JNER:儿科手外骨骼的临床应用,实用性和可接受性以及设计改进建议

患有上肢损伤的儿童和青少年会受限于双手活动，从而降低日常生活的独立性。开发了一种完全可穿戴的儿童手外骨骼（PEXO），用于训练或补偿受损的手功能。对于因神经损伤而导致手部感觉运动障碍的患者，完全可穿戴的机械手外骨骼有可能支持临床或家中的任务导向训练（即治疗机器人），或补偿功能丧失并辅助日常生活活动（即辅助技术）。软手外骨骼由于其固有的安全性、较不复杂的设计，以及增加便携性和有效性的潜力而迅速出现。

将临床效用理解为一个多维模型，它概括了医生和患者的四个方面：适当性、实用性、可接受性和可访问性。在本研究中，评估了其中三个方面：（i）适当性：即实际有效性，但也有相关性，包括干预在更广泛的临床决策背景下的意义；（ii）实用性，涉及用于临床应用的机器人设备的功能和适用性；以及（iii）患者和治疗师的可接受性，以确定是否存在可能影响治疗或实践的担忧。具体的研究问题是：（i）适当性：我们能否确定上肢受损的儿童在使用PEXO时可以提高手的能力，尤其是双手的表现？根据临床经验们假设手功能不全但上臂肌肉良好的儿童可以受益于PEXO。此外，还调查了患有上肢损伤的儿童是否能够在合理的时间内熟悉PEXO的使用。（ii）实用性：患者能否独立佩戴PEXO，或者佩戴PEXO需要多长时间？还希望在培训期间确定任何技术问题，以进一步改进PEXO的设计，并报告安全问题。（iii）最后，调查了PEXO原型的可接受性，询问参与者和指导治疗师关于PEXO优缺点的各种问题。通过结合有关临床应用的这些方面的见解，提出了总体上改善PEXO和儿科手外骨骼的建议，并为其成功的临床应用铺平了道路。本文发表在《J NeuroEngineering Rehabil》。

选择年龄在6-18岁的儿童和青少年进行横断面评估，这些儿童和青少年因神经原因至少有一只手存在功能受限。瑞士儿童康复诊所招募了6至18岁的住院和门诊患者。参与者应该能够坐一个小时，理解研究方案的任务。无法在重力作用下主动弯曲肩膀或肘部的儿童或青少年（手动肌肉测试（MMT）评分） < 3） 被排除在研究之外。并确定临床预测因素以调查是否合适。记录安装每个组件所需的时间和技术问题的数量，以评估实用性。对于可接受性，评估患者和治疗师的PEXO经验。并到任何不良事件。记录参与者的年龄、性别、最受影响的手、支配手和惯用手。 还注意到，在研究前的六个月内，这些儿童是否在上肢注射过肉毒杆菌。根据六项标准临床评估对参与者进行特征描述，包括手动能力分类系统（MACS）、MMT、上肢选择性控制量表（SCUES）、高张力评估工具（HAT）、改良Ashworth量表（MAS）和儿童功能独立性测量（WeeFIM）。

PEXO框图以及使用PEXO执行不同任务的参与者

应用MMT对上肢肌力进行评分，从0（即无明显收缩）到5（即克服重力和严重阻力的整个运动范围内的运动)。如果患者可以在整个运动范围内进行反重力运动，则MMT为3。测试方案包括标准化的起始姿势、治疗师演示测试以及参与者主动执行动作。测试肩部和肘部屈曲以及手腕和手指伸展。SCUE测量上肢选择性自主运动控制，其定义为“在要求自主运动或姿势的情况下，选择性地激活彼此独立的肌肉”的能力。测试肩外展和内收、肘部屈曲和伸展、前旋和后旋、手腕屈曲和伸展以及手指屈曲和伸展。每个动作都按顺序评分，从0分（表示没有选择性运动控制）到3分（反映正常的选择性运动控制）。

11名儿童（平均年龄11.4岁）同意参加，但只有9名参与者的数据可用。PEXO组的AHA评分中位数（68；IQR:59.5-83）高于无PEXO组（55；IQR:37.5-80.5；p = 0.035)。框块测试、上肢评分的选择性控制和手指伸肌肌力可以很好地区分那些在AHA评分中提高了 ≥ 7分，而那些没有（敏感性和特异性在0.75和1.00之间变化）。佩戴背部模块、手套和手部模块所需的平均时间分别为62、150和160秒，但所有参与者都需要帮助。最关键的故障是传输系统、电子设备和连接系统的鲁棒性。接受度普遍较高，尤其是在使用PEXO改善双手操作表现的参与者中。五名参与者经历了一些设备问题。但无不良事件发生。AHA量表得分中值为55（IQR:37.5–80.5）。AHA量表分数较低的参与者在使用PEXO时表现更好。

PEXO的适宜性结果 AHA量表分数，不使用PEXO与使用PEXO的条件之间的框式和块式测试分数，肩部和肘部屈肌以及手指伸肌的肌力值之和，框式和块式测试分数，上肢量表（SCUES）评分，手指伸肌的手动肌肉测试（MMT）分数

儿童是一个非常脆弱的群体。在儿童发育的关键阶段使用这项技术，可以提高生活质量和长期健康前景。此外，参与类似试验的成年中风患者经常报告说，外骨骼应该变得更小，以适合小手。确定了在使用PEXO时，上肢受损的儿童，即BBT、SCUE和手指伸肌值较低的儿童，可以改善双手功能。来自智能钉板的结果表明，参与者只需短时间的练习就能改善PEXO的操控性。关于实用性，有人指出，大多数儿童在穿衣方面需要帮助。上肢功能差的患者可以受益于可穿戴的软外骨骼。这与脊髓损伤成人的结果一致，基线运动功能较低的参与者从软机器人手套辅助中获得了显著的益处，而手功能丧失的参与者在佩戴软机器人手套时得到了改善。然而，像MACS这样的整体分类工具并没有足够详细地评估损伤，以选择可能受益于使用PEXO的患者。

PEXO是一种安全的外骨骼，可以改善手功能最小的年轻患者的双手操作性能。PEXO获得了高度认可。我们制定了建议，以改善技术问题，并在这种外骨骼可用于日常生活条件下的治疗或作为辅助设备之前进行穿戴。

Lieber, J., Dittli, J., Lambercy, O. et al. Clinical utility of a pediatric hand exoskeleton: identifying users, practicability, and acceptance, and recommendations for design improvement. J NeuroEngineering Rehabil 19, 17 (2022). https://doi.org/10.1186/s12984-022-00994-9