張超，劉璇，侯增廣，彭龍，楊昊，彭亮，張皓，洪毅

上肢機器人輔助療法對恢復期腦卒中患者上肢運動功能及日常生活活動能力的效果①

張超1,2a，劉璇1,2a，侯增廣3，彭龍3，楊昊1,2a，彭亮3，張皓1,2b，洪毅1,2c

目的探討上肢機器人輔助療法對恢復期腦卒中患者上肢運動功能及日常生活活動能力的效果。方法2016年6～9月，本院12例恢復期腦卒中患者隨機分為實驗組(n=6)和對照組(n=6)。兩組均進行常規(guī)康復訓練，對照組增加上肢重復性運動訓練，實驗組增加上肢機器人輔助療法訓練，每天20m in，每周5 d，共4周。治療前后分別采用Fugl-Meyer評定量表上肢部分(FMA-UE)評定上肢及手的運動功能，改良Ashworth量表(MAS)評定肩、肘關節(jié)肌張力，功能獨立性評定(FIM)評定日常生活活動能力；記錄患者每次訓練的運動軌跡。結果治療后，兩組FMA-UE評分及FIM評分均較治療前改善(Z＞2.032,P＜0.05)；兩組間無顯著性差異(t＜0.723,P＞0.05)，實驗組評分略優(yōu)于對照組。治療后，實驗組肩關節(jié)內(nèi)收、外展MAS評分及肘關節(jié)屈曲、伸展MAS評分均較治療前改善(Z＞2.121,P＜0.05)；對照組肩關節(jié)內(nèi)收、外展MAS評分均較治療前降低(Z＞2.000,P＜0.05)，肘關節(jié)屈曲、伸展MAS評分較治療前無顯著性差異(Z＜1.890,P＞0.05)，但評分略低于治療前。治療后，實驗組各項MAS評分較對照組均無顯著性差異(Z＜1.734,P＞0.05)，但評分略低于對照組。系統(tǒng)記錄的患者進行直線觸點運動時的運動軌跡，由最開始的雜亂無章逐漸變得有規(guī)律性，運動控制能力有所提高。結論上肢機器人輔助療法可促進恢復期腦卒中患者上肢運動功能及日常生活活動能力的改善，效果與重復性運動訓練相似。

腦卒中；上肢；機器人；重復性運動訓練；康復；運動功能；日常生活活動能力

[本文著錄格式]張超，劉璇，侯增廣，等.上肢機器人輔助療法對恢復期腦卒中患者上肢運動功能及日常生活活動能力的效果[J].中國康復理論與實踐,2016,22(12):1365-1370.

CITED AS:Zhang C,Liu X,Hou ZG,etal.Effectsof upper limb robot-assisted therapy onmotor function and activities of daily living in patientsw ith convalescentstroke[J].Zhongguo Kangfu Lilun Yu Shijian,2016,22(12):1365-1370.

腦卒中是導致運動功能障礙的首要疾病之一，50%以上的腦卒中患者都會遺留有上肢及手的運動功能障礙[1]。這些運動功能障礙不僅影響到腦卒中患者的日常生活活動，還影響到社會交往活動，從而大大降低生活質(zhì)量[2-3]。卒中后上肢功能的康復通常需要多學科、多領域的協(xié)作。循證醫(yī)學指出高重復性的運動訓練可以有效地提高腦卒中患者上肢的運動能力[4-5]。高重復性上肢運動可以有效地增加感覺運動輸入，促使大腦產(chǎn)生運動計劃，同時使肌肉達到適當?shù)募埩顟B(tài)，從而有效地促進腦卒中患者上肢運動功能的恢復[6-7]。

目前國內(nèi)外為了提高腦卒中患者的上肢運動功能及訓練的積極性，除了依靠治療師進行一些傳統(tǒng)的康復訓練，機器人輔助訓練已經(jīng)被逐步運用到臨床[8-10]。近10年來，國外制造生產(chǎn)上肢康復機器人的技術迅猛發(fā)展，但是價格昂貴，治療費用相對較高，會給患者帶來較大的經(jīng)濟負擔。中國科學院自主研發(fā)了一款上肢康復機器人。本文將探討該上肢康復機器人對恢復期腦卒中患者上肢運動功能及日常生活活動能力(activitiesof daily living,ADL)的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料

