上肢機(jī)器人在腦卒中患者功能恢復(fù)中的應(yīng)用

朱朝疊 董婭南 鄭發(fā)宇 喬娜 陳穎

腦卒中（stroke）特指急性腦血管病, 是急性發(fā)病的局灶性血管源性神經(jīng)功能缺損綜合征, 癥狀持續(xù)24小時以上或死亡,排除其他非腦血管病病因[1]。就目前我國每年約有240萬人新發(fā)腦卒中，每年約有110萬人死于該病，存活的腦卒中患者約1 100多萬[2]。腦卒中患者常伴有不同程度的運(yùn)動功能障礙，其中出現(xiàn)上肢運(yùn)動功能障礙的患者約占80%，最終僅有30%的患者能恢復(fù)基本的上肢功能[3]。上肢機(jī)器人是一種逐漸興起的治療腦卒中患者上肢功能障礙的治療技術(shù)，能提供高精度、高重復(fù)性的訓(xùn)練[4]。現(xiàn)就上肢機(jī)器人在腦卒中患者中的應(yīng)用進(jìn)行介紹。

1 上肢機(jī)器人的種類

目前,臨床上應(yīng)用的上肢康復(fù)機(jī)器人可分為外骨骼機(jī)器人、末端操作機(jī)器人、功能性電刺激輔助上肢康復(fù)機(jī)器人、基于表面肌電信號的上肢康復(fù)機(jī)器人、基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的上肢康復(fù)機(jī)器人和基于腦機(jī)接口的上肢康復(fù)機(jī)器人[5]。

2 上肢機(jī)器人的工作原理及方法

大腦能完成各種功能的關(guān)鍵是靠中樞神經(jīng)系統(tǒng)，后者由神經(jīng)元相互連接, 構(gòu)成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、神經(jīng)環(huán)路[6]。腦卒中患者發(fā)病后可導(dǎo)致中樞神經(jīng)損傷[7]，中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生損傷，神經(jīng)組織再生會極度困難。但隨著近年來對神經(jīng)系統(tǒng)疾病康復(fù)領(lǐng)域的研究,人們發(fā)現(xiàn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)具有高度的可塑性,其可塑性發(fā)生在損害的早期或后期, 主要表現(xiàn)在新的突觸連接的側(cè)支發(fā)芽、神經(jīng)發(fā)生、休眠突觸活化、支配區(qū)轉(zhuǎn)移和形成新的神經(jīng)通路等幾個方面[8]。

腦卒中具有高發(fā)病率、高死亡率、高致殘率、高復(fù)發(fā)率和多并發(fā)癥等特點(diǎn)[9]。腦卒中后及早的進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練可以降低殘疾的可能性。高強(qiáng)度、反復(fù)的訓(xùn)練可明顯提高腦卒中患者上肢功能。在傳統(tǒng)的康復(fù)治療中，因治療人員的限制，治療的強(qiáng)度、次數(shù)和時間往往不能滿足患者功能恢復(fù)的需要。而機(jī)器設(shè)備可提供密集的、可復(fù)制的、可定量的高強(qiáng)度運(yùn)動訓(xùn)練輔助治療，成為一種特異性的肢體運(yùn)動功能訓(xùn)練方法，可以幫助腦卒中患者恢復(fù)上肢功能。以瑞士 Hocoma 公司生產(chǎn)的 ArmeoSpring 上肢康復(fù)機(jī)器人為例，它是一款能夠配合虛擬現(xiàn)實(shí)游戲進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練的外骨骼康復(fù)機(jī)器人。系統(tǒng)沒有安裝電動機(jī)，為主動訓(xùn)練設(shè)備，沒有動力驅(qū)動，但具重力補(bǔ)償?shù)墓δ??；颊咄ㄟ^穿戴外骨骼機(jī)器人，進(jìn)行一定的評估后，選擇相應(yīng)的虛擬現(xiàn)實(shí)游戲進(jìn)行主動的康復(fù)訓(xùn)練[8]。

