李宇淇，曾庆，黄国志

南方医科大学珠江医院康复医学科，广东广州市 510280

脑卒中是目前导致肢体功能障碍的主要原因[1]，约80%脑卒中患者出现上肢偏瘫，其中只有1/3 偏瘫上肢可恢复功能[2]。脑卒中后上肢偏瘫主要表现为偏瘫侧肌无力、痉挛、协调性差和失用[2]。目前偏瘫上肢康复训练主要由治疗师指导完成，训练效果受到治疗师水平、训练强度等影响[3]，且训练中不能即时反馈训练效果，训练后缺乏客观评估数据。对脑卒中后患者进行重复刺激训练和一定强度的特定任务训练，能促进神经可塑性，提高运动功能[4]。上肢康复机器人具有无疲劳、定量化、个体化的优点，一方面可提供大剂量、高重复运动训练[5]，另一方面可提供客观即时的训练数据和评估数据[6]。尽管机器人的治疗效果仍有争论，但机器人辅助康复治疗已经成为脑卒中后肢体功能康复的有效方案[7]。

1 上肢康复机器人的发展和理论基础

自20 世纪90 年代MIT-Manus 问世以来，上肢康复机器人不断改进并蓬勃发展，目前比较具有代表性的机器人有Lum PS、MIMEA(包括三代)、MIT-Manus、RM-Guide 机器人、上肢外骨骼康复机器人ARMin[8]、清华大学复合运动康复机器人等。随着科技进步，上肢机器人结构和功能渐趋复杂。首先，关节由1 个自由度发展到多个自由度，训练模式由单一向多种模式发展。其次，上肢机器人逐步智能化。最初只是单纯提供助力运动，现在则可结合虚拟现实、力反馈等技术；还可在进行运动训练同时，自动化评估、智能反馈训练结果等。最后，机器人辅助训练能结合多种物理因子和辅助设备进行运动训练。

上肢康复机器人的康复机制尚未明确。部分学者认为是基于神经可塑性原理。神经可塑性是指神经系统通过改变结构和/或功能，适应内外环境变化的能力[9]，可以表现在分子、突触、神经元等层面，也可以表现在半球内或半球间[10]。上肢机器人可能通过促进偏瘫上肢的重复、渐进训练和运动学习，促进中枢神经的代偿和重组[11]。已有部分临床研究和少量基础研究证实这一假说[12]。机器人辅助治疗通过增加本体感觉输入，可促进神经可塑性。如使用外骨骼机器人做手指游戏运动训练，功能磁共振可观察到大脑半球躯体感觉皮质不对称激活[13]；在运动任务存在辅助反馈时，皮质区之间的功能连接(相干性)增加[14]。国外有人提出一种模仿人类上肢康复机器人系统的M 平台[15]，可结合多种先进技术，进一步研究脑卒中后神经可塑性机制。

尽管目前上肢机器人辅助治疗机制尚未完全明确，有待全面研究[16]，但大量临床随机试验证明，上肢康复机器人对偏瘫上肢恢复有效。

2 上肢康复机器人的分类和训练模式

基于机械结构类型，上肢康复机器人大致可分为两大类：上肢末端执行器和上肢外骨骼机器人[17]。上肢末端执行器指设备只与上肢的末端(手和/或腕)接触，通过末端带动近端运动。上肢外骨骼机器人则以复杂的机械结构，模拟人的上肢结构，可以单独或同时控制上肢的一个或多个关节[18]。上肢末端执行器的主要优点为设备结构较为简单、安装方便，主要缺点为缺乏对近端的控制，可能诱导偏瘫肢体出现异常代偿运动模式。上肢外骨骼机器人的优点是直接控制各个关节运动，可减少异常的姿势或运动，但结构复杂，设备较为昂贵[15]。

根据训练的部位不同，上肢康复机器人又可分为手部康复机器人、腕手康复机器人、肩肘部康复机器人。根据功能，可分为功能性电刺激辅助上肢康复机器人、虚拟现实技术上肢康复机器人、基于表面肌电图(surface electromyography,sEMG)上肢康复机器人、脑机接口(brain-computer interface,BCI)上肢康复训练机器人[19]。

