基于主动康复训练模式的中风手功能康复产品设计

摘要：研究目的为提升（脑卒中）中风患者在手功能康复训练中的参与度，增强患者康复训练中的主动意识。首先，以主动康复训练理论为基础，对市面上的手功能康复产品进行对比分析;其次，通过行为聚焦研究法在医院和康复机构的实地调研，分析患者家属和康复治疗师的需求，对需求进行总结，划分优先级，在此基础上综合分析手的运动姿势等关键特征，确定设计的关键要素。从设计学角度出发，将其应用到手功能康复产品设计中，为中风患者设计一款安全有效的手功能康复训练产品，为手功能康复产品设计提供設计案例，拓展中风手功能康复产品设计思路，达到满足中风患者手功能训练需求的目的。经康复训练实验验证，该产品在提高患者主动参与度、康复训练效率及效果等方面具有显著优势。

关键词：中风患者;主动康复训练;手功能;产品设计

中图分类号：TB472 文献标识码：A 文章编号：1004-9436（2021）19-0-03

0 引言

中风是脑部供血减少或中断造成的神经性疾病，会导致大脑部分区域功能丧失。中风导致的偏瘫大大降低了患者的生活质量和生活自理能力，患者的手功能恢复一直是康复训练的重中之重和难关。手是人与外界环境沟通交流的重要工具，科学研究表明，人平均每天要进行约1 500次的抓握动作。因此，找到一种高效可行的康复治疗方法十分迫切，让中风后遗症患者尽快回归正常的生活，一方面可以减轻患者肢体机能缺失带来的身心痛苦，另一方面能够有效减轻社会和患者家庭的负担。

1 主动康复训练

1.1 主动康复训练的必要性

在众多的康复训练方法中，主动康复训练应放在第一位，调动患者的积极性，使其参与到主动康复训练中是提高患者康复训练效率和增强肌力的最好方法。临床结果表明，中风偏瘫患者反复的主动运动意念能对损伤的运动神经起到恢复作用，有利于缩短康复时间[1]。主动康复训练的目的主要是训练肌肉的运动感知能力，增强肌力。肌力是肌肉收缩力量的简称，对关节的功能活动、维持关节功能的稳定性和保护关节有至关重要的作用[2]。

1.2 主动康复训练与被动康复训练对比

主动康复训练中，患者的动作可以不精准，是以主动姿态参加康复训练，通过大脑发出运动指令，使肌肉产生收缩，进行有效的运动。被动康复训练患者大多以被动的姿态参与康复训练，患者借助康复产品或康复治疗师被动地运动，这样可以使动作精准，有良好的矫正姿势，但是大脑并不参与这一运动过程，仅能起到防止肌肉萎缩、关节粘连的作用。

1.3 主动康复训练的特点与局限

主动康复训练主要以患者为中心，康复治疗师帮助患者训练，主要目的是增强患者自发运动的意愿和肢体运动能力。主动康复训练的局限性在于需要患者具有主动意识。在主动式康复训练过程中通常需要患者主动意识的参与，但受患者肌肉力量不够等条件的限制，收效甚微，无法看到患肢的明显或大幅度运动，导致患者训练的积极性不高，逐渐丧失主动意愿。

2 手功能的康复

手功能康复治疗是一个复杂且需要陪护人员投入大量精力、时间的过程。各国研发出了多款手功能康复产品，旨在为患者的手功能康复训练提供帮助。康复产品发展越迅速，康复治疗师的负担就越小[3]。

2.1 手部肌肉及关节基本解剖知识

人的手部有28块肌肉，分为手内肌肌群和手外肌肌群，手内肌均在手部，手外肌大多起自前臂。手内肌和手外肌的相互协调配合是手部精细功能实现的基础。手内肌与手外肌协调性的丧失是中枢神经受损伤后引起的手运动功能障碍不易康复的原因之一[4]。人手的关节主要有四种运动方式，分别是屈、伸、外展、内收[5]。

