郝金雙， 姜文博， 王承禹， 李玲玲

（遼寧科技大學(xué)，遼寧 鞍山114051）

0 引言

現(xiàn)階段隨著我國生活水平不斷的提高，人們作息時間的不規(guī)律和高油高鹽食品的攝入量增加，患有心腦血管疾病的患者數(shù)量也在逐漸增加。我國腦卒中篩查調(diào)查研究的結(jié)果中顯示，2007—2017年我國缺血性腦卒中發(fā)病率由2007年的119/10萬，持續(xù)上升到2017年的156/10萬，年均增長2.74%，明顯高于1997—2007年的年均增長率（0.98%）[1]。在過去的臨床實踐中，缺血性腦卒中不僅危險，而且容易留下嚴(yán)重的后遺癥,甚至出現(xiàn)偏癱的情況。腦卒中偏癱是由于運動系統(tǒng)失去對上中樞神經(jīng)的控制，導(dǎo)致四肢對身體肌群的協(xié)調(diào)和控制功能紊亂同時，與此同時患者的肌張力也會紊亂，進而出現(xiàn)運動功能障礙，相關(guān)研究也表明運動療法在改善肢體功能恢復(fù)方面有積極的作用[2]。缺血性腦卒中后遺癥恢復(fù)運動的本質(zhì)是學(xué)習(xí)與鍛煉的結(jié)合，通過多次的學(xué)習(xí)和鍛煉調(diào)動未損傷腦組織的重組和重建功能，需要患者心理上的理解接受并積極主動地參與康復(fù)。在病情的急性期間,缺血性腦卒中后遺癥恢復(fù)運動主要是抑制原始的異常反射活動，重新建立正常的運動模式，同時對肌肉的力量加強訓(xùn)練。

而且現(xiàn)在工作壓力非常的大，當(dāng)家中有人需要此類照顧時，由于工作緣故很難抽出時間照顧，而患者由于病情原因，在沒有人輔助的情況下很難自行加強肌肉訓(xùn)練，所以為了改善缺血性腦卒中后遺癥患者的肢體活動能力，設(shè)計了一款康復(fù)醫(yī)療輔助手臂，可以更加簡單便捷地進行肌肉力量訓(xùn)練。

1 研究目的及意義

針對腦血管疾病患者后遺癥手臂不能自主運動的問題，并結(jié)合缺血性腦卒中康復(fù)運動實質(zhì)，運用蝸輪、蝸桿、絲杠、仿生學(xué)結(jié)構(gòu)等技術(shù)來實現(xiàn)幫助患者肢體康復(fù)的活動目標(biāo)，同時使患者可以不用通過其他人或者器械的幫助，直接使用輔助手臂做手臂往復(fù)運動，來進行肌肉活動、肌肉張力緩解和肢體運動神經(jīng)保護。并且解決患者手臂承載能力的問題，設(shè)計一個可以實現(xiàn)自動伸縮、自如切換運動方向、主體運動部分和承載部分分開的，符合康復(fù)運動實質(zhì)需求并且方便實用的康復(fù)醫(yī)療輔助手臂。

這樣一款輔助手臂可以順應(yīng)市場需求，為更多的缺血性腦卒中患者服務(wù)，讓他們能夠減輕缺血性腦卒中后遺癥帶來的困擾，同時可以減輕家中親人的工作壓力和生活負(fù)擔(dān)，這也將是未來市場的一個發(fā)展方向。

2 輔助手臂的結(jié)構(gòu)，功能方案研究

康復(fù)醫(yī)療輔助手臂設(shè)計的康復(fù)理念依附于Janef在20世紀(jì)80年代提出的運動再學(xué)習(xí)恢復(fù)方案[3]，將缺血性腦卒中后遺癥患者恢復(fù)鍛煉的內(nèi)容轉(zhuǎn)移到平常的生活當(dāng)中，利用大腦的功能可塑性，輔助手臂帶動手臂被動運動，通過再學(xué)習(xí)重新獲得新的運動能力。在傳統(tǒng)Bobath康復(fù)療法的基礎(chǔ)上，增加了為期1個月的運動再學(xué)習(xí)計劃后，缺血性腦卒中偏癱患者的運動功能評分及患者的平衡能力也得到了明顯的改善。運動再學(xué)習(xí)方案作為患者積極參與康復(fù)治療的模式，患者依從性高，康復(fù)效果明顯，值得廣泛發(fā)展?？祻?fù)醫(yī)療輔助手臂設(shè)計的結(jié)構(gòu)分為主要工作部分和承載支架部分，主要工作部分負(fù)責(zé)帶動上肢做被動運動對肢體進行肌肉收縮控制訓(xùn)練。承載支架的設(shè)計解決患者手臂因為承載能力差而不可單獨佩戴的問題，同時考慮患者手臂因長時間不能自主運動導(dǎo)致的肱二頭肌和肱三頭肌處的肌張力過高，在輔助手臂帶動下手臂做被動運動患者會感到疼痛，在輔助手臂主體工作的上半部相對手臂肱二頭肌部分設(shè)計震動按摩器。

