林蓓蕾，梅永霞，潘 攀，佟 瑶，张振香*，张乐芸，张 艳，陈 刚

（1.郑州大学护理与健康学院，河南450001；2.郑州大学）

脑卒中是全球第三大致死和第二大致残病因[1]。据全球疾病负担数据显示，脑卒中患病人数仍呈明显上升趋势[2]；而我国城市与农村地区脑卒中的死亡率、致残率均居高不下，伤残调整生命年自2005 年的1 016.10 增长至2016 年的1 186.22[1]，明显高于欧美等发达国家，且尤以农村上升更为明显，给个人、家庭及国家均带来沉重而长久的负担。据悉，不同国家脑卒中病人住院日为3～28 d[3‑5]，我国约为13 d[6]，出院后病人及家庭均进入长期而痛苦的慢性康复过程。尽管部分脑卒中病人可至康复机构接受一定时间的专业指导，但受经济、时间、照顾者等多重因素的影响，脑卒中居家康复成为必然需求和发展趋势。因此，居家康复技术的发展对脑卒中病人功能恢复、日常自理生活和回归社会意义重大[7]。近年来，随着信息技术的快速发展，智能康复工程技术得到了较为快速的进步与发展，包括机器人辅助康复、康复游戏设计及虚拟场景的开发等，这对提高脑卒中病人康复参与率以及功能恢复具有重要意义，但因应用环境和康复需求的复杂性，诸多瓶颈问题仍需专业技术人员深入探索与研究。本研究拟对智能康复工程技术在居家脑卒中病人中的应用情况进行综述，分析其优势及局限，为进一步创新发展居家康复工程技术、提升居家脑卒中病人生活质量等提供借鉴和参考。

1 国外居家脑卒中病人智能康复技术

1.1 康复游戏 有研究已证实，基于游戏开展康复指导可促进脑卒中病人积极参与。国外不少学者对居家康复过程中应用游戏设备的效果进行了探讨，其中涉及的游戏主要分为两类：一类是商业模式运行的康复游戏，优势是价格较为低廉、接受度高，缺点是专业化和个体化程度有待提高；另一类是专业机构开发的康复游戏，可用于脑卒中病人躯体康复或认知康复[8‑11]，如英国Standen 等[12]将手部的运动锻炼整合到游戏中，利用手套上安装的Nintendo Wiimotes 二极管追踪记录手指的动作，进一步在虚拟游戏场景中进行移动和完成任务；而Sony PlayStation 2 则是一款商业公司开发的居家游戏康复系统，相对缺乏专业性，康复指导、康复评定以及肢体、手腕及手指在康复过程中的精细移动、位置等设计没有充分考虑康复机制和治疗目的，且安全性和有效性亦有待探讨，只是价格比较容易接受[13]。另 外，Palmcrantz 等[14]开 发DISKO 解 决 远 距 离交互问题，涉及针对性的脑卒中康复游戏，提供个体化和精准化的锻炼项目，并进行了小样本的施测，尽管其安全性和可接受性均较为理想，但其开发过程并未充分考虑到不同康复阶段脑卒中病人的需求。因此，康复游戏的开发首先应考虑其专业性，其次是病人体验，其中软硬件系统，游戏的多样性、趣味性和交互性，操作简便性和是否易于掌握等均是设计开发过程中需要考虑的问题[15]。

1.2 远程康复 远程康复又被称为远程治疗或远程卒中（tele‑stroke），指借助电话、视频会议等信息通信技术，帮助病人从专业医护人员处获取医疗指导信息[16]。一般情况下是由专业治疗师以视频会议的形式，观察和评估病人在完成康复锻炼任务时的动作执行和运动过程，研究证实远程康复可缩短脑卒中病人住院时间，进而降低经济支出[17]，尤其是对于缺乏医疗保险、交通不便利、独立出行困难、对照顾者依赖性较强或是居住地缺乏康复资源的脑卒中病人，居家远程康复指导非常有益。但有研究也显示，远程康复在居家脑卒中病人功能恢复方面也存在诸多局限，如锻炼过程中无法实现病人与康复医师之间的肢体互动；居家物理环境是否能够保障康复的安全性，以及康复环境、设备的购置费用增加，病人生活环境的隐私无法得到保障，或者系统的安全性以及康复过程中发生问题的责任归属等均需要解决[18‑19]。