2.2 现有手功能康复产品

2.2.1现有手功能康复产品特征

目前，手功能康复产品主要分为三个类别，分别是辅具类、新型技术类、多技术组合类。用于中风患者手部运动功能障碍康复的康复训练辅助被称为上肢训练辅助器具，主要针对手部的康复训练和功能代偿。上肢康复辅具属于康复训练类的医疗设备，可以让患者长时间投入物理训练中，满足患者因各种疾病造成的上肢功能障碍后的康复训练需求[6]。

第一，各种新型技术的手功能康复产品。目前，在手功能康复训练中，新兴技术应用非常广泛，形式也多种多样，包括机器人技术、虚拟现实技术等，反馈方式有音乐反馈、视觉反馈等多种反馈刺激方式。

第二，多技术组合类产品。多技术结合康复产品可以更精准地捕捉患者的动作，有效地提高患者康复训练效率和参与度，但目前多技术结合类康复产品更多处于研究阶段，在操作上相对传统康复类产品更为复杂。相比传统辅具类康复产品，多技术组合类康复产品拥有更高的患者参与度和康复效率。

2.2.2 现有手功能康复产品的优势与不足

中风手功能障碍康复产品的优势主要体现在新技术康复产品方面。这类产品有丰富的康复训练内容、多种形式的感官反馈，能够激发患者的主动性，有了康复主动性的患者，主动意识会增强，愿意主动参与康复训练，可以提高康复效率。而辅具类产品的优势在于成本低，可以被众多患者接受。

不足主要体现为中风手功能障碍康复辅具产品在实际应用中模式单一，使用简单的机械结构，无法精准定位康复训练过程中的患者反馈，无法满足患者的个性化需求。同时，大部分有着专业康复技术的中风手功能康复产品多应用于大型康复医院或者专业康复机构，具有体积大、价格高、操作复杂等特点，无法满足患者的日常康复需求。而新技术类康复产品的劣势在于很难被大众患者接受，价格并不亲民，很难广泛普及。

2.2.3 电刺激技术的选择与应用

在新技术类产品中，电刺激类产品容易被推广和使用，因为它具有便携和低成本的优势，能给患者带来良好的康复体验。电刺激通过脉冲电流刺激肌肉，使肌肉运动提升关节的活动度，增强肌力，如收缩能力、耐力、诱发反射活动等，促进神经兴奋及传导功能恢复。其优势是能够刺激患者相应的神经肌肉，使患者受损伤肢体的运动能力得到锻炼，达到患者可以通过自己的意愿直接控制受损肢体的目的，实现运动功能的恢复。

2.3 康复训练中手的运动动作

对手功能的13种基本形式进行筛选分析，正常人的手功能包括夹捏、全手抓握、双手抓握、钩状抓握、非抓握，结合相关医学原理将其简化明确为手的张开和抓握、拇指与其他手指对指、手的背屈和掌屈、手的桡偏和尺偏。所有的手功能动作都是基于这四种动作进行的复杂动作。在手功能的康复治疗中，患者需要做出以上四个关键动作来进行康复训练。

3 中风患者的需求

3.1 用户需求提取

通过行为观察、患者访谈、家庭成员访谈、康复治疗师访谈得出一些常见或特殊需求，分析需求，由于中风患者个体差异化的原因，为了筛选更重要的需求，使用李克特量表（Likert scale）进行量化，对需求进行等级划分。选取30名相关人员，包括患者、家属和康复治疗师，让他们对需求打分。需求分级从高到低依次是康复效率需求、操作简单需求、自主操作需求、功能多元化需求、检测病情需求、提醒需求、减少人力需求、便携需求。对于重要且紧急的需求问题进行设计表达，对于不紧急不重要的需求采取简化处理，降低产品复杂度。

3.2 需求总结与分析

通过专家访谈以及对中风患者的访谈发现，手功能障碍者的行为表现主要是由中风引起的手部力量、感觉和控制能力不足。患者在手部功能康复训练过程中，康复效果、时间成本是他们重点关注的因素，康复效果不显著会带给患者负面消极情绪，需要让患者乐在其中、沉浸其中，而不是過分关注康复效果。因此，在设计中应当充分考虑产品使用过程中患者的心理因素，达到良好的康复效果。

