一種偏癱患者臺階康復訓練評估輔助裝置的研發(fā)

符彩萍，吳家欣，黃博舒，黃舉漢，陸 娜

（1.海南醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院康復醫(yī)學科，海口 570102；2.海南醫(yī)學院第一臨床學院，?？?570102；3.海南醫(yī)學院臨床技能中心，?？?570102）

0 引言

腦卒中是指腦血管病變導致腦組織出現損傷的一類疾病[1]。腦卒中致偏癱的主要特征是患側下肢負重減少、邁步能力變差，而雙下肢協調負重和邁步是行走穩(wěn)當的前提，故改善下肢負重、邁步是偏癱患者康復的重要目標[2-4]。踏臺階訓練有助于恢復患者的下肢負重和邁步能力，提高患者的平衡及步行功能。傳統的康復機械為固定式的兩步臺階，對于患側下肢負重、邁步、踏臺階評估的方法過于主觀，無法有效指導患者的康復訓練[5-6]。因此，研發(fā)偏癱患者臺階康復訓練評估輔助裝置可提高患者的康復效果,從而提升就醫(yī)體驗。

1 研發(fā)背景

1.1 單側負重邁步評估及訓練

傳統的單側負重邁步的評估及訓練是讓患者站立在平地上，進行單側下肢負重、對側邁步的動作交替，此方法無法觀察到患者是否將所有的體質量轉移到支撐腿后才進行邁步，也很難準確把握患者的邁步腿何時完全離地和再次著地[7]；同時，為了避免患者手部過度代償，治療師通常不予患者外部支持，患者或因此產生恐懼心理，不能完成評估或訓練效果不佳，從而影響評估準確性。

1.2 單側踏臺階評估及訓練

臨床上針對單側踏臺階的評估及訓練主要參考Berg量表中“雙足交替踏臺階”一項[8]，患者雙下肢交替踏臺階，當完成低臺階（10 cm）測評時，可換成相當于住宅一級臺階高度的高臺階（15 cm）進行評估及訓練[9]，記錄每次評估的完成時間和完成質量，得出患者的功能等級。但在此過程中無法量化患者需要幫助的程度、每次踏臺階的用時及雙下肢負重的變化，且只能由康復治療師主觀判斷患者的功能水平和訓練效果，存在數據不精確、不能夠完整記錄患者的康復軌跡以及平衡能力變化的問題。

傳統的康復機械不利于不同恢復階段的腦卒中并偏癱患者的使用。因此，需要設計一種偏癱患者臺階康復訓練評估輔助裝置，用于客觀評估患者下肢負重、邁步和踏臺階的功能并輔助訓練。

2 工作原理

本研究設計的偏癱患者臺階康復訓練評估輔助裝置，主要測量受試者在站位平衡模式、單腿負重邁步模式及踏臺階模式中的壓力變化及壓力變化用時，并完成上述3種模式的評估及訓練。本裝置在使用時，當只需要用到階體一時，可編程邏輯控制器（programmable logic controller，PLC）（選用西門子S7-200）控制伸縮氣缸的活塞桿回縮，階體二套設在階體一的頂面上，階體二的頂面內壁上的方形連接板卡入階體一頂面中部的方形凹槽中。階體一的高度為10 cm，按此高度方便實現對患者的康復訓練。當需要以15 cm的康復高度來實現康復訓練時，PLC控制伸縮氣缸的活塞桿上升，帶動階體二同步聯動上升，階體二的兩側限位凸邊從階體一的頂面左右兩端的限位凸塊脫離，此時階體一的高度為10 cm，階體二與階體一之間的距離為5 cm，使得第二臺階的高度為15 cm，從而方便患者實現15 cm高的臺階的康復訓練。當需要用到第一臺階2時，則需要人工將第二臺階沿導軌滑出。PLC收集各個重力感應器的數據，并在顯示器上顯示。

3 設計

3.1 裝置外觀

本裝置外觀為簡易步行平行杠與臺階的結合，包括第一臺階、第二臺階、下框型扶手和顯示器等，通過各重力感應器反饋的數據來達到準確評估、實時調整患者訓練及記錄動態(tài)數據等目的。

3.2 裝置硬件設計

本裝置主要包括輔助本體和其他組件，輔助本體包括第一臺階（分為第一臺階1和第一臺階2）和第二臺階，其他組件包括下框型扶手和顯示器。本裝置結構示意圖如圖1所示。第一臺階1單獨使用，可提供站位平衡評估及訓練功能；第一臺階1和第一臺階2配合使用，可提供單腿負重邁步評估及訓練功能；第一臺階1和第二臺階配合使用，可提供踏臺階評估及訓練功能。

