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1、脑卒中康复的关键智能技术和网络体系北京蝶和数智医疗研究院：胡静，冯睿，李树明，关阳，郑舒，陈一伊随着科技不断发展，人们对脑卒中康复的研究也更加深入。目前，在临床上脑卒康复应该尽早介入也得到广泛认可。大量研究指出，越早对脑卒中患者实施及时、正确和有效的康复训练，对脑卒中患者发病后的预后和减少后遗症作用越明显。脑卒中会使患者大脑受到不同程度损伤，进而引起各种不同程度的功能障碍，其中，尤其是运动功能障碍对患者生活和工作影响最大，而传统的康复治疗方法很难让脑卒中患者早期即获得最适宜的康复治疗，因此，在上世纪90年代，美国人不惜重金历经十年时间，将生物反馈技术、情景互动技术、传感器技术等高新科技与脑神经
2、康复医学相结合，最终开创了对人体最神秘的大脑神经进行直接康复的新纪元，史称“黄金十年”。由于可以大幅度提高脑卒中临床康复的治愈率，目前越来越多康复专家对这“黄金十年”中诞生的新技术、新理念及新设备在脑卒中临床康复中的应用提出了广泛需求。随着我国康复医学技术与国际的逐渐接轨，现阶段国内对脑卒中康复正逐渐转向更注重于对患者受损大脑本身内部功能的重塑，这让越来越多符合脑功能重塑理论、运动再学习方法及运动控制原理的现代康复设备全面走进临床帮助患者进行全面康复。脑卒中早期康复关键环节：脑神经及运动功能重塑虽然，人们已认识到脑卒中早期康复是患者恢复运动能力的关键，但传统的以手法治疗、物理治疗或被动肢体训练
3、为主的治疗模式不能直接作用于患者受损大脑，因此不能满足这个时期患者对大脑康复的急切需求。现代医学发现，脑卒中后受损大脑细胞虽然不能再生，但受损脑组织区域周围的大脑中枢神经细胞会通过将自身突触延长、然后重新连接等方式，代为执行受损区域神经细胞的功能，这种健康组织代行死亡组织功能的修复方式被称之为“代偿”。当大脑的这种代偿连接重新建立完毕后，脑卒中患者的功能将得以康复。图1.脑卒中后周围脑神经通过树突、轴突的再连接重塑大脑功能示意图国外科学家经过多年临床研究发现，只有满足一些“特殊条件”的康复训练，才能在脑卒中早期真正有效地让患者大脑受损区域的代偿连接重新建立起来。这些“特殊条件”主要包括四个方面
4、：1. Target（建立可视的运动目标导向）：利用计算机技术和传感技术，将运动的目标可视化，当患者在机器人带动下运动时利用视觉自上向下（从受损大脑到肢体）的正向运动信号传导，刺激受损大脑重新建立运动通路。2. Repetitions（大量重复性训练）：利用机器人技术，帮助患者按照相同路线做重复动作，配合可视化的目标，激发患者肢体残存的本体感觉功能自下而上（从肢体向大脑）的逆向信息传递；通过反复训练，让自上而下（从大脑到肢体）和自下而上（从肢体到大脑）的双向反馈信息反复刺激患者，从而实现新的神经通路的重建。3. Motivate（主动参与）：让患者大脑始终保持参与训练是确保康复疗效的基础。与以
5、往临床上由治疗师手法治疗相区别，最新研究证明，如果患者在治疗中不能主动参与到治疗过程中来，那么对大脑的疗效微乎其微，而先进的人机互动功能，让患者感觉到是自己而非他人协助完成的动作，从中获得满足感，这除了能促进患者参与治疗的积极性，还能明显增加对患者大脑本身的治疗作用。4. Feedback（实时生物反馈）：当我们试图修复并重建大脑与肢体之间联系时，还必须用到实时生物反馈这一关键技术，让患者实时掌控自己与运动目标之间差距，并直观的看到自己在运动过程中所犯的错误,进而不断修正错误，让患者在学习中逐步重建大脑与肢体之间的联系。作为对上述“特殊条件”及脑卒中早期患者神经康复需求的直接呼应，蝶和医疗率先
6、引进了全球应用规模最广的美国ReoGo上肢康复机器人和Auto-Ambulator下肢机器人，从而有效填补了国内该时期患者康复训练的空白。Reo机器人独有的Reo疗法完全符合上文中提到的脑功能重塑的“特殊条件”通过美国大规模的临床验证，证明Reo机器人确实能让脑卒中患者在早期即获得安全、有效和可行的大脑康复训练。从图2的大脑FMRI中可以看出相对于传统疗法和设备采用Reo疗法进行康复的患者大脑活跃区更加显著和有针对性。图2.上为采用传统疗法和设备训练时大脑活跃区域图下为采用Reo疗法训练时大脑活跃区域图众所周知，脑卒中患者只要经过正规治疗，90%以上有望恢复行走能力，但只有40%不到的患者能够
