胡佳惠, 于 淼, 李夢(mèng)楠, 王艷華, 王 洋

(長(zhǎng)春中醫(yī)藥大學(xué)護(hù)理學(xué)院, 吉林 長(zhǎng)春, 130117)

腦卒中是最常見(jiàn)的一種腦血管疾病，具有起病突然、發(fā)病率高、致殘率高、復(fù)發(fā)率高、死亡率高等特點(diǎn)[1]。雖然醫(yī)療水平的提高能夠幫助卒中患者得到及時(shí)有效的治療，但依然有大約70%～80%的患者會(huì)出現(xiàn)卒中后功能障礙，其中以上肢功能障礙最為多見(jiàn)，對(duì)患者的身心健康健康及日?；顒?dòng)帶來(lái)了嚴(yán)重影響[2]。因此，卒中后上肢功能障礙患者的康復(fù)治療一直都備受關(guān)注。臨床醫(yī)師和眾多學(xué)者也對(duì)此進(jìn)行了很多的探索和嘗試，其中上肢康復(fù)機(jī)器人的誕生開(kāi)辟了康復(fù)領(lǐng)域的新途徑[3-4]。其基于神經(jīng)可塑性原理和功能重塑機(jī)制，將機(jī)械學(xué)、康復(fù)醫(yī)學(xué)、傳感技術(shù)、控制工程等多學(xué)科進(jìn)行充分融合，提高了康復(fù)效率，減輕了臨床工作人員的壓力，節(jié)約了醫(yī)療保健的成本，成為康復(fù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[5]。本文將從上肢康復(fù)機(jī)器人的類型、臨床價(jià)值及影響因素、療效評(píng)價(jià)工具等方面 進(jìn)行總結(jié)歸納，并對(duì)上肢康復(fù)機(jī)器人的未來(lái)發(fā)展進(jìn)行展望。

1 上肢康復(fù)機(jī)器人的類型

1.1 上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人

最具代表性的就是美國(guó)麻省理工學(xué)院發(fā)明的上肢康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)MIT-MANUS。MIT-MANUS通過(guò)對(duì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的客觀反饋以及對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的視覺(jué)反饋，為康復(fù)治療師和患者提供了客觀的參考指標(biāo)，提高了臨床療效，實(shí)現(xiàn)了卒中患者手臂、肩、肘關(guān)節(jié)的功能康復(fù)[6]。隨后美國(guó)麻省理工學(xué)院又對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了進(jìn)一步研究，最終形成了3種訓(xùn)練模式：平面模式、手腕模式、手部模式。平面模式包括2個(gè)自由度，可以在去除重力的情況下幫助患者完成手臂的平面運(yùn)動(dòng)；手腕模式具有3個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，可以幫助患者進(jìn)行手腕關(guān)節(jié)的活動(dòng)；手部模式具有1個(gè)自由度，可以幫助患者進(jìn)行手掌的抓握鍛煉。MIT-MANUS不但可以提供客觀的訓(xùn)練反饋，而且安全性、穩(wěn)定性和適應(yīng)性相對(duì)較高，臨床應(yīng)用效果良好。

1.2 功能性電刺激輔助上肢康復(fù)機(jī)器人

功能性電刺激(FES)屬于神經(jīng)肌肉電刺激范疇。其利用低頻脈沖電流刺激受影響的肌肉，誘發(fā)肌肉運(yùn)動(dòng)或模擬正常的自主運(yùn)動(dòng)，以此來(lái)改善或恢復(fù)受影響的肌肉或肌肉群的功能[7]。目前我國(guó)具有代表性的FES輔助上肢康復(fù)機(jī)器人為涂細(xì)凱[8]設(shè)計(jì)的可穿戴的五自由度上肢康復(fù)機(jī)器人RUPERT。RUPERT采用人工氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)。通過(guò)FES刺激受影響的肌肉，使之與氣動(dòng)肌肉形成關(guān)節(jié)對(duì)拉，從而完成上肢的伸展運(yùn)動(dòng)。并借助陣列電極完成手部的抓握和釋放運(yùn)動(dòng)。RUPERT將FES與外骨骼機(jī)器人有機(jī)結(jié)合，形成了較為輕便的、集上肢伸展和手部抓握為一體的康復(fù)系統(tǒng)。

