符彩萍，吳家欣，黃博舒，黃舉漢，陸 娜

（1.海南醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科，海口 570102；2.海南醫(yī)學(xué)院第一臨床學(xué)院，?？?570102；3.海南醫(yī)學(xué)院臨床技能中心，海口 570102）

0 引言

腦卒中是指腦血管病變導(dǎo)致腦組織出現(xiàn)損傷的一類疾病[1]。腦卒中致偏癱的主要特征是患側(cè)下肢負(fù)重減少、邁步能力變差，而雙下肢協(xié)調(diào)負(fù)重和邁步是行走穩(wěn)當(dāng)?shù)那疤幔矢纳葡轮?fù)重、邁步是偏癱患者康復(fù)的重要目標(biāo)[2-4]。踏臺(tái)階訓(xùn)練有助于恢復(fù)患者的下肢負(fù)重和邁步能力，提高患者的平衡及步行功能。傳統(tǒng)的康復(fù)機(jī)械為固定式的兩步臺(tái)階，對于患側(cè)下肢負(fù)重、邁步、踏臺(tái)階評估的方法過于主觀，無法有效指導(dǎo)患者的康復(fù)訓(xùn)練[5-6]。因此，研發(fā)偏癱患者臺(tái)階康復(fù)訓(xùn)練評估輔助裝置可提高患者的康復(fù)效果,從而提升就醫(yī)體驗(yàn)。

1 研發(fā)背景

1.1 單側(cè)負(fù)重邁步評估及訓(xùn)練

傳統(tǒng)的單側(cè)負(fù)重邁步的評估及訓(xùn)練是讓患者站立在平地上，進(jìn)行單側(cè)下肢負(fù)重、對側(cè)邁步的動(dòng)作交替，此方法無法觀察到患者是否將所有的體質(zhì)量轉(zhuǎn)移到支撐腿后才進(jìn)行邁步，也很難準(zhǔn)確把握患者的邁步腿何時(shí)完全離地和再次著地[7]；同時(shí)，為了避免患者手部過度代償，治療師通常不予患者外部支持，患者或因此產(chǎn)生恐懼心理，不能完成評估或訓(xùn)練效果不佳，從而影響評估準(zhǔn)確性。

1.2 單側(cè)踏臺(tái)階評估及訓(xùn)練

臨床上針對單側(cè)踏臺(tái)階的評估及訓(xùn)練主要參考Berg量表中“雙足交替踏臺(tái)階”一項(xiàng)[8]，患者雙下肢交替踏臺(tái)階，當(dāng)完成低臺(tái)階（10 cm）測評時(shí)，可換成相當(dāng)于住宅一級臺(tái)階高度的高臺(tái)階（15 cm）進(jìn)行評估及訓(xùn)練[9]，記錄每次評估的完成時(shí)間和完成質(zhì)量，得出患者的功能等級。但在此過程中無法量化患者需要幫助的程度、每次踏臺(tái)階的用時(shí)及雙下肢負(fù)重的變化，且只能由康復(fù)治療師主觀判斷患者的功能水平和訓(xùn)練效果，存在數(shù)據(jù)不精確、不能夠完整記錄患者的康復(fù)軌跡以及平衡能力變化的問題。

傳統(tǒng)的康復(fù)機(jī)械不利于不同恢復(fù)階段的腦卒中并偏癱患者的使用。因此，需要設(shè)計(jì)一種偏癱患者臺(tái)階康復(fù)訓(xùn)練評估輔助裝置，用于客觀評估患者下肢負(fù)重、邁步和踏臺(tái)階的功能并輔助訓(xùn)練。

2 工作原理

本研究設(shè)計(jì)的偏癱患者臺(tái)階康復(fù)訓(xùn)練評估輔助裝置，主要測量受試者在站位平衡模式、單腿負(fù)重邁步模式及踏臺(tái)階模式中的壓力變化及壓力變化用時(shí)，并完成上述3種模式的評估及訓(xùn)練。本裝置在使用時(shí)，當(dāng)只需要用到階體一時(shí)，可編程邏輯控制器（programmable logic controller，PLC）（選用西門子S7-200）控制伸縮氣缸的活塞桿回縮，階體二套設(shè)在階體一的頂面上，階體二的頂面內(nèi)壁上的方形連接板卡入階體一頂面中部的方形凹槽中。階體一的高度為10 cm，按此高度方便實(shí)現(xiàn)對患者的康復(fù)訓(xùn)練。當(dāng)需要以15 cm的康復(fù)高度來實(shí)現(xiàn)康復(fù)訓(xùn)練時(shí)，PLC控制伸縮氣缸的活塞桿上升，帶動(dòng)階體二同步聯(lián)動(dòng)上升，階體二的兩側(cè)限位凸邊從階體一的頂面左右兩端的限位凸塊脫離，此時(shí)階體一的高度為10 cm，階體二與階體一之間的距離為5 cm，使得第二臺(tái)階的高度為15 cm，從而方便患者實(shí)現(xiàn)15 cm高的臺(tái)階的康復(fù)訓(xùn)練。當(dāng)需要用到第一臺(tái)階2時(shí)，則需要人工將第二臺(tái)階沿導(dǎo)軌滑出。PLC收集各個(gè)重力感應(yīng)器的數(shù)據(jù)，并在顯示器上顯示。

