位平衡、橋式運動等動作練習，以提高患者軀干穩定性，為站立和步行打下良好的基礎。⑤語言訓練：針對右側偏癱、存在語言障礙的患者，家屬應在早期加強非語言溝通，逐漸進行發音、數字、復述、口型誘導等語言練習，提高患者的言語表達能力。

研究組在對照組的基礎上采用任務導向型上肢康復機器人訓練。①個性化評估與訓練計劃：在開始訓練前，專職作業治療師會對患者進行全面評估，包括上肢肌力、關節活動度、運動控制能力和日常生活能力等。治療師會根據評估結果為患者制定個性化的任務導向型訓練計劃，明確訓練目標、內容和難度。②任務導向型訓練內容：訓練內容主要包括肩關節、肘關節和前臂的多個動作訓練，以及基于游戲和虛擬作業的任務導向型訓練。a.單關節訓練（約5 min）：針對患者上肢的特定關節進行基礎訓練，如肩關節的內收、外展，肘關節的屈伸等，以提高關節活動度和基本運動控制能力。b.多關節聯合訓練（約5 min）：通過多關節的協同動作，模擬復雜上肢動作，如肘部0°位時肩關節的圓周軌跡運動，以增強上肢協調性和整體運動功能。c.三維空間訓練（約5 min）：在二維訓練基礎上增加前后活動，使上肢在三維空間內得到全面訓練，以提升空間感知和運動控制能力。d.游戲訓練與虛擬作業訓練（約

5 min）：結合趣味性和實用性，通過打乒乓球、點燈等游戲和拾網球、擦窗、廚房做菜等虛擬作業，訓練患者的反應速度、手眼協調、上肢運動控制及生活自理能力。此部分時間可根據患者興趣和訓練效果靈活調整。③訓練操作與調整：在治療師指導下，患者根據設定的任務導向性任務進行訓練。治療師會根據患者的實時表現和反饋，及時調整訓練力量模式（如減重、助力、空檔或抗阻）、難度和進度。同時，治療師會根據患者的訓練表現和反饋，適時調整訓練難度和進度，確保訓練的有效性和安全性。④訓練頻率與周期：訓練頻率為每日1次，每次20 min，每周5天，共持續12周。

1.3觀察指標 ①上肢運動功能：于訓練前和訓練4周后評估兩組患者上肢運動功能。采用Fugl-Meyer上肢運動功能評分量表（Fugl-Meyer Assessment of Upper Extremity，FMA-UE）[9]評估患者上肢反射活動、共同運動、腕穩定性、手指運動以及協調能力等，共包含33項指標，總分為66分，分數越高表示上肢運動功能越好。采用Wolf 運動功能測試量表（Wolf Motor Function Test，WMFT）[10]評估患者上肢運動完成質量，共包含6項上肢運動和9項功能性任務，總分為75分，分數越高表示運動功能越好。采用功能獨立性評定（Function Independent Measure，FIM）[11]評估患者的整體功能獨立性，包括上肢在內的運動和認知功能，共包含18項內容，總分為126分。分數越高表示功能獨立性越強。②上肢肌肉痙攣程度：于訓練前和訓練4周后采用改良Ashworth肌張力評定量表（Modified Ashworth Scale，MAS）[12]評估患者肌張力水平，分為0～4級，級別越高表示肌張力越高。0級表示肌張力無增加；1級表示肌張力輕度增高，關節活動終末有輕微阻力或突然卡頓；1+級表示肌張力輕度增高，關節活動后半程出現卡頓和較小阻力；2級表示肌張力明顯增高，大部分關節活動有阻力，但仍可被動活動；3級表示肌張力顯著增高，整個關節活動均有阻力，被動活動困難；4級表示肌張力僵直狀態，無法完成被動活動。③肱二頭肌、肱三頭肌的積分肌電值（Integrated Electromyography，iEMG）、協同收縮率：在恒定溫度（22℃～26℃）下，由同一位康復師使用NORAXON表面肌電儀對患者進行測評。患者采取坐位，保持肩關節前屈60°、肘關節伸直、腕關節中立位。在清潔處理后的皮膚上放置電極，要求患者以最大力量進行肘關節的屈曲和伸展。記錄肱二頭肌和肱三頭肌在最大等長收縮下的iEMG數據，持續10 s，重復測量3次后取平均值。計算肘部屈曲和伸展時這兩塊肌肉的協同收縮率。