1.3 基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人

雖然傳統(tǒng)的上肢康復(fù)機(jī)器人可以為患者提供高強(qiáng)度、高重復(fù)性的康復(fù)訓(xùn)練，但是單一、無(wú)趣的訓(xùn)練過(guò)程易使患者感到乏味，從而對(duì)治療產(chǎn)生抵觸性。而虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)虛擬環(huán)境的創(chuàng)建。VR技術(shù)與上肢康復(fù)機(jī)器人結(jié)合還可通過(guò)人機(jī)交互和虛擬對(duì)象間的交互技術(shù)對(duì)虛擬環(huán)境進(jìn)行及時(shí)調(diào)整。在康復(fù)過(guò)程中將虛擬環(huán)境設(shè)置為日常生活場(chǎng)景，并且根據(jù)患者的實(shí)際康復(fù)情況進(jìn)行不同場(chǎng)景切換，不但可以激發(fā)患者的康復(fù)興趣，強(qiáng)化患者參與訓(xùn)練的體驗(yàn)感還能有效提高患者的日常生活能力?；赩R技術(shù)的上肢康復(fù)機(jī)器人在國(guó)外出現(xiàn)較早，但我國(guó)在此方面的研究也取得了很大進(jìn)展。如張金龍[9]研制的基于VR技術(shù)的手指康復(fù)系統(tǒng)；柯福全[10]研制的基于視頻捕捉的VR肢體康復(fù)系統(tǒng)；梁明等[11]研制的模擬廚房訓(xùn)練系統(tǒng)；瞿暢等[12]研制的基于Kinect的上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)；陳澤等[13]研制的3自由度主動(dòng)式的VR上肢康復(fù)機(jī)器人等。

1.4 基于表面肌電信號(hào)的上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人

表面肌電信號(hào)(SEMG)是由中樞神經(jīng)控制的、能夠反應(yīng)肌肉收縮的生理電信號(hào)。將SEMG與上肢康復(fù)機(jī)器人相結(jié)合進(jìn)行康復(fù)運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)開(kāi)展基于患者的運(yùn)動(dòng)意圖，可在一定程度上反映出患者運(yùn)動(dòng)的主觀能動(dòng)性，提高患者康復(fù)的積極性，樹(shù)立康復(fù)信心[14]。目前張宇星[15]已經(jīng)研制出了基于SEMG的7自由度上肢外骨骼機(jī)器人。該機(jī)器人的出現(xiàn)改善了以往康復(fù)機(jī)器人中存在的運(yùn)動(dòng)意圖識(shí)別差的缺點(diǎn)，并且滿足了患者在上肢運(yùn)動(dòng)中對(duì)所有主要自由度的訓(xùn)練需求，具有靈活度高、舒適度高、準(zhǔn)確性高等優(yōu)點(diǎn)。

1.5 基于BCI上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人

腦機(jī)接口(BCI)可以將從大腦獲得的信息傳遞至接口，再將控制信號(hào)發(fā)送給機(jī)器人系統(tǒng)，引導(dǎo)機(jī)器人做出相應(yīng)的反饋。BCI的成功研制有望實(shí)現(xiàn)人腦與外界的直接溝通[16]。利用BCI上肢康復(fù)機(jī)器人進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，即使患者的神經(jīng)肌肉系統(tǒng)處于癱瘓狀態(tài)，只要思維正常仍能自主控制機(jī)器人。2007年時(shí)，周鵬[17]將BCI和FES相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了手部抓握動(dòng)作的恢復(fù)。2011年，徐寶國(guó)等[18]通過(guò)讓患者觀看三維動(dòng)畫(huà)誘導(dǎo)其產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)想象，再利用提取的腦電信號(hào)控制機(jī)器人按患者的主觀意圖提供康復(fù)訓(xùn)練，同時(shí)給予患者視覺(jué)反饋，以此來(lái)促進(jìn)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)功能恢復(fù)。目前，基于運(yùn)動(dòng)想象的BCI康復(fù)技術(shù)在臨床中運(yùn)用較廣，并且將多種技術(shù)融合以提高康復(fù)療效也成為新的發(fā)展趨勢(shì)。

