上肢机器人辅助疗法对急性期脑卒中患者上肢运动功能的效果

何斌，张超，刘璇



上肢机器人辅助疗法对急性期脑卒中患者上肢运动功能的效果

何斌，张超，刘璇

［摘要］目的探讨上肢机器人辅助疗法对急性期偏瘫患者上肢运动功能的效果。方法2013年8月～2014年9月，46例急性期脑卒中患者随机分为实验组和对照组各23例。两组均进行常规康复训练，实验组增加上肢机器人辅助疗法训练，对照组增加上肢重复性运动训练，30min/d，5d/周，共12周。治疗前后分别采用Fugl-Meyer上肢部分（FM-UL）评定上肢及手部的运动功能，改良Ashworth量表（MAS）评定肘关节肌张力，改良Barthel指数（MBI）评定日常生活活动能力。结果治疗后，两组患者FM-UL评分、MAS分级、MBI均较治疗前改善（t＞3.856，Z＞1.889，P＜0.05），且实验组FM-UL评分、MAS分级优于对照组（t=-2.386，Z=-2.625，P＜0.05），实验组MBI与对照组比较无显著性差异（t=-1.326，P=0.098）。结论上肢机器人辅助疗法可促进急性期脑卒中患者上肢运动功能恢复。

［关键词］脑卒中；机器人；康复；运动功能；上肢

［本文著录格式］何斌，张超，刘璇.上肢机器人辅助疗法对急性期脑卒中患者上肢运动功能的效果［J］.中国康复理论与实践，2016，22（6）：688-692.

CITED AS：He B，Zhang C，Liu X，et al.Effects of upper limb robot-assisted therapy on motor recovery in patients with acute stroke［J］.Zhongguo Kangfu Lilun Yu Shijian，2016，22（6）：688-692.

近年来，随着医疗技术的发展，脑卒中患者的致死率明显下降，而大部分脑卒中幸存者都会出现运动功能障碍［1］。55%～75%的脑卒中患者会有持续的上肢和手的运动功能障碍，从而导致日常生活质量下降［2］。卒中后上肢和下肢功能的康复是一个复杂的过程，通常需要多学科、多领域的协作。循证医学指出高重复性的运动训练可以有效地提高脑卒中患者上肢的运动能力［3-5］。早期进行被动或主动的高重复性上肢运动可以有效地增加感觉运动输入，促使大脑产生运动计划，同时使肌肉达到适当的肌张力状态，从而有效地促进脑卒中患者上肢运动功能的恢复［6-9］。

目前除了依靠治疗师进行的一些传统的运动恢复训练，机器人辅助训练已经被逐步运用到临床康复［10］。但是机器人辅助脑卒中患者上肢运动功能恢复的疗效报道不尽相同。10年来，一些外国文献报道应用机器人辅助系统能有效地促进上肢运动功能恢复，也有一些外国文献报道应用机器人辅助系统与传统的康复治疗在提高上肢运动功能方面没有差别［10-14］。但随着科学技术的发展，上肢机器人的技术也迅猛提高，能为患者提供更好的三维空间的减重系统，使患者可以早期进行高重复性的主动运动功能训练。国内已有一篇关于上肢机器人运动反馈训练的报道［15］，但此研究只针对脑卒中Brunnstrom分期≥Ⅲ期的患者。本研究将观察Armeo Spring上肢机器人辅助系统联合传统康复训练对脑卒中患者上肢的运动功能和日常生活活动能力恢复的影响。

1　资料与方法

1.1一般资料

2013年8月～2014年9月在本院康复科住院治疗的脑卒中急性期患者46例，诊断符合1995年全国第四届脑血管病学术会议通过的“各类脑血管病诊断要点”［16］，并经CT或MRI证实。

纳入标准：①一侧脑梗死或脑出血，初次发作；②年龄18～70岁；③病程＜3个月；④意识清楚，心、肺功能良好，生命体征平稳，能很好地配合训练；⑤单侧肢体有不同程度的运动功能障碍；⑥患者对本研究知情同意。

排除标准：①伴有意识障碍或认知功能障碍，简易精神状态检查（Mini- Mental State Examination，MMSE）≤20；②肌张力过高，Ashworth分级≥Ⅲ级；③肩关节伴发严重疼痛；④严重肩、肘关节被动关节活动度受限；⑤并发严重的心、肺、肝肾疾病等；⑥多发癫痫。

