岳盼盼 張為民 閆雪

[摘要]?大部分腦卒中患者存在不同程度的運(yùn)動功能障礙。隨著科技的不斷發(fā)展，上肢智能反饋訓(xùn)練系統(tǒng)逐步應(yīng)用于腦卒中患者的康復(fù)訓(xùn)練中，以彌補(bǔ)常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練的不足。本文對上肢智能反饋訓(xùn)練系統(tǒng)的發(fā)展、工作原理、臨床應(yīng)用等研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期為臨床研究提供參考。

[關(guān)鍵詞]?上肢智能反饋訓(xùn)練系統(tǒng)；腦卒中；功能障礙

[中圖分類號]?R743.3????[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]?A????[DOI]?10.3969/j.issn.1673-9701.2024.01.022

腦卒中是由急性腦血管疾病引起的持續(xù)性腦神經(jīng)功能缺陷[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國腦卒中患者人數(shù)已超過2800萬，年增幅人數(shù)超過250萬；80%～90%的腦卒中患者有不同程度的運(yùn)動功能障礙，上肢功能障礙發(fā)病率達(dá)80%，患者預(yù)后不佳，嚴(yán)重影響其生活質(zhì)量[2-3]。除傳統(tǒng)康復(fù)治療方法外，機(jī)器人輔助訓(xùn)練逐漸應(yīng)用于腦卒中患者的臨床康復(fù)中。上肢智能反饋訓(xùn)練系統(tǒng)可利用客觀、準(zhǔn)確的評價數(shù)據(jù)，按照科學(xué)、有針對性的康復(fù)訓(xùn)練模式，通過多樣化場景的選擇，為腦卒中患者提供更好的康復(fù)方案，提高康復(fù)效果，在改善腦卒中患者上肢功能方面具有良好的應(yīng)用前景[4-5]。本文對上肢智能反饋訓(xùn)練系統(tǒng)的發(fā)展、工作原理和臨床應(yīng)用等研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期為臨床研究提供參考。

1??上肢智能反饋訓(xùn)練系統(tǒng)的發(fā)展歷程

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，跨學(xué)科合作已成為一種新的體驗(yàn)，數(shù)據(jù)智能不斷融入科學(xué)研究與社會生活中?？祻?fù)機(jī)器人給康復(fù)醫(yī)學(xué)帶來重大變革?？祻?fù)機(jī)器人是迄今為止康復(fù)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中科技含量最豐富的產(chǎn)品之一，其集醫(yī)學(xué)、人體工程學(xué)、仿生學(xué)、生物力學(xué)于一身。目前，康復(fù)治療中使用的機(jī)器人主要包括上下肢康復(fù)機(jī)器人、鏡像康復(fù)機(jī)器人和手功能康復(fù)機(jī)器人，其具有智能化、訓(xùn)練針對性強(qiáng)等特點(diǎn)。其中，上肢康復(fù)機(jī)器人的發(fā)展最迅速且科技含量不斷豐富。

20世紀(jì)80年代，由美國麻省理工學(xué)院研發(fā)而成的全球首臺上肢康復(fù)機(jī)器人MIT-MANUS標(biāo)志著上肢康復(fù)機(jī)器人研發(fā)的開端[6]。20世紀(jì)90年代，研究者發(fā)現(xiàn)利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練可增強(qiáng)康復(fù)效果，由此開始著手開發(fā)相應(yīng)的訓(xùn)練系統(tǒng)。最早的上肢康復(fù)機(jī)器人較簡單，只能進(jìn)行基本的上肢動作訓(xùn)練。隨著技術(shù)的逐步發(fā)展，康復(fù)領(lǐng)域?qū)＜抑饾u將智能反饋功能應(yīng)用于上肢康復(fù)訓(xùn)練中?？祻?fù)機(jī)器人的內(nèi)容模式也不斷豐富，從單一的力學(xué)參數(shù)到運(yùn)動學(xué)、神經(jīng)學(xué)等多參數(shù)的探索改進(jìn)，由單關(guān)節(jié)自由度發(fā)展到多關(guān)節(jié)自由度，從單純被動運(yùn)動發(fā)展到主動助力運(yùn)動、主動運(yùn)動、抗阻運(yùn)動等多運(yùn)動模式，基于人工智能技術(shù)的康復(fù)機(jī)器人逐步走向智能化、精細(xì)化發(fā)展道路，更加符合患者個體化的康復(fù)需求[7]。上肢智能反饋訓(xùn)練系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)，結(jié)合康復(fù)醫(yī)學(xué)理論，實(shí)時模擬人體上肢運(yùn)動規(guī)律，患者可在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境中完成單關(guān)節(jié)或多關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練。

