脑卒中病人康复期辅助器具研究进展

姜 楠,蒋 红,杨靖宇

新疆医科大学护理学院,新疆830000

全球疾病负担研究数据显示,脑卒中是我国居民死亡的首位病因[1]。脑卒中具有高发病率、高致残率、高病死率和高复发率等特点,且呈年轻化趋势,给个人、家庭、医疗保健系统和社会经济增加了沉重的经济负担。因此,脑卒中幸存者的康复训练已成为一个迫切的社会问题[2]。康复辅助器具的使用,有助于病人进行准确、定量和有效的训练,尽快恢复日常活动能力。康复训练利于病人自身机能的恢复,可减轻病人的痛苦,给病人带来生活的希望和信心,使其生理、心理得到极大的安慰。现综述脑卒中病人不同致残部位(上肢、下肢)康复辅助器具研究进展,以期提高病人的自我管理能力。

1 上肢辅助器具

约80%的急性脑卒中病人有上肢运动障碍,50%～60%的幸存者在脑卒中后6个月仍存在上肢运动障碍[3],导致病人生活质量和幸福感下降,给个人、家庭和社会造成极大的负担。因此,大多数病人选择上肢辅助器具进行上肢功能训练,改善其运动控制、肌肉张力和上肢表现,缓解疼痛。目前,上肢辅助器具的研究主要针对肩部和手部,故对这两个部位的辅助器具进行阐述。

1.1 肩部辅助器具

肩关节半脱位及疼痛是脑卒中后常见的问题,肩部疼痛是脑卒中后常见的导致病人衰弱的原因。Dyer等[4]研究显示,脑卒中病人肩部疼痛发生率为10%～22%。佩戴肩部辅助器具有助于改善脑卒中病人的平衡能力和步态[5]。目前,临床应用的肩部辅助器具种类很多,包括三角肩带、单条单侧吊带、Rolyan肱骨袖带、Bobath环、卡瓦利耶支持带等。三角肩带、单条单侧吊带是较常用的肩部辅助器具,可减少垂直半脱位;Rolyan肱骨袖带用于调整肱骨的垂直和旋转位置,可以使肩部轻微外旋,主要解决肩关节长期内旋的问题;Bobath环主要保持肩部外展和外旋的姿势[6]。目前,临床使用的肩托和上肢支托板大部分将三角肩带、单条单侧吊带与Rolyan肱骨袖带和Bobath环组合起来设计,既修正了肩关节的半脱位,又减轻了将肩关节限制在内旋位、长时间屈肘造成屈曲痉挛的弊端,保证肩部辅助器具更好地发挥综合保护效能。张永红等[7]设计的支撑型肩关节保护康复器及蒋莉等[8]设计的肩关节半脱位护肩带等肩部辅助器具均采用三角肩带、单条单侧吊带、Rolyan肱骨袖带、Bobath环相互组合设计,以达到功能最大化。肩部辅助器具包括近端及远端支持、上肢近端部分支持及全手臂支持3种类型,只支持上肢近端部分的肩部辅助器具对于减少垂直半脱位效果最差,全手臂支持效果最佳。目前,临床应用的肩部辅助器具多为全手臂支持模式。随着工程科技和智能网络的发展,上肢康复机器人的问世,通过与传统肩部辅助器具技术交叉结合,设计更加智能、高效的人机交互康复工具,是一种新兴的肩部辅助器具研究趋势。有研究预测,康复机器人在中国市场具有极大的发展空间[9],上肢康复机器人也逐渐走向网络化、智能化。此外,在休息状态下,肩外旋时疼痛减轻,挛缩减少,故肩部辅助器具拆穿方便显得尤为重要。目前,临床应用的肩部辅助器具仍存在不足。有研究显示,佩戴肩部辅助器具疼痛改善效果不明显[10],故绝大多数肩部辅助器具的主要作用是矫正关节半脱位,对疼痛的影响有限。