2 上肢康復(fù)機(jī)器人的臨床價(jià)值及影響因素

2.1 上肢康復(fù)機(jī)器人的臨床價(jià)值

傳統(tǒng)的康復(fù)治療主要依靠治療師提供康復(fù)訓(xùn)練，康復(fù)效果受治療師的操作手法、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、訓(xùn)練處方等多種因素影響，并且整個(gè)過(guò)程中無(wú)法獲得及時(shí)、有效、客觀的反饋，無(wú)法對(duì)治療效果進(jìn)行直觀評(píng)價(jià)[19]?？祻?fù)治療多在醫(yī)院和康復(fù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行，患者往往需要前往指定場(chǎng)所才能接受治療，而且患者數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)康復(fù)治療師的匹配人數(shù)。這不僅增加了患者及其家屬的負(fù)擔(dān)，也不利于醫(yī)療資源的最大化利用[20]。與傳統(tǒng)康復(fù)形式相比，上肢康復(fù)機(jī)器人具有效率高、無(wú)疲勞、個(gè)性化等優(yōu)點(diǎn)，能為患者提供高強(qiáng)度、高重復(fù)、精準(zhǔn)化的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，提高訓(xùn)練效果；為治療師提供及時(shí)的數(shù)據(jù)反饋，為制定和調(diào)整康復(fù)方案提供客觀的參考依據(jù)[21]。一些機(jī)器人還將虛擬技術(shù)應(yīng)用到訓(xùn)練中，在增加訓(xùn)練樂(lè)趣的同時(shí)，還可為患者提供多感官刺激。這不僅有利于提高患者康復(fù)訓(xùn)練的積極性和康復(fù)訓(xùn)練的有效性，而且大大減輕了醫(yī)務(wù)人員的工作壓力，優(yōu)化了醫(yī)療資源的利用。

2.2 影響上肢康復(fù)機(jī)器人療效的因素

2.2.1 訓(xùn)練處方： 訓(xùn)練處方由訓(xùn)練時(shí)間、訓(xùn)練強(qiáng)度和訓(xùn)練方法三部分組成。不同訓(xùn)練時(shí)間所產(chǎn)生的康復(fù)效果也不同。Lo等[22]在對(duì)127名卒中后上肢功能障礙患者進(jìn)行了為期36周的康復(fù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在接受機(jī)器人輔助康復(fù)治療的第12周時(shí)患者的運(yùn)動(dòng)功能并沒(méi)有得到顯著的改善，而第36周時(shí)患者在提高運(yùn)動(dòng)能力和運(yùn)動(dòng)任務(wù)方面效果顯著。Sale等[23]在對(duì)上肢康復(fù)機(jī)器人短期與長(zhǎng)期療效觀察中發(fā)現(xiàn)，在同一年內(nèi)重復(fù)接受康復(fù)治療可有效提高患者的上臂運(yùn)動(dòng)能力，且康復(fù)療效可持續(xù)6個(gè)月以上。Meimoun等[24]表示偏癱患者運(yùn)動(dòng)指令神經(jīng)的恢復(fù)需要借助刺激和引導(dǎo)中樞神經(jīng)系統(tǒng)可塑性的雙重作用，包括損傷誘導(dǎo)的可塑性和行為誘導(dǎo)的可塑性。其中體能訓(xùn)練的強(qiáng)度是培養(yǎng)行為誘導(dǎo)可塑性的首要條件。Hsieh等[25]在研究中發(fā)現(xiàn)高強(qiáng)度上肢康復(fù)機(jī)器人組在提高患者運(yùn)動(dòng)功能、雙側(cè)能力、肌力、日常活動(dòng)能力等方面均優(yōu)于低強(qiáng)度上肢康復(fù)機(jī)器人組和常規(guī)上肢康復(fù)機(jī)器人組。在訓(xùn)練方式上，選擇單側(cè)訓(xùn)練或是雙側(cè)訓(xùn)練也會(huì)對(duì)康復(fù)療效造成不同影響。Stoykov等[26]表示雙側(cè)和單側(cè)訓(xùn)練對(duì)卒中后上肢功能障礙患者均有效，但是雙側(cè)訓(xùn)練對(duì)近端臂功能的改善更有利。Wu等[27]在研究中發(fā)現(xiàn)單側(cè)訓(xùn)練在軀干代償方面明顯少于雙側(cè)訓(xùn)練，但是在運(yùn)動(dòng)功能方面卻遠(yuǎn)不如雙側(cè)訓(xùn)練。