3 主要工作部分具體設(shè)計

圖1中，上臂固定裝置1采用彈性材料以便于手臂上臂的夾緊，同時寬度設(shè)計基本符合普通人上臂的寬度，以免過分夾緊導(dǎo)致血液循環(huán)不利，加重患者病情。內(nèi)部材料選用相對柔軟并可以直接接觸皮膚的材料，這樣炎熱的夏天使用者可以穿著短袖或者直接袒露上臂使用。根據(jù)肱二頭肌相應(yīng)位置在上臂固定裝置2的兩側(cè)設(shè)內(nèi)凹的安裝槽一，且安裝槽一沿豎直方向開設(shè)，在此安裝槽內(nèi)安裝上臂按摩裝置3，在整體運行時通過震動按摩來緩解使用者的肌張力。所述上臂按摩裝置3由電動機3-1、絲杠3-2、絲母3-3及震動按摩器3-4組成；所述電動機3-1設(shè)于安裝槽一的一端，電動機軸與絲杠3-2的一端相連，絲杠3-2的另一端伸入安裝槽一另一端開設(shè)的絲杠孔中；所述震動按摩器3-4一通過絲母3-3與絲杠相連3-2；在電動機3-1的驅(qū)動下帶動絲杠3-2正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，絲杠3-2與絲母3-3傳動配合，帶動震動按摩器一3-4在安裝槽一內(nèi)豎直移動，擴大按摩區(qū)域。同時震動按摩器一3-4可以調(diào)節(jié)振幅以控制按摩程度的大小，這樣就可以達到按摩區(qū)域可調(diào)、按摩程度可調(diào)，以使患者上臂達到舒適狀態(tài)進行恢復(fù)訓(xùn)練。

圖1 主要工作部分

下臂固定裝置2根據(jù)人體手臂下臂形狀設(shè)計，靠近肘關(guān)節(jié)側(cè)較寬、靠近腕關(guān)節(jié)側(cè)較窄，適應(yīng)人體手臂下臂形狀，內(nèi)外材料與上臂固定裝置1相同，這樣方便固定下臂并使使用者使用舒適。在下臂固定裝置2靠近肱橈肌位置設(shè)內(nèi)凹的安裝槽二，安裝下臂震動按摩器4，通過震動按摩以緩解肱橈肌的肌張力，可使手指達到相應(yīng)的放松程度，由于肱橈肌體積小于肱二頭肌，所以此震動按摩器無須移動，只調(diào)節(jié)震動幅度改變按摩效果即可。

所述上臂固定裝置1在靠近下臂固定裝置2一端的兩側(cè)分別設(shè)延長臂一，所述下臂固定裝置2在靠近上臂固定裝置1一端的兩側(cè)分別設(shè)延長臂二，并且延長臂一與延長臂二一一對應(yīng)設(shè)置；其中一側(cè)延長臂一與延長臂二的外側(cè)設(shè)轉(zhuǎn)動連接機構(gòu)，內(nèi)側(cè)設(shè)連接板一9；另外一側(cè)延長臂一與延長臂二的外側(cè)設(shè)連接板二9；所述轉(zhuǎn)動連接機構(gòu)由連接電動機5、蝸桿6、蝸輪7及傳動軸承8組成；所述連接電動機5設(shè)于其中一個延長臂一的外側(cè)，連接電動機5的電動機軸與蝸桿的6一端相連；所述蝸輪7為帶軸蝸輪，其上的短軸通過傳動軸承8與對應(yīng)的延長臂二相連，蝸輪7與蝸桿6傳動連接；所述傳動連接機構(gòu)通過連接電動機5轉(zhuǎn)動帶動蝸桿6轉(zhuǎn)動，蝸桿6和蝸輪7配合工作改變運動方向，通過傳動軸承8使下臂固定裝置2做往復(fù)運動，同時連接電動機5運動轉(zhuǎn)速可調(diào)，以致下臂固定裝置2運動速度可調(diào)。由于手臂在肌張力過高時，做快速或強制被動運動會導(dǎo)致疼痛或者肌肉拉傷，甚至斷裂，所以下臂固定裝置2運動速度的調(diào)整應(yīng)該與上臂震動按摩器4按摩效果相關(guān)聯(lián)，當(dāng)震動按摩緩解肌張力以后，連接電動機5開始工作，輔助臂開始進行往復(fù)運動，當(dāng)按摩效果和運動速度令使用者感到舒適時，主體工作部分持續(xù)工作相應(yīng)時間后達到康復(fù)運動目的。