1.2 手部康复辅助器具

研究显示,脑卒中病人发病6个月后,仍有约65%的病人存在上肢及手功能障碍,影响日常生活。手功能的恢复对于病人康复和日常生活至关重要[11]。脑卒中偏瘫早期病人会出现腕部、指间关节疼痛以及腕部肿胀,随着病情的发展,将影响正常的手部功能[12]。手功能的缺失将严重影响病人的生活质量,手部康复已成为脑卒中康复过程中非常重要的一环。手部康复设备包括分指板、气动手套、肘腕手矫形器及弹力辅助手矫正器等,康复治疗方法包括康复机器人疗法、非侵入性脑刺激疗法、脑机接口疗法、镜像疗法和虚拟现实疗法。随着脑科学、人工智能、机器人技术的发展,新型手部康复辅助器具设计主要基于“中枢-外周-中枢”闭环干预系统,将康复器械与虚拟技术结合,并在此基础上引入生物反馈系统,从传统手部康复设备逐步创新为智能手部康复装置。樊东等[13]的实验中已经证实新型智能手部康复装置的有效性。同时,在该实验中,研究人员还联合虚拟现实训练,通过虚拟技术进行情景互动模拟,以沉浸式环境提高病人的积极性,使病人在单调的康复训练过程中得到乐趣,提高治疗依从性[14]。训练过程中病人切实感受到上肢运动功能的变化,与对照组比较,观察组病人的手部功能明显改善,进一步证实了康复器械与虚拟技术结合的实用性和广大前景。此外,与传统的刚性体外骨骼康复器械相比,软体康复装置对不同脑卒中病人手部的适配度更广,允许手和手指在非驱动方向上运动,具有重量轻、便于携带、舒适度强、安全性高等优势,解决了传统康复器械存在的屈曲幅度不够、伸展力度不够、精准化程度不高的问题[15],将传统手部康复器具由简单被动逐步发展为多功能模式。另外,为使手部康复设备整体结构更为完整、成本更低,在设备外观上将传统的外骨骼包装手指改为非包裹手指的新型设计,满足了病人的多种要求。

2 下肢康复助行器

超过80%的脑卒中病人会出现轻瘫,其中下肢运动功能障碍占68.6%,主要表现为下肢平衡功能障碍、步行能力障碍以及关节活动受限[16]。步行能力障碍常由肌力减弱、肌肉痉挛等因素引起,病人临床表现为步态异常、平衡能力差等,严重影响其生活状态。借助有效的助行器进行步行康复训练,提高瘫痪肢体运动功能,有助于下肢功能康复。助行器的主要功能是辅助人体支撑体重、维持平衡和帮助行走[17]。目前,已投入使用的助行器,按操作力源分为无动力式、动力式和功能性电刺激(functional electrical stimulation,FES)助行器[18]。

2.1 无动力式助行器

无动力式助行器包括杖类助行器和助行架,凭借其操作简单、稳定性强、携带方便、占据空间小等优势受到老年人的欢迎[19]。但该助行器主要靠病人残存体能和重力势能行走,产品存在步态严重失真,体能消耗大的缺点,虽然简单、便捷,但也有潜在的失衡风险及功能操作、体验方面的不足等问题,可能引起二次伤害。因此,研究人员通过将无动力式助行器与穿戴式外骨骼相结合,借助弹簧(如气弹簧、涡卷弹簧、流体弹簧等)对其既保持无源助行,减轻负重和肌肉受力,在调节高度、降低成本等方面进行改进和创新。