3.2.1 第一臺階1及扶手

如圖1（b）所示，第一臺階1的頂面前部左右設有LED燈，利用燈光提醒患者臺階的位置；頂面左右設有重力感應器；后部和第二臺階連接。第一臺階1的左右兩側設有下框型扶手，扶手高度可調節(jié)，適合不同身高的患者使用。扶手由2根垂直于地面且相互平行的支撐柱和設于支撐柱之間的橫向扶柄組成。如圖1（a）所示，支撐柱旁設有刻度尺，方便觀察和調節(jié)第二臺階的高度；橫向扶柄截面為圓形，其頂面上有重力感應器，扶柄表面裹海綿套，可增加訓練舒適度。

3.2.2 第一臺階2

如圖1（e）所示，第一臺階1向后延伸的臺面稱為第一臺階2，其頂面左右對稱設有重力感應器，兩側也對應設有導軌，第二臺階底部及后端中間的導輪與導軌相適配，可滑動拉出第二臺階。導軌的后端安裝有限位凸頭，用來控制第二臺階的前行和后退。若要進行單側下肢負重邁步評估或訓練，可將第二臺階滑出，此時第一臺階1和第一臺階2同階，從而完成評估或訓練的數據監(jiān)測和收集。

圖1 偏癱患者臺階康復訓練評估輔助裝置結構示意圖

3.2.3 第二臺階及顯示器

第二臺階包括階體一、階體二和頂面后部的顯示器。如圖1（d）所示，階體一的頂面左右兩端對應設有限位凸塊，階體二底面為開口狀，左右兩端設有相適配的限位凸邊，可選擇性地將階體一套在其中。如圖1（a）、（b）所示，第二臺階下半部為階體一，其頂面中部設有方形凹槽，方形凹槽中部設有中心通孔；底面中部設有伸縮氣缸，伸縮氣缸的活塞桿穿插過中心通孔向外連接方形連接板；內為空腔，其中設有可為各部件供電的充電電池、電動機和PLC，PLC分別與電動機、伸縮氣缸、充電電池、顯示組件和各重力感應器相連；外側面設有側拉門，其表面設有凹形拉手，方便各部件的安裝和維護。第二臺階上半部為階體二，其頂面的左右設有重力感應器，前部左右設有LED燈；底部中間區(qū)域有方形連接板，與活塞桿連接，且適配階體一的方形凹槽。通過活塞桿調節(jié)階體一和階體二的間距，可完成不同高度的臺階評估和訓練。階體二頂面后部為支撐筒桿及顯示器，前者高度可調節(jié)且其內容納導線，后者可實時顯示各重力感應器的數據，便于觀察患者的下肢負重、邁步、踏臺階功能情況和指導患者訓練。

4 使用方法

本裝置通過改變第二臺階的高度或位置來實現不同評估及訓練，主要用于腦卒中后偏癱患者的康復，共有3種模式。使用時，先將扶手高度調整至與患者非患側下肢股骨大轉子同高處，以輔助患者平衡，視評估或訓練內容選擇性使用第二臺階。第1種模式為站位平衡評估，以中線為界，患者站立在第一臺階1上，顯示器顯示雙側下肢分別負重及扶手壓力的情況；第2種模式為單側負重邁步評估，以中線為界，患者站立在第一臺階1上，治療師下達“邁步”指令后，患者將所有體質量轉移至一側下肢，另一側下肢往第一臺階2邁步，顯示器顯示支撐側下肢的負重情況和邁步側下肢完成邁步的時間；第3種模式為單側負重踏臺階評估，以中線為界，患者站立在第一臺階1上，治療師下達“踏臺階”指令后，患者將所有體質量轉移至支撐側下肢，邁步側下肢踏第二臺階，當邁步側踏上臺階后，患者將重心轉移至該側，同時伸展支撐側下肢髖關節(jié)、足向下后方做蹬離動作，模擬行走中的邁步，顯示器顯示邁步側下肢完成踏臺階的時間和支撐側下肢負重變化的情況，通過調節(jié)第二臺階高度，可完成不同高度臺階的評估，評估后的量化數值可幫助治療師制訂及調整訓練方案。在訓練時，治療師可觀察顯示器上呈現的負重及用時的實時變化，及時對患者進行康復訓練指導。

5 結語

偏癱作為腦卒中常見的后遺癥之一，常表現為患者一側肢體的功能下降[10]，可見下肢負重減少、邁步變差，而負重、邁步是步行的關鍵，其功能恢復與否及好壞影響著患者的生活質量[11-13]。研究表明，臺階訓練有助于恢復患者下肢的正常負重和邁步能力[14]，尤其是患側下肢，其負重能力的恢復是提高患者平衡及步行功能的重點[15]，本裝置較好地彌補了國內在站位平衡、單腿負重邁步及踏臺階功能客觀評估及訓練方面的空白。但本裝置也存在一些不足之處，如無法進行各項數據的自動分析、訓練評估指令需治療師口頭下達等。在后續(xù)的研究中可加入更多的人工智能（artificial intelligence，AI）元素以進一步向客觀、精確及高效靠攏。綜上，本裝置能夠實時監(jiān)測患者的臺階訓練數據，量化患者需要幫助的程度和完成動作所用的時間，大大提高了康復效果，具有較好的市場前景。