使用双侧上肢外骨骼机器人手开发一种新型任务导向型康复训练方案

本研究为因神经功能缺损导致手功能障碍的患者开发了一种机器人辅助的、以任务为导向的训练方案。我们的方案是首个将任务导向性训练项目与机器人手部装置相结合用于手功能康复的方案，也是首个探讨该方案可行性和可接受性的研究。我们设计了专门的训练用物体，可在训练方案中进行操作。

然后，我们的机械手系统可应用于双手运动训练。演示该操作程序的是来自我科室的作业治疗师陈怡梅和赖思 Shen。在开始分析之前，将传感器放置于受试者的未受影响的手上，并使用钩环带固定手腕。

使用干净的垫布包裹患手，并牢固固定尼龙搭扣。松开外骨骼手部的拇指机构，以调节拇指张开角度，将患手放入外骨骼手部中。通过固定环将尼龙搭扣固定在手掌侧。

然后，从食指开始，依次固定各个手指，最后固定拇指。将钩环带穿过固定环，并平行于手腕方向贴合，调整拇指至舒适的角度。接着，拧紧拇指固定装置。

设置控制箱时，插入外骨骼手部的电缆和传感器手套的电缆。将两组电缆插入控制箱的插座中，并将电源线插入控制箱。然后，将电源线连接至具有正确电压的电源插座。

当系统和受试者准备就绪后，切换到控制盒，将模式设置为五指，以允许外骨骼手被动地移动受试者的手指。要求受试者在外骨骼手的引导下执行抓握与释放任务，持续 2.5 分钟。随后将模式切换至单指。

然后，让外骨骼手单独且被动地移动受试者的手指，同时受试者主动伸展和屈曲各个手指，持续2.5分钟。对于机器人辅助的双手运动训练，将模式切换至“镜像”模式，使佩戴传感器手套的健侧手的运动控制外骨骼手的动作。为测试受试者使用该机器人手系统操控物体的能力，将外骨骼手佩戴于受试者的健侧手，同时将传感器手套也佩戴于健侧手（如前所述），并在受试者肘部及外骨骼手下方放置吊带，以支撑患侧手臂。

接下来，进行一次如上所述的热身练习。热身后，使用机械手系统操作五分钟，演示如何操控所设计的物体，包括使用掌侧抓握方式拾取圆钉、使用侧方抓握方式拾取矩形立方体、使用三点钳形抓握方式拾取立方体、使用球形抓握方式拾取球体，以及使用圆柱形抓握方式拾取圆柱杆。演示结束后，将两个基座分别放置于受试者双手前方，并将物体放置在其中一个基座的顶部，以辅助其进行操作。

让受试者使用机械手系统，从基座区域开始，每天抓取每个物体20次，连续进行三天，抓取时需提起、移动并将物体放置到中线位置，同时监测并记录每次尝试的成功率。在此代表性分析中，共评估了三名健康受试者和三名中风后受试者。健康组的平均年龄为28岁，而患者组的平均年龄为49岁。

还获取了每位患者的简易精神状态检查（Mini-Mental State Examination）、Fugl-Meyer 评估、改良 Ashworth 量表手指评分以及 Brunnstrom 分期评分。健康组受试者在使用和不使用机器人手系统的情况下均能完全自如地操作所有物体，每项任务的平均成功率为 100%。然而，所有患者在不使用机器人手系统时均表现出操作物体困难，对所有物体的操作成功率为 0%。

相比之下，当使用机械手系统时，所有患者的成功率均显著提高，接近健康受试者中观察到的水平，支持在脑卒中患者中应用该机械手系统的可行性。在双手运动训练期间，提醒受试者集中注意力于双侧手部的运动控制，确保其对物体的抓握模式正确。在此基础上，还需开展随机对照试验，以确定该训练方案的治疗效果。

利用该技术，研究人员可以为严重手功能障碍患者设计包含精细手指运动的康复方案，并探究其对大脑神经可塑性和功能结局的影响。