2016年6～9月在本院住院治療的腦卒中恢復期患者12例，診斷符合1995年全國第四屆腦血管病學術會議通過的診斷標準[11]，并經(jīng)CT或MRI證實。

納入標準：①一側(cè)腦梗死或腦出血，初次發(fā)作；②年齡18～70歲；③病程＞6個月；④意識清楚、心肺功能良好，生命體征平穩(wěn)，能很好地配合訓練；⑤單側(cè)肢體有不同程度的運動功能障礙；⑥無視覺障礙；⑦無心理障礙；⑧對本研究知情同意。

排除標準：①伴有意識障礙或認知功能障礙，簡易精神狀態(tài)檢查(M ini-Mental State Exam ination, MMSE)≤20分；②肌張力過高，Ashworth分級≥Ⅲ級；③嚴重肩、肘關節(jié)被動關節(jié)活動度受限；④嚴重肩痛；⑤并發(fā)嚴重的心、肺、肝腎疾病等；⑥多發(fā)癲癇。

入選患者按隨機數(shù)字表法分為實驗組和對照組，每組6例。兩組性別、年齡、卒中類型、卒中側(cè)別比較均無顯著性差異(P＞0.05)。發(fā)病時間實驗組較對照組長(P＜0.05)。見表1。

1.2 方法

1.2.1 上肢機器人輔助系統(tǒng)

上肢機器人CASIA-ARM是由中國科學院自動化研究所研究和開發(fā)的上肢康復輔助訓練系統(tǒng)，可以通過前臂支撐器補償患者手臂的部分重量，增強殘留的功能和神經(jīng)肌肉控制，從而進行主動運動。該上肢機器人可以支撐整個前臂，并可以提供以下自由度運動方向：肘關節(jié)屈/伸、肩關節(jié)水平內(nèi)收/外展。此上肢機器人輔助訓練裝置擁有游戲庫及情景模擬生物反饋系統(tǒng)來配合運動功能的訓練，同時可以記錄患者的運動軌跡。

表1 兩組一般資料比較

1.2.2 訓練方法

兩組均接受常規(guī)康復訓練，包括物理療法訓練和作業(yè)療法訓練。物理療法訓練每次45 m in，每天2次，每周5天，共4周；此訓練基于Bobath理論，對患者進行運動功能訓練，包括被動活動、坐位平衡訓練、站立訓練、步行訓練、轉(zhuǎn)移訓練。作業(yè)療法訓練每天45m in，每天1次，每周5天，共4周；此訓練包括滾筒訓練、木釘盤活動、砂板磨活動、ADL指導。

對照組在常規(guī)康復訓練的基礎上增加1次徒手的重復性動作訓練，每次20m in，每周5 d，共4周。此訓練動作依據(jù)患者不同的功能狀態(tài)進行設定，包括借助滾筒屈伸肘關節(jié)、桌面或墻面反復擦拭動作。

實驗組在常規(guī)康復訓練的基礎上增加1次上肢機器人輔助治療(中國科學院自動化設備所)，每次20 m in，每周5 d，共4周。上肢機器人輔助治療需有經(jīng)驗的治療師進行設定，包括以下方面。①患者訓練前進行2 m in患側(cè)肢體被動活動。②治療依據(jù)患者不同的運動功能狀態(tài)及運動能力水平(共同運動階段、部分分離運動階段、分離運動階段)選擇游戲，每次選擇3個游戲，每個游戲的時間一般為6m in。該機器人上肢輔助系統(tǒng)共包含5個游戲，進行游戲時，肢體起始位均為前臂中立位，肩關節(jié)前屈90?，游戲由易到難依次為：接水果游戲(肩關節(jié)水平外展/內(nèi)收)、十字觸點游戲(肘關節(jié)屈曲/伸展，肩關節(jié)水平外展/內(nèi)收)、由中心點向外輻射畫圓(肘關節(jié)屈伸，肩關節(jié)水平外展/內(nèi)收)、畫圓(肘關節(jié)屈伸，肩關節(jié)水平外展/內(nèi)收)、托球游戲(肘關節(jié)屈伸，肩關節(jié)水平外展/內(nèi)收)。③每次訓練結束后，治療師可根據(jù)實際數(shù)據(jù)對患者的運動功能狀態(tài)做出評價，并及時給予患者指導與鼓勵。在1個月的訓練中，治療師可根據(jù)患者運動功能的提高調(diào)整游戲難度或更換游戲。④出現(xiàn)任何不適或危害患者生命健康的情況，應立即終止訓練，查明原因后再決定是否繼續(xù)進行機器人輔助訓練。

