上肢機器人輔助療法對急性期腦卒中患者上肢運動功能的效果

何斌，張超，劉璇

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上肢機器人輔助療法對急性期腦卒中患者上肢運動功能的效果

何斌，張超，劉璇

［摘要］目的探討上肢機器人輔助療法對急性期偏癱患者上肢運動功能的效果。方法2013年8月～2014年9月，46例急性期腦卒中患者隨機分為實驗組和對照組各23例。兩組均進行常規(guī)康復訓練，實驗組增加上肢機器人輔助療法訓練，對照組增加上肢重復性運動訓練，30min/d，5d/周，共12周。治療前后分別采用Fugl-Meyer上肢部分（FM-UL）評定上肢及手部的運動功能，改良Ashworth量表（MAS）評定肘關節(jié)肌張力，改良Barthel指數（MBI）評定日常生活活動能力。結果治療后，兩組患者FM-UL評分、MAS分級、MBI均較治療前改善（t＞3.856，Z＞1.889，P＜0.05），且實驗組FM-UL評分、MAS分級優(yōu)于對照組（t=-2.386，Z=-2.625，P＜0.05），實驗組MBI與對照組比較無顯著性差異（t=-1.326，P=0.098）。結論上肢機器人輔助療法可促進急性期腦卒中患者上肢運動功能恢復。

［關鍵詞］腦卒中；機器人；康復；運動功能；上肢

［本文著錄格式］何斌，張超，劉璇.上肢機器人輔助療法對急性期腦卒中患者上肢運動功能的效果［J］.中國康復理論與實踐，2016，22（6）：688-692.

CITED AS：He B，Zhang C，Liu X，et al.Effects of upper limb robot-assisted therapy on motor recovery in patients with acute stroke［J］.Zhongguo Kangfu Lilun Yu Shijian，2016，22（6）：688-692.

近年來，隨著醫(yī)療技術的發(fā)展，腦卒中患者的致死率明顯下降，而大部分腦卒中幸存者都會出現運動功能障礙［1］。55%～75%的腦卒中患者會有持續(xù)的上肢和手的運動功能障礙，從而導致日常生活質量下降［2］。卒中后上肢和下肢功能的康復是一個復雜的過程，通常需要多學科、多領域的協(xié)作。循證醫(yī)學指出高重復性的運動訓練可以有效地提高腦卒中患者上肢的運動能力［3-5］。早期進行被動或主動的高重復性上肢運動可以有效地增加感覺運動輸入，促使大腦產生運動計劃，同時使肌肉達到適當的肌張力狀態(tài)，從而有效地促進腦卒中患者上肢運動功能的恢復［6-9］。

目前除了依靠治療師進行的一些傳統(tǒng)的運動恢復訓練，機器人輔助訓練已經被逐步運用到臨床康復［10］。但是機器人輔助腦卒中患者上肢運動功能恢復的療效報道不盡相同。10年來，一些外國文獻報道應用機器人輔助系統(tǒng)能有效地促進上肢運動功能恢復，也有一些外國文獻報道應用機器人輔助系統(tǒng)與傳統(tǒng)的康復治療在提高上肢運動功能方面沒有差別［10-14］。但隨著科學技術的發(fā)展，上肢機器人的技術也迅猛提高，能為患者提供更好的三維空間的減重系統(tǒng)，使患者可以早期進行高重復性的主動運動功能訓練。國內已有一篇關于上肢機器人運動反饋訓練的報道［15］，但此研究只針對腦卒中Brunnstrom分期≥Ⅲ期的患者。本研究將觀察Armeo Spring上肢機器人輔助系統(tǒng)聯(lián)合傳統(tǒng)康復訓練對腦卒中患者上肢的運動功能和日常生活活動能力恢復的影響。

1　資料與方法

1.1一般資料

2013年8月～2014年9月在本院康復科住院治療的腦卒中急性期患者46例，診斷符合1995年全國第四屆腦血管病學術會議通過的“各類腦血管病診斷要點”［16］，并經CT或MRI證實。

納入標準：①一側腦梗死或腦出血，初次發(fā)作；②年齡18～70歲；③病程＜3個月；④意識清楚，心、肺功能良好，生命體征平穩(wěn)，能很好地配合訓練；⑤單側肢體有不同程度的運動功能障礙；⑥患者對本研究知情同意。

