姚又琳+張秋豪

摘要： 本文基于不同的干預(yù)方式深入分析了單邊上肢康復(fù)訓(xùn)練機器人和雙邊上肢康復(fù)機器人的發(fā)展現(xiàn)狀、結(jié)構(gòu)特點和臨床試驗結(jié)果。

Abstract： Based on the different intervention ways， the development status， structural characteristics and clinical trial results of unilateral and bilateral upper limb rehabilitation robot are analyzed deeply.

關(guān)鍵詞： 腦卒中；上肢康復(fù)機器人；單邊康復(fù)訓(xùn)練；雙邊康復(fù)訓(xùn)練

Key words： stroke；upper limb rehabilitation robot；unilateral rehabilitation training；bilateral rehabilitation training

中圖分類號：TP242 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）33-0093-03

0 引言

腦中風(fēng)已成為導(dǎo)致殘疾的首要原因之一，2015年中風(fēng)人數(shù)達(dá)到120-180/10萬人，其中大約75%中風(fēng)患者有明顯的后遺癥[1]?；趯ι窠?jīng)可塑性認(rèn)識不斷加深，越來越多地通過提供高度復(fù)雜的干預(yù)方式的康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備產(chǎn)生。本文的主要目的是介紹和比較現(xiàn)有的康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備對促進腦卒中患者上肢康復(fù)的影響[2]。按干預(yù)方式的不同，上肢康復(fù)機器人可以分為單側(cè)訓(xùn)練模式和雙側(cè)訓(xùn)練模式。

1 單邊康復(fù)訓(xùn)練

單側(cè)康復(fù)訓(xùn)練機器人代表性的是2DOF的MIT-Manusl[3]。MIT Manus可以給予患者被動、主動、阻尼三種訓(xùn)練模式，以圖形的形式將患者的運動信息反映到電腦屏幕上。位置和力傳感器可以記錄使用中手柄所到達(dá)和經(jīng)過的位置[4]，如圖1所示。 通過臨床試驗表明MIT-MANUS 可以進行康復(fù)訓(xùn)練并且能夠降低運動神經(jīng)的損傷程度[5]。

芝加哥康復(fù)研究所等開發(fā)了一種康復(fù)訓(xùn)練器（ARM Guide，Assisted Rehabilitation and Measurement Guide）。如圖2所示，該設(shè)備有三個自由度，通過電機和磁粉制動器完成直線方向的伸手運動偏轉(zhuǎn)和提升運動。訓(xùn)練中可以達(dá)到5個不同位置目標(biāo)點的伸手運動。在患者訓(xùn)練中，通過運動跟蹤分析和系統(tǒng)測量患者手臂末端軌跡，動作完成的柔順度，可以得知運動恢復(fù)的效果[6]。

清華大學(xué)研制的UECM是國內(nèi)具有代表性的上肢康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備。如圖3所示，UECM是2DOF的二連桿機構(gòu)，具有三種訓(xùn)練模式：主動、被動以及抗阻訓(xùn)練[7]。UECM能改變訓(xùn)練平面的角度，在人機信息交互上，具有雙視頻反饋的系統(tǒng)，可以讓患者的手和眼配合訓(xùn)練。

國內(nèi)較早開展外骨骼式上肢康復(fù)機器人研究的單位是哈爾濱工業(yè)大學(xué)。如圖4所示，其設(shè)計的五自由度的外骨骼式上肢康復(fù)機器人系統(tǒng)[8]。五個自由度分別由五個伺服電機控制肩關(guān)節(jié)屈伸、向內(nèi)外旋轉(zhuǎn)，肘關(guān)節(jié)的屈伸，腕部的屈伸和外伸內(nèi)收動作，基于皮膚表面肌電信號實現(xiàn)控制，完成手臂的康復(fù)訓(xùn)練。

2 雙邊康復(fù)訓(xùn)練

MIME（mirror-image motion enabler）是典型的雙側(cè)上肢康復(fù)訓(xùn)練機器人[9]。肩、肘關(guān)節(jié)功能的恢復(fù)是MIME系統(tǒng)的重點。如圖5所示，具有六自由度，MIME支持四種模式康復(fù)訓(xùn)練，單側(cè)的主動訓(xùn)練、被動訓(xùn)練、阻抗訓(xùn)練和雙手模式的鏡像訓(xùn)練。

MIME系統(tǒng)已被應(yīng)用在臨床試驗。其中一個臨床試驗是MIME系統(tǒng)對慢性中風(fēng)患者上肢康復(fù)的影響。27位患者經(jīng)過2個月的訓(xùn)練后，患側(cè)近端運動能力有較大改善獨立運動能力增強。但因試驗中使用四個模式進行康復(fù)訓(xùn)練，所以不能確定單側(cè)還是雙側(cè)訓(xùn)練中哪個對康復(fù)貢獻更大。另外還有臨床試驗對比單側(cè)模式和單側(cè)雙側(cè)結(jié)合的模式對康復(fù)的影響，得到結(jié)論是六個月內(nèi)單雙側(cè)結(jié)合模式的FMA評分更高，在六個月后兩個訓(xùn)練模式的差異消失。第三個RCT研究是對比高訓(xùn)練量和低訓(xùn)練量對康復(fù)的影響，54位中風(fēng)患者隨機分為高訓(xùn)練量、低訓(xùn)練量和常規(guī)訓(xùn)練三組。治療后發(fā)現(xiàn)高訓(xùn)練量組的FIM評分優(yōu)于常規(guī)訓(xùn)練組。在六個月后，這個差異將不再存在，但高訓(xùn)練強度組在肌張力方面顯著強于低訓(xùn)練強度組。但這種差異不能在訓(xùn)練后立即顯現(xiàn)[10]。

