一種可拆卸式手功能康復訓練器的設計

徐文超，沈雪，張峰，馬成鋼（通信作者）

1 浙江省立同德醫院 （浙江 杭州 324000）；2 浙江省醫療健康集團杭州醫院 （浙江 杭州 324000）

手與人類的日常活動密切相關，其由多種神經支配，解剖結構復雜精細。手功能是一項非常重要的人體功能，在人類行為中占有極大的比重。作為臨床常見疾病，手部肌腱韌帶等軟組織損傷會導致不同程度的手功能障礙或手功能喪失，影響手部正常的運動功能。除運動損傷外，由腦血管疾病導致的手功能障礙的發生率亦很高。據最新數據顯示，我國目前卒中患者接近7 000萬，且每年新增卒中患者約200萬[1]。世界衛生組織調查發現，半數以上卒中患者會發生手功能障礙，嚴重影響生命質量[2-3]。此外，我國永久性功能障礙分級標準中指出，人的上肢功能占全身功能的60%，手功能占上肢功能的90%[4]。因此，手功能康復訓練成了臨床康復治療努力的重要方向。

在此背景下，本研究設計了一款適合臨床使用的手功能康復訓練器，用于提升患者手指關節的活動度[5]，引導手部進行康復訓練，進而誘發手部肌肉的主動運動[6]。此外，考慮到目前我國新型冠狀病毒肺炎疫情進入了常態化防控階段[7]，在局部性出現增長的態勢下，醫院管理的核心在于控制院感[8]，因此，醫院對院感的要求非常嚴格，針對該情況，設計的手功能康復訓練器需滿足各個組成部件可拆卸，易清洗消毒的要求。

1 功能設計

1.1 可拆卸式設計

為了滿足現階段醫院復雜的使用環境，以及避免患者間發生交叉感染，需要保證對臨床使用器械及訓練器械進行清洗消毒的便捷性。感染的風險主要是體液、血液造成的交叉感染[9]，門診、病房部分有行為障礙的患者，如手外傷、卒中等患者，器械使用時易沾染患者體液、血液，因此，本研究設計的手功能康復訓練器需要保證各個組成部件可快速拆卸，以便進行清洗消毒。

1.2 材質設計

本研究設計的手功能康復訓練器，其腕部結構高度貼合患者手部，材質柔軟，以盡量減少對患者皮膚的磨損。指套部分可選用高彈力硅膠制品。手腕固定部分可采用目前主流的包裹性護腕保護設計，利用發泡橡膠的軟性固定，結合錦綸材質的魔術貼腕帶，便于患者穿戴[10]。此外，在設計錦綸材質腕帶時，在固定手腕的正面與背面位置預留2個固定板插口，通過腕帶加壓固定，用于合并手腕損傷需固定手腕的手指康復病例，在臨床實踐中做到對患者多部位、多功能的康復訓練。

2 結構設計

2.1 可拆卸金屬套件設計

可拆卸金屬套件是連接硅膠指套與手腕固定裝置的套件（圖1），上有連接扣，可打開，打開后可將套件穿進手腕固定裝置錦綸材質的卡套并卡住。為了保證套件的穩定性，框架結構需要采用剛性較大的金屬材料，其使用時不易形變，可保證患者在進行康復訓練時有較高的動作完成度。此外，套件上有5個小卡口（可將硅膠指套末端的球形凸起固定在套件5個小卡口上），卡口的口徑需大于硅膠彈力帶（圖2中2），小于硅膠指套彈力帶末端球形凸起（圖2中3），以保證硅膠指套固定牢靠。在康復訓練結束后，我們可反向取下一體式硅膠指套，拆卸簡單，便于清洗消毒；若臨床科室在使用前發現套件丟失或損壞，亦有替代方案，如醫院設備維修科室可按照套件設計圖進行手工制作，材質可選用直徑3～5 mm 的鐵絲。

2.2 硅膠指套部件設計

目前，硅膠的加工生產已進入成熟期[11]，產品工藝已非常完善，且已在醫療領域得到廣泛應用。本設計采用高彈力硅膠帶指套一體式結構（圖2），高彈力硅膠強度可控，在康復訓練中阻力區間由低到高可選用200～2 500 g，其中，200～1 000 g 區間可按100 g 遞增，1 000 g 以上區間可按300 g 遞增，阻力調節精細。該部件柔軟、舒適、伸縮自如、不易斷裂，且由于表面光滑更易清洗消毒可滿足院感要求。