4 承載支架部分設(shè)計

工作部分固定裝置10用于固定上臂固定裝置1，選用彈性較好的材料方便夾緊固定。在裝置下設(shè)計連接部分，連接部分設(shè)計為半球形以便工作部分固定裝置10部分可以活動，能使使用者在使用時找到合適的姿勢來進行恢復(fù)鍛煉。

由于使用者身高不同和使用時坐立姿勢不同，所以承載裝置應(yīng)該可以調(diào)節(jié)高度，所以支桿設(shè)計成兩部分。上部支桿11下部中空、下部支桿12上部中空，上部支桿11安裝在下部支桿12上作為承載支架的主體。上部支桿11與工作部分固定裝置10連接，在下部支桿12底部安裝底座15，底座15與地面成四腳接觸，使承載支架更加穩(wěn)定（可裝滾輪方便移動）。

調(diào)節(jié)螺栓13安裝位置固定在下部支桿12上，調(diào)節(jié)螺母14與調(diào)節(jié)螺栓13配合，上部支桿11與調(diào)節(jié)螺母14緊密配合，當(dāng)旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺柱時由于螺柱不能移動，調(diào)節(jié)螺母14隨著調(diào)節(jié)螺柱的轉(zhuǎn)動而上下移動，以達到整個承載支架的高度調(diào)節(jié)。

承載支架調(diào)節(jié)螺栓13采用剛度相對比較大的材料，其他裝置應(yīng)選取彈性、韌性較好的材料，同時選取輕質(zhì)材料，方便移動。

5 輔助手臂整體

為解決使用者手臂承載能力問題和恢復(fù)效果，主要工作部分應(yīng)配合承載部分一起工作，同時該輔助手臂主體工作部分還配有藍牙裝置，可通過手機或遙控器來調(diào)控按摩器震動按摩幅度、運動速度等，以給使用者更好的使用體驗。

康復(fù)醫(yī)療輔助手臂通過帶動患者手臂做被動往復(fù)運動，從而達到運動再學(xué)習(xí)的目的，運動再學(xué)習(xí)后可促進腦組織中產(chǎn)生新功能連接的關(guān)鍵性刺激，并且可以增強和刺激大腦皮層的活動，提高神經(jīng)系統(tǒng)的興奮性，為肢體功能的恢復(fù)打下良好的基礎(chǔ)。根據(jù)康復(fù)理論, 大腦具有一定的可塑性[4]。缺血性腦卒中后的大腦可通過改善中樞神經(jīng)系統(tǒng)的可塑性,促進腦組織周圍健康,側(cè)腦細(xì)胞補償可以加速側(cè)支循環(huán)的建立，促進功能恢復(fù)?？祻?fù)醫(yī)療輔助手臂的使用,利用運動再學(xué)習(xí)療法進行多次運動和學(xué)習(xí)，利用大腦功能可塑性抑制原始的異常反射活動，重新建立正常運動模式，達到基本恢復(fù)效果。

圖2 承載支架10.工作部分固定裝置 11.上部支桿12.下部支桿 13.調(diào)節(jié)螺栓 14.調(diào)節(jié)螺母 15.底座

6 結(jié)語

1）本康復(fù)手臂設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，使用方便、佩戴簡單,可以單獨佩戴減輕其他照看人員的工作壓力。

2）上固定臂中的上臂按摩裝置的按摩區(qū)域可小幅調(diào)整，按摩幅度及速度均可調(diào)節(jié)，可以對患者的上臂功能區(qū)進行充分的按摩，協(xié)助其功能恢復(fù)；下固定臂中的下臂按摩裝置的按摩模式與上臂按摩裝置相配合，實現(xiàn)對患者上肢的協(xié)調(diào)性按摩。

圖3 康復(fù)醫(yī)療輔助手臂整體

3）同時配備了高度可調(diào)的升降支撐機構(gòu)，保證使用者能夠?qū)⑸现{(diào)整到適宜的放松姿態(tài)，以促進康復(fù)效果。

4）可通過外部智能終端（如手機或遙控器）調(diào)控2個震動按摩器的震動按摩幅度及速度等，使用更加方便。

綜合腦卒中后遺癥康復(fù)理念與目前社會發(fā)展形勢,希望該康復(fù)手臂能為腦卒中后遺癥患者帶來福音。