机器人辅助的双侧任务导向性训练对脑卒中患者上肢功能的效果

孙亚， 李岩， 傅建明， 陆晶晶， 金鑫， 林在龙

嘉兴市第二医院康复医学中心，浙江嘉兴市 314000

0 引言

60%～80%脑卒中患者可以恢复步行[1]，但有超过65%的患者在发病半年后仍存在上肢功能障碍[2]，进而影响患者的日常生活活动能力，降低生活质量[3]。上肢功能恢复难度大、效果较差，相对下肢恢复需要更长时间，并且上肢功能恢复是脑卒中康复的重点与难点[2,4]。

双侧上肢训练最早于1996年由Mudie等提出，可用于各期脑卒中偏瘫患者的上肢功能训练[5]，近年来双侧上肢训练越来越受到临床重视[6-8]。然而双侧上肢训练多集中在健侧辅助患侧训练，或者上肢功率自行车训练等[9-10]，没有统一的训练方法和明确的参数设置等，疗效仍有争议[10]。有研究显示，基于任务导向性的训练被证实能更有效地提升脑卒中患者的日常生活能力[11-13]。

本研究旨在探讨机器人辅助的双侧任务导向性训练对脑卒中患者上肢运动功能的影响。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2021 年1 月至2022 年6 月在嘉兴市第二医院住院的脑卒中偏瘫患者52例，均符合《中国各类主要脑血管病诊断要点2019》诊断标准[14]，经影像学诊断为脑出血或脑梗死。

纳入标准：①首次发病，病程2～12 周；②年龄25～70 岁；③患侧上肢Brunnstrom 分期≥ Ⅲ期，Ashworth 分级≤ 2 级，病情稳定，生命体征平稳；④无严重听觉、视觉或认知功能障碍；⑤患者及家属签署知情同意书。

排除标准：①双侧大脑病变、复发性脑卒中；②严重内科疾病，或存在严重并发症；③偏瘫侧存在严重疼痛、麻木等感觉障碍；④体内植入心脏起搏器等电子装置。

剔除与脱落标准：①未能完成全程治疗；②不能完成相关评定和检查；③主动要求退出。

采用随机数字表法将患者分为对照组(n= 26)和试验组(n= 26)。两组性别、年龄、病程、卒中类型和病变侧别比较无显著性差异(P ＞0.05)。见表1。

表1 两组基线资料比较

本研究经嘉兴市第二医院伦理委员会审查批准(No.JXEY-2020SW038)，并在国家医学研究登记备案信息系统中备案(No.MR-33-20-003824)。

1.2 方法

两组均接受常规康复治疗，对照组增加传统双侧上肢训练，试验组增加机器人辅助的双侧任务导向性训练。

1.2.1 常规康复治疗

包括物理疗法和作业疗法。物理疗法包括功能性训练(神经发育学疗法、运动再学习技术等)、手法治疗和神经肌肉电刺激等物理因子治疗[15]，每次45 min，每天1 次，每周5 d，共6 周。作业疗法包括穿衣、进食、洗漱等日常生活活动能力训练，以及够取物品训练、拿放水杯训练、拿放木钉盘或铁钉盘训练等，每次30 min，每天1次，每周5 d，共6周。

1.2.2 传统双侧上肢训练

在治疗师(或健侧)辅助下进行磨砂板训练、抬举训练、滚筒训练、手摇自行车训练等。每次30 min，每天1次，每周5 d，共6周。

1.2.3 机器人辅助的双侧任务导向性训练

采用健侧驱动的ULCOT-1 双上肢机器人系统(同济大学浙江学院与嘉兴市第二医院共同研发)进行康复训练。训练时，患者坐于座椅上，治疗师辅助其将双手固定于机械臂末端手柄处，根据患者的身高和治疗需求调整运动平台高度以及机械臂的内、外展角度；在患侧肌力较弱无法完成主动运动时，健侧上肢带动患侧参与到虚拟游戏中。该过程通过装有空气的封闭气压管将健侧上肢的推动力传递给患侧，利用气压调节阀来调整健侧传递给患侧的动力值，循序渐进地减少传递的力量以增加患侧上肢的主动运动，气压传动可以保证健、患侧上肢同步完成设定的动作。根据患者功能评估情况调节气压传导及气压推动的辅助等级，由健侧上肢带动患侧，保证双上肢对称、同时、同频率地镜像运动，使患者沉浸式地参与到电脑屏幕中虚拟的任务导向性游戏中去。

具体训练内容包括：①“飞机游戏”，双侧上肢进行同步运动，使“飞机”沿着设定的航线飞行且努力收集航线内所有“金币”；②“举重游戏”，双侧上肢向上推举，尽力在最短时间内达到目标高度；③“乒乓训练”，双侧上肢将电脑端发出的“兵乓球”迅速挡回去。当患者患侧上肢足以单独控制机械臂时，治疗师则将游戏中的“飞机”“杠铃”“球拍”设置成双侧控制，同时关闭气压传导装置，调节健、患侧两端气压管内的压力值，根据治疗需求，给予双侧上肢不同阻力，进行双上肢抗阻任务导向性训练。每次30 min，每天1次，每周5 d，共6周。

1.3 评定指标

治疗前后同一名治疗师(不参与患者的治疗，且不知晓分组情况)对两组进行功能评定。

1.3.1 Fugl-Meyer 评定量表上肢部分[16](Fugl-Meyer Assessment-Upper Extremity, FMA-UE)

共33 项，每项0～2 分，满分66 分。0 分代表完全不能完成。评分越高，上肢功能越好。

1.3.2 改 良Barthel 指 数[17](modified Barthel Index,MBI)

评估进食、穿衣、修饰、洗澡等10项内容，满分100分。评分越高，能力越强。

1.3.3 本体感觉评估[18]