2.3 手腕固定裝置設計

手腕固定裝置是手部固定的核心部分，為了增加患者手腕的舒適度，本設計采用發泡橡膠的軟性固定配合錦綸材質的魔術貼腕帶進行加壓固定，成人腕帶尺寸見圖3。

3 訓練模式設計

本研究設計了6種手部康復訓練模式，訓練時可拆卸式手功能康復訓練器的穿戴見圖4。

3.1 手指屈伸訓練

將可拆卸金屬套件連接扣固定于患者手心面，并選擇適合的彈力指套配件（彈力及長度），囑患者穿戴好后重復進行手指屈伸動作，并逐漸遞增阻力，進行漸進式訓練，可單手指也可多手指同時進行康復，以改善患者各個手指的活動度；此外，通過主動訓練，可增強患者手指的肌肉力量。

3.2 手指抓握訓練

將可拆卸金屬套件連接扣固定于患者手背面，并選擇適合的彈力指套配件（彈力及長度），囑患者穿戴好后重復進行手指抓握動作，達到活動各個手指關節，提高手指關節活動度的目的；此外，此訓練亦為漸進式，通過階段性增加彈力指套強度，逐漸增強患者手指的抓握能力。

3.3 手掌抓握訓練

將可拆卸金屬套件連接扣固定于患者手背面，并選擇適合的彈力指套配件（彈力及長度），囑患者穿戴好后重復進行手掌抓握動作，達到提高手掌肌肉神經靈敏度及手掌關節活動度的目的；此外，此訓練亦為漸進式，通過階段性增加彈力指套強度，逐漸增強患者手掌的抓握能力。

3.4 手指指定性訓練

將可拆卸金屬套件連接扣固定于患者手心面，并選擇適合的彈力指套配件（彈力及長度），囑患者穿戴好后手掌不動，通過指定患者單個或多個手指同時進行屈伸動作與患者進行互動，在互動中訓練患者手指指定性的控制能力；對于卒中或者腦損傷患者，可通過訓練手與腦的協作能力，提高腦對手指的動作控制能力。

3.5 腕部屈伸訓練

將可拆卸金屬套件連接扣固定于患者手背面，并選擇適合的彈力指套配件（彈力及長度），囑患者穿戴好后手指不動，通過手腕屈伸活動，增加腕部關節活動度；此外，此訓練亦為漸進式，通過階段性增加彈力指套強度，逐漸增強腕部的屈伸力量。

3.6 手部肌張力降低訓練

將可拆卸金屬套件連接扣固定于患者手背面，選擇強度大的彈力指套并安裝好，將手指肌張力高的患者手指拉伸至與手掌平齊，使整個手掌完全舒展。通過此方案被動活動患者手指，可增加指尖關節的活動度，進而誘發手部肌肉的主動活動，從而達到降低患者手部肌張力的目的。

4 手功能康復評定系統的設想與探討

手部精細運動功能的恢復對于患者及家庭乃至社會的意義巨大[12]，但實際上，手部精細運動功能恢復速度較慢[13]。鑒于此，本研究設計了一款易拆洗、消毒的手功能康復訓練器，將其應用于臨床康復治療中，通過多種模式切換可增加康復訓練的趣味性[14-15]，有效提高患者的配合度[16]，幫助患者提高預期康復目標。

手功能康復效果的評定主要由量表評定和客觀數據評定兩部分組成。目前，在對患者手功能進行首次評估分析時，臨床常采用日常生活能力評定量表[17]及手指總活動度功能評價法[18]進行患手功能評定。對于客觀數據評定，需借助數據測量單元來獲取數據。評定參數可增加手指、手腕力量評定，通過手部力量強度變化進行評價[19]，例如，對于可拆卸式手功能康復訓練器，可通過更換高彈力硅膠指套來測量手指、手腕的力量，通過適配患者的彈力強度來估算出患者目前的手部力量；此外，在更為精準的手指、手腕力量測量模塊設計中，可通過改進可拆卸金屬套件的結構，在其中增加拉力測量傳感器模塊，通過直接測量手指、手腕力量來獲取準確數據。目前，關于手功能的科研項目研究重點為模擬手套和數據手套，基于患者手臂的肌電等生物學信號反饋[20]及手部的肌肉響應來獲取數據，通過非常精細的手部動作檢測來模擬手部的運動軌跡[21]。相關研究指出，生物學信號弱且外界干擾大，可通過增加生物傳感器及數據算法來提高手部動作準確率和動作完成率[22]，并基于數據分析來完成動作意圖的識別[23]。