在康复训练过程中，患者希望可以直观地看到训练效果，可以了解自己的康复进程、恢复程度。使用产品尽可能简单，最好可以独立使用，或者在很少的人力协助下训练。通过访谈得知，现在的中风患者中，特别是刚刚步入中老年的患者，在患病之前就对科技智能产品有一定的认识，因此他们并不排斥功能性较强的新兴科技产品。

4 手功能康复产品的设计与验证

4.1 用户需求到产品功能和行为的转化

将用户需求进行功能和行为表达，通过行为的具体表达、产品变换和创新，进一步分析设计合适的行为，如下表所示。

经分析后得出的预期行为如下：根据患者的情况可调节刺激强度;针对性地刺激患者手部的不同位置;检测患者的主动意识，并强化训练;按钮少，开关明显，使用安全，操作简单;能让患者或者家属直观地感受到训练效果;能够接收反馈数据。

4.2 手功能康复产品设计

4.2.1 产品使用框架

对产品设计需求进行完善和调整之后，将主动式康复训练与电刺激康复产品相融合，进行具体的框架设计，如图1所示。对患者手部肌肉进行电刺激，强化手部运动功能，可以通过视觉反馈带给患者良好的训练体验，激发患者的主动意识，从而使其积极参与康复训练。

4.2.2 产品最终设计

产品最终设计如图2所示。针对中风患者手部运动功能障碍的康复产品——主动触发式电刺激手部运动功能康复产品的使用流程主要包括三个部分：患者状态评估、康复训练、再评估。此流程为循环模式。

产品整体采用以灰白色为主的中性色，以及富有冷静感觉的蓝色辅助色，造型简洁，具有亲和力，形态贴合手腕。产品分为三大部分，手腕处主体部分主要是开关和显示模块，材料选择ABS塑料，轻便，容易上色，强度适中，并且具有成本低的优势。

为了使患者在使用产品的过程中更加舒适，手腕部分选用弹力布料，可以起到固定产品和调节的作用。手指穿戴部位也参考手腕部分，弹性布料在固定手指的同时，很好地解决了不同使用者手指粗细不同的问题。患者可以轻松佩戴此设备，根据医师的指导或者相关说明，贴好对应的电极片。

4.3 验证结果

选取自2021年1月在陕西省康复医院作业疗法科（手功能康复科室）进行康复治疗的35名患者，自愿参与本项研究，收集参与者的性别、年龄、病因等基本资料，从病例中提取20名手功能运动康复患者，将上文产品使用方式作为患者康复训练的实验方法，对20名患者进行为期14天的康复训练。

最终的数据结果显示，对照组和实验组两组患者的手部运动功能均有提高，从数据分析得出实验组的患者康复程度略高于对照组的患者。验证主动触发式电刺激手部运动功能康复产品对中风患者手部运动功能康复有一定的促进作用。

5 结语

当前中风患者数量增多和中风低龄化的问题日益凸显，可通过主动康复训练与电刺激融合的方式，以主动意愿为导向设计出更符合中风患者需求的产品，结合中风患者主动性的康复产品更能引导中风患者积极地参与到康复训练中，提高患者康复训练的效率。最终完成了产品的设计与验证，为中风康复产品设计开发过程提供了新的思路和可能性。

参考文献：

[1] 孙厚义，冯勋刚，马巧玲.运动意念对急性脑卒中患者偏瘫康复的作用[J].中风与神经疾病杂志，2001（5）：49-50.

[2] 胡永善.骨与肌肉疾病康复的现状与任务[J].中国康复医学杂志，2002，17（6）：326-327.

[3] 李钦彪.基于多感官通道理论的脑卒中手部康复产品设计与评估研究[D].济南：山东大学，2020.

[4] 贾杰.手功能康复概论[M].北京：电子工业出版社，2018：45-46.

[5] 宋莉，宋学军.慢性疼痛的研究模型外周和脊髓机制及临床治疗进展[J].中国疼痛医学杂志，2015，21（1）：2-7.

[6] 李志华，钟毅芳.虚拟手模型及其抓取技术[J].小型微型计算机系统，2003，24（6）：4.

作者简介：贾瀚博（1996—），男，河南登封人，硕士在读，研究方向：产品创新理论。

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