2.2 动力式助行器

动力式助行器包括部分穿戴式助行器、电动轮椅和目前还处于研发阶段的人体外骨骼系统等。普通电动轮椅功能是动力式助行器的基础功能[20]。现有的穿戴式助行器在基础功能之上主要从驾驶模式、训练模式、控制策略和步态知觉等方面进行探索,创造更多新型动力式助行器。随着材料技术、人工智能技术、能源技术的不断发展,研究方向倾向于设计人和机械能够高度交叉融合的助行器[21]。外骨骼作为一种将人体与动力装置结合为一体的康复设备[22],主要作用是提供助力减重行走,现有的外骨骼助行器主要是与穿戴式助行器、电动轮椅结合起来设计的,以其功能齐全且便捷智能的优势在市场中受到消费者的青睐。随着人工智能等科学技术的发展,智能配重调节负重、感应式监测设备实时监测、伸缩式设计适应病人身高、膝关节保护装置、防跌倒装置、减震缓冲系统、全球定位系统(global positioning system,GPS)、坐立变换机构、联动升降机构、把手支撑系统也不断创新发展应用于动力式助行器设计中,使助行器不断升级。此外,对绥化学院针对行走障碍人士用的助行器的专利设计中提到的病人无法拿出手机或其他移动设备的问题[23],在广州市第一人民医院发明的康复助行器中提到的边输液边使用的问题[24]以及张思怡等[25]设计的助行器中提到的解决排泄问题等也进行了针对性的研究,满足了病人的多样性需求,为病人提供更大的帮助,促进病人生活质量的提高。

2.3 FES助行器

FES助行器根据功能及使用方法的不同分为矫正仪、完全植入系统以及复合矫形系统等多种类型。在Niu等[26]对利用肌肉协同作用指导FES模式的研究中,测试了FES对改善运动动力学的瞬时效应和短期干预效果,实验结果显示,Fugl-Meyer运动功能评估量表(Fugl-Meyer Assessment Scale,FMAS)评分和运动动力学方面都有所改善,病人的肌肉协同作用也倾向于向正常受试者的肌肉协同作用发展,证明使用基于协同的FES对脑卒中后肢体康复的益处。FES步行器是利用FES实现支撑相稳定的步行器,属于自身动力式步行,但FES助行器一般结构较为复杂,存在腿部矫正力分布情况不合理、重力线纠正不到位的弊端,且通常为整腿式的辅助,无法对下肢关节的姿态进行细微调整。为解决上述问题,针对膝关节和踝关节的矫正仪不断涌现,解决了关节屈伸受限的问题[27-28],选择合适的刺激脉宽,能够在需要刺激的时候进行治疗,通过有效电刺激缓解肌肉痉挛,对下肢关节的姿态进行细微调整。完全植入系统通过运用脑机接口技术,脑机接口引导的机器人辅助训练策略越来越多地用于脑卒中康复[29],该方法具有高度的实验性,危险系数较大,有利于推动人机交互等技术的发展,在残障人康复问题上具有重要的意义和广泛的应用前景。

3 小结与展望

康复器具的研发应注重整体观念,实现“上下肢一体化”整体康复。柳忠等[30]的研究中,治疗组病人在常规康复训练基础上增加基于上下肢一体化的康复训练,治疗4周后效果优于对照组,证明上下肢一体化康复器具的研发与制作极具发明价值。现有的一体化康复器具存在使用不便、功能单一的缺点,有研究进行智能上下肢康复器改进[31-32]。未来的上下肢一体化康复器具将有更大的发展空间,有待更深入的研究。

脑卒中发病率、患病率、护理和结局等方面存在较大的差异性,与病人的自我管理和后期的康复训练密切相关,其中康复器具的正确使用显得尤为重要。目前,病人的康复训练主要在康复师指导下完成,但由于专业的医疗康复师严重短缺,病人的康复和功能训练不能得到满足和保障。因此,针对目前康复师供应与病人需求不对等的情况,鼓励病人根据病情和康复需要,合理选择和利用辅助训练器械,加强自我管理,不仅可以提高个人的生活质量,也为家庭、医院和社会减轻经济负担。但目前的康复器械非常有限,本研究仅对部分上下肢康复训练器械进行概述,尚不能满足目前脑卒中病人需求,更加简易化、便捷化、网络化的先进训练设备有待继续研发,高科技辅助器具的问世,将为脑卒中病人进行更准确、定量和有效的训练提供巨大的帮助,也为病人的自我管理提供更多、更好的服务和便利。