上肢康復(fù)機器人對腦卒中患者單側(cè)空間忽略康復(fù)影響的研究與進展

胡靖然 陳小飛 王建紅 成濤 張?zhí)鹛?/p>

研究表明，約50%～70%的腦卒中患者存在認知功能障礙，與軀體功能障礙相比，認知功能障礙對于患者的日常生活能力和康復(fù)的影響更為嚴重[1-3]。單側(cè)空間忽略（unilateral spatial neglect，USN）又稱患側(cè)忽略或單側(cè)忽略，表現(xiàn)為對來自病灶對側(cè)的肢體感覺、視覺、觸覺等的失去反應(yīng)或定位，以及傾向于病變側(cè)的行為異常[4]。USN與對側(cè)空間的知覺缺乏有關(guān)，往往表現(xiàn)為被忽略側(cè)的感覺信息處理的缺乏以及患者向該側(cè)運動的減少[5]。鑒于USN對腦卒中患者的生活自理能力和預(yù)后造成嚴重影響，針對USN的有效干預(yù)治療手段成為目前急需解決的議題。USN的傳統(tǒng)治療方案包括：被動物理刺激、視掃描訓(xùn)練、持續(xù)的注意力訓(xùn)練、行為認知訓(xùn)練、重復(fù)經(jīng)顱磁刺激以及棱鏡適應(yīng)等[6]。近期研究發(fā)現(xiàn)，作為一種全新的治療方案，上肢康復(fù)機器人輔助訓(xùn)練已取得了一定的臨床效果[7]。本文主要論述上肢康復(fù)機器人輔助治療系統(tǒng)以及其對腦卒中患者單側(cè)空間忽略康復(fù)影響的研究進展。

一、上肢康復(fù)機器人

（一）上肢康復(fù)機器人的發(fā)展

隨著1991年世界首臺上肢康復(fù)機器人訓(xùn)練系統(tǒng)MITManus的問世，30年來，該訓(xùn)練系統(tǒng)的發(fā)展從結(jié)構(gòu)上經(jīng)歷了3個階段：（1）本地康復(fù)醫(yī)療訓(xùn)練機器人系統(tǒng)：該階段訓(xùn)練系統(tǒng)將康復(fù)訓(xùn)練過程的呈現(xiàn)更為數(shù)據(jù)化、客觀化，具有代表性的包括鏡像運動使能器 （mirror-image motion enabler，MIME）、RM-Guide機器人和ARMin機器人等；（2）遠程康復(fù)醫(yī)療訓(xùn)練機器人系統(tǒng)：在該階段，醫(yī)生通過遠程計算機系統(tǒng)，指導(dǎo)患者出院后在家庭或社區(qū)進行康復(fù)訓(xùn)練，與此同時，醫(yī)生通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)布指令信息，遙控或監(jiān)控患者的訓(xùn)練過程，并加以指導(dǎo)；（3）基于虛擬環(huán)境的康復(fù)醫(yī)療訓(xùn)練機器人系統(tǒng)：借助于訓(xùn)練系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，患者身臨其境地參與到一些有針對性的有助于功能改善的游戲中，提高自身的主觀能動性[5]。

（二）上肢康復(fù)機器人的訓(xùn)練模式與類型

上肢康復(fù)機器人主要分為主動運動、輔助運動、被動運動和抗阻運動4種訓(xùn)練模式：（1）主動運動模式：機器人僅作為檢測終端，不提供力的支持；（2）輔助運動與被動運動訓(xùn)練模式：患者通過該系統(tǒng)得到部分或完全力的輔助；（3）抗阻運動模式：該系統(tǒng)可為患者提供阻力訓(xùn)練，加強其功能恢復(fù)。醫(yī)生通過觀察患者的恢復(fù)狀況，制訂個性化的治療方案，選擇合理的訓(xùn)練模式[6-7]。

