腦卒中病人康復期輔助器具研究進展

姜 楠,蔣 紅,楊靖宇

新疆醫科大學護理學院,新疆830000

全球疾病負擔研究數據顯示,腦卒中是我國居民死亡的首位病因[1]。腦卒中具有高發病率、高致殘率、高病死率和高復發率等特點,且呈年輕化趨勢,給個人、家庭、醫療保健系統和社會經濟增加了沉重的經濟負擔。因此,腦卒中幸存者的康復訓練已成為一個迫切的社會問題[2]。康復輔助器具的使用,有助于病人進行準確、定量和有效的訓練,盡快恢復日常活動能力?？祻陀柧毨诓∪俗陨頇C能的恢復,可減輕病人的痛苦,給病人帶來生活的希望和信心,使其生理、心理得到極大的安慰。現綜述腦卒中病人不同致殘部位(上肢、下肢)康復輔助器具研究進展,以期提高病人的自我管理能力。

1 上肢輔助器具

約80%的急性腦卒中病人有上肢運動障礙,50%～60%的幸存者在腦卒中后6個月仍存在上肢運動障礙[3],導致病人生活質量和幸福感下降,給個人、家庭和社會造成極大的負擔。因此,大多數病人選擇上肢輔助器具進行上肢功能訓練,改善其運動控制、肌肉張力和上肢表現,緩解疼痛。目前,上肢輔助器具的研究主要針對肩部和手部,故對這兩個部位的輔助器具進行闡述。

1.1 肩部輔助器具

肩關節半脫位及疼痛是腦卒中后常見的問題,肩部疼痛是腦卒中后常見的導致病人衰弱的原因。Dyer等[4]研究顯示,腦卒中病人肩部疼痛發生率為10%～22%。佩戴肩部輔助器具有助于改善腦卒中病人的平衡能力和步態[5]。目前,臨床應用的肩部輔助器具種類很多,包括三角肩帶、單條單側吊帶、Rolyan肱骨袖帶、Bobath環、卡瓦利耶支持帶等。三角肩帶、單條單側吊帶是較常用的肩部輔助器具,可減少垂直半脫位;Rolyan肱骨袖帶用于調整肱骨的垂直和旋轉位置,可以使肩部輕微外旋,主要解決肩關節長期內旋的問題;Bobath環主要保持肩部外展和外旋的姿勢[6]。目前,臨床使用的肩托和上肢支托板大部分將三角肩帶、單條單側吊帶與Rolyan肱骨袖帶和Bobath環組合起來設計,既修正了肩關節的半脫位,又減輕了將肩關節限制在內旋位、長時間屈肘造成屈曲痙攣的弊端,保證肩部輔助器具更好地發揮綜合保護效能。張永紅等[7]設計的支撐型肩關節保護康復器及蔣莉等[8]設計的肩關節半脫位護肩帶等肩部輔助器具均采用三角肩帶、單條單側吊帶、Rolyan肱骨袖帶、Bobath環相互組合設計,以達到功能最大化。肩部輔助器具包括近端及遠端支持、上肢近端部分支持及全手臂支持3種類型,只支持上肢近端部分的肩部輔助器具對于減少垂直半脫位效果最差,全手臂支持效果最佳。目前,臨床應用的肩部輔助器具多為全手臂支持模式。隨著工程科技和智能網絡的發展,上肢康復機器人的問世,通過與傳統肩部輔助器具技術交叉結合,設計更加智能、高效的人機交互康復工具,是一種新興的肩部輔助器具研究趨勢。有研究預測,康復機器人在中國市場具有極大的發展空間[9],上肢康復機器人也逐漸走向網絡化、智能化。此外,在休息狀態下,肩外旋時疼痛減輕,攣縮減少,故肩部輔助器具拆穿方便顯得尤為重要。目前,臨床應用的肩部輔助器具仍存在不足。有研究顯示,佩戴肩部輔助器具疼痛改善效果不明顯[10],故絕大多數肩部輔助器具的主要作用是矯正關節半脫位,對疼痛的影響有限。

