機器人輔助訓練對腦卒中患者上肢功能的效果

何艷，張通

1.首都醫科大學康復醫學院，北京市 100068；2.中國康復研究中心北京博愛醫院，a.運動療法3科；b.神經康復科，北京市 100068

腦卒中是全球成年人致殘的主要原因之一[1]。超過85%的腦卒中患者存在運動功能障礙，日常生活活動難以獨立完成，導致生活質量下降[2]；其中上肢運動功能致殘率更高，功能恢復也比下肢緩慢和困難[3]。上肢功能康復一直是腦卒中康復的重點和難點[4]。康復機器人逐漸成為一種新的康復治療手段，對腦卒中患者上肢功能康復有重要意義[5-6]。目前我國智能機器人技術和智能控制技術已經具備一定水平[7-8]，將這些先進技術應用于智能康復領域，開發智能康復訓練設備非常必要。ReFlex Lite 型上肢康復系統由中國康復研究中心牽頭，聯合清華大學醫學院生物醫學工程系、北京理工大學機器人研究所共同研發，北京蝶禾誼安信息技術有限公司生產。本研究觀察該系統輔助訓練對腦卒中患者上肢運動功能的療效。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取北京博愛醫院2018 年8 月至2020 年10 月住院的腦卒中偏癱患者61 例，均符合1995 年中華醫學會第四屆腦血管病會議制定的缺血及出血性腦卒中診斷標準，并經頭顱MRI或CT證實。

納入標準：①年齡18～80 歲；②存在上肢功能障礙；③意識清楚，聽理解正常；④簡易精神狀況檢查(Mini-Mental State Examination,MMSE)評分＞22 分；⑤同意參加試驗并簽署知情同意書。

排除標準：①認知功能障礙或精神障礙；②嚴重肩痛或骨裂、骨折等疾病，影響上肢活動；③嚴重心、肺、肝、腎等重要臟器功能衰竭；④情緒不穩定或存在抑郁、焦慮障礙。

剔除與脫落標準：①主動退出；②無法耐受規定訓練項目；③病情變化或突發其他疾病，主治醫生認為應該終止試驗；④因客觀原因，如出院等，無法繼續試驗。

隨機數字表法將患者分為對照組(n=30)和觀察組(n=31)。觀察組1 例因上洗手間時摔下輪椅，導致肱骨骨裂，無法繼續訓練而剔除，實際統計30例。

兩組一般資料無顯著性差異(P＞0.05)。見表1。

表1 兩組一般資料比較

本研究經中國康復研究中心醫學倫理委員會批準(No.2017-094-1)。

1.2 方法

兩組均接受常規基礎藥物治療。對照組每天接受常規康復訓練2 次；觀察組每天接受常規康復訓練1次，機器人輔助訓練1次。

1.2.1 常規康復訓練

對軟癱期患者，治療師在無痛或少痛范圍內進行被動活動，維持正常關節活動度(range of motion,ROM)，誘發主動運動。對痙攣期患者，通過被動活動和牽拉維持ROM，緩解肌張力，促進主動運動。對于出現協同運動模式患者，治療師設計個性化治療方案，促進患者上肢分離運動，逐漸加強患者隨意運動的控制能力。每次30 min，共4周。

1.2.2 機器人輔助訓練

ReFlex Lite 型上肢康復系統有被動和主動兩種訓練模式，主動模式有輔助主動運動、無輔助主動運動和抗阻運動3種模式。還可以根據患者不同功能狀態，選擇不同運動模式，如伸肌/屈肌連帶運動模式、分離運動模式等。系統提供虛擬環境進行具有功能性和趣味性的游戲訓練，患者產生的實時運動信息由傳感器記錄，進行視覺、語音實時反饋，在保證訓練質量的同時使患者感受到訓練的樂趣。由治療師根據患者功能狀態，選擇合適的游戲。每次30 min，共4周。