1.3 評定方法

分別于訓練前、訓練4周后，由兩名工作經(jīng)驗3年以上并對分組情況不知情的作業(yè)療法師對兩組患者進行評定。

1.3.1 Fugl-Meyer評定量表上肢部分(Fugl-Meyer Assessment-Upper Extrem ities,FMA-UE)

采用FMA-UE對腦卒中患者的上肢及手的運動功能進行評定。每個項目中，0分表示不能做某一動作；1分表示能部分做；2分表示能充分完成。總分66分，分值越高代表功能越好。

1.3.2 改良 Ashworth量表(modified Ashworth Scale, MAS)

采用MAS對腦卒中患者上肢肘關節(jié)進行肌張力測定，分為0～Ⅳ級，評級對應評分為0、1、1.5、2、3、4分，分值越高，痙攣程度越重。

1.3.3 功能獨立性評定(Function Independent Measure, FIM)

采用FIM量表中的運動功能部分，對患者進行ADL評定。共13項運動性ADL評分，評分為7分制，最高為7分，最低為1分。分數(shù)越高，ADL越強。

1.3.4 直線觸點運動軌跡

上肢機器人CASIA-ARM康復訓練輔助系統(tǒng)，可以記錄患者游戲時的運動軌跡，以判斷運動的準確性及穩(wěn)定性。

1.4 統(tǒng)計學分析

2 結果

兩組治療前FMA-UE評分及FIM評分均無顯著性差異(P＞0.05)，治療后均較治療前改善(P＜0.05)。治療后，實驗組FMA-UE評分及FIM評分較對照組均無顯著性差異(P＞0.05)，但評分高于對照組。見表2、表3。

兩組治療前肩關節(jié)內(nèi)收、外展的MAS評分及肘關節(jié)屈曲、伸展的MAS評分均無顯著性差異(P＞0.05)；治療后，實驗組均較治療前改善(P＜0.05)。對照組肩關節(jié)內(nèi)收、外展MAS評分均較治療前降低(P＜0.05)，肘關節(jié)屈曲、伸展的MAS均較治療前無顯著性差異(P＞0.05)，但評分略低于治療前。實驗組肩關節(jié)內(nèi)收、外展的MAS評分及肘關節(jié)屈曲、伸展的MAS評分較對照組均無顯著性差異(P＞0.05)，但評分略低于對照組。見表4～表7。

實驗組患者進行直線觸點運動時的運動軌跡，分別為第1次訓練、第8次訓練、第18次訓練，可以看出曲線由最開始的雜亂無章逐漸變得有規(guī)律性，運動主要集中在目標任務的運動方向。見圖1～圖3。

表2 兩組治療前后FMA-UE總評分比較

表3 兩組治療前后FIM評分比較

表4 兩組治療前后肩關節(jié)外展MAS評分

表5 兩組治療前后肩關節(jié)內(nèi)收M AS評分

表6 兩組治療前后肘關節(jié)屈曲MAS評分

表7 兩組治療前后肘關節(jié)伸展MAS評分

圖1 第1天患手為右側(cè)的直線觸電運動軌跡圖

圖2 第8天患手為右側(cè)的直線觸電運動軌跡圖

圖3 第18天患手為右側(cè)的直線觸電運動軌跡圖

3 討論

近年來，隨著醫(yī)療技術的發(fā)展，腦卒中患者的致死率明顯下降，而大部分腦卒中幸存者都會出現(xiàn)運動功能障礙[12]。55%～75%的腦卒中患者會有持續(xù)的上肢和手的運動功能障礙，從而導致日常生活質(zhì)量下降[2]?？祻椭委熢趲椭X卒中患者恢復上肢及手運動功能和ADL方面起到積極的作用。在既往的研究中，沒有任何一種療法被證明是最有效的治療腦卒中患者運動功能的方法，但是循證醫(yī)學顯示，高重復性的運動訓練可以有效地幫助腦卒中患者提高運動能力[4]。