上肢康復(fù)機器人可以根據(jù)其機械結(jié)構(gòu)、驅(qū)動關(guān)節(jié)的數(shù)量和類型、驅(qū)動原理和安裝位置進行分類。根據(jù)機械結(jié)構(gòu)可分為基于末端執(zhí)行器的機器人（end-effector，EE）及外骨骼式機器人（exoskeleton，Exo）。EE不會影響人類手臂的冗余度。在康復(fù)中，這類機器人不能誘導(dǎo)出與人類關(guān)節(jié)完全匹配的關(guān)節(jié)軌跡。EE的優(yōu)點為可以很輕易地將機械手臂調(diào)整至不同長度，以適應(yīng)患者的個性化需求，同時兼具簡易、性價比高的特點；不足之處在于，由于患者與機器人僅通過一個點（即EE）進行交互，機械手臂姿勢或單個關(guān)節(jié)相互作用的力矩無法完全由機器人決定。Exo可以進一步分為2種：（1）運動學(xué)上與人類肢體等效的外骨骼：具有與人類手臂完全相同的冗余移動性，不包括肩帶，即7個自由度。這類機器人是身體或墻壁接地的，并沿著肢體連接在不同的部位。為正確誘導(dǎo)關(guān)節(jié)軌跡并匹配自然冗余度，機器人的關(guān)節(jié)位置必須與人類的關(guān)節(jié)對齊。在運動學(xué)不匹配的情況下，外骨骼和人體肢體的可操縱度橢球不同，這將上升為動態(tài)相互作用力，患者將感覺到運動阻力；（2）與人類肢體運動學(xué)上不同的外骨骼：具有多種程度的冗余度，以應(yīng)對相互作用，不僅包括人類的手臂，也包括肩部和肩帶。由于人體肩帶是一個復(fù)雜的關(guān)節(jié)，其需要先進的機械解決方案。與運動學(xué)上與人類肢體等效的外骨骼相比，這些外骨骼具有更大的工作范圍，并且外骨骼與患者之間不需要精確對準。Exo的優(yōu)勢在于機械手臂的姿勢可以完全由這類機器人決定，且可以單獨控制施加到人體手臂每個關(guān)節(jié)的扭矩；不足之處在于，考慮到每個機器人節(jié)段的長度必須根據(jù)患者的手臂長度進行調(diào)整，對于不同體型的患者，Exo比EE更難適應(yīng)[7-9]。Lee等[9]通過對比EE和Exo對于上肢中重度運動功能損傷的患者的恢復(fù)效果，發(fā)現(xiàn)EE對于患者的活動和參與程度優(yōu)于Exo。Chang等[10]認為對于EE，治療強度是上肢運動恢復(fù)的最重要決定因素，但沒有足夠的證據(jù)表明腦卒中患者使用Exo可實現(xiàn)上肢運動功能恢復(fù)；而對于慢性腦卒中患者手部運動功能的康復(fù)，EE和Exo相對于傳統(tǒng)療法均表現(xiàn)出相似或相加的作用。

此外，根據(jù)訓(xùn)練部位不同，上肢康復(fù)機器人可分為手部、腕手部、肩肘部康復(fù)機器人；依據(jù)功能不同，上肢康復(fù)機器人分為功能性電刺激輔助、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、腦機接口上肢康復(fù)訓(xùn)練機器人等[7,11]。

二、單側(cè)空間忽略

（一）USN的概述

USN的概念于1918年由Holmer首次提出，其特征為受損對側(cè)肢體感知覺缺失，不能注意到對側(cè)視覺、聽覺、觸覺、或嗅覺的刺激，伴空間定位等行為能力的異常，是患者發(fā)生腦卒中后立即出現(xiàn)的最常見的行為認知障礙之一[3-4,12-14]。USN并非單一的功能障礙，而是一系列障礙癥候群的集合，臨床上主要表現(xiàn)為：（1）受損對側(cè)肢體感知覺缺失；（2）患者無法注意對側(cè)視覺、聽覺、觸覺甚至嗅覺的刺激；（3）同時伴有空間定位等行為能力的異常。

關(guān)于USN的發(fā)病機制目前尚未有統(tǒng)一的說法。Mesulam[15]認為USN是大范圍的神經(jīng)注意網(wǎng)絡(luò)功能異常所致，皮質(zhì)結(jié)構(gòu)主要是頂葉后部的視皮質(zhì)前區(qū)及角回，該空間注意力神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特點是右側(cè)半球頂葉對注意力的影響較左側(cè)半球頂葉大。而Corbetta和Shulman[16]提出了空間注意力網(wǎng)絡(luò)觀點，他們將注意力網(wǎng)絡(luò)分為2部分，即雙側(cè)背側(cè)通路（包括雙側(cè)頂葉內(nèi)溝及視皮質(zhì)前區(qū)）和單側(cè)腹側(cè)通路（右側(cè)顳頂交界區(qū)）。雙側(cè)背側(cè)通路介導(dǎo)對側(cè)空間的選擇性刺激及反應(yīng)。右側(cè)半球的腹側(cè)通路介導(dǎo)感覺定向的重要因素是覺醒，因此臨床上以右側(cè)半球病變引起的左側(cè)忽略多見。目前關(guān)于USN的發(fā)病機制主要包括以下幾種：（1）注意不均衡學(xué)說，即人的左右大腦半球相互控制和注意對側(cè)，一旦某側(cè)受損，破壞了相對平衡，強化了健側(cè)對損傷側(cè)的注意力；（2）激活意向性缺陷學(xué)說，即皮質(zhì)-邊緣系統(tǒng)-網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)環(huán)路支配著人體的空間感知能力，該結(jié)構(gòu)中的任何一部分受損都會引發(fā)忽略；（3）認識缺陷學(xué)說，即USN并非只存在視覺上的忽視，更像是一種認知缺陷，是對空間表象認識的缺失等[15-17]。

