上肢智能反馈训练系统在脑卒中功能康复中的应用进展

岳盼盼 张为民 闫雪

[摘要] 大部分脑卒中患者存在不同程度的运动功能障碍。随着科技的不断发展，上肢智能反馈训练系统逐步应用于脑卒中患者的康复训练中，以弥补常规康复训练的不足。本文对上肢智能反馈训练系统的发展、工作原理、临床应用等研究进展进行综述，以期为临床研究提供参考。

[关键词] 上肢智能反馈训练系统；脑卒中；功能障碍

[中图分类号] R743.3    [文献标识码] A    [DOI] 10.3969/j.issn.1673-9701.2024.01.022

脑卒中是由急性脑血管疾病引起的持续性脑神经功能缺陷[1]。据统计，我国脑卒中患者人数已超过2800万，年增幅人数超过250万；80%～90%的脑卒中患者有不同程度的运动功能障碍，上肢功能障碍发病率达80%，患者预后不佳，严重影响其生活质量[2-3]。除传统康复治疗方法外，机器人辅助训练逐渐应用于脑卒中患者的临床康复中。上肢智能反馈训练系统可利用客观、准确的评价数据，按照科学、有针对性的康复训练模式，通过多样化场景的选择，为脑卒中患者提供更好的康复方案，提高康复效果，在改善脑卒中患者上肢功能方面具有良好的应用前景[4-5]。本文对上肢智能反馈训练系统的发展、工作原理和临床应用等研究进展进行综述，以期为临床研究提供参考。

1  上肢智能反馈训练系统的发展历程

随着科学技术的不断发展，跨学科合作已成为一种新的体验，数据智能不断融入科学研究与社会生活中。康复机器人给康复医学带来重大变革。康复机器人是迄今为止康复医学领域中科技含量最丰富的产品之一，其集医学、人体工程学、仿生学、生物力学于一身。目前，康复治疗中使用的机器人主要包括上下肢康复机器人、镜像康复机器人和手功能康复机器人，其具有智能化、训练针对性强等特点。其中，上肢康复机器人的发展最迅速且科技含量不断丰富。

20世纪80年代，由美国麻省理工学院研发而成的全球首台上肢康复机器人MIT-MANUS标志着上肢康复机器人研发的开端[6]。20世纪90年代，研究者发现利用虚拟现实技术进行康复训练可增强康复效果，由此开始着手开发相应的训练系统。最早的上肢康复机器人较简单，只能进行基本的上肢动作训练。随着技术的逐步发展，康复领域专家逐渐将智能反馈功能应用于上肢康复训练中。康复机器人的内容模式也不断丰富，从单一的力学参数到运动学、神经学等多参数的探索改进，由单关节自由度发展到多关节自由度，从单纯被动运动发展到主动助力运动、主动运动、抗阻运动等多运动模式，基于人工智能技术的康复机器人逐步走向智能化、精细化发展道路，更加符合患者个体化的康复需求[7]。上肢智能反馈训练系统采用计算机虚拟技术，结合康复医学理论，实时模拟人体上肢运动规律，患者可在计算机虚拟环境中完成单关节或多关节康复训练。

2  上肢智能反馈训练系统的工作原理

上肢智能反馈训练系统是一种计算机虚拟技术，提供一维、二维、三维互动训练模式。上肢智能反馈训练系统包括评估系统和治疗系统，其通过运动捕捉、智能传感器等设备采集康复患者的上肢运动数据，对其进行实时、准确的定位和分析，从而获得患者的上肢运动状态信息，用于评估受影响上肢的关节活动范围，包括肩内收/外展、屈曲/伸展、肘屈曲/伸展、前臂旋前/旋后及握力等，为康复师评估患者的康复程度提供基础，并在训练过程中自动计算患者的运动范围，准确评估和治疗。此外，该系统的训练软件使用虚拟现实技术，通过灵活的人机交互方式，使患者可在虚拟的三维环境中进行康复训练，提高康复训练的趣味性和互动性，提供有吸引力和激励性的训练游戏，允许患者选择合适的训练强度和特定的联合训练方法。在训练过程中，该系统可提供积极的视觉和听觉反馈，精确记录患者的训练进度和效果，并生成相应的报表和数据分析结果，为康复师提供更全面的数据支持，以便更准确地评估患者的康复进展。

3  上肢智能反馈训练系统的临床应用现状

上肢智能反馈训练系统的出现不仅丰富康复训练的形式和内容，改变康复师的工作模式，而且可提高康复治疗的效果和患者体验，这对康复医学领域的发展具有重大意义[8-9]。上肢智能反馈训练系统具备智能化运动控制、优化参数设计、运动数据监测功能，可对患者的运动能力进行评估，为康复训练策略的制定提供一定的依据。同时，上肢智能反馈训练系统可通过模拟日常生活中的常规活动，为患者提供多种激励性的训练方式。上肢智能反馈训练系统在康复领域应用广泛，可用于脑卒中、颈椎病、手臂骨折、肩袖损伤等原因造成的上肢功能障碍的康复训练[5]。

3.1  改善上肢运动功能

脑卒中后上肢运动障碍主要表现为肌力降低、痉挛和运动不协调等；对脑卒中后肌力2级以上患者，上肢智能反馈训练系统可提供高强度、可重复、特定任务训练以提高患者的上肢运动功能[10]。