采用上肢康复机器人系统(意大利TECNOBODY公司，MJS1.5.5版)的本体感觉模块评估患者上肢平均轨迹误差值(average track error, ATE)及测试执行时间。所有受试者均采用去重力情况下的本体感觉评定方法。患者坐于设备座椅上，治疗师将患者上肢肩、肘关节与机械臂对齐，患手固定在操作手柄上，调节机械臂的气动推力，使得测试上肢在去重力的前提下控制机械臂按照既定的轨迹进行描划。

得分越高，本体感觉功能越差。

测试执行时间：患者在评估圈内进行5 次画圆动作的时间。时间越短，受试者测试执行能力越好。

测试结束后MJS系统自动计算ATE和测试执行时间，完成3次，取平均值。

1.4 统计学分析

采用SPSS 22.0 进行统计学分析。计量资料符合正态分布，以(±s)表示，组内比较采用配对样本t检验，组间比较采用独立样本t检验。计数资料以频数表示，组间比较采用χ2检验，显著性水平α= 0.05。

2 结果

2.1 FMA-UE评分

治疗前，两组FMA-UE 评分比较无显著性差异(P＞ 0.05)。治疗后，两组FMA-UE 评分均显著增加(P＜0.001)，试验组高于对照组(P ＜0.05)。见表2。

表2 两组FMA-UE评分比较

2.2 MBI评分

治疗前，两组MBI 评分比较无显著性差异(P＞0.05)。治疗后，两组MBI 评分均显著增加(P＜0.001)，试验组高于对照组(P＜ 0.05)。见表3。

表3 两组MBI评分比较

2.3 本体感觉ATE

治疗前，两组本体感觉ATE 比较无显著性差异(P ＞0.05)。治疗后，两组本体感觉ATE 均显著降低(P＜ 0.001)，试验组低于对照组(P＜ 0.05)。见表4。

表4 两组本体感觉ATE比较 单位：%

2.4 本体感觉测试执行时间

治疗前，两组本体感觉测试执行时间比较无显著性差异(P＞ 0.05)。治疗后，两组本体感觉测试执行时间均显著缩短(P＜ 0.001)，试验组短于对照组(P＜0.05)。见表5。

表5 两组本体感觉测试执行时间比较 单位：s

3 讨论

脑卒中会因痉挛、挛缩、疼痛等降低患者日常生活活动能力，导致生活质量下降[12]。脑卒中患者上肢和手的控制能力与患者生活质量密切相关[18-19]，因此探讨脑卒中上肢及手功能的训练方法十分重要。

本研究结果表明，机器人辅助的双侧任务导向性训练可促进脑卒中患者上肢运动功能，并且可以提高患者日常生活活动能力，其疗效优于传统双侧上肢训练。传统单侧训练可以改善患者神经功能缺损，促进脑功能重组，而双侧训练较单侧训练更有优势[20-21]，这是因为肢体间存在耦合效应，双侧上肢训练时，健侧肢体运动激活耦合效应，促使损伤侧大脑皮质激活[22]，促进侧支循环建立，促进神经损伤的修复，改善上肢运动功能[23-24]。

本研究试验组采用的双侧上肢训练为同频率的镜像运动。有研究显示，双侧同向、节律运动的上肢训练更能改善患者患侧上肢运动功能[24-25]。有研究表明，双上肢同步运动激活相应的脑主要运动区M1、主要感觉区S1 以及辅助运动区，将大脑胼胝体及皮质脊髓束半侧抑制作用正常化，进而促进双侧大脑的功能网络重组，从而改善患者的肢体功能[26-29]。任务导向性训练主要基于运动再学习理论，将训练内容融入特定的任务中，给予患者一定的目标，指导其主动重复练习并不断反馈，及时纠正，促进大脑的功能重组，提升患者运动能力[13,30-31]。高红亮等[32]发现，机器人辅助进行任务导向训练可有效提高脑卒中患者的上肢运动功能和日常生活活动能力。陈琪琪等[27]证实任务导向性双上肢训练更有利于脑卒中患者日常生活活动能力的改善。本研究显示，在机器人辅助下进行双上肢以任务为导向的虚拟游戏训练，较传统训练可更有效地改善脑卒中患者上肢功能和日常生活活动能力。

脑卒中患者的上肢功能恢复与本体感觉能力相关[33-34]，本体感觉在运动控制中发挥着重要作用[35]。脑卒中后患者的本体感觉下降，导致上肢姿势维持、运动控制均受影响[18]。治疗6 周后，采用机器人辅助的双侧任务导向性训练的患者本体感觉比对照组改善更明显。其可能机制为：机器人辅助患者沉浸式地参与任务导向性虚拟游戏训练，给患者提供正确、精准、高重复的运动感觉输入，不断进行针对特定目标的功能性运动控制训练；同时，实时的视觉反馈可增强患者对上肢运动状态和位置的感知，此类高密度、精准性的运动再学习训练最终促进脑卒中患者上肢本体感觉的恢复[18,36-38]。本体感觉ATE 和测试执行时间反映受试者通过控制机械臂描划的轨迹与预定轨迹之间的差异和描划时间，其结果可能受患者上肢本体感觉状况和运动能力双重影响，虽然测试是在去重力的情况下进行，但仍难以完全排除运动能力的影响。下一步研究需要结合其他本体感觉测试方法。

本研究样本量较小，且未明确病灶性质对脑卒中患者上肢功能的影响，还需进一步研究。

4 结论

机器人辅助的双侧任务导向性训练有助于促进脑卒中患者上肢功能的恢复，提高其日常生活活动能力，值得进一步在临床中推广应用。

利益冲突声明：所有作者声明不存在利益冲突。