2??上肢智能反饋訓(xùn)練系統(tǒng)的工作原理

上肢智能反饋訓(xùn)練系統(tǒng)是一種計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)，提供一維、二維、三維互動訓(xùn)練模式。上肢智能反饋訓(xùn)練系統(tǒng)包括評估系統(tǒng)和治療系統(tǒng)，其通過運(yùn)動捕捉、智能傳感器等設(shè)備采集康復(fù)患者的上肢運(yùn)動數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行實(shí)時、準(zhǔn)確的定位和分析，從而獲得患者的上肢運(yùn)動狀態(tài)信息，用于評估受影響上肢的關(guān)節(jié)活動范圍，包括肩內(nèi)收/外展、屈曲/伸展、肘屈曲/伸展、前臂旋前/旋后及握力等，為康復(fù)師評估患者的康復(fù)程度提供基礎(chǔ)，并在訓(xùn)練過程中自動計(jì)算患者的運(yùn)動范圍，準(zhǔn)確評估和治療。此外，該系統(tǒng)的訓(xùn)練軟件使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，通過靈活的人機(jī)交互方式，使患者可在虛擬的三維環(huán)境中進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，提高康復(fù)訓(xùn)練的趣味性和互動性，提供有吸引力和激勵性的訓(xùn)練游戲，允許患者選擇合適的訓(xùn)練強(qiáng)度和特定的聯(lián)合訓(xùn)練方法。在訓(xùn)練過程中，該系統(tǒng)可提供積極的視覺和聽覺反饋，精確記錄患者的訓(xùn)練進(jìn)度和效果，并生成相應(yīng)的報表和數(shù)據(jù)分析結(jié)果，為康復(fù)師提供更全面的數(shù)據(jù)支持，以便更準(zhǔn)確地評估患者的康復(fù)進(jìn)展。

3??上肢智能反饋訓(xùn)練系統(tǒng)的臨床應(yīng)用現(xiàn)狀

上肢智能反饋訓(xùn)練系統(tǒng)的出現(xiàn)不僅豐富康復(fù)訓(xùn)練的形式和內(nèi)容，改變康復(fù)師的工作模式，而且可提高康復(fù)治療的效果和患者體驗(yàn)，這對康復(fù)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展具有重大意義[8-9]。上肢智能反饋訓(xùn)練系統(tǒng)具備智能化運(yùn)動控制、優(yōu)化參數(shù)設(shè)計(jì)、運(yùn)動數(shù)據(jù)監(jiān)測功能，可對患者的運(yùn)動能力進(jìn)行評估，為康復(fù)訓(xùn)練策略的制定提供一定的依據(jù)。同時，上肢智能反饋訓(xùn)練系統(tǒng)可通過模擬日常生活中的常規(guī)活動，為患者提供多種激勵性的訓(xùn)練方式。上肢智能反饋訓(xùn)練系統(tǒng)在康復(fù)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，可用于腦卒中、頸椎病、手臂骨折、肩袖損傷等原因造成的上肢功能障礙的康復(fù)訓(xùn)練[5]。

3.1??改善上肢運(yùn)動功能

腦卒中后上肢運(yùn)動障礙主要表現(xiàn)為肌力降低、痙攣和運(yùn)動不協(xié)調(diào)等；對腦卒中后肌力2級以上患者，上肢智能反饋訓(xùn)練系統(tǒng)可提供高強(qiáng)度、可重復(fù)、特定任務(wù)訓(xùn)練以提高患者的上肢運(yùn)動功能[10]。

