腦卒中患者雙任務(wù)康復(fù)訓(xùn)練組合箱的研制

王雅立，陳靈杉，費(fèi) 帆，黃淑敏，葛 莉*

（1.福建中醫(yī)藥大學(xué)護(hù)理學(xué)院，福州 350122；2.浙江中醫(yī)藥大學(xué)護(hù)理學(xué)院，杭州 310053；3.福建省工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)許可證審查技術(shù)中心，福州 350013）

0 引言

腦卒中具有發(fā)病率高、致殘率高、死亡率高及復(fù)發(fā)率高的特點(diǎn)[1]，卒中后認(rèn)知功能障礙和運(yùn)動(dòng)功能障礙是其常見(jiàn)的并發(fā)癥，患者發(fā)病率分別為20%~80%和55%~75%[2]，而在遺留有肢體功能障礙的腦卒中患者中，患有手部功能障礙的占80%[3]。認(rèn)知及運(yùn)動(dòng)功能障礙除了給患者帶來(lái)軀體的殘疾，還給患者的心理和社會(huì)生活等諸多方面帶來(lái)許多不良影響[4]，因此，通過(guò)康復(fù)訓(xùn)練改善患者的認(rèn)知及上肢運(yùn)動(dòng)功能是十分必要的。目前，我國(guó)醫(yī)療類康復(fù)設(shè)備及病房護(hù)理設(shè)備的市場(chǎng)規(guī)模為200億~300億元，年增速15%~20%，市場(chǎng)需求龐大，設(shè)備相關(guān)研發(fā)生產(chǎn)處于快速增長(zhǎng)階段[5]。文獻(xiàn)檢索結(jié)果顯示，目前針對(duì)認(rèn)知功能障礙的相關(guān)授權(quán)專利包括大腦康復(fù)訓(xùn)練裝置以及預(yù)防老年癡呆的康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備等[6-7]，針對(duì)上肢運(yùn)動(dòng)功能障礙的訓(xùn)練設(shè)備包括上肢機(jī)器人、訓(xùn)練組合箱等。雖然設(shè)備類型品種繁多，但仍然存在一些不足之處，如產(chǎn)品費(fèi)用昂貴，不適用于居家康復(fù)；設(shè)計(jì)概念模糊，無(wú)法針對(duì)患者當(dāng)前的認(rèn)知及運(yùn)動(dòng)能力水平提供有針對(duì)性的、有階梯挑戰(zhàn)難度的康復(fù)訓(xùn)練；功能訓(xùn)練單一，只是通過(guò)單一的運(yùn)動(dòng)，如抓起、插棍、擰螺釘?shù)葘?duì)患者進(jìn)行鍛煉，僅能滿足對(duì)患者手部運(yùn)動(dòng)功能的訓(xùn)練，不能對(duì)患者的其他功能起到康復(fù)作用；產(chǎn)品設(shè)計(jì)內(nèi)容單調(diào)且趣味性不強(qiáng)，患者長(zhǎng)期訓(xùn)練容易產(chǎn)生厭倦感，缺少感知覺(jué)反饋等[8]，從而對(duì)康復(fù)訓(xùn)練的依從性造成影響。

雙任務(wù)訓(xùn)練（dual-task training，DT）是指同時(shí)進(jìn)行2項(xiàng)或2項(xiàng)以上任務(wù)訓(xùn)練[9]，通常由一個(gè)主要的運(yùn)動(dòng)任務(wù)和次要的認(rèn)知或運(yùn)動(dòng)任務(wù)構(gòu)成[10]，目前已廣泛應(yīng)用于腦卒中患者的運(yùn)動(dòng)功能障礙、認(rèn)知功能障礙等康復(fù)訓(xùn)練中[11]。研究表明，DT對(duì)腦卒中患者的認(rèn)知功能及日常生活的活動(dòng)能力具有顯著的提高作用[12]，并且DT對(duì)亞急性期腦卒中患者的運(yùn)動(dòng)功能及生活能力方面的改善效果明顯優(yōu)于單一任務(wù)訓(xùn)練[13]。因此，本研究基于DT理論，設(shè)計(jì)一種腦卒中患者認(rèn)知、運(yùn)動(dòng)雙任務(wù)康復(fù)訓(xùn)練組合箱，使患者在進(jìn)行上肢運(yùn)動(dòng)功能訓(xùn)練的同時(shí)進(jìn)行認(rèn)知功能的訓(xùn)練，以解決現(xiàn)有上肢康復(fù)訓(xùn)練組合箱在使用中存在的問(wèn)題。