排除標準：①伴有意識障礙或認知功能障礙，簡易精神狀態(tài)檢查（Mini- Mental State Examination，MMSE）≤20；②肌張力過高，Ashworth分級≥Ⅲ級；③肩關節(jié)伴發(fā)嚴重疼痛；④嚴重肩、肘關節(jié)被動關節(jié)活動度受限；⑤并發(fā)嚴重的心、肺、肝腎疾病等；⑥多發(fā)癲癇。

入選患者按隨機數字表法分為實驗組和對照組，每組23例。兩組性別、年齡、卒中類型、卒中側別及發(fā)病時間比較均無顯著性差異（P＞0.05）。見表1。

表1　兩組一般資料比較

1.2方法

1.2.1上肢機器人輔助系統(tǒng)

Armeo Spring是由美國加利福尼亞大學和芝加哥康復研究中心共同研究和開發(fā)的最新上肢康復輔助訓練系統(tǒng)，可以通過調節(jié)來補償患者手臂的部分重量，增強殘留的功能和神經肌肉控制，從而進行三維空間內的輔助主動運動。Armeo Spring可以支撐整個上肢，并提供以下自由運動方向：腕關節(jié)屈/伸、前臂旋前/旋后、肘關節(jié)屈/伸、肩關節(jié)屈/伸、肩關節(jié)水平內收/外展、肩關節(jié)內旋/外旋。同時此上肢機器人輔助訓練裝置擁有龐大的游戲庫及情景模擬生物反饋系統(tǒng)來配合運動功能的訓練。

1.2.2訓練方法

兩組均給予為期3個月的常規(guī)康復訓練，包括物理療法訓練和作業(yè)療法訓練。對照組和實驗組每天進行2次物理療法訓練，45min/次，5d/周，12周，包括被動活動、座位平衡訓練、站立訓練、步行訓練、轉移訓練。每天進行一次常規(guī)作業(yè)療法訓練，45min/次，5d/周，12周，包括滾筒訓練、木釘盤活動、砂板磨活動、日常生活活動能力（activities of daily living，ADL）指導。

對照組在常規(guī)作業(yè)治療的基礎上增加一次徒手的重復性動作訓練，30min/次，5d/周，12周。訓練動作依據患者不同的功能狀態(tài)進行設定，包括借助滾筒屈伸肘關節(jié)，背伸或掌屈腕關節(jié)；桌面或墻面反復擦拭動作；借助體操棒進行前臂旋前或旋后的動作訓練。

實驗組在常規(guī)作業(yè)治療的基礎上增加一次Armeo Spring上肢機器人輔助治療（HOCOMA公司，瑞士），30min/次，5d/周，12周。上肢機器人輔助治療方案由有經驗的治療師設定，包括以下方面。①依據患者的上臂及前臂長度調節(jié)上肢機器人手臂的長度。②依據患者的運動功能狀態(tài)及手臂的重量調節(jié)減重量，使患者處在最佳的輔助主動運動狀態(tài)。③依據患者的運動功能狀態(tài)選擇游戲，每個游戲對應不同的上肢重復性運動，每次選擇5～6個游戲，每個游戲的時間一般為3～5min。如接水滴（肩關節(jié)外展/內收）；擦胡蘿卜絲（肘關節(jié)屈伸）；澆花（前臂內旋/外旋）；拿箱子、蘋果（綜合運動，包含腕關節(jié)屈/伸，手部抓放）；駕車游戲（綜合運動，提高ADL）。④每次訓練結束后，可以同上次訓練成績進行對比，治療師可根據實際數據對患者的運動功能狀態(tài)作出評價，并及時給予患者指導與鼓勵；在3個月的訓練中，治療師可根據患者運動功能的提高調整游戲難度或更換游戲。訓練中出現任何不適或危害患者生命健康的情況，應立即終止訓練，查明原因后再決定是否繼續(xù)進行機器人輔助訓練。

1.3評定方法

分別于訓練前、訓練12周后，由兩名工作經驗3年以上并對分組情況不知情的作業(yè)療法師對兩組患者進行評定。

1.3.1Fugl-Meyer評定量表中的上肢部分（Fugl-Meyer Assessment-Upper Limb，FM-UL）

對腦卒中患者的上肢及手部的運動功能進行評定。每個項目，0分表示不能做某一動作；1分表示能部分做；2分表示能充分完成?？偡?6分，分值越高代表功能越好。

1.3.2改良Ashworth量表（modified Ashworth Scale，MAS）評分

采用MAS對腦卒中患者上肢肘關節(jié)進行肌張力測定，分為0～Ⅳ級，分級越高，痙攣程度越重。

1.3.3改良Barthel指數（modified Barthel Index，MBI）

包括10項內容。得分越高，獨立性越強、依賴性越小。

1.4統(tǒng)計學分析

采用SPSS 22.0軟件進行分析。兩組間年齡及發(fā)病時間采用兩獨立樣本t檢驗；兩組間性別、病種比較采用Χ2檢驗。計量資料以（±s）表示，對于FM-UL評分及改良Barthel評分，組內治療前后比較采用配對t檢驗，組間比較采用兩獨立樣本t檢驗。MAS評分，組內比較采用Wilcoxon秩和檢驗，組間比較采用Mann-Whitney U秩和檢驗。顯著性水平α=0.05。