在临床训练过程中，上肢康复机器人主要提供4 种运动训练模式：主动运动、辅助运动、被动运动和抗阻运动[20]。主动运动训练不提供力支持，上肢康复机器人仅为一种测量装置。当受训者不能积极执行相关训练任务时，上肢康复机器人将提供一定辅助，帮助完成训练。当受训者完全无自主活动时，上肢康复机器人提供完全的辅助。当受训者可主动运动后，上肢康复机器人可提供阻力训练[2]。临床可根据患者的具体情况，选择合理的训练模式。

3 上肢康复机器人在脑卒中后上肢功能障碍康复中的应用

Basteris 等[2]的Meta 分析显示，上肢康复机器人训练后，超过1/2 急性期和慢性期脑卒中患者上肢运动功能改善，超过1/3患者日常生活活动能力提高；亚急性期患者只纳入3组，其中2 组上肢功能和活动能力改善。目前缺乏高质量的临床随机对照试验表明上肢康复机器人较传统的物理治疗更为有效[21]。

3.1 运动功能

脑卒中后上肢功能障碍主要表现为上肢无力、痉挛和运动不协调。上肢康复机器人广泛应用于脑卒中后各期患者，对脑卒中患者进行高度重复性、功能性和针对性的任务导向性康复治疗[22]，提高上肢运动功能。

上肢康复机器人对各期脑卒中运动功能均有改善，主要改善偏瘫侧上肢肩肘部力量、速度和运动控制协调等功能，对腕手运动功能改善较小。Volpe 等[23]的临床随机试验表明，急性脑卒中患者接受上肢康复机器人训练后，肩部和肘部运动功能提高较为明显。亚急性期脑卒中患者使用肩肘部康复机器人训练平均3 周后，受试者多项运动功能评分总体提高，以肩肘部改善明显，远端功能也有一定改善[4]。慢性期患者使用上肢康复机器人可改善肩肘部功能，包括运动协调、运动速度、力量等，但腕部功能改善较小[7]。一项观察性队列研究比较强制运动诱导疗法、上肢机器人辅助治疗和镜像疗法的治疗效果，结果显示，上肢Fugl-Meyer 评定量表(Fugl-Meyer Assessment,FMA)评分＜30 分的慢性脑卒中患者，更适合使用上肢康复机器人治疗或强制运动诱导治疗[24]。Veerbeek 等[25]的Meta 分析显示，上肢康复机器人训练可普遍改善脑卒中后偏瘫患者的运动控制。

腕手训练康复机器人可提高腕手的灵巧度[26]，提高握力，改善手指协调性。一项多中心随机试验显示[21]，穿戴上肢康复机器人可以改善亚急性期脑卒中患者的手指灵巧度和握力。另一项临床随机对照试验显示[27]，其对慢性期脑卒中患者手功能改善也有作用，主要改善手部运动控制。更高强度的机器人训练可有效提高腕手运动功能[28]。

3.2 肌张力

上肢机器人对于脑卒中后患者肌张力的影响仍有争议。一项多中心随机对照试验表明[29]，使用上肢康复机器人对脑卒中后偏瘫患者进行上肢功能训练，偏瘫侧上肢异常增高的肌张力较治疗前降低，同时也能改善功能障碍和疼痛，但相比传统康复疗效无明显优势。另一项临床试验表明[30]，肌电介导的上肢康复机器人能降低脑卒中慢性期患者肌张力，并进一步改善手部的运动协调能力。

但Caimmi等[7]的临床随机对照试验显示，慢性期脑卒中患者接受上肢康复机器人训练后，偏瘫上肢异常增高的肌张力无明显降低。Meta分析显示[25]，上肢康复机器人训练甚至会引起上肢肌张力增高。

可见上肢康复机器人对偏瘫上肢肌张力的影响仍有争论。可能的原因有：①纳入标准不同，导致各期患者差异大，而不同时期患者的神经可塑性不同[25]，恢复能力不同，导致结果不同；②纳入患者运动功能损伤程度不同，肌张力障碍程度不同；③治疗师对肌张力评估标准可能不一致。

3.3 日常生活活动能力

上肢机器人治疗可以提高运动功能和上肢力量，但是上肢功能的提高并没有使患者日常生活能力得到提高[2]。Mehrholz等[31]的Meta分析显示，上肢康复机器人可改善急性期和亚急性期脑卒中患者的日常生活能力。张超等[32]的临床试验显示，上肢康复机器人能有效改善急性期脑卒中上肢偏瘫患者的上肢功能，但对慢性期脑卒中患者日常生活能力无明显改善。Kwakkel 等[33]的系统综述显示，上肢机器人训练组治疗前后，脑卒中患者日常生活能力未见明显改善。