3 設(shè)計(jì)

3.1 裝置外觀

本裝置外觀為簡易步行平行杠與臺(tái)階的結(jié)合，包括第一臺(tái)階、第二臺(tái)階、下框型扶手和顯示器等，通過各重力感應(yīng)器反饋的數(shù)據(jù)來達(dá)到準(zhǔn)確評估、實(shí)時(shí)調(diào)整患者訓(xùn)練及記錄動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)等目的。

3.2 裝置硬件設(shè)計(jì)

本裝置主要包括輔助本體和其他組件，輔助本體包括第一臺(tái)階（分為第一臺(tái)階1和第一臺(tái)階2）和第二臺(tái)階，其他組件包括下框型扶手和顯示器。本裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。第一臺(tái)階1單獨(dú)使用，可提供站位平衡評估及訓(xùn)練功能；第一臺(tái)階1和第一臺(tái)階2配合使用，可提供單腿負(fù)重邁步評估及訓(xùn)練功能；第一臺(tái)階1和第二臺(tái)階配合使用，可提供踏臺(tái)階評估及訓(xùn)練功能。

3.2.1 第一臺(tái)階1及扶手

如圖1（b）所示，第一臺(tái)階1的頂面前部左右設(shè)有LED燈，利用燈光提醒患者臺(tái)階的位置；頂面左右設(shè)有重力感應(yīng)器；后部和第二臺(tái)階連接。第一臺(tái)階1的左右兩側(cè)設(shè)有下框型扶手，扶手高度可調(diào)節(jié)，適合不同身高的患者使用。扶手由2根垂直于地面且相互平行的支撐柱和設(shè)于支撐柱之間的橫向扶柄組成。如圖1（a）所示，支撐柱旁設(shè)有刻度尺，方便觀察和調(diào)節(jié)第二臺(tái)階的高度；橫向扶柄截面為圓形，其頂面上有重力感應(yīng)器，扶柄表面裹海綿套，可增加訓(xùn)練舒適度。

3.2.2 第一臺(tái)階2

如圖1（e）所示，第一臺(tái)階1向后延伸的臺(tái)面稱為第一臺(tái)階2，其頂面左右對稱設(shè)有重力感應(yīng)器，兩側(cè)也對應(yīng)設(shè)有導(dǎo)軌，第二臺(tái)階底部及后端中間的導(dǎo)輪與導(dǎo)軌相適配，可滑動(dòng)拉出第二臺(tái)階。導(dǎo)軌的后端安裝有限位凸頭，用來控制第二臺(tái)階的前行和后退。若要進(jìn)行單側(cè)下肢負(fù)重邁步評估或訓(xùn)練，可將第二臺(tái)階滑出，此時(shí)第一臺(tái)階1和第一臺(tái)階2同階，從而完成評估或訓(xùn)練的數(shù)據(jù)監(jiān)測和收集。