1 設(shè)計(jì)

1.1 組合箱箱體設(shè)計(jì)

本組合箱由6個(gè)部分組成，分別為箱蓋、箱體、抽屜、訓(xùn)練板、各訓(xùn)練子件及語(yǔ)音系統(tǒng)，如圖1所示。其中，主體部分為箱蓋、箱體和抽屜，可用于罩收訓(xùn)練板及收納訓(xùn)練子件；語(yǔ)音系統(tǒng)鑲嵌在訓(xùn)練板上，用于訓(xùn)練中的語(yǔ)音提示與反饋。組合箱外形尺寸為44 cm×38 cm×14 cm（長(zhǎng)×寬×高），主要由箱蓋、箱體、抽屜、扣條和鎖扣等組成。組合箱主體材料為實(shí)木板材，具有較好的吸濕性、透氣性和耐用性，有利于保存與長(zhǎng)期使用。

圖1 雙任務(wù)康復(fù)訓(xùn)練組合箱結(jié)構(gòu)示意圖

本組合箱箱蓋呈凹形殼體結(jié)構(gòu)，其一側(cè)通過(guò)活頁(yè)轉(zhuǎn)動(dòng)件連接箱體與訓(xùn)練板。箱內(nèi)上部包含訓(xùn)練板、卡板和沉槽，卡板帶鋸齒狀凸起的一端通過(guò)活頁(yè)轉(zhuǎn)動(dòng)件與訓(xùn)練板轉(zhuǎn)動(dòng)連接；沉槽設(shè)于箱體對(duì)應(yīng)連接訓(xùn)練板的端面上，其內(nèi)設(shè)有定位卡齒，訓(xùn)練時(shí)，卡板可與沉槽上的定位卡齒抵接形成鎖止機(jī)構(gòu)用于固定訓(xùn)練板角度，以增加訓(xùn)練板定位的穩(wěn)定性。當(dāng)收納訓(xùn)練板時(shí)，可將訓(xùn)練板翻轉(zhuǎn)至與箱體相貼合，鋸齒狀的卡板與沉槽上的定位卡齒的齒形結(jié)構(gòu)相配合，使卡板能收納于沉槽中。箱體的容置槽內(nèi)設(shè)有抽屜，抽屜可分為延伸部、屜身和隔板3個(gè)部分，如圖2所示。屜身由隔板平均分成3個(gè)部分，可用于分類放置不同型號(hào)的訓(xùn)練子件。箱體前端中部設(shè)有把手，方便攜帶。扣條上設(shè)有通孔，扣條的一端固定于遠(yuǎn)離箱蓋的箱體端面，另一端跨過(guò)抽屜穿入箱蓋上設(shè)有的鎖扣，且與鎖扣上的針扣配合使抽屜和箱蓋相對(duì)固定在箱體上，防止抽屜滑出。

圖2 抽屜內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 訓(xùn)練板設(shè)計(jì)

訓(xùn)練板為42 cm×38 cm×1 cm（長(zhǎng)×寬×高）的木板，其一側(cè)通過(guò)活頁(yè)轉(zhuǎn)動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)連接在箱體的一側(cè)，并可圍繞活頁(yè)轉(zhuǎn)動(dòng)件翻轉(zhuǎn)至與箱體端面形成夾角或貼合在箱體上，如圖3（a）所示。訓(xùn)練板與箱體貼合的端面上設(shè)有一對(duì)卡板，其另一端面上設(shè)有將訓(xùn)練板表面劃分為若干個(gè)象限的邊界線，且劃分出的象限具有不同的顏色（例如：分為4個(gè)象限時(shí)，其顏色分別為紅、黃、黑、白）。同時(shí)，訓(xùn)練板上還設(shè)有呈陣列排布的若干個(gè)安裝孔，安裝孔為螺紋孔。因?yàn)橄笙藓陀?xùn)練子件的顏色配套，所以康復(fù)訓(xùn)練中可以通過(guò)設(shè)計(jì)對(duì)比色強(qiáng)烈（象限和訓(xùn)練子件顏色對(duì)比強(qiáng)烈）或較弱（象限和訓(xùn)練子件顏色相同）的訓(xùn)練項(xiàng)目，有針對(duì)性地調(diào)節(jié)訓(xùn)練中視覺(jué)信號(hào)輸入的強(qiáng)弱，從而達(dá)到對(duì)患者的視覺(jué)和空間忽略障礙進(jìn)行訓(xùn)練的目的。同時(shí)，豐富的顏色還增強(qiáng)了產(chǎn)品整體的美觀性和對(duì)患者的吸引力。