隨著科學技術的發(fā)展，上肢機器人輔助系統(tǒng)也加入到腦卒中患者的康復訓練中。此系統(tǒng)在支撐肢體部分重量的基礎上，使患者可以進行高重復性的自主運動，從而促進運動功能恢復。此項技術在發(fā)達國家已經(jīng)應用20余年，由于上肢機器人輔助系統(tǒng)眾多，技術水平參差不一，國外對其療效的研究結果也不盡相同[13-14]。在中國目前只有兩篇科學研究探討Armeo Spring上肢機器人輔助治療(HOCOMA公司，瑞士)應用于急性期腦卒中的患者[15-16]。本文將CASIA-ARM應用于腦卒中恢復期患者，探討其對患者上肢運動功能及ADL的影響。

本研究結果顯示，實驗組及對照組患者康復訓練1個月后FMA-UE評分及FIM評分均較治療前改善(P＜0.05)。治療后，兩組間FMA-UE評分及FIM評分均無顯著性差異(P＞0.05)，但評分高于對照組。說明此系統(tǒng)應用于恢復期腦卒中患者，可以達到與治療師提供的傳統(tǒng)治療同樣的治療效果，且效果略優(yōu)于傳統(tǒng)治療，可以有效地提高上肢運動功能及ADL的恢復。其作用機制可能有以下幾點。①機器人上肢輔助系統(tǒng)可以提供上肢支撐系統(tǒng)，使患者較輕松地進行自主運動，不僅僅是依靠治療師進行被動活動，而是通過主動運動有效提高患側(cè)上肢運動能力[17-18]。②人的大腦有高度的可塑性，一定時間內(nèi)高重復性運動訓練不僅可以改善肢體運動功能，同時也能增加感覺信息的輸入，對大腦進行反復刺激，通過其周圍腦組織代替受損傷腦組織行使其原有功能[19-21]。③恢復期的患者已經(jīng)進行過一段時間的傳統(tǒng)康復治療，有新儀器的介入，增加了治療的趣味性，提高了患者訓練的興趣與積極性[22-23]。此系統(tǒng)對提高恢復期腦卒中患者ADL有一定幫助。一方面是由于患者運動功能有所提高，一方面應用此設備患者能進行更多時間的主動運動，從而鼓勵患者在日常生活方面也盡可能多地提高自理能力。但由于此次臨床試驗時間較短，日后可多為患者安排上肢機器人輔助療法，從而鼓勵其多進行主動運動。對于恢復期的患者，隨著肢體運動能力的提高，治療師也應更加注重ADL和社會生活能力的改善。

實驗組MAS評分也較訓練前降低(P＜0.05)，且治療后實驗組肩關節(jié)內(nèi)收、外展的MAS評分及肘關節(jié)屈曲、伸展的MAS評分較對照組均無顯著性差異(P＞0.05)，但評分略低于對照組。說明此系統(tǒng)能有效幫助腦卒中患者降級患側(cè)上肢肌張力，且效果略優(yōu)于傳統(tǒng)康復治療。其作用機制可能為通過減重系統(tǒng)，抵消重力因素對上肢主動訓練的影響，降低患者主動肌運動功能和體力的要求，從而在一定時間內(nèi)能進行主動肌與拮抗肌的平衡訓練。主動肌和拮抗肌反復運動，可以有效地幫助腦卒中患者協(xié)調(diào)肌張力，抑制肌張力過度增高及異常運動模式的出現(xiàn)[24]。

患者進行直線觸點運動時的運動軌跡顯示，曲線由最開始的雜亂無章逐漸變得有規(guī)律，運動主要集中在目標任務的運動方向?？梢娫摶颊叩闹w協(xié)調(diào)性有所改善，運動控制能力有所提高。

上肢機器人輔助系統(tǒng)能在一定程度上減輕治療師的體力負擔，但對治療師的專業(yè)評估能力及為患者選擇適合游戲模式能力要求很高。上肢機器人輔助系統(tǒng)與常規(guī)的康復治療相比較，還擁有情景模擬生物反饋系統(tǒng)和游戲庫，治療師要明確患者的功能狀態(tài)，同時結合興趣為其選擇適合的游戲。使患者進行有針對性的、由易到難和大重復量的主動運動訓練[25]。患者如進行20m in傳統(tǒng)重復性動作訓練，很容易注意力不集中，疲勞。此系統(tǒng)可以幫助患者改善注意力，保持體力，增加患者訓練的興趣和積極性。在治療過程中，治療師根據(jù)患者的情況，適時對患者的活動做出總結與鼓勵，幫助患者樹立康復的信心和主動康復的意愿。