圖1 偏癱患者臺(tái)階康復(fù)訓(xùn)練評估輔助裝置結(jié)構(gòu)示意圖

3.2.3 第二臺(tái)階及顯示器

第二臺(tái)階包括階體一、階體二和頂面后部的顯示器。如圖1（d）所示，階體一的頂面左右兩端對應(yīng)設(shè)有限位凸塊，階體二底面為開口狀，左右兩端設(shè)有相適配的限位凸邊，可選擇性地將階體一套在其中。如圖1（a）、（b）所示，第二臺(tái)階下半部為階體一，其頂面中部設(shè)有方形凹槽，方形凹槽中部設(shè)有中心通孔；底面中部設(shè)有伸縮氣缸，伸縮氣缸的活塞桿穿插過中心通孔向外連接方形連接板；內(nèi)為空腔，其中設(shè)有可為各部件供電的充電電池、電動(dòng)機(jī)和PLC，PLC分別與電動(dòng)機(jī)、伸縮氣缸、充電電池、顯示組件和各重力感應(yīng)器相連；外側(cè)面設(shè)有側(cè)拉門，其表面設(shè)有凹形拉手，方便各部件的安裝和維護(hù)。第二臺(tái)階上半部為階體二，其頂面的左右設(shè)有重力感應(yīng)器，前部左右設(shè)有LED燈；底部中間區(qū)域有方形連接板，與活塞桿連接，且適配階體一的方形凹槽。通過活塞桿調(diào)節(jié)階體一和階體二的間距，可完成不同高度的臺(tái)階評估和訓(xùn)練。階體二頂面后部為支撐筒桿及顯示器，前者高度可調(diào)節(jié)且其內(nèi)容納導(dǎo)線，后者可實(shí)時(shí)顯示各重力感應(yīng)器的數(shù)據(jù)，便于觀察患者的下肢負(fù)重、邁步、踏臺(tái)階功能情況和指導(dǎo)患者訓(xùn)練。

4 使用方法

本裝置通過改變第二臺(tái)階的高度或位置來實(shí)現(xiàn)不同評估及訓(xùn)練，主要用于腦卒中后偏癱患者的康復(fù)，共有3種模式。使用時(shí)，先將扶手高度調(diào)整至與患者非患側(cè)下肢股骨大轉(zhuǎn)子同高處，以輔助患者平衡，視評估或訓(xùn)練內(nèi)容選擇性使用第二臺(tái)階。第1種模式為站位平衡評估，以中線為界，患者站立在第一臺(tái)階1上，顯示器顯示雙側(cè)下肢分別負(fù)重及扶手壓力的情況；第2種模式為單側(cè)負(fù)重邁步評估，以中線為界，患者站立在第一臺(tái)階1上，治療師下達(dá)“邁步”指令后，患者將所有體質(zhì)量轉(zhuǎn)移至一側(cè)下肢，另一側(cè)下肢往第一臺(tái)階2邁步，顯示器顯示支撐側(cè)下肢的負(fù)重情況和邁步側(cè)下肢完成邁步的時(shí)間；第3種模式為單側(cè)負(fù)重踏臺(tái)階評估，以中線為界，患者站立在第一臺(tái)階1上，治療師下達(dá)“踏臺(tái)階”指令后，患者將所有體質(zhì)量轉(zhuǎn)移至支撐側(cè)下肢，邁步側(cè)下肢踏第二臺(tái)階，當(dāng)邁步側(cè)踏上臺(tái)階后，患者將重心轉(zhuǎn)移至該側(cè)，同時(shí)伸展支撐側(cè)下肢髖關(guān)節(jié)、足向下后方做蹬離動(dòng)作，模擬行走中的邁步，顯示器顯示邁步側(cè)下肢完成踏臺(tái)階的時(shí)間和支撐側(cè)下肢負(fù)重變化的情況，通過調(diào)節(jié)第二臺(tái)階高度，可完成不同高度臺(tái)階的評估，評估后的量化數(shù)值可幫助治療師制訂及調(diào)整訓(xùn)練方案。在訓(xùn)練時(shí)，治療師可觀察顯示器上呈現(xiàn)的負(fù)重及用時(shí)的實(shí)時(shí)變化，及時(shí)對患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練指導(dǎo)。

5 結(jié)語

偏癱作為腦卒中常見的后遺癥之一，常表現(xiàn)為患者一側(cè)肢體的功能下降[10]，可見下肢負(fù)重減少、邁步變差，而負(fù)重、邁步是步行的關(guān)鍵，其功能恢復(fù)與否及好壞影響著患者的生活質(zhì)量[11-13]。研究表明，臺(tái)階訓(xùn)練有助于恢復(fù)患者下肢的正常負(fù)重和邁步能力[14]，尤其是患側(cè)下肢，其負(fù)重能力的恢復(fù)是提高患者平衡及步行功能的重點(diǎn)[15]，本裝置較好地彌補(bǔ)了國內(nèi)在站位平衡、單腿負(fù)重邁步及踏臺(tái)階功能客觀評估及訓(xùn)練方面的空白。但本裝置也存在一些不足之處，如無法進(jìn)行各項(xiàng)數(shù)據(jù)的自動(dòng)分析、訓(xùn)練評估指令需治療師口頭下達(dá)等。在后續(xù)的研究中可加入更多的人工智能（artificial intelligence，AI）元素以進(jìn)一步向客觀、精確及高效靠攏。綜上，本裝置能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測患者的臺(tái)階訓(xùn)練數(shù)據(jù)，量化患者需要幫助的程度和完成動(dòng)作所用的時(shí)間，大大提高了康復(fù)效果，具有較好的市場前景。