7、恢复部分上肢功能。原因就在于：上肢运动是完全由大脑支配的“随意运动”，因此脑卒中后如不能有效康复受损大脑，则上肢运动很难康复。ReoGo上肢康复机器人除融合以上技术外，还开发了独具特色的“被动诱发、单点触发、多点触发、连续触发和主动控制”等五种循序渐进运动模式，帮助患者在康复早期重新建立起大脑与上肢之间联系。下面就来了解一下ReoGo能给患者带来哪些帮助：1. 在患者脑卒中康复早期表现为0肌力时，ReoG。的被动诱发模式通过机械臂带动患者完成预设轨迹训练，结合运动想象疗法能有效诱发代偿的神经元建立靶向的新通路；当代偿功能被诱发后，周围的神经元会以点对点的方式与上肢肌肉控制建立连接，此时ReoG
8、o的单点触发则为最佳模式；更多的训练引起更多的神经元与上肢运动控制的联系，ReoGo的多点触发和连续触发模式此时可更多的调动患者主动参与度；最后，治疗师借助ReoGo机械臂独有的三维空间轨迹为患者设定有针对性的功能性主动康复动作，巩固脑功能重塑效果。2. ReoGo能记录患者每一次训练的数据和报告，并提供视觉、听觉、触觉反馈信息与患者训练的实际感觉完全一致，这能更好的帮助患者脑功能的重塑和提高康复训练的乐趣。3. 相比于传统康复治疗仅能重复几十次的疗效，ReoGo能让患者在每次治疗中获得数百次重复的训练，这使得ReoGo在训练患者大脑的同时还可对患者肢体进行关节活动度训练及肌力训练，保障患者肢
9、体的生物力学基础；独特的机械臂能模拟伸够、抓握、喝水等动作，让患者肩、肘、腕和手获得全面训练。图3.ReoGo上肢康复机器人虽然大部分脑卒中患者下肢都能恢复部分行走能力，但多数是异常的“画圈”步态，这主要是因为在康复过程中过度重视快速恢复步行能力而忽略了对大脑本身的康复以及重新建立大脑与下肢之间连接的缘故。Auto-Ambulator下肢康复机器人为脑卒中患者早期康复提供了一个安全、有效的步行训练平台。通过对计算机模拟步态技术、人体工程学设计、减重步行技术以及传感器技术等技术的整合，利用机械腿驱动患者的髋、膝关节，开创性地让患者在早期无需学习坐、站能力就能完成行走训练，从而大大减少患者康复时间
10、，提高康复疗效。图4.国外利用下肢机器人跨越坐位训练、站立训练，直接用于步行训练图5.Ambulator下肢康复机器人前置驱动、虚拟现实、上下肢一体训练场景与此同时，Ambulator除了能在早期对病人下肢康复训练起到核心作用外,还具有步态训练模块以及减重步行训练模块，可以在脑卒中康复的中、后期为病人继续提供下肢康复训练平台.图6.Ambulator下肢康复机器人用于步态训练、多向减重步行训练图例脑卒中中期康复关键环节：平衡、协调、本体感觉和运动控制能力训练STABLE环境平衡测试与训练系统平衡能力是人体重要功能之一。当脑卒中患者发病后，与平衡直接相关的视觉、前庭和本体感觉系统无法在大脑中进行
11、协调配合，人体就不能适应环境的变化，这就是脑卒中患者在医院训练的很好，回到家中反而容易失去平衡跌倒的原因所在。另外，传统的平衡训练往往忽略了上肢运动对于平衡的影响，但生活中人体在完成伸手够物或步行摆臂等动作时,上肢运动都会对人体平衡产生影响，STABLE就能让脑卒中患者在丰富的环境下进行上肢参与的平衡测试与训练中，让患者获得更真实的平衡训练和功能提升。图7.STABLE环境平衡测试与训练系统将环境与平衡训练相结合MRS运动反馈仪及智能运动控制训练系统当脑卒中患者经过了早期康复训练，具备了一定运动能力后，就需要在提高肌力的同时增加运动控制方面的训练了。运动控制训练能让受损的大脑与肢体联系的更加紧
12、密，并且通过在训练中增加实时的目标导向与任务，让患者恢复对运动的精细操控能力以及改善本体感觉能力、协调性和灵敏性。图8.MRS运动反馈仪及智能运动控制训练系统Nustep四肢联动全身功能康复训练器其独特的四肢联动运动方式，通过健侧带动患侧、一肢带动三肢的全身式上肢伸够、下肢蹬踏式的功能性训练，满足脑卒中患者从早期0肌力到恢复期5级肌力的主动参与下的被动运动的康复需求，并能在早期为脑卒中患者提供安全的心肺康复训练。图9.NustepT5XR四肢联动全身功能康复训练器脑卒中后期康复关键技术：脑卒中康复管理平台和网络体系蝶和医疗作为中国康复行业的先行者，除了在引进先进康复设备方面一直走在行业前列，还在为中国脑卒中康复的网络化平台研究领域贡献着自己的力量。在国家“十二五”计划中，由中国康复研究中心领衔、由57家三级甲等医院协作，共同进行的“脑血管疾病整体康复适宜技术开发推广”任务中，蝶和医疗作为唯一的企业参与者充分发挥自身技术和研发优势，不仅为该研究项目建立起ICF康复数据库、独立开发了智能录入终端，还与中康的康复专家共同开发了床旁虚拟现实康复技术。实践证明,利用该项目研发的数据采集平台和远程会诊系统，在促进中国康复治疗数字化和信息化，并最终为实现以大型三甲专业康复医疗为中心、覆盖社区医院康复治疗的宏伟计划做出微薄贡献。蝶和医疗公司2013年5月12日
脑卒中康复的关键智能技术和网络体系