1.4統計學方法 以SPSS 22.0軟件分析本研究所有數據，計數資料表示為例數（百分比）

[n（%）]的形式，兩組間行 χ2檢驗，等級資料行秩和檢驗；符合正態分布的計量資料表示為均數±標準差（x±s）的形式，兩組間行獨立樣本t檢驗，組內行配對t檢驗。Plt;0.05表示差異有統計學意義。

2 結果

2.1上肢運動功能 訓練前兩組患者FMA-UE、WMFT、FIM評分，差異均無統計學意義（Pgt;0.05）；訓練4周后兩組患者FMA-UE、WMFT、FIM評分升高，且相較于對照組，研究組FMA-UE、WMFT、FIM評分更高，差異有統計學意義（Plt;0.05），見表2。

2.2上肢肌肉痙攣程度 訓練前兩組患者MAS分級比較，差異無統計學意義（Pgt;0.05）；訓練4周后兩組患者MAS分級優于訓練前，且研究組MAS分級優于對照組，差異有統計學意義（Plt;0.05），見表3。

2.3 iEMG與協同收縮率 訓練前兩組患者肱二頭肌、肱三頭肌的iEMG、協同收縮率比較，差異無統計學意義（Pgt;0.05）；訓練4周后兩組患者肱二頭肌、肱三頭肌的iEMG升高，協同收縮率降低，且相較于對照組，研究組肱二頭肌、肱三頭肌的iEMG更高，協同收縮率更低，差異有統計學意義（Plt;0.05），見表4～5。

3 討論

腦卒中，俗稱中風，是一種由于腦血管受損導致的腦組織損害疾病，其發病率約為1%。腦卒中后上肢功能恢復對于患者日常生活自理能力和生活質量的提高至關重要[13]。然而，傳統的康復訓練方法存在諸多不足，如訓練效果有限、患者參與度不高等。任務導向型上肢康復機器人訓練是一種創新康復治療方法，它通過模擬日常生活中的任務，如拾取物品、開門等，來引導患者進行特定的運動和功能訓練[14]。這種方法能夠更有效地提高患者的上肢運動能力和生活自理能力。在腦卒中后上肢功能恢復中，任務導向型上肢康復機器人訓練已經得到了廣泛應用[15]。與傳統的康復訓練方法相比，任務導向型上肢康復機器人訓練具有更高的訓練效率、更好的患者參與度和更顯著的康復效果。

本研究結果顯示，研究組訓練4周后FMA-UE

評分、WMFT評分、FIM評分、iEMG更高，MAS分級更優，肱二頭肌、肱三頭肌協同收縮率更低。提示任務導向型上肢康復機器人訓練應用于腦卒中后，可改善患者的上肢運動功能，緩解上肢肌肉痙攣，提高肱二頭肌、肱三頭肌的iEMG，降低其協同收縮率。分析原因如下。全面評估能夠準確了解患者的上肢肌力、關節活動度、運動控制能力和日常生活能力等情況，根據評估結果制定的任務導向型訓練計劃，能夠確保訓練內容、難度和進度與患者的實際情況相匹配，從而提高訓練的有效性和針對性。單關節訓練，如肩關節的內收、外展，肘關節的屈伸等，能夠針對性提高患者上肢某一關節的活動度和運動控制能力。多關節聯合訓練能夠模擬日常生活中的復雜上肢動作，提高患者的上肢協調性和運動功能，有助于降低肱二頭肌和肱三頭肌的協同收縮率，提高肌肉間的協調性和平衡性。增加前后活動能使上肢在三維空間內進行訓練，進一步提高患者的空間感知和運動控制能力。游戲訓練和虛擬作業訓練能夠通過游戲和模擬日常生活任務的方式，增加訓練的趣味性和挑戰性，同時訓練患者的反應速度、手眼協調能力和上肢運動控制能力，這種任務導向型訓練能夠顯著提高患者肱二頭肌和肱三頭肌的iEMG，反映了肌肉活動水平的提升。根據患者的患肢肌力選擇減重、助力、空檔或抗阻等不同的力量模式，并根據患者的訓練表現和反饋適時調整訓練難度和進度，能夠在確保訓練安全性和有效性的情況下，進一步提高患者的訓練效果和積極性。每日1次，每次20 min，每周5 d，共持續12周的訓練頻率和周期，能夠確保患者獲得足夠的訓練量，同時避免過度訓練導致的肌肉疲勞和損傷，這種持續穩定的訓練模式有助于促進上肢功能的逐步恢復，緩解上肢肌肉痙攣，提高上肢運動功能。