USN的臨床表現(xiàn)形式眾多，可分為感覺性、運動性和心理表征性忽略。感覺性忽略表現(xiàn)為看不到、聽不到、感覺不到損傷側(cè)對側(cè)的信息；運動性忽略表現(xiàn)為在無癱瘓和肌張力異常的情況下，幾乎不使用損傷側(cè)對側(cè)的肢體；心理表征性忽略表現(xiàn)為在想象場景中對損傷側(cè)對側(cè)空間、物體的記憶或表征的忽略。此外，根據(jù)空間范圍，USN又可分為自體空間忽略、近體空間忽略、遠體空間忽略等[3,12,17-18]。

研究顯示，尚未發(fā)現(xiàn)能準確評價所有類型的USN患者的方法。目前臨床上常用的評定方法主要有凱瑟琳·貝格戈量表、主觀疏忽問卷、抄寫試驗、畫鐘試驗、句子閱讀測試以及圖形臨摹試驗等[1,4,12,16,19]。

（二）USN的康復(fù)治療

Azouvi等[20]通過開展USN的康復(fù)治療的循證醫(yī)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，目前存在3種對改善USN較為有效的康復(fù)治療方法，包括通過自上而下的機制增強對忽視行為的認識，低水平的自下而上的感覺刺激，調(diào)節(jié)抑制過程及增加喚醒感。Dintén-Fernández等[21]進一步證實了自上而下和自下而上的方法可以改善病治療腦卒中患者的USN、殘疾和運動功能。在實踐操作中，USN的康復(fù)治療主要分為傳統(tǒng)康復(fù)療法、現(xiàn)代康復(fù)物理療法及作業(yè)療法。

傳統(tǒng)康復(fù)療法主要包括針灸（如手三里、合谷等腧穴）、穴位按摩（如迎香、太沖等）等。Hou等[22]對針灸聯(lián)合康復(fù)治療腦卒中后USN做了Meta分析，認為針灸聯(lián)合康復(fù)治療對改善患者的運動功能和日常生活能力更為有效。熱西代·多里坤等[23]認為針刺“治神調(diào)髓”組穴能提高腦卒中患者對USN的認知，改善忽略程度及肢體運動功能，對改善患者認知障礙、生活自理能力等具有促進作用。

現(xiàn)代康復(fù)物理療法及作業(yè)療法包括抗痙攣體位擺放、關(guān)節(jié)主動被動運動、翻身坐起、生活自理能力訓(xùn)練等，常用技術(shù)包括Bobath、PNF、Rood等。Liu等[24]對2006～2016年USN和腦卒中后偏癱康復(fù)干預(yù)做了系統(tǒng)性評價和Meta分析，認為基于運動的物理治療對USN是有效的。另外，增強感覺刺激（如痛溫覺刺激及電刺激等）、暗示、軀干旋轉(zhuǎn)訓(xùn)練、交叉促進訓(xùn)練、患側(cè)負重訓(xùn)練等也有助于USN癥狀的改善[3,12]。此外，鏡像神經(jīng)元療法、棱鏡適應(yīng)技術(shù)、重復(fù)經(jīng)顱磁刺激、經(jīng)顱直流電刺激、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、音樂療法及康復(fù)機器人訓(xùn)練等也是治療USN的有效手段[12,16,25-30]。Lisa等[26]通過Meta分析，發(fā)現(xiàn)經(jīng)皮電神經(jīng)刺激療法、光動力刺激、體感電刺激、鏡面療法和虛擬現(xiàn)實訓(xùn)練似乎是USN最有效的治療方法。Gandhi等[27]認為，鏡面療法對腦卒中上肢運動功能障礙患者USN的好轉(zhuǎn)有明確意義。Gammeri等[3]的研究表明，棱鏡適應(yīng)技術(shù)、無創(chuàng)性腦刺激和虛擬現(xiàn)實訓(xùn)練能治療USN。Kang等[28]認為，音樂忽視訓(xùn)練可減少腦卒中USN患者的持續(xù)性忽略。Yasuda等[29]認為，沉浸式虛擬現(xiàn)實程序?qū)SN患者的日常生活能力有所改善。

