机器人辅助任务导向训练对偏瘫上肢功能的影响

脑卒中是我国的临床常见病，也是导致老年人遗留身体残疾最常见的病因，严重影响患者的生活质量[1]。约有近半数的患者在进入后遗症期时仍因上肢或手功能障碍而不能独立生活，这是阻碍患者回归家庭与社会的主要因素[2-3]。近年来，基于高新技术的上肢康复机器人技术、任务导向性训练等广泛应用于脑卒中偏瘫患者的康复治疗中，通过感觉运动系统不断向中枢神经输入刺激，或是通过强化无错学习以促进中枢神经系统重塑，来实现脑卒中偏瘫患者手功能的恢复[4]。本研究采用手部机器人辅助任务导向训练，对脑卒中患者进行偏瘫上肢的够物及抓取训练，探讨该方法对恢复早期手功能康复的效果。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2016年1月—2018年12月在我院康复科住院治疗的脑卒中偏瘫患者36例参加本临床试验。

纳入标准：（1）符合中国缺血性和出血性脑卒中诊治指南2014版脑梗死或脑出血诊断标准[5-6]；（2）首次发病，病程1～6个月，CT或MRI证实病灶位于一侧大脑半球；（3）年龄45～75岁；（4）Brunnstrom分期上肢为Ⅲ期及以上，手为Ⅱ期及以上，上肢及手部肌张力改良Ashworth量表（modified Ashworth Scale，MAS）评分≤Ⅱ级，坐位平衡≥2级；（5）无上肢及手部感觉障碍，病情稳定，可耐受康复治疗；（6）具有较好的认知功能和依从性，愿意配合完成试验，并签署知情同意书。

排除标准：（1）本次发病前已有上肢或腕手功能异常，如疼痛、关节畸形等；（2）体力差、伴有严重的基础疾病或其他不适合康复治疗的传染性疾病。

脱落标准：（1）试验过程中再次发生脑卒中或其他影响试验方案进行的疾病；（2）应用对肌张力有影响的药物，如肉毒素等；（3）医务人员认为不适合继续参加临床试验或患者主动提出终止试验。

采用随机数字法，将其随机分为试验组和对照组，每组各18例。所有患者均由同一名不知晓患者随机分组过程的治疗师进行评估，另外一名治疗师进行康复训练。试验组入组18例，完成17例，脱落1例；对照组入组18例，完成18例。本研究经广州医科大学附属第二医院伦理委员会批准执行。两组患者年龄、病程、性别、脑卒中类型和患侧等一般资料比较，差异均无统计学意义（P＞0.05），见表1。

1.2 方法

所有患者均接受脑卒中二级预防药物治疗及常规康复治疗，包括躯干稳定与姿势控制训练、肩胛带控制、肩肘腕手关节被动活动、肌肉牵伸等，每次30 min，每天1次，每周5 d，共2周。常规训练后行任务导向性训练。每次40 min，每天1次，每周5 d，共2周。

表1 两组患者一般资料比较

试验组：试验组采用意大利Gloreha2手部机器人辅助完成球状抓握与柱状抓握训练。手部机器人由运动系统与控制系统两部分组成。运动系统包括：（1）治疗手套：由尼龙制成，背面带有五根连接各手指套末端的金属牵引索；（2）腕带：固定于前臂远端与腕手关节背侧，通过魔术贴与手套相连；（3）前臂支撑架：固定于桌缘，训练时支撑患侧前臂，以辅助患手悬空完成抓放动作。控制系统为电脑软件，通过驱动连接于牵引索的马达，辅助患手屈伸掌指关节和指间关节。治疗时治疗师解释治疗目的与方法，根据患者手部大小选择适宜尺寸的治疗手套并予以穿戴。起始位为患手五指伸展，腕关节背伸20°～30°。根据患者手指主动关节活动度及所要抓握的物品的参数分别进行五个手指关节活动度的参数设置。治疗师演示抓握训练时的手部动作，并指导患者完成前三次抓握训练，确保患者理解动作要求后嘱其跟随显示器上的动作进行训练。根据患者在抓握物品时的表现可对治疗参数进行如下调整[7]：（1）调整抓握物品的形状、大小与重量等参数；（2）调整手指合适的关节屈伸角度；（3）依据患者上肢功能状况，选择合适的前臂支撑架辅助力量，减少重力对上肢肌肉运动控制的影响。

对照组：对照组在治疗师辅助下于治疗室内进行球状抓握与柱状抓握训练，治疗师联系日常生活中该动作的分解动作，逐一向患者解释动作要领，待患者理解后以正常的运动模式引导其完成动作，期间给予最小的辅助，使患者能够在无错学习的前提下以最大的独立来完成作业。

1.3 评价方法

治疗师在首次治疗前和治疗结束后第2天对患者进行评估。

采用Fugl-Meyer量表上肢部分（Fugl-Meyer assessment of upper extremity，FMA-UE）进行偏瘫上肢的运动功能评定[8]。包括上肢与腕手两个部分，总分66分，分值越高，功能越好。

使用改良Barthel指数（modified Barthel Index，MBI）[9]进行日常生活能力评定。选择进食、穿衣、如厕、洗澡和修饰等5项与手部功能密切相关的活动，总分40分，分值越高，患者功能表现越好。