1.3 訓(xùn)練子件設(shè)計(jì)

訓(xùn)練子件主要包括第一、第二、第三和第四訓(xùn)練子件，如圖3（b）所示。其中，第一、第二和第三訓(xùn)練子件均為六角螺栓結(jié)構(gòu)，且外徑尺寸依次增大，分別為0.8、1.1、1.4 cm；其螺桿設(shè)為連接桿且規(guī)格均相同，直徑為0.5 cm，長(zhǎng)為1.5 cm（不包含頭部）。第一、第二和第三訓(xùn)練子件的螺栓頭部均連接有引導(dǎo)片，且均設(shè)有紅、黃、黑、白4種顏色，可根據(jù)訓(xùn)練目標(biāo)與訓(xùn)練板配套使用。第四訓(xùn)練子件為訓(xùn)練球，第五訓(xùn)練子件為障礙子件。上述的訓(xùn)練子件均可以統(tǒng)一收納在抽屜中。不同直徑的訓(xùn)練子件和障礙子件的配合使用，可實(shí)現(xiàn)康復(fù)訓(xùn)練的難度調(diào)整和訓(xùn)練內(nèi)容的多樣化。

圖3 訓(xùn)練板及訓(xùn)練子件結(jié)構(gòu)示意圖

1.4 語(yǔ)音系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本組合箱的語(yǔ)音系統(tǒng)主要包括內(nèi)嵌式語(yǔ)音播放板和語(yǔ)音播報(bào)器。語(yǔ)音播放板由開(kāi)關(guān)控制并外接壓力感應(yīng)帶和壓力傳感器，其內(nèi)嵌于訓(xùn)練板右下角。語(yǔ)音播報(bào)器為自帶電源音箱，固定在訓(xùn)練板接近收納槽的右下方。訓(xùn)練板與箱體轉(zhuǎn)動(dòng)連接的一側(cè)設(shè)有用于收納下落的訓(xùn)練球的收納槽，其上安裝有壓力感應(yīng)帶和壓力傳感器。壓力感應(yīng)帶呈條狀結(jié)構(gòu)，且與語(yǔ)音播報(bào)器通過(guò)導(dǎo)線連接。訓(xùn)練時(shí)將語(yǔ)音播放板開(kāi)關(guān)打開(kāi)，當(dāng)訓(xùn)練球順利下落至收納槽底并撞擊壓力感應(yīng)帶時(shí)，壓力傳感器受壓產(chǎn)生形變導(dǎo)致敏感元件電阻值發(fā)生變化，通過(guò)信號(hào)放大器、過(guò)濾電路轉(zhuǎn)化成電流輸出信號(hào)，使語(yǔ)音播報(bào)器發(fā)聲。語(yǔ)音播報(bào)器模擬真人鼓勵(lì)發(fā)聲，增加患者的聽(tīng)覺(jué)信號(hào)輸入，可達(dá)到心理上的撫慰和鼓勵(lì)效果，能對(duì)患者康復(fù)訓(xùn)練進(jìn)行正向激勵(lì)。