三、上肢康復(fù)機器人輔助療法對腦卒中患者USN康復(fù)的影響

國內(nèi)外諸多文獻已證實，上肢康復(fù)機器人對腦卒中患者上肢功能的改善有明確意義，患者能更好地鍛煉運動控制能力、肩/肘協(xié)調(diào)能力等，減少軀干矢狀位異常運動及代償性運動，提高上肢運動的功效及效率[31-32]。Franceschini等[33]的研究顯示，與傳統(tǒng)物理療法相比，上肢康復(fù)機器人輔助療法可更大程度地改善亞急性腦卒中患者的運動障礙狀態(tài)，且隨著時間推移，收益持續(xù)存在。Chang等[10]也認為，對于腦卒中患者的上肢運動功能訓(xùn)練，機器人輔助療法不亞于甚至優(yōu)于傳統(tǒng)療法。

Grattan等[34]認為，重復(fù)性的針對特定任務(wù)的訓(xùn)練可以改善USN患者上肢使用、功能和注意力的情況。Doron和Rand[35]對USN與腦卒中后上肢感覺運動恢復(fù)的關(guān)系以及改善USN患者上肢感覺運動干預(yù)的有效性進行了回顧性分析，結(jié)果表明USN與腦卒中后上肢運動能力差和上肢肌力恢復(fù)少有關(guān)，因此，在計劃康復(fù)時應(yīng)考慮到此類損傷。Kim等[36]研究了上肢機器人聯(lián)合低頻重復(fù)經(jīng)顱磁刺激（repetitive transcranial magnetic stimulation，rTMS）對腦卒中患者USN治療的影響，研究人員將患者分為機器人組、rTMS組及聯(lián)合組，并發(fā)現(xiàn)治療后3組患者的無運動視覺感知測試、直線二等分測試、凱瑟琳·貝格戈量表、簡易精神狀態(tài)檢查表等較治療前均有所提高，認為上肢機器人及rTMS對USN的改善均有明確作用，但2種方法間差異無統(tǒng)計學(xué)意義。Varalta等[37]研究發(fā)現(xiàn)，機器人輔助上肢訓(xùn)練可有效改善腦卒中USN患者視覺空間探索（通過線交叉測試、鈴聲測試、眼跳訓(xùn)練和句子閱讀測試衡量）和注意力（通過眼跳測試和持續(xù)關(guān)注應(yīng)對任務(wù)衡量），還可以加快手臂、手和手指的總體運動速度以及指尖的靈活性（通過Purdue釘板測試衡量）。Choi等[38]的研究認為上肢機器人輔助訓(xùn)練對腦卒中患者USN的康復(fù)有幫助，可作為腦卒中患者USN治療的選擇。顧琦等[39]研究發(fā)現(xiàn)，上肢康復(fù)機器人輔助治療不僅彌補了常規(guī)康復(fù)治療的缺陷，同時能更有效地改善患者的忽略癥狀，促進患者上肢運動的功能及日常生活獨立能力的恢復(fù)。

從康復(fù)學(xué)的角度來看，患肢的活動可刺激受損的腦組織，并抑制損傷側(cè)對側(cè)的競爭性抑制，減輕USN癥狀，達到治療效果。相比于其他康復(fù)治療方法，上肢康復(fù)機器人輔助訓(xùn)練能夠?qū)贾M行早期、大量、科學(xué)的重復(fù)性訓(xùn)練，同時通過視覺反饋系統(tǒng)，刺激受抑制的神經(jīng)通路，能夠最大程度地開發(fā)神經(jīng)肌肉組織殘存的部分潛力，使其重新發(fā)揮功能，改善治療效果，有助于患者的整體康復(fù)[8,34-40]。

綜上所述，USN加重了患者的康復(fù)治療難度，嚴重影響了患者的預(yù)后。上肢康復(fù)機器人輔助訓(xùn)練為患者提供了新的選擇，其作為傳統(tǒng)康復(fù)治療的補充，能顯著改善患者的忽略癥狀，促進上肢功能恢復(fù)，提高患者的日常生活自理能力，具有明確的臨床價值。然而，目前對于上肢康復(fù)機器人輔助訓(xùn)練針對性的報道較少，且多數(shù)研究樣本量較小，需要在日后的工作中加大樣本量進行進一步深入研究。