1.4 统计学分析

采用SPSS 17.0软件对数据进行分析处理，计量资料以（均数±标准差）表示，采用t检验；计数资料以（n，%）表示，采用χ2检验，以P＜0.05表示差异具有统计学意义。

2 结果

治疗前，两组患者的FMA-UE和MBI比较，差异无统计学意义（P＞0.05）；与治疗前比较，治疗后2周两组患者的FMAUE和MBI比较，差异均具有统计学意义（P＜0.05）；与对照组比较，治疗后2周后试验组患者的FMA-UE和MBI改善更明显，差异均具有统计学意义（P＜0.05）。见表2、表3。

3 讨论

脑卒中后偏瘫肢体的恢复次序通常表现出下肢快于上肢，近端快于远端的特点。上肢功能，尤其是手功能以精细动作为主，所涉及的大脑皮质支配区也远较下肢及上肢近端广泛，一旦出现功能障碍将严重影响患者日常生活。尤其是在卒中3个月后，上肢及手功能与患者日常生活活动的参与积极性密切相关，且会持续影响患者的生活积极性及自我成就感[10]。因此，如何迅速、有效的提高偏瘫上肢功能，尤其是手功能康复疗效，一直是临床研究的热点与难点。

本研究将手部机器人辅助任务导向训练应用于脑卒中偏瘫患者的上肢功能康复中，结果显示，经过2周的强化训练，两组患者的上肢功能均较治疗前显著提高，且试验组的疗效优于对照组，表明手部机器人可有效促进脑卒中后上肢功能及日常生活活动能力。

表2 两组患者治疗前后FMA-UE比较（分，±s）

表2 两组患者治疗前后FMA-UE比较（分，±s）

images/BZ_178_176_2692_2266_2757.png试验组 17 18.12±4.31 33.65±6.65 ＜0.001对照组 18 19.06±4.82 29.17±6.23 ＜0.001 P值 - 0.549 0.0476 -

表3 两组患者治疗前后MBI比较（分，±s）

表3 两组患者治疗前后MBI比较（分，±s）

images/BZ_178_176_3032_2266_3097.png试验组 17 17.47±3.83 24.59±3.78 ＜0.001对照组 18 15.61±3.73 21.17±4.19 ＜0.001 P值 - 0.155 0.031 -

本研究结果显示手部机器人辅助任务导向训练的疗效优于常规任务导向训练，可能与机器人系统所带的丰富环境有关。有研究表明，通过提供实时的反馈与丰富的虚拟环境，人工智能治疗系统可以提高患者参与训练的积极性与趣味性，在激发患者积极性的同时有效促进神经重塑[11-12]。Gloreha2手部机器人的系统界面可以以3D图像的方式实时反馈患者手部所处位置，在动作训练同时，使用同步3D图像为患者提供当前动作的视觉反馈，通过画面的旋转，能够使患者从多个角度观察手部运动，从而更好的了解运动表现。丰富的场景将患者从枯燥的训练环境中解脱出来，通过提升内部动机，促进其运动功能的恢复。国内其他研究也证实，运用上肢机器人有利于提高患者治疗的积极性和主动性，促进手功能恢复，提高患者恢复水平[13-14]。

此外，试验组中患者通过观察显示器中活动的患手，运用视觉反馈，感受患侧手活动的感觉，可以激活大脑运动皮质区，重建受损大脑的皮质，从而激发其患肢运动功能的恢复[15-16]。

本研究中手部的训练主要采用了柱状抓握和球状抓握，是因为二者在日常生活中使用频率较高，是反映手功能改善的重要指标[17]。这两种抓握方式的关键是手部的抓握与放松，而肩肘关节的自主运动则是手部运动的基础。临床常见患者因肩肘关节的控制不佳而导致手部功能障碍，同时手部功能的障碍又加剧了肩肘关节的控制难度。为了使用患手完成日常生活活动，患者通常采用异常的姿势来完成。这种方法虽然暂时在活动层面提升了患者的表现，但是加重了日常生活活动的能耗，降低了患者的长远表现。因此，应在上肢康复中尽量采用无错学习。偏瘫肢体早期接受正确运动模式的刺激，通过中枢与外周的相互反馈和整合，周而复始地强化训练，最终重新掌握运动功能。借助于可以产生正常运动模式的设备或高科技产品是无错学习的关键[18]。手部机器人可以带动患手重复进行高强度的、任务导向型的训练，并随时保持正常功能运动模式，产生正确的本体感觉信号，促进大脑功能重组，这对于神经系统重塑、形成正确感觉-运动回路很有帮助[19-20]。借助于手部机器人为上肢远端提供手部的正确抓握模式，前臂支撑架为上肢近端提供肩肘关节的正确前伸模式，患者能较快学会肩肘控制下的抓握模式，从而改善手部功能。

综上所述，基于任务导向的手部机器人辅助训练在改善偏瘫上肢功能方面优于常规任务导向性训练。但本研究由于治疗时间短，病人在上肢远端腕手部的功能改善有限。后期需延长治疗时间，以全面地了解该方法在脑卒中偏瘫患者早期手功能康复中的作用，并通过随访去进一步验证其长期疗效。