1.3 机器人 近年来，机器人辅助康复技术在脑卒中病人康复过程中发挥了重要作用[20‑21]，康复机器人可帮助脑卒中病人运动上肢、手腕和手指，以提高其运动幅度和范围。机器人辅助康复技术是基于人体解剖学和运动解剖学机制设计和研发，可为脑卒中病人提供类似康复技师的手法，甚至是在某些精细动作锻炼和指导方面优于康复技师。Bruni 等[22]对13 项随机对照试验结果进行综述，显示康复机器人辅助步态训练效果优于常规康复；但Lo 等[23]综述却发现机器人辅助康复在上肢、下肢及日常生活活动能力恢复方面的效果和常规康复无明显差异。尽管机器人在居家康复中的应用效果并无一致性报道，但仍有大量的机器人设备尝试性地应用到居家康复中，如机器人手套[24]、机器人手臂[25‑26]、机器人下肢[20]等。机器人康复主要优势在于根据计算机程序设计自动化生成一系列治疗动作，规律有序地带动脑卒中病人相应部位肢体锻炼；此外，动作的频次、时间、力度和范围均是优化后设计，可实时测量和记录，有助于明确计算剂量−效果关系，为实现精准化康复提供依据。尽管机器人康复有诸多上述优点，但因其应用时需要较大的物理空间[27]，需要特殊的桌子和椅子设备等，对诸多家庭来讲是一个比较大的挑战；此外，有时机器人会产生较大力度，给病人居家康复带来一定风险，这些均为未来居家康复机器人的设计过程中考虑的问题。

1.4 虚拟场景技术 虚拟场景技术是指利用电子通信技术设计一个虚拟的环境，刺激机体在虚拟环境中进行运动，通常是设计一些交互游戏或虚拟锻炼项目[12,28]。Standen 等[28]设计虚拟现实系统，在虚拟游戏中设计了手和手指的运动路径，用以提高病人居家康复依从性；Piron 等[18]设计的虚拟系统将治疗任务转化为一些虚拟锻炼项目（如使用锤子反复敲击水桶），病人则需要根据已经设定好的虚拟物品的运动轨迹，对真实的物品进行移动；再如Wittmann 等[29]设计自动引导上肢训练项目，鼓励病人在虚拟场景中完成任务，用以锻炼上肢功能。而Triandafilou 等[30]则进一步优化设计，建立多用户交互的虚拟锻炼环境，多例脑卒中病人可在虚拟场景内与康复医师、治疗师或同伴病人进行互动，访谈结果显示85%以上的体验者对系统较为满意，可以接受每周2 d 或3 d 的训练。总之，虚拟现实技术在居家环境中应用，可让病人多次练习，反复刺激神经反馈，促进功能恢复，且过程安全、可控，不必担心出错，对提高其康复锻炼自我效能具有积极作用，并为协助病人进一步将动作应用到真实生活情景中奠定基础。然而，目前针对虚拟技术在居家脑卒中病人康复中的应用，专业性仍有待提高，如感觉功能反馈、大脑功能恢复甚至是神经元重塑，均应在虚拟场景和任务设计过程中充分考虑，以确保虚拟场景康复价值和意义的最大化。

1.5 传感器设备 居家康复过程中传感器主要发挥测评、监测动作和实时反馈的功能[24,29]。瑞士学者Wittmann 等[29]设 计的ArmoSensor 系 统内 置3 类 传 感器，分别从3 个维度测量手臂运动的加速度、角度速度和活动范围，利用无线装置将参数传递至电脑端进行综合分析和反馈评估；SCRIPT 项目中设计多个传感器评估手指的屈曲活动度、手腕的活动范围及整个手的速度和运动方向[24]。而Balaam 等[31]基于行为动机理论开发4 个子系统，其中Rehab Reader 系统内嵌传感器帮助病人阅读过程中练习挤压动作，Chess 系统使病人移动西洋棋时练习挤压动作，通过动作反馈提高病人参与动机。除专业康复设备内嵌传感器外，也有学者尝试改造生活用品，如Bobin 等[32]设计智能水杯，其中水杯设计思路是基于医师和病人的真实需求，内置各种传感器可用来收集有关其方位、液面与参考目标的位置和震动有关的信息；且可以实现音视频显示，为病人提供动作反馈，适用于脑卒中病人居家或者医院康复过程中，结果发现（8/9）的脑卒中病人认为产品的实用性和可接受性较好。因此，脑卒中病人居家康复中，传感器的应用非常必要，尤其是没有专业人员在场时，通过传感器即时测量和记录锻炼过程中的生理指标变化，无论是对病人还是对专业人员都非常有益，传感器实时监测和记录的结果可用来观察锻炼效果、调整锻炼任务，为医患之间的沟通提供资料。但如何克服或者最小化测量误差，提高居家锻炼过程中的精准性，以及传感器缺点需要接触式测量，与无线式相比不便捷等均有待深入研究和探讨。