1.2 手部康復輔助器具

研究顯示,腦卒中病人發病6個月后,仍有約65%的病人存在上肢及手功能障礙,影響日常生活。手功能的恢復對于病人康復和日常生活至關重要[11]。腦卒中偏癱早期病人會出現腕部、指間關節疼痛以及腕部腫脹,隨著病情的發展,將影響正常的手部功能[12]。手功能的缺失將嚴重影響病人的生活質量,手部康復已成為腦卒中康復過程中非常重要的一環。手部康復設備包括分指板、氣動手套、肘腕手矯形器及彈力輔助手矯正器等,康復治療方法包括康復機器人療法、非侵入性腦刺激療法、腦機接口療法、鏡像療法和虛擬現實療法。隨著腦科學、人工智能、機器人技術的發展,新型手部康復輔助器具設計主要基于“中樞-外周-中樞”閉環干預系統,將康復器械與虛擬技術結合,并在此基礎上引入生物反饋系統,從傳統手部康復設備逐步創新為智能手部康復裝置。樊東等[13]的實驗中已經證實新型智能手部康復裝置的有效性。同時,在該實驗中,研究人員還聯合虛擬現實訓練,通過虛擬技術進行情景互動模擬,以沉浸式環境提高病人的積極性,使病人在單調的康復訓練過程中得到樂趣,提高治療依從性[14]。訓練過程中病人切實感受到上肢運動功能的變化,與對照組比較,觀察組病人的手部功能明顯改善,進一步證實了康復器械與虛擬技術結合的實用性和廣大前景。此外,與傳統的剛性體外骨骼康復器械相比,軟體康復裝置對不同腦卒中病人手部的適配度更廣,允許手和手指在非驅動方向上運動,具有重量輕、便于攜帶、舒適度強、安全性高等優勢,解決了傳統康復器械存在的屈曲幅度不夠、伸展力度不夠、精準化程度不高的問題[15],將傳統手部康復器具由簡單被動逐步發展為多功能模式。另外,為使手部康復設備整體結構更為完整、成本更低,在設備外觀上將傳統的外骨骼包裝手指改為非包裹手指的新型設計,滿足了病人的多種要求。

2 下肢康復助行器

超過80%的腦卒中病人會出現輕癱,其中下肢運動功能障礙占68.6%,主要表現為下肢平衡功能障礙、步行能力障礙以及關節活動受限[16]。步行能力障礙常由肌力減弱、肌肉痙攣等因素引起,病人臨床表現為步態異常、平衡能力差等,嚴重影響其生活狀態。借助有效的助行器進行步行康復訓練,提高癱瘓肢體運動功能,有助于下肢功能康復。助行器的主要功能是輔助人體支撐體重、維持平衡和幫助行走[17]。目前,已投入使用的助行器,按操作力源分為無動力式、動力式和功能性電刺激(functional electrical stimulation,FES)助行器[18]。

2.1 無動力式助行器

無動力式助行器包括杖類助行器和助行架,憑借其操作簡單、穩定性強、攜帶方便、占據空間小等優勢受到老年人的歡迎[19]。但該助行器主要靠病人殘存體能和重力勢能行走,產品存在步態嚴重失真,體能消耗大的缺點,雖然簡單、便捷,但也有潛在的失衡風險及功能操作、體驗方面的不足等問題,可能引起二次傷害。因此,研究人員通過將無動力式助行器與穿戴式外骨骼相結合,借助彈簧(如氣彈簧、渦卷彈簧、流體彈簧等)對其既保持無源助行,減輕負重和肌肉受力,在調節高度、降低成本等方面進行改進和創新。