入选患者按随机数字表法分为实验组和对照组，每组23例。两组性别、年龄、卒中类型、卒中侧别及发病时间比较均无显著性差异（P＞0.05）。见表1。

表1　两组一般资料比较

1.2方法

1.2.1上肢机器人辅助系统

Armeo Spring是由美国加利福尼亚大学和芝加哥康复研究中心共同研究和开发的最新上肢康复辅助训练系统，可以通过调节来补偿患者手臂的部分重量，增强残留的功能和神经肌肉控制，从而进行三维空间内的辅助主动运动。Armeo Spring可以支撑整个上肢，并提供以下自由运动方向：腕关节屈/伸、前臂旋前/旋后、肘关节屈/伸、肩关节屈/伸、肩关节水平内收/外展、肩关节内旋/外旋。同时此上肢机器人辅助训练装置拥有庞大的游戏库及情景模拟生物反馈系统来配合运动功能的训练。

1.2.2训练方法

两组均给予为期3个月的常规康复训练，包括物理疗法训练和作业疗法训练。对照组和实验组每天进行2次物理疗法训练，45min/次，5d/周，12周，包括被动活动、座位平衡训练、站立训练、步行训练、转移训练。每天进行一次常规作业疗法训练，45min/次，5d/周，12周，包括滚筒训练、木钉盘活动、砂板磨活动、日常生活活动能力（activities of daily living，ADL）指导。

对照组在常规作业治疗的基础上增加一次徒手的重复性动作训练，30min/次，5d/周，12周。训练动作依据患者不同的功能状态进行设定，包括借助滚筒屈伸肘关节，背伸或掌屈腕关节；桌面或墙面反复擦拭动作；借助体操棒进行前臂旋前或旋后的动作训练。

实验组在常规作业治疗的基础上增加一次Armeo Spring上肢机器人辅助治疗（HOCOMA公司，瑞士），30min/次，5d/周，12周。上肢机器人辅助治疗方案由有经验的治疗师设定，包括以下方面。①依据患者的上臂及前臂长度调节上肢机器人手臂的长度。②依据患者的运动功能状态及手臂的重量调节减重量，使患者处在最佳的辅助主动运动状态。③依据患者的运动功能状态选择游戏，每个游戏对应不同的上肢重复性运动，每次选择5～6个游戏，每个游戏的时间一般为3～5min。如接水滴（肩关节外展/内收）；擦胡萝卜丝（肘关节屈伸）；浇花（前臂内旋/外旋）；拿箱子、苹果（综合运动，包含腕关节屈/伸，手部抓放）；驾车游戏（综合运动，提高ADL）。④每次训练结束后，可以同上次训练成绩进行对比，治疗师可根据实际数据对患者的运动功能状态作出评价，并及时给予患者指导与鼓励；在3个月的训练中，治疗师可根据患者运动功能的提高调整游戏难度或更换游戏。训练中出现任何不适或危害患者生命健康的情况，应立即终止训练，查明原因后再决定是否继续进行机器人辅助训练。

1.3评定方法

分别于训练前、训练12周后，由两名工作经验3年以上并对分组情况不知情的作业疗法师对两组患者进行评定。

1.3.1Fugl-Meyer评定量表中的上肢部分（Fugl-Meyer Assessment-Upper Limb，FM-UL）

对脑卒中患者的上肢及手部的运动功能进行评定。每个项目，0分表示不能做某一动作；1分表示能部分做；2分表示能充分完成。总分66分，分值越高代表功能越好。

1.3.2改良Ashworth量表（modified Ashworth Scale，MAS）评分

采用MAS对脑卒中患者上肢肘关节进行肌张力测定，分为0～Ⅳ级，分级越高，痉挛程度越重。

1.3.3改良Barthel指数（modified Barthel Index，MBI）

包括10项内容。得分越高，独立性越强、依赖性越小。

1.4统计学分析

采用SPSS 22.0软件进行分析。两组间年龄及发病时间采用两独立样本t检验；两组间性别、病种比较采用Χ2检验。计量资料以（±s）表示，对于FM-UL评分及改良Barthel评分，组内治疗前后比较采用配对t检验，组间比较采用两独立样本t检验。MAS评分，组内比较采用Wilcoxon秩和检验，组间比较采用Mann-Whitney U秩和检验。显著性水平α=0.05。