利用上肢機(jī)器人進(jìn)行肩關(guān)節(jié)屈、伸、內(nèi)收、外展訓(xùn)練，肘關(guān)節(jié)屈、伸訓(xùn)練，前臂旋前、旋后訓(xùn)練。根據(jù)自由度可分為以下3類訓(xùn)練：（1）一維訓(xùn)練——單關(guān)節(jié)訓(xùn)練。（2）二維訓(xùn)練——多關(guān)節(jié)聯(lián)合訓(xùn)練。（3）三維訓(xùn)練——在二維訓(xùn)練的基礎(chǔ)上增加前后活動。系統(tǒng)另設(shè)游戲和虛擬作業(yè)訓(xùn)練，游戲結(jié)束時屏幕上方出現(xiàn)成績，以增加訓(xùn)練的挑戰(zhàn)性。通過生動有趣的游戲方式訓(xùn)練上肢的運(yùn)動控制能力，增加了訓(xùn)練的趣味性。虛擬作業(yè)訓(xùn)練包括拾網(wǎng)球、擦窗、廚房做菜等，訓(xùn)練內(nèi)容更貼近日常生活，增強(qiáng)了訓(xùn)練的目標(biāo)性，可設(shè)置難易級別和關(guān)節(jié)活動范圍，循序漸進(jìn)進(jìn)行[4]。

3 上肢機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)

上肢機(jī)器人具備許多人類所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，例如：長期穩(wěn)定的重復(fù)訓(xùn)練，精確、客觀的測定訓(xùn)練與運(yùn)動參數(shù)，提供實(shí)時反饋、遠(yuǎn)程訓(xùn)練等。上肢機(jī)器人可根據(jù)患者情況單獨(dú)訓(xùn)練特定的關(guān)節(jié)或多個關(guān)節(jié)復(fù)合訓(xùn)練，還具有多個運(yùn)動自由度以供選擇，幫助患者進(jìn)行不同維度的運(yùn)動訓(xùn)練，有利于提高肌力，增加關(guān)節(jié)活動度，降低肌張力，減少聯(lián)合運(yùn)動，促進(jìn)分離動作形成，改善運(yùn)動模式，使動作更加協(xié)調(diào)，幫助上肢運(yùn)動恢復(fù)并改善神經(jīng)肌肉支配能力。而近些年許多研究得出[10]，在對腦卒中患者進(jìn)行常規(guī)肢體訓(xùn)練的同時加上上肢機(jī)器人訓(xùn)練可以有效提高訓(xùn)練效果。上肢機(jī)器人有利于解決許多常規(guī)肢體康復(fù)訓(xùn)練不能解決的問題，例如：依據(jù)患者的功能狀態(tài)和興趣為其選擇適合的游戲,可以使患者進(jìn)行有針對性的、由易到難和大重復(fù)量的主動運(yùn)動訓(xùn)練，大腦收集、判斷和整合信息，然后神經(jīng)有效的支配運(yùn)動，通過反饋，不斷調(diào)整，形成優(yōu)化的神經(jīng)通路，支配相關(guān)肌肉的順序、速度和力量，增強(qiáng)大腦的前饋能力和協(xié)調(diào)能力。在訓(xùn)練過程中，反復(fù)強(qiáng)化，有一定量的積累，能更好地促進(jìn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的功能重建，幫助患者在日常生活中更好地利用和訓(xùn)練上肢。

4 上肢機(jī)器人在腦卒中患者中的應(yīng)用

上肢機(jī)器人的訓(xùn)練效果會因?yàn)榻槿霑r機(jī)和治療時期不同而有所不同。何斌等[11]認(rèn)為上肢機(jī)器人對提高急性期腦卒中患者ADL有一定幫助。張超等[12]研究也得出，上肢機(jī)器人應(yīng)用于恢復(fù)期腦卒中患者可以有效地提高上肢運(yùn)動功能及促進(jìn)ADL的恢復(fù)。另有國外學(xué)者研究顯示，上肢機(jī)器人對于腦卒中恢復(fù)晚期甚至是后遺癥期的患者都有積極的影響[13]。國內(nèi)學(xué)者認(rèn)為，國外制造生產(chǎn)上肢機(jī)器人的技術(shù)迅猛發(fā)展，但是價格昂貴，治療費(fèi)用相對較高，會給患者帶來較大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[14]。

5 小結(jié)

隨著醫(yī)療水平的提高，醫(yī)療體系的逐步完善，人們對康復(fù)的認(rèn)識逐步提高，康復(fù)意識增強(qiáng)，康復(fù)需求變大。上肢機(jī)器人在保證康復(fù)效果的同時解決了康復(fù)治療師短缺這一現(xiàn)狀。在此次所查閱文獻(xiàn)中，各研究所納入樣本量12～60例不等，治療周期4～12周不等，樣本量都比較小，治療周期比較短。希望以后研究加大樣本量，延長治療周期，能更好的反映上肢機(jī)器人的治療效果。