2.2 動力式助行器

動力式助行器包括部分穿戴式助行器、電動輪椅和目前還處于研發階段的人體外骨骼系統等。普通電動輪椅功能是動力式助行器的基礎功能[20]?，F有的穿戴式助行器在基礎功能之上主要從駕駛模式、訓練模式、控制策略和步態知覺等方面進行探索,創造更多新型動力式助行器。隨著材料技術、人工智能技術、能源技術的不斷發展,研究方向傾向于設計人和機械能夠高度交叉融合的助行器[21]。外骨骼作為一種將人體與動力裝置結合為一體的康復設備[22],主要作用是提供助力減重行走,現有的外骨骼助行器主要是與穿戴式助行器、電動輪椅結合起來設計的,以其功能齊全且便捷智能的優勢在市場中受到消費者的青睞。隨著人工智能等科學技術的發展,智能配重調節負重、感應式監測設備實時監測、伸縮式設計適應病人身高、膝關節保護裝置、防跌倒裝置、減震緩沖系統、全球定位系統(global positioning system,GPS)、坐立變換機構、聯動升降機構、把手支撐系統也不斷創新發展應用于動力式助行器設計中,使助行器不斷升級。此外,對綏化學院針對行走障礙人士用的助行器的專利設計中提到的病人無法拿出手機或其他移動設備的問題[23],在廣州市第一人民醫院發明的康復助行器中提到的邊輸液邊使用的問題[24]以及張思怡等[25]設計的助行器中提到的解決排泄問題等也進行了針對性的研究,滿足了病人的多樣性需求,為病人提供更大的幫助,促進病人生活質量的提高。

2.3 FES助行器

FES助行器根據功能及使用方法的不同分為矯正儀、完全植入系統以及復合矯形系統等多種類型。在Niu等[26]對利用肌肉協同作用指導FES模式的研究中,測試了FES對改善運動動力學的瞬時效應和短期干預效果,實驗結果顯示,Fugl-Meyer運動功能評估量表(Fugl-Meyer Assessment Scale,FMAS)評分和運動動力學方面都有所改善,病人的肌肉協同作用也傾向于向正常受試者的肌肉協同作用發展,證明使用基于協同的FES對腦卒中后肢體康復的益處。FES步行器是利用FES實現支撐相穩定的步行器,屬于自身動力式步行,但FES助行器一般結構較為復雜,存在腿部矯正力分布情況不合理、重力線糾正不到位的弊端,且通常為整腿式的輔助,無法對下肢關節的姿態進行細微調整。為解決上述問題,針對膝關節和踝關節的矯正儀不斷涌現,解決了關節屈伸受限的問題[27-28],選擇合適的刺激脈寬,能夠在需要刺激的時候進行治療,通過有效電刺激緩解肌肉痙攣,對下肢關節的姿態進行細微調整。完全植入系統通過運用腦機接口技術,腦機接口引導的機器人輔助訓練策略越來越多地用于腦卒中康復[29],該方法具有高度的實驗性,危險系數較大,有利于推動人機交互等技術的發展,在殘障人康復問題上具有重要的意義和廣泛的應用前景。

3 小結與展望

康復器具的研發應注重整體觀念,實現“上下肢一體化”整體康復。柳忠等[30]的研究中,治療組病人在常規康復訓練基礎上增加基于上下肢一體化的康復訓練,治療4周后效果優于對照組,證明上下肢一體化康復器具的研發與制作極具發明價值?，F有的一體化康復器具存在使用不便、功能單一的缺點,有研究進行智能上下肢康復器改進[31-32]。未來的上下肢一體化康復器具將有更大的發展空間,有待更深入的研究。

腦卒中發病率、患病率、護理和結局等方面存在較大的差異性,與病人的自我管理和后期的康復訓練密切相關,其中康復器具的正確使用顯得尤為重要。目前,病人的康復訓練主要在康復師指導下完成,但由于專業的醫療康復師嚴重短缺,病人的康復和功能訓練不能得到滿足和保障。因此,針對目前康復師供應與病人需求不對等的情況,鼓勵病人根據病情和康復需要,合理選擇和利用輔助訓練器械,加強自我管理,不僅可以提高個人的生活質量,也為家庭、醫院和社會減輕經濟負擔。但目前的康復器械非常有限,本研究僅對部分上下肢康復訓練器械進行概述,尚不能滿足目前腦卒中病人需求,更加簡易化、便捷化、網絡化的先進訓練設備有待繼續研發,高科技輔助器具的問世,將為腦卒中病人進行更準確、定量和有效的訓練提供巨大的幫助,也為病人的自我管理提供更多、更好的服務和便利。