2.2.2 患者方面： 患者自身的病情進(jìn)展情況、康復(fù)訓(xùn)練的努力程度、訓(xùn)練過(guò)程的規(guī)范程度等都會(huì)對(duì)康復(fù)療效產(chǎn)生影響。多項(xiàng)研究[28-29]表明與慢性腦卒中患者相比，處于急性期或亞急性期的患者接受上肢康復(fù)機(jī)器人訓(xùn)練后康復(fù)效果更加顯著。這是因?yàn)樵缙谔峁┛祻?fù)治療能夠有效地防止病理模式的出現(xiàn)，從而提高運(yùn)動(dòng)質(zhì)量。但由于亞急性期患者自發(fā)恢復(fù)能力有限，患者大部分變化多由康復(fù)過(guò)程中的再學(xué)習(xí)所得，所以要想取得最佳的療效往往需要更長(zhǎng)的恢復(fù)時(shí)間[30]。隨著科技的不斷創(chuàng)新，上肢康復(fù)機(jī)器人也愈加智能化，不但能夠通過(guò)患者的腦電信號(hào)為患者提供準(zhǔn)確的動(dòng)作訓(xùn)練，還可為患者提供多感官反饋，規(guī)范康復(fù)訓(xùn)練的動(dòng)作，增加訓(xùn)練過(guò)程的趣味性，從而提高訓(xùn)練療效[31]。

3 上肢康復(fù)機(jī)器人療效評(píng)價(jià)工具

3.1 Brunnstrom運(yùn)動(dòng)功能評(píng)定法

Brunnstrom運(yùn)動(dòng)功能評(píng)定法最早出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代，是一種基于異常運(yùn)動(dòng)模式的評(píng)價(jià)方法，屬于半定量方法[32]。該評(píng)定法將肢體功能的恢復(fù)情況分為1～6期，根據(jù)每個(gè)分期出現(xiàn)的不同問(wèn)題，治療的重點(diǎn)也不同。該法為確定康復(fù)目標(biāo)、制定康復(fù)計(jì)劃、評(píng)估康復(fù)療效提供了理論依據(jù)。

3.2 上田敏評(píng)定法

日本學(xué)者上田敏表示Brunnstrom運(yùn)動(dòng)功能評(píng)價(jià)法雖能正確的把握腦卒中偏癱的恢復(fù)過(guò)程，判定標(biāo)準(zhǔn)也基本正確，但卻存在靈敏度和準(zhǔn)確性不足的缺點(diǎn)[33]?；诖巳秉c(diǎn)，上田敏在Brunnstrom評(píng)定的基礎(chǔ)上進(jìn)一步將偏癱細(xì)分為12個(gè)等級(jí)，并對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，使其成為一種半定量、可靠的評(píng)定方法。不過(guò)其與Brunnstrom運(yùn)動(dòng)功能評(píng)價(jià)法并無(wú)本質(zhì)區(qū)別。

3.3 Fugl-Meyer評(píng)定量表(FMA)

該評(píng)定法是在Brunnstrom評(píng)價(jià)方法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，評(píng)定內(nèi)容包括上下肢、平衡、感覺(jué)功能和關(guān)節(jié)活動(dòng)度5個(gè)方面[34]。與Brunnstrom評(píng)價(jià)法相比，F(xiàn)ugl-Meyer評(píng)定量表更為詳細(xì)，并給出了量化分值，屬于定量評(píng)價(jià)方法。該方法具有良好的信度和效度，在臨床上得到了廣泛的應(yīng)用。但其缺點(diǎn)是評(píng)定過(guò)程耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，容易使患者感到疲勞。

3.4 Wolf運(yùn)動(dòng)功能測(cè)試評(píng)定法(WMFT)

WMFT是一種廣泛應(yīng)用的評(píng)估卒中后上肢功能障礙的方法。具有良好的效度、反應(yīng)性和穩(wěn)定性，也是評(píng)價(jià)強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)療法改善上肢功能的國(guó)際首選量表。它可以對(duì)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)、功能活動(dòng)進(jìn)行計(jì)時(shí)，對(duì)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，從而評(píng)價(jià)患者上肢的運(yùn)動(dòng)能力。WMFT也屬于定量評(píng)價(jià)方法，但與FMA相比可以減少評(píng)定耗時(shí)。

