大家好，我是康复哥，今天给大家分享一篇有关手部运动和认知的创新康复设备，该设备目前通过了概念验证阶段。研究中测试了多个健康受试者，以评估他们的手部运动功能和一般认知能力。测试过程中设备显示出良好的使用潜力、可行性，并能够评估一系列的运动和认知功能。

 

研究背景：

在现代康复医学领域，手部运动和认知功能的恢复是中风后患者康复的关键。中风不仅影响患者的运动能力，还会导致认知功能障碍，这使得康复过程更加复杂和漫长。为了应对这些挑战，研究人员开发了AMBER设备，一种集成了手部运动和认知训练功能的康复设备。

每年有数百万成年人因中风面临长期的运动和认知障碍。约80%的中风幸存者会遭受上肢运动功能障碍，这极大地影响了他们的日常生活活动能力。同时，约80%的中风幸存者会在一个或多个认知领域出现缺陷，如注意力、短期记忆和执行功能。这些运动和认知功能的损伤往往是相互关联的，因为它们共享相同的神经通路。

多项研究表明，握力与整体认知能力的加速衰退之间存在明显的相关性。此外，研究发现，中风后执行功能和注意力的受损会影响训练后手部运动功能的改善程度

因此，一个结合运动和认知方面的综合性中风后康复计划对于实现最佳康复和最高生活质量至关重要。这一点在前3个月尤为重要，因为这被认为是一个宝贵的机会窗口，在此期间，自身的可塑性可以促进中风后力量和运动控制的恢复

本文的结构如下：第二部分对所审查的文献进行了解释。第三部分概述了产品要求。第四部分涵盖了产品开发的各个方面。第五部分概述了概念验证的评估程序，而第六部分则介绍了评估结果。最后，第七部分深入讨论，第八部分给出了结论。

第二部分：现有上肢康复设备分析

目前，临床实践中使用了多种设备来辅助上肢（UL）运动康复特别是手部康复设备，旨在恢复手部任何运动功能，并可用于康复治疗的各个阶段手部康复设备可以分为三类：矫形器、外骨骼和末端执行器设备。

1、矫形器（Orthoses）矫形器主要用于支撑手部，保护其免受可能导致结构损伤的姿势和运动。它们主要提供支撑和对齐，用于康复治疗，通常成本低、重量轻且易于使用，因此患者可以在家中使用。然而，大多数矫形器没有执行治疗的致动器或传感器，也无法跟踪性能数据。

2、外骨骼（Exoskeletons）外骨骼是设计用于增强身体性能的电动设备，作用于单个手指关节，并可调整以适应不同手部尺寸。它们通常配备各种传感器，以提供安全和受控的康复，并可用于不同康复阶段的多种练习。外骨骼设备也是便携的，患者可以在家中使用。然而，调整和适应每只手需要时间，控制算法复杂，成本通常比矫形器高得多。外骨骼设备还可以结合游戏化环境。

3、末端执行器设备（End-Effector Devices）末端执行器设备通常是固定设备，配备多个传感器，在运动康复过程中提供高度的控制和反馈。它们可以集成更高的感应能力和游戏，以增加患者的参与度。然而，这些设备通常复杂且昂贵，无法便携，因此其使用限于特定位置。

尽管现有设备在运动康复方面具有优势，但大多数设备并未专门设计用于同时解决认知康复问题，尽管有证据表明它们对认知功能有间接益处。其中少数设备明确针对运动和认知功能的有HandyKnob和HandyBot，这些设备将神经认知治疗与运动和感知功能的训练和评估结合在一起。然而，由于其不可携带性和需要专业监督的特点，其使用受到限制。相比之下，AMBER设备以其便携性和易用性脱颖而出，能够在无需持续监督的情况下进行运动和认知功能的评估和康复。这一特性使得AMBER特别有利于在多种治疗环境中的整合，并且对家庭康复项目尤为有益，扩展了对行动受限或难以进入专门中心的患者的全面治疗的可及性

第三部分：设备的要求

该设备的主要目标是促进对手部运动功能和认知能力的评估和训练。为实现这一目标，该设备应具备几个关键特性和能力。首先，它应具有适应性和人体工程学性，能够适应左右手，适应不同的手部尺寸，并允许每个手指分别自由移动。其次，它应该小巧、坚固、轻便、便携，可以在各种环境中轻松使用，包括患者家中，而无需额外的硬件。此外，该设备应具有用户友好的界面，支持独立操作，而无需临床医生的持续监督。价格实惠也至关重要，确保设备制造成本低廉，从而让广大用户都能使用。在评估方面，该设备应包含预编程任务，以便准确可靠地评估手部运动功能和认知表现，同时避免可能影响测试结果的身体或精神疲劳。临床医生应该能够访问评估数据以跟踪个体患者的进展。通过满足这些要求，该设备可以有效地作为评估和恢复各种临床环境中手部运动功能和认知能力的多功能工具。

第四部分：产品开发

AMBER设备的系统架构包括一个感应圆柱和一个网站，后者既可以作为设备控制器，也可以作为临床医生访问和查看评估结果的平台。

AMBER设备。图片左侧是从各个角度看到的设备传感圆柱模块布局草图和3D布局。右侧是设备原型，由四个模块组成，每个模块都有一个RGB LED和一个FSR。

1、感应圆柱

设计与构造：该设备的感应圆柱可用于左右手，由四个单独的模块组成，每个手指（拇指除外）有一个专用模块。模块可以旋转和调整以适应不同手尺寸和手指长度，内部设有止动装置，允许有限的旋转以实现可调位置。模块的高度为24毫米，外径为65毫米，兼容大手和长手指，同时也适合小手抓握。整个结构采用3D建模软件设计，并使用PET（聚对苯二甲酸乙二酯）材料打印，具有轻便、耐用和灵活的特点，每个模块都有两个孔，一个用于彩色发光器，另一个用于位于指纹区的力传感器，内部容纳所有电子元件和布线。