姜榮榮等[11]研究認(rèn)為，上肢康復(fù)機(jī)器人輔助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)訓(xùn)練可有效改善偏癱患者的上肢運(yùn)動功能、運(yùn)動質(zhì)量，提高日常生活活動能力。研究發(fā)現(xiàn)，上肢智能反饋訓(xùn)練系統(tǒng)可緩解患者的上肢肌肉痙攣，有效改善上肢屈肌痙攣患者的上肢運(yùn)動功能障礙[12-13]。Franceschini等[14]運(yùn)用InMotion2上肢康復(fù)機(jī)器人觀察患者肩肘部功能狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)該機(jī)器人可有效降低患者的肩部肌張力，促進(jìn)其上肢運(yùn)動功能的恢復(fù)。Shahar等[15]重點(diǎn)觀察三角肌中束肌肉的收縮募集，發(fā)現(xiàn)上肢康復(fù)機(jī)器人能有效促進(jìn)運(yùn)動單位興奮收縮。

除單獨(dú)使用上肢智能反饋訓(xùn)練系統(tǒng)外，臨床將上肢智能反饋訓(xùn)練系統(tǒng)與其他療法相結(jié)合，從而獲得更好的臨床效果。陳瑞全等[16]研究指出，上肢機(jī)器人聯(lián)合頭針可明顯改善腦卒中患者的上肢運(yùn)動功能和日?；顒幽芰?。吳李秀等[17]將智能運(yùn)動反饋系統(tǒng)應(yīng)用于恢復(fù)期腦卒中患者，并與低頻重復(fù)經(jīng)顱磁刺激相結(jié)合，發(fā)現(xiàn)其可安全、有效地促進(jìn)腦卒中患者上肢運(yùn)動功能的恢復(fù)。兩項(xiàng)研究通過頭針或低頻重復(fù)經(jīng)顱磁刺激手段直接在損傷腦區(qū)或腦功能區(qū)進(jìn)行中樞性刺激，同時聯(lián)合上肢智能反饋訓(xùn)練系統(tǒng)對外周肌肉進(jìn)行訓(xùn)練，符合“中樞–外周–中樞”的閉環(huán)康復(fù)理念[18]。

在訓(xùn)練過程中，上肢智能反饋訓(xùn)練系統(tǒng)針對患者上肢功能障礙的不同類型和程度，采用多種訓(xùn)練方法和技巧，改善神經(jīng)肌肉控制及運(yùn)動協(xié)調(diào)性，從而提高患者的上肢運(yùn)動能力[19]。上肢智能反饋訓(xùn)練系統(tǒng)的特點(diǎn)在于可還原日常生活中的實(shí)際動作，并通過任務(wù)型訓(xùn)練模式促使患者參與到康復(fù)治療中，提高患者的興趣，增強(qiáng)康復(fù)效果。

3.2??促進(jìn)上肢本體感覺的恢復(fù)

腦卒中患者上肢本體感覺缺失或障礙的情況較普遍。傳統(tǒng)的康復(fù)方法不能完全解決這一問題，且對患者本體感覺進(jìn)行量化評估也無明確標(biāo)準(zhǔn)。上肢智能反饋訓(xùn)練系統(tǒng)利用機(jī)器人的高精度、實(shí)時反饋等特點(diǎn)，對患者上肢進(jìn)行運(yùn)動軌跡分析，通過計(jì)算軌跡誤差等實(shí)現(xiàn)對上肢本體感覺的系統(tǒng)評估。在機(jī)器人的幫助下，實(shí)現(xiàn)對患者上肢本體感覺的評估，并通過機(jī)器人的反饋糾正和改善肢體狀態(tài)[20-21]。范虹等[22]將上肢康復(fù)機(jī)器人輔助訓(xùn)練應(yīng)用于腦卒中急性期患者，發(fā)現(xiàn)其在改善患者負(fù)重覺與位置覺方面優(yōu)于常規(guī)治療，且可促進(jìn)患者上肢本體感覺的恢復(fù)。Yeh等[23]研究發(fā)現(xiàn)，上肢康復(fù)機(jī)器人輔助訓(xùn)練對腦卒中患者的本體感覺恢復(fù)具有顯著促進(jìn)作用，實(shí)驗(yàn)中遮擋腦卒中患者的視力，結(jié)果顯示經(jīng)機(jī)器人訓(xùn)練后腦卒中組患者的體感誘發(fā)電位P27-N30峰值幅度顯著降低。金媛媛等[24]將上肢智能反饋訓(xùn)練系統(tǒng)應(yīng)用于腦卒中患者認(rèn)知功能及肩關(guān)節(jié)本體感覺的恢復(fù)，結(jié)果顯示上肢機(jī)器人訓(xùn)練可充分調(diào)動患者的訓(xùn)練積極性，患者主動投入日常訓(xùn)練。因此，上肢智能反饋訓(xùn)練系統(tǒng)具有較高的精準(zhǔn)性和可控性，可為患者提供穩(wěn)定、準(zhǔn)確的本體感覺輸入，通過視覺、聽覺、運(yùn)動覺等多感覺的綜合刺激，對本體感覺進(jìn)行多次重復(fù)性、糾錯性訓(xùn)練，從而提高患者對本體感覺的感知輸出能力。

