一种可拆卸式手功能康复训练器的设计

徐文超，沈雪，张峰，马成钢（通信作者）

1 浙江省立同德医院 （浙江 杭州 324000）；2 浙江省医疗健康集团杭州医院 （浙江 杭州 324000）

手与人类的日常活动密切相关，其由多种神经支配，解剖结构复杂精细。手功能是一项非常重要的人体功能，在人类行为中占有极大的比重。作为临床常见疾病，手部肌腱韧带等软组织损伤会导致不同程度的手功能障碍或手功能丧失，影响手部正常的运动功能。除运动损伤外，由脑血管疾病导致的手功能障碍的发生率亦很高。据最新数据显示，我国目前卒中患者接近7 000万，且每年新增卒中患者约200万[1]。世界卫生组织调查发现，半数以上卒中患者会发生手功能障碍，严重影响生命质量[2-3]。此外，我国永久性功能障碍分级标准中指出，人的上肢功能占全身功能的60%，手功能占上肢功能的90%[4]。因此，手功能康复训练成了临床康复治疗努力的重要方向。

在此背景下，本研究设计了一款适合临床使用的手功能康复训练器，用于提升患者手指关节的活动度[5]，引导手部进行康复训练，进而诱发手部肌肉的主动运动[6]。此外，考虑到目前我国新型冠状病毒肺炎疫情进入了常态化防控阶段[7]，在局部性出现增长的态势下，医院管理的核心在于控制院感[8]，因此，医院对院感的要求非常严格，针对该情况，设计的手功能康复训练器需满足各个组成部件可拆卸，易清洗消毒的要求。

1 功能设计

1.1 可拆卸式设计

为了满足现阶段医院复杂的使用环境，以及避免患者间发生交叉感染，需要保证对临床使用器械及训练器械进行清洗消毒的便捷性。感染的风险主要是体液、血液造成的交叉感染[9]，门诊、病房部分有行为障碍的患者，如手外伤、卒中等患者，器械使用时易沾染患者体液、血液，因此，本研究设计的手功能康复训练器需要保证各个组成部件可快速拆卸，以便进行清洗消毒。

1.2 材质设计

本研究设计的手功能康复训练器，其腕部结构高度贴合患者手部，材质柔软，以尽量减少对患者皮肤的磨损。指套部分可选用高弹力硅胶制品。手腕固定部分可采用目前主流的包裹性护腕保护设计，利用发泡橡胶的软性固定，结合锦纶材质的魔术贴腕带，便于患者穿戴[10]。此外，在设计锦纶材质腕带时，在固定手腕的正面与背面位置预留2个固定板插口，通过腕带加压固定，用于合并手腕损伤需固定手腕的手指康复病例，在临床实践中做到对患者多部位、多功能的康复训练。

2 结构设计

2.1 可拆卸金属套件设计

可拆卸金属套件是连接硅胶指套与手腕固定装置的套件（图1），上有连接扣，可打开，打开后可将套件穿进手腕固定装置锦纶材质的卡套并卡住。为了保证套件的稳定性，框架结构需要采用刚性较大的金属材料，其使用时不易形变，可保证患者在进行康复训练时有较高的动作完成度。此外，套件上有5个小卡口（可将硅胶指套末端的球形凸起固定在套件5个小卡口上），卡口的口径需大于硅胶弹力带（图2中2），小于硅胶指套弹力带末端球形凸起（图2中3），以保证硅胶指套固定牢靠。在康复训练结束后，我们可反向取下一体式硅胶指套，拆卸简单，便于清洗消毒；若临床科室在使用前发现套件丢失或损坏，亦有替代方案，如医院设备维修科室可按照套件设计图进行手工制作，材质可选用直径3～5 mm 的铁丝。

2.2 硅胶指套部件设计

目前，硅胶的加工生产已进入成熟期[11]，产品工艺已非常完善，且已在医疗领域得到广泛应用。本设计采用高弹力硅胶带指套一体式结构（图2），高弹力硅胶强度可控，在康复训练中阻力区间由低到高可选用200～2 500 g，其中，200～1 000 g 区间可按100 g 递增，1 000 g 以上区间可按300 g 递增，阻力调节精细。该部件柔软、舒适、伸缩自如、不易断裂，且由于表面光滑更易清洗消毒可满足院感要求。

