通过上肢康复机器人增强中风后上肢功能与运动技能

摘要

本方案介绍了一种上肢康复机器人，该机器人通过四种模式提供智能反馈。这些模式可增强上肢功能和灵活性，从而提高患者的生活质量。

摘要

脑血管意外，通常称为中风，是一种常见的神经系统事件，可导致显著的上肢功能障碍，严重影响患者的日常生活活动能力，并降低其生活质量。传统的中风后上肢康复方法常受到多种限制，包括治疗师和患者的疲劳、依赖单一训练模式以及缺乏持续的动力。为应对这些挑战，本研究介绍了一种上肢康复机器人系统，该系统采用智能反馈运动控制技术，以提升治疗效果。该系统的显著特点是能够根据训练过程中检测到的痉挛样运动，动态调节力反馈的方向和强度，从而提供个性化的治疗体验。该系统具备四种不同的训练模式、对关节活动范围的智能评估功能，以及个性化训练方案的定制能力。此外，系统还提供沉浸式的交互游戏体验，并配备全面的安全保障措施。这种多维度的方法不仅显著提升了参与者相对于传统康复方案的参与度和兴趣，还在偏瘫患者的上肢功能及日常生活活动能力方面表现出显著改善。该系统代表了上肢康复领域的一项先进工具，融合了精准性、个性化与交互性，从而拓宽了中风幸存者可获得的治疗选择。

引言

脑卒中是一种由脑血管阻塞或破裂引起的急性神经系统事件，会中断脑部血液循环¹，是全球范围内导致死亡的第二大原因，也是造成长期残疾的主要因素。在脑卒中发生后的第一天，高达80%的幸存者会出现上肢功能障碍，六个月后仍有30%至66%的患者面临功能恢复困难²。脑卒中一年后，伴有上肢功能障碍的患者报告焦虑程度升高，生活质量下降，幸福感降低³。此外，脑卒中16个月后，仅约60%需要住院康复的偏瘫患者能在基本日常生活活动中实现功能独立，而伴有感觉、运动和视觉障碍的患者对护理人员支持的依赖性显著更高⁴。同时，上肢功能障碍会影响手部功能，尤其表现为在进行体力活动时，肌力减弱的屈肌和伸肌出现肌肉张力增高⁵。

尽管开展了多种康复治疗，但对脑卒中幸存者的上肢损伤进行有效干预仍面临巨大挑战⁶。高强度、重复性任务训练已被证明具有最佳疗效，但需要治疗师大量参与，导致治疗成本高昂且存在后勤负担⁷。因此，亟需开发低成本干预手段，在不增加治疗师工作量的同时提升患者对训练的兴趣。上肢康复机器人可作为替代疗法，促进高强度训练并减少对治疗师的依赖¹

方案

本研究经中国浙江大学医学院附属第一医院伦理委员会批准，所有研究方案均遵循《赫尔辛基宣言》原则。所有患者均签署书面知情同意书，同意参与本研究。研究纳入2023年1月至2023年6月期间入住浙江大学医学院附属第一医院康复科病房的24名上肢偏瘫患者。纳入标准为：经神经影像学（CT或MRI）确诊的首次缺血性或出血性脑卒中，年龄45至75岁，发病时间在6个月以内，存在上肢运动功能障碍和单侧偏瘫（上肢Fugl-Meyer运动功能评估，FMA-UE ≤40）^12,13改良Ashworth量表 ≤2¹⁴简易精神状态检查（MMSE） >20（表明认知功能正常）¹⁵，基础疾病控制良好且临床状况稳定，并已签署知情同意书。排除标准为：颅内状况不稳定、认知和语言障碍、肩关节半脱位、肩/肘/腕关节活动障碍、严重痉挛（Ashworth 3-4级）以及视觉障碍。本研究中所用机器人及软件的详细信息列于下文 材料表.

1. 研究设计

1. 使用 SAS 软件生成随机数，将所有患者分为两组：实验组和对照组，每组各包含 12 名患者。
2. 由一名不知分组情况的康复治疗师采用上肢运动功能评估量表（F....

结果

共纳入24例患者，并随机分配至对照组或实验组（表1）。两组在性别、年龄、病程及卒中类型方面均无统计学显著差异（P > 0.05）。经过8周的上肢训练后，采用上肢Fugl-Meyer运动功能评估量表（FMA-UE）¹²评价上肢运动功能，采用Brunnstrom上肢恢复阶段（BRS-Arm）¹⁶和Brunnstrom手部恢复阶段（BRS-Hand）评估上肢恢复阶段。采用改良Barthel指数（MBI）¹⁷评价患者的日常生活能力。

康复训练后，两组患者的FMA-UE和BRS-Hand评分均显著提高（图3，表2）。此外，上肢康复机器人训练组的FMA-UE评分和MBI评分优于对照组，表明在恢复期将上肢康复机器人训练与常规训练相结合，可增强脑卒中患者的上肢运动功能，并促进其日常生活能力的恢复。

.......

讨论

在先前研究²⁰的基础上，本研究采用一种综合方法，将上肢康复的机器人训练与传统的卒中后康复治疗手段相结合。当前的研究结果表明，这种联合干预显著增强了上肢运动功能，并提高了患者执行日常生活活动（ADLs）的能力，其效果优于单独使用传统康复技术所取得的疗效。

本研究探讨了在虚拟环境中采用机器人干预措施的有效性。Hondori 等人开发了一种基于网络摄像头的颜色标记追踪系统，用于手部康复，但该系统存在一些局限性，例如对外部标记的依赖以及手部追踪精度不足²¹。类似地，Cipresso 等人和 Avola 等人使用 Kinect 和红外深度相机进行基于虚拟现实的康复训练，但受限于游戏种类单一以及头戴式显示器引起的不适感^22,23。相比之下，我们的系统采用了先进的视觉反馈机制和实时定量数据，显著提高了患者的参与度和训练效果。

在外.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
上肢康复机器人[傅利叶M2]	上海傅利叶智能科技有限公司，中国	ArmMotus M2	上肢智能力反馈运动控制训练系统[M2]是由上海傅利叶智能科技有限公司自主研发的新一代上肢智能力反馈康复机器人训练系统。基于力反馈等核心技术，该训练系统可感知患者在完成预设动作时的用力情况及是否存在痉挛，并据此调节设备自身的助力或阻力，从而改善上肢运动功能障碍。通过以目标为导向的训练，M2将游戏融入训练过程，提高患者的参与积极性，更有效地锻炼患者上肢的粗大运动功能和认知功能。
SAS软件	SAS Institute		https://www.sas.com/en_in/home.html
SPSS软件	IBM	版本26	https://www.ibm.com/products/spss-statistics