3.3??改善其他功能障礙

上肢智能反饋訓(xùn)練系統(tǒng)可通過精準(zhǔn)康復(fù)訓(xùn)練幫助患者恢復(fù)上肢肌肉協(xié)調(diào)性和運(yùn)動控制能力，減輕肩關(guān)節(jié)半脫位、肩痛等癥狀[25-27]。對認(rèn)知和單側(cè)忽略等障礙，上肢智能反饋訓(xùn)練系統(tǒng)則可通過增強(qiáng)患側(cè)上肢間的神經(jīng)連接促進(jìn)患者大腦功能的恢復(fù)，提高患者的認(rèn)知和感知能力[28-31]。

4??小結(jié)與展望

上肢智能反饋訓(xùn)練系統(tǒng)是患者與康復(fù)師較理想的訓(xùn)練平臺，其訓(xùn)練效率高，可提供實(shí)時直觀的反饋信息并精準(zhǔn)評估患者訓(xùn)練后的康復(fù)程度，還可提高患者的訓(xùn)練樂趣、注意力和主動性。盡管缺乏高質(zhì)量的循證醫(yī)學(xué)證據(jù)，但許多臨床實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和小規(guī)模研究結(jié)果表明，上肢康復(fù)機(jī)器人可在腦卒中患者的上肢康復(fù)中發(fā)揮積極作用；多項(xiàng)有關(guān)腦卒中的康復(fù)治療指南均指出上肢康復(fù)機(jī)器人仍是高證據(jù)級別推薦使用[32-33]。

上肢智能反饋訓(xùn)練系統(tǒng)仍存在一些不足：①上肢康復(fù)機(jī)器人在臨床治療中常輔助常規(guī)康復(fù)治療，臨床研究缺少安慰劑對照研究。需進(jìn)一步研究以評估上肢康復(fù)機(jī)器人的療效，并與其他康復(fù)方法進(jìn)行比較，以更好地評估康復(fù)機(jī)器人的真實(shí)臨床效果。②治療過程中缺乏有效的長期關(guān)注。一些患者可能會在康復(fù)過程中失去對智能反饋訓(xùn)練系統(tǒng)的興趣或動力，導(dǎo)致訓(xùn)練效果下降。智能反饋訓(xùn)練系統(tǒng)應(yīng)提供長期的監(jiān)督和激勵機(jī)制，以便患者能持續(xù)參與康復(fù)訓(xùn)練。③長期療效并不明確。盡管智能反饋訓(xùn)練系統(tǒng)可在短期內(nèi)改善患者癥狀，但其長期療效的研究仍較為有限，需更多的長期隨訪研究以評估該系統(tǒng)對患者功能恢復(fù)和生活質(zhì)量的實(shí)際影響。此外，針對不同程度和不同時期腦卒中患者的療效及最佳訓(xùn)練計(jì)量也需進(jìn)一步深入研究。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突。

[參考文獻(xiàn)]

• 姜榮榮，?葉正茂，?陳艷，?等.?上肢康復(fù)機(jī)器人對偏癱上肢運(yùn)動功能和日?；顒幽芰Φ挠绊慬J].?中國康復(fù)， 2020，?35（10）：?517–521.
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（收稿日期：2023–06–20）

（修回日期：2023–12–07）