Bi-Manu-Track是由喬治敦大學(xué)醫(yī)學(xué)中心研制的由電腦控制的雙臂訓(xùn)練器[11]。如圖6所示。Bi-Manu-Track的訓(xùn)練方式有兩種分別是手臂的伸縮和手腕的伸縮。為了在移動模式之間切換，設(shè)備可以傾斜90度。該設(shè)備支持三種康復(fù)訓(xùn)練模式，在被動-被動模式下，機器人控制著雙臂運動。在主動-被動模式下，當(dāng)機器人引導(dǎo)受損的上肢時，患側(cè)上肢主動移動手柄。在主動-主動模式下，兩臂通過克服最初的等距電阻來進行主動的運動。運動可以是鏡像對稱的，也可以是平行的。振幅、速度和抗性都可以單獨設(shè)置。多次的臨床試驗證明Bi-Manu-Track對中風(fēng)后手臂的康復(fù)具有一定的效果。目前Bi-Manu-Track已是在德國可以購買的市售產(chǎn)品。

BFIAMT（bilateral force-induced isokinetic arm movement trainer）是一種雙臂等速訓(xùn)練器，如圖7所示，該裝置是由2個伺服電機2個平行的導(dǎo)向輥2個手柄2個前臂槽，2個負(fù)載單元和一個控制面板組成的手臂康復(fù)訓(xùn)練裝置[12]。BFIAMT的手柄可以向前和向后平行軌道運動，伺服電機在運動過程中提供阻力或助力，并且負(fù)載單元可以檢測推拉力量。該裝置支持四種不同的治療模式：雙邊被動、雙邊主動-被動、雙邊互惠，以及雙邊對稱運動。臨床試驗表明：接受BFIAMT康復(fù)治療的8周后患者的上肢功能評估（FMA，MAS，F(xiàn)renchay手臂測試）有明顯提高，并且患者的握力，推拉力都有所提高。endprint

Virtual Reality Piano（虛擬現(xiàn)實鋼琴），如圖8所示，是為腦卒中患者設(shè)計的上肢訓(xùn)練的虛擬環(huán)境系統(tǒng)。通過外骨骼的力反饋裝置，虛擬現(xiàn)實鋼琴可以為患者提供和真實鋼琴一樣的視覺，聽覺和觸覺感受。上肢跟蹤（帶有網(wǎng)絡(luò)手套）允許患者同時訓(xùn)練手臂和手作為一個協(xié)調(diào)的單位。虛擬現(xiàn)實鋼琴包括的歌曲和音階適用于單臂或雙臂同時演奏。觸覺輔助的適應(yīng)性強適用于更多的患者，同時通過算法調(diào)整任務(wù)難度匹配患者的訓(xùn)練表現(xiàn)。

EXO-UL7。EXO-UL7是一個雙臂外骨骼機器人，每個臂具有7個自由度，如圖9所示。 七個單軸旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)負(fù)責(zé)肩外展-內(nèi)屈、屈伸、內(nèi)外旋轉(zhuǎn)、肘關(guān)節(jié)屈伸、旋前旋后、腕關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)、屈伸和放射性橈尺偏差。四個六軸力/扭矩傳感器連接到上臂、下臂、手和外骨骼的尖端，用于人機交互。與控制PC和游戲PC一起，患者可以在視頻游戲中操縱虛擬對象，同時接收觸覺反饋[13]。機器人可用于單邊和雙邊訓(xùn)練。 在單側(cè)模式中，患測受到弱輔助力的支持。在雙側(cè)模式中，所需的關(guān)節(jié)角度從較少受損的上肢（主）到最受損害的上肢（從屬）鏡像對稱地傳遞。

3 結(jié)論

通過使用雙側(cè)訓(xùn)練提高運動恢復(fù)已在幾個研究中證明[14]。雙邊訓(xùn)練還可能提供的麻痹肢體單側(cè)手術(shù)的改進，而更不可能單方面的培訓(xùn)提供雙邊利益?？傮w而言，雙側(cè)上肢訓(xùn)練是從輕度到重度的多重程度的損傷恢復(fù)的有效方法。 基于末端執(zhí)行器的雙邊訓(xùn)練主要集中在近端上肢的康復(fù)，已證明可以減少住院時間和康復(fù)時間。由于上肢操作的耦合性質(zhì)，雙邊訓(xùn)練可以提供更全面有效的方法。研究對比單邊與雙邊訓(xùn)練的益處。雖然有證據(jù)支持雙邊培訓(xùn)，但迄今為止的結(jié)果并不是決定性的有利于雙邊訓(xùn)練。

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