2 使用方法

在進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練時(shí)，患者首先需要解開(kāi)箱蓋上的扣條并打開(kāi)箱蓋，拉出抽屜后，將訓(xùn)練板翻起并調(diào)節(jié)至所需要的訓(xùn)練角度，翻轉(zhuǎn)其背部的卡板，使其卡在對(duì)應(yīng)箱體沉槽的定位卡齒上，以固定訓(xùn)練板角度。然后，打開(kāi)語(yǔ)音播報(bào)器開(kāi)關(guān)。其次，患者自由取出放置于抽屜中的訓(xùn)練子件，通過(guò)訓(xùn)練板上的安裝孔將其旋緊，進(jìn)行上肢抓握能力、手眼協(xié)調(diào)能力、左右兩側(cè)上肢協(xié)同能力和手指靈活度的訓(xùn)練。之后，再轉(zhuǎn)動(dòng)第一、第二和第三訓(xùn)練子件上的引導(dǎo)片，使得相鄰2個(gè)訓(xùn)練子件之間形成第四訓(xùn)練子件的下落軌道，完成視覺(jué)空間和注意力等能力的訓(xùn)練。最后，將第四訓(xùn)練子件從抽屜中取出并置于下落軌道上，使其在重力作用下，沿下落軌道自由下落。反復(fù)調(diào)整引導(dǎo)片和下落路徑，直到第四訓(xùn)練子件落入訓(xùn)練板下方的收納槽，觸發(fā)壓力感應(yīng)帶，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音提示，完成訓(xùn)練。在訓(xùn)練中，還可通過(guò)選用不同規(guī)格等級(jí)的訓(xùn)練子件或增加障礙子件來(lái)調(diào)整路徑設(shè)置的難度，實(shí)現(xiàn)認(rèn)知能力的梯度訓(xùn)練；也可通過(guò)規(guī)定特定顏色的工作象限來(lái)縮小或增大游戲區(qū)域，從而對(duì)患者的視覺(jué)和空間的忽略障礙進(jìn)行專門(mén)訓(xùn)練。

3 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

3.1 梯度化訓(xùn)練難度

腦卒中康復(fù)需要確保每位患者功能最大限度的恢復(fù)，因此要實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練難度梯度化，需要盡可能降低單一治療手段的使用率。本組合箱基于DT理論，根據(jù)患者當(dāng)前認(rèn)知功能和上肢功能的評(píng)估結(jié)果，通過(guò)調(diào)整訓(xùn)練板的角度、訓(xùn)練區(qū)域以及不同直徑的訓(xùn)練子件的混合取用來(lái)構(gòu)建訓(xùn)練難度梯度。在訓(xùn)練中，對(duì)患者的上肢特別是指關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)進(jìn)行屈伸、旋轉(zhuǎn)等訓(xùn)練，以提升關(guān)節(jié)活動(dòng)度、肌力、靈活度和活動(dòng)耐受力[14]。訓(xùn)練中，患者可自主配對(duì)選擇型號(hào)不同的訓(xùn)練子件來(lái)形成訓(xùn)練球下落的路徑，通過(guò)使用障礙子件來(lái)增加路徑設(shè)計(jì)難度。障礙子件的數(shù)量和位置的改變可以有效促進(jìn)患者的記憶、視空間、執(zhí)行等功能的訓(xùn)練[15]，提高患者認(rèn)識(shí)、理解、分析客觀事物的認(rèn)知能力和運(yùn)動(dòng)能力[16-17]。

3.2 多種感知覺(jué)信號(hào)輸入

人類認(rèn)知世界是從感知覺(jué)開(kāi)始的,感知覺(jué)提供了認(rèn)知加工過(guò)程的輸入，是其他高級(jí)認(rèn)知過(guò)程的基礎(chǔ)[18]。本組合箱在用于訓(xùn)練時(shí)，可針對(duì)患者當(dāng)前存在的功能障礙選擇適宜的感知覺(jué)信號(hào)輸入進(jìn)行輔助治療。如患者存在單側(cè)空間忽略問(wèn)題，可選擇性地限制患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練的區(qū)域（左半側(cè)或右半側(cè)板），有意識(shí)地強(qiáng)化患者對(duì)忽略側(cè)的注意力；本組合箱允許組合高視覺(jué)敏感度的色彩（紅色、黃色）和色彩對(duì)比強(qiáng)烈（黑色、白色）的訓(xùn)練板，并配合色彩鮮艷的訓(xùn)練子件來(lái)引起患者的注意，增強(qiáng)患者捕捉、識(shí)別顏色的能力，同時(shí)促進(jìn)其視覺(jué)、運(yùn)動(dòng)功能的協(xié)調(diào)統(tǒng)一[19]。此外，本組合箱還設(shè)置了語(yǔ)音系統(tǒng)，可以將家屬及朋友的加油、鼓勵(lì)語(yǔ)音錄制在語(yǔ)音裝置中，當(dāng)患者成功完成一次康復(fù)訓(xùn)練時(shí)，語(yǔ)音系統(tǒng)即刻播報(bào)提前錄制的鼓勵(lì)性語(yǔ)音。在漫長(zhǎng)的康復(fù)訓(xùn)練過(guò)程中，當(dāng)患者聽(tīng)到親人對(duì)自己的鼓勵(lì)時(shí)，會(huì)增強(qiáng)訓(xùn)練的耐心和信心，減少心理的焦慮和悲觀的情緒，提高對(duì)康復(fù)訓(xùn)練的熱情，從而達(dá)到正向推動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練的效果。

