一种用于提升多功能假肢控制能力的结构化康复方案：一项案例研究

本方案的总体目标是训练上肢截肢患者使用先进的假肢。通过利用截肢患者自身固有的学习策略来指导康复过程，从而实现这一目标。第一步是让患者模仿并重复示范者所完成的动作。

接下来，患者将与计算机系统进行互动，以强化学习效果并训练假肢控制算法。最后一步是让患者独立控制先进的假肢肢体。最终，通过结构化的康复训练表明，利用截肢患者固有的学习策略可改善先进假肢的控制能力。

最初，我们在尝试训练截肢患者控制先进的假肢时，产生了这种方法的想法。然而，现有的模式识别方法效果并不理想。该方法本身完全依赖于视觉呈现，因此对其进行直观演示至关重要，临床医生和工程师在训练患者时都应予以重视，而不仅仅局限于算法层面。

首先为受试者安装定制的接受腔和假肢。校准假肢硬件，并利用采集到的校准数据进行假肢控制。无需对受试者进行正式培训，但需告知他们将执行八种动作，其中包括一种使用假肢肢体的静息状态，以控制计算机屏幕上的视觉目标。

在屏幕上显示该动作的静态图片，并要求参与者跟随视觉提示。然后向参与者展示与其肌电图（EMG）模式相对应的独特且具体的极坐标图。鼓励参与者通过指向屏幕来跟随视觉提示。

以不同的手臂位置重复执行该任务三次：放松状态下向前伸展和交叉伸展。为了增强系统训练效果，针对每种手臂位置完成全部八种动作和三种力度等级，以共采集72个独立的系统训练样本。

训练完成后，使用本次训练的数据集对假肢进行校准和调整，以便受试者练习实时控制。允许受试者通过顺序比例控制或每次一个动作的方式控制假肢，设备的运动速度与肌肉收缩程度成正比。当八个动作均能以可重复且可靠的方式完成时，切换至比例式同步控制模式，允许多个腕部动作同时进行。

然后让参与者练习一些简单任务，例如拾起一个简单物体并将其侧放。休息两小时。在完成结局评估之前，使用南安普顿手功能评估程序（Southampton Hand Assessment Procedure）或SHA结局测量工具评估参与者的表现。

使用参与者标准假体作为基线测量，将SHAP评分与之进行比较。确保参与者在完成初始会话后无法使用定制假体及控制算法。在初始会话完成三个月后， structured training session 按照以下顺序进行训练：模仿、重复、强化和假体控制。

进行模仿时，指导参与者实时直接模仿示范者完成的八个指定动作。为此，让参与者与示范者呈45度角就座，并确保参与者能够清晰看到示范者与其患侧相对应的手部。每个动作持续执行三秒钟。

重复动作。要求参与者重复已模仿的动作，持续30秒，共10次。在无任何视觉提示的情况下，观察各动作对应的肌电图（EMG）活动，以极坐标图表示。

随后进行强化训练，向参与者呈现其八个动作的视觉反馈，反馈内容与初始训练阶段完全相同。要求参与者在观察带有已记录动作叠加的实时极坐标图的同时执行这些动作，以加强学习效果。确保强化训练的内容与初始训练阶段完全一致。

训练完成后，使用本次训练的数据集对假肢进行校准和调整，以便受试者练习实时控制。允许受试者通过顺序比例控制或逐项动作控制来自由操控假肢，设备的运动速度与肌肉收缩程度成正比。当全部八种动作均能以可重复且可靠的方式完成时，切换至比例式同步控制模式，允许多个腕部动作同时进行，并让受试者练习一些简单任务，例如抓取一个简单物体并将其侧放。

在完成结局评估前，需让参与者休息24小时。最后，使用SHAP结局评估量表评估参与者的表现。将SHAP评分与参与者使用标准假肢时的基线测量值进行比较。

本方案描述了一种结构化的康复方法，该方法包含模仿、重复和强化学习策略，以改善多功能假肢的控制效果。此处比较了基线新手会话与结构化训练会话之间的SHAP评分。SHAP结果测试显示，最显著的改善出现在涉及腕关节屈伸运动的任务中，这种新型控制方案结合定制假肢相较于受试者常规假肢提供了更优的性能。

经过此操作后，上肢截肢患者能够快速学会在保持传统比例控制在所有动作中的安全性和可靠性的同时，控制先进假肢肢体的同步运动。