2.3 手腕固定装置设计

手腕固定装置是手部固定的核心部分，为了增加患者手腕的舒适度，本设计采用发泡橡胶的软性固定配合锦纶材质的魔术贴腕带进行加压固定，成人腕带尺寸见图3。

3 训练模式设计

本研究设计了6种手部康复训练模式，训练时可拆卸式手功能康复训练器的穿戴见图4。

3.1 手指屈伸训练

将可拆卸金属套件连接扣固定于患者手心面，并选择适合的弹力指套配件（弹力及长度），嘱患者穿戴好后重复进行手指屈伸动作，并逐渐递增阻力，进行渐进式训练，可单手指也可多手指同时进行康复，以改善患者各个手指的活动度；此外，通过主动训练，可增强患者手指的肌肉力量。

3.2 手指抓握训练

将可拆卸金属套件连接扣固定于患者手背面，并选择适合的弹力指套配件（弹力及长度），嘱患者穿戴好后重复进行手指抓握动作，达到活动各个手指关节，提高手指关节活动度的目的；此外，此训练亦为渐进式，通过阶段性增加弹力指套强度，逐渐增强患者手指的抓握能力。

3.3 手掌抓握训练

将可拆卸金属套件连接扣固定于患者手背面，并选择适合的弹力指套配件（弹力及长度），嘱患者穿戴好后重复进行手掌抓握动作，达到提高手掌肌肉神经灵敏度及手掌关节活动度的目的；此外，此训练亦为渐进式，通过阶段性增加弹力指套强度，逐渐增强患者手掌的抓握能力。

3.4 手指指定性训练

将可拆卸金属套件连接扣固定于患者手心面，并选择适合的弹力指套配件（弹力及长度），嘱患者穿戴好后手掌不动，通过指定患者单个或多个手指同时进行屈伸动作与患者进行互动，在互动中训练患者手指指定性的控制能力；对于卒中或者脑损伤患者，可通过训练手与脑的协作能力，提高脑对手指的动作控制能力。

3.5 腕部屈伸训练

将可拆卸金属套件连接扣固定于患者手背面，并选择适合的弹力指套配件（弹力及长度），嘱患者穿戴好后手指不动，通过手腕屈伸活动，增加腕部关节活动度；此外，此训练亦为渐进式，通过阶段性增加弹力指套强度，逐渐增强腕部的屈伸力量。

3.6 手部肌张力降低训练

将可拆卸金属套件连接扣固定于患者手背面，选择强度大的弹力指套并安装好，将手指肌张力高的患者手指拉伸至与手掌平齐，使整个手掌完全舒展。通过此方案被动活动患者手指，可增加指尖关节的活动度，进而诱发手部肌肉的主动活动，从而达到降低患者手部肌张力的目的。

4 手功能康复评定系统的设想与探讨

手部精细运动功能的恢复对于患者及家庭乃至社会的意义巨大[12]，但实际上，手部精细运动功能恢复速度较慢[13]。鉴于此，本研究设计了一款易拆洗、消毒的手功能康复训练器，将其应用于临床康复治疗中，通过多种模式切换可增加康复训练的趣味性[14-15]，有效提高患者的配合度[16]，帮助患者提高预期康复目标。

手功能康复效果的评定主要由量表评定和客观数据评定两部分组成。目前，在对患者手功能进行首次评估分析时，临床常采用日常生活能力评定量表[17]及手指总活动度功能评价法[18]进行患手功能评定。对于客观数据评定，需借助数据测量单元来获取数据。评定参数可增加手指、手腕力量评定，通过手部力量强度变化进行评价[19]，例如，对于可拆卸式手功能康复训练器，可通过更换高弹力硅胶指套来测量手指、手腕的力量，通过适配患者的弹力强度来估算出患者目前的手部力量；此外，在更为精准的手指、手腕力量测量模块设计中，可通过改进可拆卸金属套件的结构，在其中增加拉力测量传感器模块，通过直接测量手指、手腕力量来获取准确数据。目前，关于手功能的科研项目研究重点为模拟手套和数据手套，基于患者手臂的肌电等生物学信号反馈[20]及手部的肌肉响应来获取数据，通过非常精细的手部动作检测来模拟手部的运动轨迹[21]。相关研究指出，生物学信号弱且外界干扰大，可通过增加生物传感器及数据算法来提高手部动作准确率和动作完成率[22]，并基于数据分析来完成动作意图的识别[23]。