2　結果

兩組治療前FM-UL評分、MAS分級及MBI均無顯著性差異（P＞0.05），治療后均較治療前改善（P＜0.05）。治療后，實驗組FM-UL評分和MAS較對照組改善（P＜0.05）。實驗組治療后MBI分較對照組無顯著性差異（P＞0.05），但評分略高于對照組。見表2～表4。

表2　兩組治療前后FM-UL評分比較

表3　兩組治療前后MAS分級比較（n）

表4　兩組治療前后MBI比較

3　討論

目前，腦卒中仍是世界上第一位導致運動功能受損的疾病。運動功能受損使患者在支配他們上肢及手部活動時遇到困難。這不但影響ADL，同時也使他們的社會活動能力大大降低，從而導致生活質量的下降［17-18］?？祻椭委熢趲椭X卒中患者恢復上肢及手部運動功能能力和ADL方面起到積極的作用。在過往的研究中，沒有任何一種療法被證明是最有效治療腦卒中患者運動功能的方法，但是循證醫(yī)學顯示高重復性的運動訓練可以有效地幫助腦卒中患者提高運動能力［4］。隨著科學技術的發(fā)展，上肢機器人輔助系統(tǒng)也加入到腦卒中患者的康復訓練中，此系統(tǒng)在肢體減重的基礎上，使患者可以早期進行高重復性的自主運動，從而促進運動功能恢復。此項技術在發(fā)達國家已經應用20余年，由于上肢機器人輔助系統(tǒng)眾多，技術水平參差不一，國外對其療效的研究結果也不盡相同［10-14］。近3年來，此項技術才剛剛引入中國，本研究致力于探討其對于急性期腦卒中患者上肢運動功能和ADL恢復的影響。

在本研究中，我們將Armeo Spring上肢機器人輔助療法加入到早期腦卒中患者的常規(guī)康復訓練中。研究結果顯示對照組患者常規(guī)康復訓練3個月后，FM-UL評分、MAS評分及MBI均較訓練前改善，證明本院康復治療方法治療腦卒中患者上肢運動功能障礙有顯著療效。同時實驗組在使用了上肢機器人輔助系統(tǒng)后，FM-UL評分較對照組有顯著提高，證明此系統(tǒng)早期應用于急性期腦卒中患者，可以有效地提高上肢運動功能的恢復。作用機制可能有以下幾點。

①人的大腦有高度的可塑性和重組能力，一定時間內高重復性運動訓練不僅可以改善肢體運動功能，同時也能增加感覺信息的輸入，對大腦進行反復刺激，通過其周圍腦組織代替受損傷腦組織行使其原有功能［7，19-21］。

②機器人上肢輔助系統(tǒng)可以提供三維空間內的上肢支撐系統(tǒng)，可以使患者早期抗重力進行自主運動，而不僅僅是依靠治療師進行被動活動，從而有效提高患側上肢運動能力。

③治療師可應用此系統(tǒng)將患者的肘關節(jié)鎖定在伸直位，前臂鎖定在旋前/旋后位，腕關節(jié)背屈位，可以使患者在對抗異常模式的前提下，進行分離運動的重新學習和反復訓練。

除此之外，實驗組訓練3個月后，MAS評分也較對照組降低，證明此系統(tǒng)能有效幫助腦卒中患者降級患側上肢肌張力。

作用機制如下。①早期進行主動肌和拮抗肌反復運動，可以有效幫助腦卒中患者協(xié)調肌張力，抑制肌張力過度增高及異常運動模式的出現［22］。②通過減重系統(tǒng)，抵消重力因素對上肢主動訓練的影響，降低對患者主動肌運動功能和體力的要求，從而在一定時間內能進行主動肌與拮抗肌的平衡訓練。同時此研究顯示，實驗組MBI評分較對照組無顯著性差異，但是分值較對照組稍高。說明此系統(tǒng)對提高急性期腦卒中患者ADL有一定幫助。但是由于急性期患者早期運動功能還沒有恢復到理想水平，因此會影響其ADL［23］。治療師在其下一階段的康復訓練中，隨著患者肢體運動能力的提高，應更加注重ADL和社會生活能力的改善。