电子系统：该设备的电子系统由电池供电，包含多个用于数据处理和控制的组件。核心系统是Raspberry Pi微处理器，配有ADS1115模数转换器（ADC）。设备内含四个力敏电阻（FSR）传感器用于数据采集，以及四个RGB LED用于视觉反馈。设备还包括一个USB-C端口输入，可在使用时连接外部电源进行充电。

2、操作模式

评估模式（EM）：设备评估三方面：1）通过抓握重复动作评估手和手指力量，2）通过让个体在相应LED亮起时按下特定手指评估注意力、反应时间和协调性，3）通过重复之前显示的LED序列评估记忆力。用户与设备的互动将被记录，并传输到专用网站。训练模式（TM）：任务与评估模式相同，但提供实时视觉反馈。不同颜色表示力量强度、序列错误次数或对刺激的反应时间。每个练习有三个难度级别。

3、用户界面

开发包括一个网站，既作为设备控制器，又作为评估平台以访问记录的评估数据。该网站用HTML设计，可控制操作模式和选择练习，并允许每位患者拥有一个私人用户档案，存储其评估信息。

第五部分：介绍设备的评估程序及其初步验证结果

设备的结构强度测试：设备在各种应力条件下进行了测试，证明其结构坚固耐用。

专家焦点小组讨论：与8位中风康复领域的专家（包括1位神经科医生、2位物理治疗师、2位作业治疗师和1位神经心理学家）进行了焦点小组讨论，讨论了设备的可用性、人体工程学和用户需求，以收集他们的见解并制定最佳评估方案。

设备的初步验证：设备的主要验证目的是评估其作为评估手指和手部力量及认知表现工具的可靠性。此外，还计划评估设备结果与标准化的认知和力量评估之间的相关性。

测试程序：在测试设备功能之前，先进行了一组专家讨论，以确保设备的使用符合康复需求。

第六部分：评估结果

A.测试重测信度

设备的测试重测信度通过以下三项任务的测量结果进行了评估：

任务1（力量）：显示中等到良好的测试重测信度，ICC（组内相关系数）为0.741-0.852。设备在非优势手（ICC=0.784-0.852）比在优势手（ICC=0.741-0.801）更可靠。

任务2（敲击速度）：显示中等到良好的测试重测信度，ICC为0.715-0.90。设备在非优势手（ICC=0.74-0.90）比在优势手（ICC=0.715-0.863）更可靠。

任务3（记忆）：显示良好的测试重测信度，ICC为0.774。

B.构建效度

设备在每项任务中的测量结果与标准化评估工具的结果进行了比较，以评估构建效度：

任务1（力量）：与指尖力量测量结果之间存在中等到强相关性（ρ=0.563-0.781，所有p<0.001）。

任务2（敲击速度）：与计算机化的手指敲击测试在难度增加时相关性更高（ρ=0.383-0.702，所有p<0.05）。

任务3（记忆）：与WAIS-IV的数字测试直接版本存在中等相关性（ρ=0.637，p<0.001）。

C.健康受试者的可用性测试

可用性测试通过问卷调查完成，调查内容涉及设备使用的复杂性及其响应能力：

1、抓握舒适性：90.9%的志愿者认为用优势手抓握设备容易或非常容易，而非优势手则为54.5%。

2、设备理解：95.4%的人认为理解设备及其练习的工作原理容易或非常容易。

3、任务难度：31.8%的用户认为反应速度练习（任务2）一点也不难，其余68.2%的人认为容易。9.1%的用户认为记忆练习（任务3）相当困难，72.7%认为有些困难，9.1%认为容易。

4、设备准确性：所有参与者都认为设备在反映他们施加的力量方面相当准确。

5、推荐意愿：81.8%的人明确表示会推荐这款设备给有脑损伤的家庭成员，没有志愿者拒绝推荐。

最后，作者表明了该设备目前面临的局限性主要涉及到有本研究的样本量较小，限制了结果的广泛适用性。仅在健康个体上进行了验证，尚未在实际的患者群体中测试。，评估时间较短，无法确定设备在长期使用中的可靠性和有效性。目前的设备版本仍有一些技术限制，如传感器灵敏度和数据处理速度，这可能影响结果的精确性。建议未来在更大规模的受试者中进行测试，尤其是包括实际患者群体、进行长期随访研究，以评估设备在长期使用中的效果和可靠性、提升设备的技术性能，特别是传感器和数据处理能力，以提高结果的准确性。

最后研究结论表明，该设备的独特之处在于其符合人体工程学的设计、适应性、坚固性和可靠性，可作为测量力量、记忆力、注意力和协调性的综合工具。AMBER有望成为治疗师的宝贵工具，使他们能够使用单个、便携且经济高效的设备进行可靠的评估，并可能解决患者的运动和认知变量。它有可能提供灵活的编程并与更复杂的认知评估建立更强的相关性。与其他手部康复设备相比，AMBER超越了它们，因为它结合了认知康复任务，这是现有设备所不具备的功能。

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