可能的原因如下。①脑卒中患者日常生活能力提高较少，量表测量无法体现。一些研究观察到上肢机器人训练后，患者自我照料能力有所提高，但没有体现在量表测评中[34]。②上肢康复机器人注重单关节训练，将近端和远端关节训练结合可能效果更好[2]。③上肢机器人训练任务中缺乏日常生活能力训练任务，或任务不适用于提高日常生活能力[35]。

4 上肢康复机器人与其他疗法的联合治疗

机器人辅助训练可与多种治疗方法相结合。上肢机器人结合近端神经肌肉电刺激可改善近端关节活动度和FMA 评分[36]；功能性电刺激与机器人结合的混合型机器人治疗可改善上肢运动功能[37]。机器人结合低频经颅磁刺激(transcranial magnetic stimulation,TMS)可改善脑卒中患者单侧忽略，但与单纯TMS治疗和单纯机器人治疗相比，无显著性差异[38]。既往认为，机器人辅助训练与经颅直流电刺激结合，能改善对亚急性期和慢性期患者上肢运动功能和日常生活能力，但对多数患者来说，经颅直流电刺激是一种不适的体验[39]。肉毒毒素注射于痉挛部位可降低肌张力，而机器人辅助训练则可提高肌力，两者结合可提高慢性期脑卒中患者运动功能[40]。单独迷走神经电刺激对脑卒中后上肢偏瘫无效，但如结合上肢康复机器人，则可改善慢性期患者的上肢功能，原因可能是迷走神经电刺激增加神经可塑性，恢复相关神经递质水平[41]，从而增强上肢机器人运动训练效果。荣积峰等[42]将常规康复治疗与上肢康复机器人结合镜像疗法进行对比，发现后者可以更有效提高脑卒中患者上肢运动功能。

总之，上肢康复机器人可与多种康复方法相结合。既往研究显示，上肢康复机器人与功能性电刺激、肉毒毒素注射结合，能更有效提高上肢功能。但需更多临床试验证明其有效性。

5 小结

机器人辅助治疗主要是以任务为导向，进行高强度、重复的康复训练，并增加听觉互动和触觉反馈，可量化反馈训练效果。上肢康复机器人主要优点如下。①机器人可根据评估结果提供精准的训练方式，可远程监控且训练过程无疲劳[43]。②安全性良好[44]。一项纳入44 项临床随机对照试验的Meta 分析显示[25]，上肢机器人辅助治疗无不良事件发生。③机器人辅助训练可提供准确运动学参数[45]，量化感觉运动输入，使训练运动剂量可控[23]，同时也为制定和调整康复计划提供客观信息[4]。④机器人可以提供多种反馈，如力反馈、位置反馈、视觉反馈和听觉反馈等，这些反馈是客观的。⑤有丰富的游戏任务训练[25]，增加训练的趣味性。

但上肢机器人训练也存在一些缺点。①目前机器人治疗不具有整体性，只针对具体部位[46]，如肩肘部、手腕部等。②上肢机器人辅助训练可能诱导代偿运动，对纠正患者代偿模式存在一定困难。③机器人没有同理心[46]，而康复治疗不能仅是单纯治疗，还需要对患者进行人文关怀。康复机器人还需要进一步研发和改良，完善其功能。

在上肢机器人临床应用研究方面，目前还存在以下不足。①目前的临床试验证据质量较低，样本量较少。②目前有部分研究显示对脑卒中后单侧忽略、认知功能等有一定改善作用[23,47]，但此方面研究较少。③特定种类机器人对脑卒中后上肢功能障碍患者的疗效优势研究不足。目前已有部分研究显示，神经肌肉电刺激(neuromuscular electrical stimulation,NMES)机器人较非NMES机器人疗效更好[30]。④上肢康复机器人最佳治疗时间、频率、强度仍无统一标准。⑤上肢康复机器人的作用机制仍不清楚。

未来需要设计良好、大样本、多中心临床研究，评估上肢机器人对脑卒中后患者上肢功能的疗效[31]。更多开展机器人对认知障碍、偏侧忽略等功能障碍的研究。随着各种特定种类上肢机器人数量增加，需要更多临床试验数据支持其在康复中应用的利弊，并探索其未来发展的趋势。需要进一步研究康复机器人作用时间、频率、强度，为机器人实际应用提供可靠依据。进一步研究其作用机制。