姜荣荣等[11]研究认为，上肢康复机器人辅助虚拟现实技术训练可有效改善偏瘫患者的上肢运动功能、运动质量，提高日常生活活动能力。研究发现，上肢智能反馈训练系统可缓解患者的上肢肌肉痉挛，有效改善上肢屈肌痉挛患者的上肢运动功能障碍[12-13]。Franceschini等[14]运用InMotion2上肢康复机器人观察患者肩肘部功能状态，发现该机器人可有效降低患者的肩部肌张力，促进其上肢运动功能的恢复。Shahar等[15]重点观察三角肌中束肌肉的收缩募集，发现上肢康复机器人能有效促进运动单位兴奋收缩。

除单独使用上肢智能反馈训练系统外，临床将上肢智能反馈训练系统与其他疗法相结合，从而获得更好的临床效果。陈瑞全等[16]研究指出，上肢机器人联合头针可明显改善脑卒中患者的上肢运动功能和日常活动能力。吴李秀等[17]将智能运动反馈系统应用于恢复期脑卒中患者，并与低频重复经颅磁刺激相結合，发现其可安全、有效地促进脑卒中患者上肢运动功能的恢复。两项研究通过头针或低频重复经颅磁刺激手段直接在损伤脑区或脑功能区进行中枢性刺激，同时联合上肢智能反馈训练系统对外周肌肉进行训练，符合“中枢–外周–中枢”的闭环康复理念[18]。

在訓练过程中，上肢智能反馈训练系统针对患者上肢功能障碍的不同类型和程度，采用多种训练方法和技巧，改善神经肌肉控制及运动协调性，从而提高患者的上肢运动能力[19]。上肢智能反馈训练系统的特点在于可还原日常生活中的实际动作，并通过任务型训练模式促使患者参与到康复治疗中，提高患者的兴趣，增强康复效果。

3.2  促进上肢本体感觉的恢复

脑卒中患者上肢本体感觉缺失或障碍的情况较普遍。传统的康复方法不能完全解决这一问题，且对患者本体感觉进行量化评估也无明确标准。上肢智能反馈训练系统利用机器人的高精度、实时反馈等特点，对患者上肢进行运动轨迹分析，通过计算轨迹误差等实现对上肢本体感觉的系统评估。在机器人的帮助下，实现对患者上肢本体感觉的评估，并通过机器人的反馈纠正和改善肢体状态[20-21]。范虹等[22]将上肢康复机器人辅助训练应用于脑卒中急性期患者，发现其在改善患者负重觉与位置觉方面优于常规治疗，且可促进患者上肢本体感觉的恢复。Yeh等[23]研究发现，上肢康复机器人辅助训练对脑卒中患者的本体感觉恢复具有显著促进作用，实验中遮挡脑卒中患者的视力，结果显示经机器人训练后脑卒中组患者的体感诱发电位P27-N30峰值幅度显著降低。金媛媛等[24]将上肢智能反馈训练系统应用于脑卒中患者认知功能及肩关节本体感觉的恢复，结果显示上肢机器人训练可充分调动患者的训练积极性，患者主动投入日常训练。因此，上肢智能反馈训练系统具有较高的精准性和可控性，可为患者提供稳定、准确的本体感觉输入，通过视觉、听觉、运动觉等多感觉的综合刺激，对本体感觉进行多次重复性、纠错性训练，从而提高患者对本体感觉的感知输出能力。

3.3  改善其他功能障碍

上肢智能反馈训练系统可通过精准康复训练帮助患者恢复上肢肌肉协调性和运动控制能力，减轻肩关节半脱位、肩痛等症状[25-27]。对认知和单侧忽略等障碍，上肢智能反馈训练系统则可通过增强患侧上肢间的神经连接促进患者大脑功能的恢复，提高患者的认知和感知能力[28-31]。

4  小结与展望

上肢智能反馈训练系统是患者与康复师较理想的训练平台，其训练效率高，可提供实时直观的反馈信息并精准评估患者训练后的康复程度，还可提高患者的训练乐趣、注意力和主动性。尽管缺乏高质量的循证医学证据，但许多临床实践经验和小规模研究结果表明，上肢康复机器人可在脑卒中患者的上肢康复中发挥积极作用；多项有关脑卒中的康复治疗指南均指出上肢康复机器人仍是高证据级别推荐使用[32-33]。

上肢智能反馈训练系统仍存在一些不足：①上肢康复机器人在临床治疗中常辅助常规康复治疗，临床研究缺少安慰剂对照研究。需进一步研究以评估上肢康复机器人的疗效，并与其他康复方法进行比较，以更好地评估康复机器人的真实临床效果。②治疗过程中缺乏有效的长期关注。一些患者可能会在康复过程中失去对智能反馈训练系统的兴趣或动力，导致训练效果下降。智能反馈训练系统应提供长期的监督和激励机制，以便患者能持续参与康复训练。③长期疗效并不明确。尽管智能反馈训练系统可在短期内改善患者症状，但其长期疗效的研究仍较为有限，需更多的长期随访研究以评估该系统对患者功能恢复和生活质量的实际影响。此外，针对不同程度和不同时期脑卒中患者的疗效及最佳训练计量也需进一步深入研究。

利益冲突：所有作者均声明不存在利益冲突。

[参考文献]

• 姜荣荣， 叶正茂， 陈艳， 等. 上肢康复机器人对偏瘫上肢运动功能和日常活动能力的影响[J]. 中国康复， 2020， 35（10）： 517–521.
• KEELING A B， PIITZ M， SEMRAU J A， et al. Robot enhanced stroke therapy optimizes rehabilitation （RESTORE）： A pilot study[J]. J Neuroeng Rehabil， 2021， 18（1）： 10.

（收稿日期：2023–06–20）

（修回日期：2023–12–07）