3.3 游戲化訓(xùn)練過(guò)程

本組合箱的訓(xùn)練過(guò)程設(shè)計(jì)創(chuàng)新地將整個(gè)訓(xùn)練過(guò)程游戲化，將原本枯燥、單調(diào)的訓(xùn)練轉(zhuǎn)變?yōu)橐豢铑愃撇呗灶惖挠螒?。在?xùn)練過(guò)程中，患者可以自由組合自己喜歡的訓(xùn)練子件，使訓(xùn)練子件上的撥片形成下落軌道供訓(xùn)練球落入收納槽。當(dāng)訓(xùn)練球沿著下落軌道落入收納槽并觸發(fā)壓力感應(yīng)帶時(shí)，即為完成康復(fù)訓(xùn)練。游戲化的訓(xùn)練過(guò)程讓患者通過(guò)自主思考來(lái)組合配對(duì)各個(gè)型號(hào)的訓(xùn)練子件，從而規(guī)劃出供訓(xùn)練球下落的不同路徑，豐富了訓(xùn)練內(nèi)容，提高了患者進(jìn)行長(zhǎng)期康復(fù)訓(xùn)練的興趣。

4 結(jié)語(yǔ)

腦卒中的康復(fù)訓(xùn)練對(duì)于患者提升功能、回歸社會(huì)具有重要作用[20]。游戲化DT訓(xùn)練過(guò)程的設(shè)計(jì)可使患者在長(zhǎng)時(shí)間的康復(fù)訓(xùn)練中保持積極性和參與性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)有效的功能訓(xùn)練。因此，針對(duì)患者的認(rèn)知功能和上肢運(yùn)動(dòng)功能障礙，本組合箱以DT理論為基礎(chǔ)，以游戲?yàn)橹饕问?，通過(guò)箱蓋、箱體、抽屜、訓(xùn)練板、各訓(xùn)練子件及語(yǔ)音系統(tǒng)的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了訓(xùn)練難度梯度化、多種感知覺(jué)信號(hào)輸入訓(xùn)練和游戲化訓(xùn)練過(guò)程，有利于患者全面康復(fù)。同時(shí)，本組合箱為手提箱式，主要采用木質(zhì)結(jié)構(gòu)，便于攜帶、操作簡(jiǎn)便，既可用于醫(yī)院臨床康復(fù)訓(xùn)練，也適宜居家康復(fù)訓(xùn)練，有利于患者的延續(xù)性康復(fù)，在一定程度上減輕了醫(yī)療成本。綜上，本文設(shè)計(jì)的腦卒中患者雙任務(wù)康復(fù)訓(xùn)練組合箱具有針對(duì)性強(qiáng)、功能訓(xùn)練多樣化及趣味性強(qiáng)的特點(diǎn)，值得推廣應(yīng)用。但本組合箱目前未包含電子數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，訓(xùn)練時(shí)長(zhǎng)、訓(xùn)練正確率等訓(xùn)練數(shù)據(jù)需要由訓(xùn)練者手動(dòng)記錄，給康復(fù)數(shù)據(jù)采集工作帶來(lái)一些不便，可在下一階段的設(shè)備研發(fā)中加以改進(jìn)。