1.6 可触摸式平板设备 平板设备主要包括平板电脑 或iPads[31,33‑34]，如 在iPads 内整合敲鼓音乐APP，促使病人通过敲打数字鼓来锻炼手的协调性和力量[34]。Balaam 等[31]团队开发的Rehab Reader 系统内，一个平板电脑被应用于帮助病人在阅读小说时锻炼肢体；Ball Funnel 系统则利用平板电脑为病人展示和反馈锻炼项目，多数情况下平板电脑和传感器是组合应用。但对于感觉功能减退、单侧空间忽略以及视野缺损或运动功能障碍的病人，平板设备辅助康复应用受限，因此类病人无法和平板内系统进行有效的交互和互动[34]。

2 国内居家脑卒中病人智能康复技术

国内不少学者研究了居家康复可穿戴式的智能终端设备、居家康复数字化检测平台与系统、可穿戴式上肢康复机器人、居家上肢康复自动识别系统、上肢康复及仿真系统等在脑卒中居家环境中的应用效果[35‑39]。其中南京航空航天大学的宋晓锋、庞古山团队开发的上肢康复自动识别系统[37]，利用传感器采集前臂和上臂的训练数据，并通过无线装置将采集到的康复训练数据上传到远程服务器，由远程康复医师进行研究分析。浙江地区顾旭东等[38]在脑卒中居家康复过程中利用躯体传感网可明显改善病人的上肢功能和提高日常生活能力水平。此外，也有学者通过系统评价比较传统康复模式与远程康复模式效果[7]，尽管两种模式在病人满意度、自我效能和自我照顾能力方面差异无统计学意义，但远程康复干预模式的成本明显低于传统康复模式。且采用虚拟场景设计游戏，确实可在低成本基础上增加康复锻炼的趣味性，如东南大学的何有源[40]基于虚拟现实技术设计多款情景交互式康复训练游戏，使居家康复训练活动变得生动有趣，并兼具远程控制、音视频交互功能；东华大学团队提出脑卒中手部远程康复系统服务模式和家用手部康复产品系统的设计思路[41]。综上所述，国内学者在居家脑卒中智能康复工程技术方面也较为成熟，但多为设计思路和小样本施测，并未见广泛推广应用的相关报道。

3 居家智能康复设备的应用启示

3.1 基于行为动力、益处发现等相关理论改进设计居家康复的益处已被病人和专业人员认可，但毕竟居家环境与医疗环境区别较大，康复机构内有专业人员监督，同时有其他病友共同参与锻炼的环境，这些对确保病人参与具有重要意义。因此，居家环境病人的参与积极性和依从性是开发智能居家康复设备过程中应重点考虑的影响因素之一。而行为产生的动力包括外驱动力和内驱动力[42]，针对脑卒中病人长期居家康复的特点，开发居家智能康复设备时，一方面应充分考虑到游戏和趣味性的阶段性变化，以适应不同时期的康复需求，或亦可根据病人锻炼记录数据定时更新系统、丰富锻炼项目内容等。再者，脑卒中病人的内在驱动力对促使病人坚持锻炼具有重要作用[43]，提高和确保内在驱动力持续的重要因素之一是自信心，可在智能康复设备系统中自动设计关卡、任务奖励或者提高任务的难度等，让病人体验到进步或者发现益处，甚至是开发基于每个病人的自动化、个体化及自适应的任务调整，以便提高病人参与的内在驱动力。

3.2 基于环境理论改进居家康复环境 确保居家康复效果的关键因素之一即脑卒中病人的依从程度，而居家环境直接影响依从行为。脑卒中病人参与居家康复的物理环境、人文环境、支持环境等均会影响到其参与的积极性。首先，应提高家庭成员的可参与性，如美国乔治亚大学的Cherry 等[27]研究发现家庭成员积极参与也会提高脑卒中病人的依从性，同时降低其孤独感，对改善家庭关系、促进病人心理健康具有积极作用；再者，关于时间和空间的设计，为脑卒中病人设计智能康复设备时或开发相关系统时，一定要考虑到脑卒中病人易疲劳的特点，科学设计康复锻炼的频次、时长及任务的强度等因素；此外，室内空间大小、灯光亮度、温度等也是居家康复时应该考虑的因素。最后，关于操作技术层面的问题，居家康复要求病人或家属熟练掌握技术的使用方法和注意事项，在设计设备或者开发系统时，一定要考虑到操作的简便性和界面的友好性，使病人和家属可以简单快速地掌握操作方法，以便提高参与积极性。