2　结果

两组治疗前FM-UL评分、MAS分级及MBI均无显著性差异（P＞0.05），治疗后均较治疗前改善（P＜0.05）。治疗后，实验组FM-UL评分和MAS较对照组改善（P＜0.05）。实验组治疗后MBI分较对照组无显著性差异（P＞0.05），但评分略高于对照组。见表2～表4。

表2　两组治疗前后FM-UL评分比较

表3　两组治疗前后MAS分级比较（n）

表4　两组治疗前后MBI比较

3　讨论

目前，脑卒中仍是世界上第一位导致运动功能受损的疾病。运动功能受损使患者在支配他们上肢及手部活动时遇到困难。这不但影响ADL，同时也使他们的社会活动能力大大降低，从而导致生活质量的下降［17-18］。康复治疗在帮助脑卒中患者恢复上肢及手部运动功能能力和ADL方面起到积极的作用。在过往的研究中，没有任何一种疗法被证明是最有效治疗脑卒中患者运动功能的方法，但是循证医学显示高重复性的运动训练可以有效地帮助脑卒中患者提高运动能力［4］。随着科学技术的发展，上肢机器人辅助系统也加入到脑卒中患者的康复训练中，此系统在肢体减重的基础上，使患者可以早期进行高重复性的自主运动，从而促进运动功能恢复。此项技术在发达国家已经应用20余年，由于上肢机器人辅助系统众多，技术水平参差不一，国外对其疗效的研究结果也不尽相同［10-14］。近3年来，此项技术才刚刚引入中国，本研究致力于探讨其对于急性期脑卒中患者上肢运动功能和ADL恢复的影响。

在本研究中，我们将Armeo Spring上肢机器人辅助疗法加入到早期脑卒中患者的常规康复训练中。研究结果显示对照组患者常规康复训练3个月后，FM-UL评分、MAS评分及MBI均较训练前改善，证明本院康复治疗方法治疗脑卒中患者上肢运动功能障碍有显著疗效。同时实验组在使用了上肢机器人辅助系统后，FM-UL评分较对照组有显著提高，证明此系统早期应用于急性期脑卒中患者，可以有效地提高上肢运动功能的恢复。作用机制可能有以下几点。

①人的大脑有高度的可塑性和重组能力，一定时间内高重复性运动训练不仅可以改善肢体运动功能，同时也能增加感觉信息的输入，对大脑进行反复刺激，通过其周围脑组织代替受损伤脑组织行使其原有功能［7，19-21］。

②机器人上肢辅助系统可以提供三维空间内的上肢支撑系统，可以使患者早期抗重力进行自主运动，而不仅仅是依靠治疗师进行被动活动，从而有效提高患侧上肢运动能力。

③治疗师可应用此系统将患者的肘关节锁定在伸直位，前臂锁定在旋前/旋后位，腕关节背屈位，可以使患者在对抗异常模式的前提下，进行分离运动的重新学习和反复训练。

除此之外，实验组训练3个月后，MAS评分也较对照组降低，证明此系统能有效帮助脑卒中患者降级患侧上肢肌张力。

作用机制如下。①早期进行主动肌和拮抗肌反复运动，可以有效帮助脑卒中患者协调肌张力，抑制肌张力过度增高及异常运动模式的出现［22］。②通过减重系统，抵消重力因素对上肢主动训练的影响，降低对患者主动肌运动功能和体力的要求，从而在一定时间内能进行主动肌与拮抗肌的平衡训练。同时此研究显示，实验组MBI评分较对照组无显著性差异，但是分值较对照组稍高。说明此系统对提高急性期脑卒中患者ADL有一定帮助。但是由于急性期患者早期运动功能还没有恢复到理想水平，因此会影响其ADL［23］。治疗师在其下一阶段的康复训练中，随着患者肢体运动能力的提高，应更加注重ADL和社会生活能力的改善。