任務導向性訓練基于運動控制理論及運動再學習理論，其訓練內容常結合日常生活中的功能活動。這種以日常生活為導向的訓練模式能夠模擬實際生活中的上肢運動，使患者更直觀地理解和感受上肢運動的功能和重要性[16]。任務導向性訓練強調個體化治療，能夠針對患者的具體病情和功能障礙制定任務導向型的訓練計劃，從而提高訓練的有效性和針對性。機器人輔助訓練可以提供更精準的運動控制，實時監測和記錄患者的上肢運動軌跡和動力學參數，并根據患者的不同情況進行調整。這種精確的控制可以確保患者在訓練中得到適當的刺激和指導，從而增強上肢運動的準確性和靈活性[17]。機器人輔助訓練能夠持續、穩定地提供訓練刺激，不受時間和地點限制，保證訓練的連續性和持久性。此外，機器人還能根據患者的康復進展進行自適應調整，提供不同難度和強度的訓練，幫助患者逐步恢復上肢功能。任務導向型上肢康復機器人訓練通過模擬日常生活中的任務，如拾取物品、開門等，能夠有針對性地訓練肱二頭肌和肱三頭肌等關鍵肌肉群，從而提高這些肌肉的iEMG，提升肌肉活動水平。機器人的精確控制和自適應調整能夠降低肱二頭肌和肱三頭肌的協同收縮率，改善肌肉間的協調性和平衡性，從而緩解肌肉痙攣和僵硬現象。常規康復訓練往往依賴于人工操作和患者的主觀感受，存在操作不穩定、反饋不及時等問題。而任務導向型上肢康復機器人訓練能夠提供更準確、穩定的訓練刺激和反饋，提高訓練效果和患者參與度。常規訓練在訓練內容和難度上往往難以做到個體化調整，而任務導向型上肢康復機器人訓練可以根據患者的實際情況進行自適應調整，提供更符合患者需求的訓練方案。機器人輔助訓練還能夠通過游戲化和虛擬作業等方式增加訓練的趣味性和目標性，提高患者的興趣和動力，進一步促進上肢功能的恢復。

綜上所述，任務導向型上肢康復機器人訓練應用于腦卒中患者，可改善患者的上肢運動功能，緩解上肢肌肉痙攣，提高肱二頭肌、肱三頭肌的iEMG，降低肱二頭肌、肱三頭肌的協同收縮率。

利益沖突聲明：本文不存在任何利益沖突。

作者貢獻聲明：韓梅負責設計論文框架，起草論文，數據收集，統計學分析、繪制圖表，論文修改；敦旺歡負責擬定寫作思路，指導撰寫文章并最后定稿；李冰輪負責實驗操作，研究過程的實施。

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收稿日期：2024-06-19

編輯：張笑嫣

基金項目：陜西省重點研發計劃項目（2022SF-581）

Foundation Item： Key Ramp;D Plan Project of Shaanxi Province （2022SF-581）

通訊作者：敦旺歡，Email：wanghuandun@163.com

Corresponding Author： DUN Wanghuan， Email： wanghuandun@163.com

引用格式：韓梅，敦旺歡，李冰輪.任務導向型上肢康復機器人訓練在腦卒中后上肢功能恢復中的療效研究[J].機器人外科學雜志（中英文），2025，6（1）：75-80.

Citation： HAN M， DUN W H， LI B L. Efficacy of task-oriented upper limb rehabilitation robot-assisted training in upper limb functional recovery after stroke[J]. Chinese Journal of Robotic Surgery， 2025， 6（1）： 75-80.