上肢機器人輔助系統(tǒng)與常規(guī)的康復治療相比較，還擁有情景模擬生物反饋系統(tǒng)和龐大的游戲庫，治療師可以依據患者的功能狀態(tài)和興趣為其選擇適合的游戲?？梢允够颊哌M行有針對性的、由易到難和大重復量的主動運動訓練［24］?；颊呷邕M行30min傳統(tǒng)重復性動作訓練，很容易精力不集中，疲勞。此系統(tǒng)可以幫助患者改善注意力，保持體力，增加患者訓練的興趣和積極性。其中駕駛游戲可以讓患者進行模擬駕駛，不同的路徑、不同的場景使患者更有興趣進行鍛煉，在提高運動能力的同時也讓患者逐步體會恢復到日常生活的過程。幫助患者樹立康復的信心和主動康復的意愿。

上肢機器人輔助系統(tǒng)還能在一定程度上解放治療師，使其能為更多的患者服務。但同時此系統(tǒng)也有自身的局限性，例如由于減重的影響，肩關節(jié)前屈最大只能達到140°，肩關節(jié)后伸只能達到50°，與正常的關節(jié)活動范圍有一定差距。因此治療師要在平時的常規(guī)訓練中加入此項針對性訓練，幫助患者更好地恢復運動功能。

綜上所述，Armeo Spring上肢機器人輔助系統(tǒng)結合常規(guī)康復訓練可以有效提高急性期腦卒中患者的上肢運動能力，降低患者異常的肌張力。同時也要求治療師要有自己的專業(yè)判斷，在詳細評估患者的功能狀態(tài)后，為其設定肢體位置，選擇適合的游戲及游戲難度，從而幫助患者更好的進行康復。

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Effects of Upper Limb Robot-assisted Therapy on Motor Recovery in Patients with Acute Stroke

HE Bin，ZHANG Chao，LIU Xuan

1.Capital Medical University School of Rehabilitation Medicine，Beijing 100068，China；2.Department of Occupational Therapy，Beijing Bo'ai Hospital，China Rehabilitation Research Center，Beijing 100068，China

Correspondence to LIU Xuan.E-mail：yq1967lx@sina.com

Abstract：Objective To explore the effects of upper limb robot-assisted therapy on motor recovery in acute stroke patients.Methods From August，2013 to September，2014，46 acute stroke patients at their first-ever stroke were enrolled and randomized into experimental group and control group with 23 cases in each group.Both groups received routine therapy.Additional robot-assisted therapy was provided to the experimental group，and additional repetitive movement training was provided to the control group，30 minutes a day，5 days a week for 12 weeks.Fugl-Meyer Assessment-Upper Limb（FM-UL），modified Ashworth Scale（MAS）and modified Barthel index（MBI）were used to assess the motor function of the upper limbs and hands，the muscular tension of elbow，and activities of daily living（ADL）before and after treatment.Results After treatment，the scores of FM-UA，MAS and MBI improved in both groups（t＞3.856，Z＞1.889，P＜0.05），and the scores of FM-UA and MAS were better in the experiment group than in the control group（t=-2.386，Z=-2.625，P＜0.05），however，there was no significant difference in the score of MBI between two groups（t=-1.326，P=0.098）.Conclusion Upper limb robot-assisted therapy can facilitate the recovery of the motor function of upper limbs in acute stroke patient.

Key words：stroke；robot；rehabilitation；motor function；upper limb

［中圖分類號］R743.3

［文獻標識碼］A

［文章編號］1006-9771（2016）06-0688-05

DOI：10.3969/j.issn.1006-9771.2016.06.014

作者單位：1.首都醫(yī)科大學康復醫(yī)學院，北京市100068；2.中國康復研究中心北京博愛醫(yī)院作業(yè)療法科，北京市100068。

作者簡介：何斌（1979-），男，漢族，北京市人，主管治療師，主要研究方向：腦卒中康復、手外傷康復。通訊作者：劉璇（1965-），女，漢族，北京市人，副主任治療師，主要研究方向：腦卒中康復、康復治療學。E-mail：yq1967lx@sina.com。

收稿日期：（2016-02-22修回日期：2016-02-30）