除了以上四種量表外，臨床中常用的評(píng)價(jià)工具還包括Bobath評(píng)價(jià)量表、Ashworth痙攣評(píng)定量表等。目前上肢康復(fù)機(jī)器人也正朝著訓(xùn)練與評(píng)估一體化的方向發(fā)展，專家預(yù)建立完整的康復(fù)機(jī)器人量化評(píng)價(jià)體系，以便為康復(fù)治療師提供更加客觀的參數(shù)信息，為患者提供更加準(zhǔn)確的訓(xùn)練方案。目前白敬等[35]設(shè)計(jì)的基于空間測(cè)量的康復(fù)訓(xùn)練評(píng)估系統(tǒng)，還實(shí)現(xiàn)了無(wú)醫(yī)師監(jiān)督的居家康復(fù)訓(xùn)練與評(píng)估一體化流程。

4 小結(jié)

世界衛(wèi)生組織數(shù)據(jù)顯示我國(guó)腦卒中發(fā)病率居世界第一，因腦卒中所導(dǎo)致的致殘率可高達(dá)70%～80%。而減少致殘發(fā)生的關(guān)鍵措施就是為卒中患者提供早期的康復(fù)治療[36]。但事實(shí)上我國(guó)需接受康復(fù)治療的患者數(shù)量遠(yuǎn)高于康復(fù)治療師的目標(biāo)匹配人數(shù)，這就導(dǎo)致部分患者無(wú)法接受及時(shí)有效的康復(fù)治療，從而錯(cuò)過(guò)最佳的康復(fù)時(shí)機(jī)。近年來(lái)，上肢康復(fù)機(jī)器人的出現(xiàn)使持久性、精確化的康復(fù)訓(xùn)練模式得以實(shí)現(xiàn)。其具有人工康復(fù)無(wú)法替代的優(yōu)勢(shì)，在提高康復(fù)效率的同時(shí)，也大大減輕了康復(fù)治療師的工作量。并且隨著科技的不斷創(chuàng)新，康復(fù)機(jī)器人與其他技術(shù)相融合也成為一種新的發(fā)展趨勢(shì)。鑒于我國(guó)康復(fù)治療需求較大，上肢康復(fù)機(jī)器人在我國(guó)的發(fā)展前景應(yīng)是一片光明。但就目前來(lái)說(shuō)，上肢康復(fù)機(jī)器人還存在以下問(wèn)題，有待進(jìn)一步改進(jìn)：①柔性方面：與人工康復(fù)相比，機(jī)器人畢竟是康復(fù)設(shè)備。如患者在康復(fù)訓(xùn)練中出現(xiàn)異常動(dòng)作，那么康復(fù)機(jī)器人將無(wú)法很好地進(jìn)行應(yīng)對(duì)。主動(dòng)柔性和被動(dòng)柔性不佳可能會(huì)對(duì)患者的安全造成潛在威脅。②安全性方面：目前我國(guó)對(duì)上肢康復(fù)機(jī)器人的研究還處于初期階段。由于設(shè)備昂貴、成本較高，限制了大規(guī)模臨床研究的開(kāi)展。雖然已有研究表明，上肢康復(fù)機(jī)器人具有顯著的康復(fù)療效，但由于缺乏大數(shù)據(jù)支撐，患者在應(yīng)用過(guò)程中仍存有顧慮，其安全性有待進(jìn)一步研究和論證。③便捷性方面：部分機(jī)器人體積過(guò)大，患者無(wú)法攜帶也不方便進(jìn)行居家訓(xùn)練。而小巧輕便型的康復(fù)機(jī)器人可以使康復(fù)訓(xùn)練走進(jìn)家庭，方便患者日常使用，顯然更具有實(shí)用性。④智能性方面：由于疾病所帶來(lái)的困擾，卒中后功能障礙患者普遍會(huì)產(chǎn)生自卑、抑郁等心理問(wèn)題。雖然大多數(shù)機(jī)器人已經(jīng)可以做到為患者提供多感官反饋，但卻不具備同理心和人文關(guān)懷能力，無(wú)法為患者提供情感支持。相信隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)的機(jī)器人會(huì)變得愈加人性化和智能化，發(fā)展成為“有溫度”的機(jī)器人。