上肢机器人辅助系统与常规的康复治疗相比较，还拥有情景模拟生物反馈系统和庞大的游戏库，治疗师可以依据患者的功能状态和兴趣为其选择适合的游戏。可以使患者进行有针对性的、由易到难和大重复量的主动运动训练［24］。患者如进行30min传统重复性动作训练，很容易精力不集中，疲劳。此系统可以帮助患者改善注意力，保持体力，增加患者训练的兴趣和积极性。其中驾驶游戏可以让患者进行模拟驾驶，不同的路径、不同的场景使患者更有兴趣进行锻炼，在提高运动能力的同时也让患者逐步体会恢复到日常生活的过程。帮助患者树立康复的信心和主动康复的意愿。

上肢机器人辅助系统还能在一定程度上解放治疗师，使其能为更多的患者服务。但同时此系统也有自身的局限性，例如由于减重的影响，肩关节前屈最大只能达到140°，肩关节后伸只能达到50°，与正常的关节活动范围有一定差距。因此治疗师要在平时的常规训练中加入此项针对性训练，帮助患者更好地恢复运动功能。

综上所述，Armeo Spring上肢机器人辅助系统结合常规康复训练可以有效提高急性期脑卒中患者的上肢运动能力，降低患者异常的肌张力。同时也要求治疗师要有自己的专业判断，在详细评估患者的功能状态后，为其设定肢体位置，选择适合的游戏及游戏难度，从而帮助患者更好的进行康复。

［参考文献］

［1］Sarti C，Rastenyte D，Cepaitis Z，et al.International trends in mortality from stroke，1968 to 1994［J］.Stroke，2000，31（7）：1588-1601.

［2］Mayo NE，Wood-Dauphinee S，Ahmed S，et al.Disablement following stroke［J］.Disabl Rehabli，1999，21（5-6）：258-268.

［3］Kwakkel G，Kollen B，Lindeman E.Understanding the pattern of functional recovery after stroke：facts and theories［J］.Restor Neurol Neurosci，2004，22：281-299.

［4］French B，Thomas LH，Leathley MJ，et al.Repetitive task training for improving functional ability after stroke［J］.Cochrane Database Syst Rev，2007（4）：CD006073.

［5］Legg L，Pollock A，Langhorne P，et al.A multidisciplinary research agenda for stroke rehabilitation［J］.Br J Ther Rehabil，2000，7：319-324.

［6］Carel C，Loubinoux I，Thilman AF.Neural substrate for the effects of passive training on sensorimtoor cortical representation：a study with functional magnetic resonance imaging in healthy subjects［J］.Cerebr Blood Flow Metab，2000，20（3）：478-484.

［7］Mima T，Sadato N，Yazawa S，et al.Brain structures related to active and passive finger movements in man［J］.Brain，1999，122（Pt 10）：1989-1997.

［8］Murphy TH，Corbett D.Plasticity during stroke recovery：from synapse to behavior［J］.Nat Rev Neurosci，2009，10（12）：861-872.

［9］Levin MF，Kleim JA，Wolf SL.What do motor "recovery" and "compensation" mean in patients following stroke？［J］.Neurorehabil Neural Repair，2009，23（4）：313-319.

［10］Norouzi-Gheidari N，Archambault PS，Fung J.Effects of robot-assisted therapy on stroke rehabilitation in upper limbs：systematic review and meta-analysis of the literature［J］.J Rehabil Res Dev，2012，49（4）：479-496.

［11］Kwakkel G，Kollen BJ，Krebs HI.Effects of robot-assisted therapy on upper limb recovery after stroke：a systematic review［J］.Neurorehabil Neural Repair，2008，22（2）：111-121.

［12］Sivan M，O'Connor RJ，Makower S，et al.Systematic review of outcome measures used in the evaluation of robot-assisted upper limb exercise in stroke［J］.J Rehabil Med，2011，43（3）：181-189.

［13］Stein J.Robotics in rehabilitation：Technology as destiny［J］.Am J Phys Med Rehab，2012，91（11）：199-203.

［14］Dobkin BH.Strategies for stroke rehabilitation［J］.Lancet Neurol，2004，3（9）：528-536.

［15］孙莹，花佳佳，施加加，等.运动反馈训练对偏瘫患者上肢运动功能和日常生活活动能力的疗效［J］.中国康复，2015，30（6）：409-411.