綜上所述，上肢康復機器人輔助治療系統(tǒng)結合常規(guī)康復訓練可以有效提高恢復期腦卒中患者的上肢運動能力及ADL，降低患者異常的肌張力，效果與重復性運動訓練相似。

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Effects of Upper Limb Robot-assisted Therapy on Motor Function and Activities of Daily Living in Patientsw ith Convalescent Stroke

ZHANG Chao1,2a,LIU Xuan1,2a,HOU Zeng-guang3,PENG Long3,YANG Hao1,2a,PENG Liang3,ZHANG Hao1,2b, HONG Yi1,2c
1.CapitalMedical University Schoolof Rehabilitation Medicine,Beijing 100068,China;2.a.Departmentof Occupational Therapy,b.Department of Neurorehabilitation(K3),c.Departmentof Spinal Surgery,Beijing Bo'ai Hospital, China Rehabilitation Research Center,Beijing 100068,China;3.State Key Laboratory of Managementand Control for Complex Systems,InstituteofAutomation,ChineseAcademy of Sciences,Beijing 100190,China

ObjectiveTo explore the effectsof upper limb robot-assisted therapy onmotor function and activitiesof daily living in convalescentstroke patients.MethodsFrom June to September,2016,12 chronic stroke patients at their first-ever strokewereenrolled and random ized into experimentalgroup(n=6)and controlgroup(n=6).Both groups received routine rehabilitation.Additional robot-assisted therapy was provided to the experimental group,and additional repetitivemovement training was provided to the control group,20m inutes a day,five days a week for fourweeks.Fugl-Meyer Assessment-Upper Extrem ities(FMA-UE),modified Ashworth Scale(MAS)and Functional IndependentMeasure(FIM)were used to assess themotor function of the upper limbs and hands,themuscular tension of shoulder and elbow,and activitiesof daily living(ADL)beforeand after treatment.ResultsAfter treatment,the scoresof FMA-UEand FIM werebetter in both groups(Z＞2.032,P＜0.05),and no significant difference was found between two groups(t＜0.723,P＞0.05),however,the scores were a little bithigher in the experimental group than in the control group.A fter treatment,for the experimental group,the MAS scores of shoulder abduction/adduction and elbow flexion/extension improved(Z＞2.121,P＜0.05);for the controlgroup,the MAS scores of shoulder abduction/adduction improved(Z＞2.000,P＜0.05),but the MAS scores of elbow flexion/extension were not significantly different(Z＜1.890,P＞0.05).Therewas no significant difference in the MAS scores of shoulder abduction/adduction and elbow flexion/extension between two group(Z＜1.734,P＞0.05).Themoving trail recorded by the computer,gradually became a regular pattern from themass,saying themotor control ability became better.ConclusionUpper limb robot-assisted therapy can promote the recovery of themotor function of upper limbs and ADL in convalescentstroke patient,similar to the repetitivemovement training.

stroke;upper limb;robotics;repetitivemovement training;rehabilitation;motor function;activitiesof daily living

10.3969/j.issn.1006-9771.2016.12.001

R743.3

A

1006-9771(2016)12-1365-06

2016-09-30

2016-10-21)

1.首都醫(yī)科大學康復醫(yī)學院，北京市100068；2.中國康復研究中心北京博愛醫(yī)院，a.作業(yè)療法科，b.神經(jīng)康復科，c.脊髓脊柱損傷外科，北京市100068；3.中國科學院自動化研究所，復雜系統(tǒng)管理與控制國家重點實驗室，北京市100190。作者簡介：張超(1985-)，女，漢族，北京市人，主管治療師，主要研究方向：腦卒中康復、手外傷康復。通訊作者：劉璇(1965-)，女，漢族，北京市人，副主任治療師，主要研究方向：腦卒中康復、康復治療學。E-mail:yq1967lx@sina.com。