1.3 療效觀察

訓練前后由1名對分組不知情的治療師進行評定。上肢運動功能評定采用Fugl-Meyer評定量表上肢部分(Fugl-Meyer Assessment-Upper Extremities,FMA-UE)，共33 項，總分66 分，評分越高說明運動功能越好。日常生活活動能力評定采用改良Barthel 指數(modified Barthel Index,MBI)，共10 項，總分100 分，評分越高說明日常生活能力越好。采用關節活動尺測量患者主動肩關節屈曲、伸展、內旋、外旋、外展，肘關節屈曲，前臂旋前、旋后ROM，活動范圍越大說明運動能力越好。

1.4 統計學分析

所有數據采用Excel 軟件記錄，SPSS 22.0 統計軟件分析。計量資料經檢驗符合正態分布，以()表示，治療前后組內比較采用配對t檢驗，組間比較采用獨立樣本t檢驗；計數資料采用χ2檢驗。顯著性水平α=0.05。

2 結果

訓練后，兩組FMA-UE 和MBI 評分顯著提高(P＜0.001)，肩關節屈曲、伸展、內旋、外旋、外展，肘關節屈曲，前臂旋前、旋后ROM 明顯提高(P＜0.01)。見表2、表3。治療前后差值比較，觀察組MBI 評分，以及肩關節屈曲、外旋ROM 高于對照組(P＜0.05)。見表4。

表2 對照組訓練前后各項指標比較(n=30)

表3 觀察組訓練前后各項指標比較(n=30)

表4 兩組各項指標治療前后差值比較

3 討論

本研究顯示，常規康復訓練能明顯改善腦卒中患者偏癱側上肢運動功能和日常生活活動能力，結合可穿戴智能上肢康復機器人進行輔助訓練，療效更明顯，與此前的研究結果一致[9-12]。Meta 分析顯示[13]，機器人輔助治療對FMA-UE 評分有顯著效果，尤其對慢性腦卒中患者；但對功能獨立性測量評分的影響存在爭議，可能是因為研究存在較大異質性。

機器人輔助訓練的研究很少涉及上肢主動ROM測量。胡潔等[14]發現，機器人輔助訓練明顯提高觀察組患者肩關節前屈、內收和外展ROM。王平等[15]發現，機器人輔助訓練明顯提高肘關節屈曲、前臂旋后ROM。

本研究顯示，機器人輔助訓練只能進一步提高肩關節屈曲和外旋。可能因為入組患者大多發病3 個月左右，功能恢復還沒有到達遠端，且訓練時間為4周，相對較短；機器人訓練項目設計了較多對角線運動模式，患者比較容易進行大量重復訓練，還有專門針對肩關節屈曲、外旋的訓練游戲，患者近端ROM 得到更好改善。

研制的機器人在訓練中具有連續、無疲勞、程序性和可評估等優點；可以為患者提供上臂支持或阻力，使患者能夠在減重或負重狀態下訓練，并科學設計不同連帶運動或分離運動模式；虛擬環境使患者有代入感和趣味性，能增加患者的訓練積極性，提供的視聽反饋也有利于運動再學習[16-17]；虛擬游戲內容科學，滿足患者功能恢復的要求；除游戲有分值排名外，傳感技術能捕捉患者的運動，并將患者每天訓練情況制成圖表，使功能改善情況一目了然，從而激發患者康復的信心。

綜上所述，采用自行研制的機器人對腦卒中患者進行輔助訓練，可有效提高偏癱患者上肢運動功能和日常生活活動能力，在某些方面優于常規康復訓練，值得進一步研究。

本輔助訓練系統缺乏手功能訓練模塊[18]，有待進一步開發。還可以運用MRI、腦電圖等觀察患者訓練過程中腦功能反應，使訓練更有針對性，能精確地評價訓練效果[19-20]。上肢機器人輔助訓練對患者的感覺[21]、痙攣、注意力、認知功能等方面的影響也有待進一步探討。本研究對受試者分層不足，后續可觀察不同病情、病程、病位腦卒中患者機器人輔助訓練的療效，還可進行多中心、大樣本研究，并加強對患者的隨訪觀察。