［16］全国第四届脑血管病学术会议.各类脑血管病诊断要点［J］.中华神经科杂志，1996，29（6）：379-380.

［17］Ali M，Atula S，Bath PM，et al.Stroke outcome in clinical trial patients deriving from different countries［J］.Stroke，2009，40（1）：35-40.

［18］Nichols-Larsen DS，Clark PC，Zeringue A，et al.Factors influencing stroke survivors' quality of life during subacute recovery［J］.Stroke，2005，36（7）：1480-1484.

［19］Kwakkel G，Kollen B，Lindeman E.Understanding the pattern of functional recovery after stroke：facts and theories［J］.Restor Neurol Neurosci，2004，22：281-299.

［20］Iehikawa A，Yamamoto H，Ono I，et al.Stimulus-related 20-Hz activity of human cortex modulated by the way of presenting hand actions［J］.Neurosci Res，2007，58（3）：285-290.

［21］Diserens K，Perret N，Chatemain S，et al.The effect of repetitive are cycling on post stroke spasticity and motor control：repetitive arm cycling and spasticity［J］.J Neurol Set，2007，253（1-2）：18-24.

［22］Nudo RJ.Recovery after damage to motor cortical areas［J］.Curr Opin Neurobiol，1999，6：740-747.

［23］Liao WW，Wu CY，Hsieh YW，et al.Effects of robot-assisted upper limb rehabilitation on daily function and real-world arm activity in patients with chronic stroke：a randomized controlled trial［J］.Clin Rehabil，2012，26（2）：111-120.

［24］McDowd JM，Filion DL，Pohl PS，et al.Attentional abilities and functional outcomes following stroke［J］.J Gerontol B Psychol Sci Soc Sci，2003，58（1）：45-53.

Effects of Upper Limb Robot-assisted Therapy on Motor Recovery in Patients with Acute Stroke

HE Bin，ZHANG Chao，LIU Xuan

1.Capital Medical University School of Rehabilitation Medicine，Beijing 100068，China；2.Department of Occupational Therapy，Beijing Bo'ai Hospital，China Rehabilitation Research Center，Beijing 100068，China

Correspondence to LIU Xuan.E-mail：yq1967lx@sina.com

Abstract：Objective To explore the effects of upper limb robot-assisted therapy on motor recovery in acute stroke patients.Methods From August，2013 to September，2014，46 acute stroke patients at their first-ever stroke were enrolled and randomized into experimental group and control group with 23 cases in each group.Both groups received routine therapy.Additional robot-assisted therapy was provided to the experimental group，and additional repetitive movement training was provided to the control group，30 minutes a day，5 days a week for 12 weeks.Fugl-Meyer Assessment-Upper Limb（FM-UL），modified Ashworth Scale（MAS）and modified Barthel index（MBI）were used to assess the motor function of the upper limbs and hands，the muscular tension of elbow，and activities of daily living（ADL）before and after treatment.Results After treatment，the scores of FM-UA，MAS and MBI improved in both groups（t＞3.856，Z＞1.889，P＜0.05），and the scores of FM-UA and MAS were better in the experiment group than in the control group（t=-2.386，Z=-2.625，P＜0.05），however，there was no significant difference in the score of MBI between two groups（t=-1.326，P=0.098）.Conclusion Upper limb robot-assisted therapy can facilitate the recovery of the motor function of upper limbs in acute stroke patient.

Key words：stroke；robot；rehabilitation；motor function；upper limb

［中图分类号］R743.3

［文献标识码］A

［文章编号］1006-9771（2016）06-0688-05

DOI：10.3969/j.issn.1006-9771.2016.06.014

作者单位：1.首都医科大学康复医学院，北京市100068；2.中国康复研究中心北京博爱医院作业疗法科，北京市100068。

作者简介：何斌（1979-），男，汉族，北京市人，主管治疗师，主要研究方向：脑卒中康复、手外伤康复。通讯作者：刘璇（1965-），女，汉族，北京市人，副主任治疗师，主要研究方向：脑卒中康复、康复治疗学。E-mail：yq1967lx@sina.com。

收稿日期：（2016-02-22修回日期：2016-02-30）