JNER：外部肩胛骨辅助装置促进肩胛骨运动障碍患者上肢功能恢复

肩关节动态稳定性是人类上肢多功能活动的基础。关节稳定性不好，就无法、控制良好的手臂运动。因此，肩胛骨运动障碍患者在日常、娱乐和职业活动中受到阻碍，最终限制其生活质量。上肢的力学基本上可以描述为一个开放的运动结构，仅在胸骨处连接到躯干。通过锁骨连接到躯干，上臂在肩胛骨内旋转，肩胛骨是一个可以近似为球窝关节的连接。这种固有的不稳定结构主要由上躯干和肩部共同收缩的肌肉连接在一起。在这个关节中，肩胛骨起着关键作用。在手臂抬高期间，肩胛骨旋转约占肱骨总抬高的三分之一。当肩肱节律的协调性被破坏时，例如由于肌肉或神经系统疾病，整个上肢的功能从根本上受到损害。通常，这些功能限制会被代偿性躯干运动所抵消。

肩胛骨节律紊乱的一个典型症状是翼状肩胛骨。肩胛翼是由协调肩胛骨在胸壁上运动的肌肉功能失调激活引起的。潜在的损害可能是肌肉、神经元或协调起源的。肩胛骨翼的特征是前臂屈曲时肩胛骨过度后倾，或侧臂外展时肩胛骨过度内侧旋转。例如，孤立的单侧肩胛腭是长胸神经麻痹的标志，伴有前锯肌继发性轻瘫。在有近端表现的肌病患者，尤其是面肩肱型肌营养不良症（FSHD）患者，可观察到双侧对称缓慢进行的翼状肩胛。

 为了治疗不可逆的翼状肩胛，已经提出了几种治疗方案。然而，为了提供防止肩胛骨侧翼所需的力，典型的支架由大型刚性结构组成，患者并不总是能很好地耐受这些结构。不可逆肩胛骨腭部最突出的治疗方法是手术，在手臂抬高时，肌肉和韧带被重新布置以限制肩胛骨的翼展，或者肩胛骨直接与胸壁融合。到目前为止，对于翼状肩胛的患者，微创、外部肩胛骨辅助能增加上肢功能的程度尚不清楚。通过研究外部肩胛骨辅助对翼状肩胛的影响，可以对静态（即仅将肩胛骨限制在胸壁上）和动态（即导致肩胛骨在胸壁上旋转）的潜力有一个全面的了解。收集到的证据可以启动日常生活中永久性肩胛骨辅助装置的全面开发和增强，其适用性可以扩展到可逆性肩胛骨状况的康复和职业提升任务期间的损伤预防。本文发表在《Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation》.

本研究设计为随机对照交叉试验。八名因肌营养不良导致面肩肱型肌营养不良症的受试者在无人协助、由训练有素的治疗师进行外部协助以及由新型纺织肩胛骨矫形器进行外部协助的情况下，进行肩关节屈曲和外展的手臂抬高。在活动范围任务中，参与者在没有帮助的情况下进行一组手臂抬高，一组肩胛骨矫形器辅助，一组治疗师辅助。在运动范围任务的八个子任务，参与者以随机顺序（屈曲和外展）将两个最大手臂抬高5s。由于功能性任务的疲劳性质，此处仅显示了屈曲方向。在手臂抬高之间，参与者休息30秒，当目标方向互换时休息60秒。

在实验之前，参与者提供了人口统计信息以及疾病进展的记录。在第一次研究之前，为每位参与者定制矫形器界面，根据实验者自身情况调整织物胸部安全带。在每个研究任务之后，参与者完成Nordic 问卷和博格量表。在最后一个研究区块之后，参与者完成了关于肩胛骨矫形器的定性问卷调查。参与者坐在没有靠背的凳子上。用胶带在地板上标记屈曲和外展方向。目标杆位于当前目标方向的端点，突出手臂仰角的目标方向。六个运动捕捉摄像机（Oqus 300，Qualisys，瑞典）安装在参与者右臂周围，以100 Hz的频率记录运动。由于治疗师和矫形器帮助覆盖了锁骨和肩胛骨，因此只捕获了手臂的运动。由于肌肉萎缩症进展过程中发生的形态学变化，为了避免参与者过早疲劳，选择了十个解剖标志作为标记的参考位置。

在活动范围任务中，治疗师双手协助肩胛骨旋转，同时参与者向弯曲和外展方向提升手臂。为此，治疗师进行了改良肩胛骨辅助测试（mSAT）。矫形器应由柔性材料制成，可根据不同体型进行调整。刚性部件应减少到最小，并符合用户的体型。为了便于呼吸，不使用矫形器时，应避免或释放胸部周围的任何紧密结构。应避开敏感区域，如乳房区域。矫形器分三层设计。第一层由坚硬的肩胛骨界面组成。肩胛骨界面由骨科热塑性材料（微型穿孔，2mm，Orfit，比利时）制成，直接安装在参与者肩胛骨上，并用碳钢板加固。第二层包括一个纺织胸部安全带，该安全带固定作用于身体前部和侧面的反作用力。该安全带由柔顺、不可伸缩的材料（Cordura 500den，Invista，瑞士）制成，肩部和胸部有可调节的肩带。第三层包括带有旋转电缆紧固机构的刚性压力板（H3，Boa，美国）。电缆（Snag Leader，Zeck Fishing GmbH，德国）布置在压盘和胸部线束上的三个锚定点之间，从而构成了一个连续可调、增强力的滑轮系统。

本文设计的矫形器

在治疗师的帮助下，屈曲时平均手臂抬高度增加了17.3°, 外展增加角度为11.2°。在矫形器辅助下，屈曲时平均手臂抬高增加6.2°（CI95%=[0.4∘,11.9∘]) 外展角度为5.8°（CI95%=[3.0∘,8.5∘]). 值得注意的是，在三名参与者中，矫形器和治疗师一样有效。此外，当在模拟日常生活任务中举起一个装满的瓶子时，矫形器辅助将平均感觉劳累降低了1.25分（伯格量表）。在这项研究中，外部肩胛骨辅助——即由训练有素的治疗师（治疗师辅助）或基于织物的肩胛骨矫形器（矫形器辅助）提供的非侵入性可逆辅助——已被证明是改善因肌营养不良导致面肩肱型肌的有效工具。除了运动范围的改善外，当肩胛骨矫形器应用于日常生活时，可减少疲劳。尽管与手术干预相比，本研究的平均改善程度较低，但在肩胛骨外部装置的协助下，单个患者的屈曲改善程度高达42.6°/21.2°（治疗师/矫形器），外展改善程度高达28.4°/10.7°。在日常生活活动中，这些瞬时的增益允许更多的生理运动。 

治疗师辅助训练

在这项研究中，治疗师在两个关键方面优于肩胛骨矫形器：首先，治疗师能够在整个运动过程中根据需要调整辅助力；其次，治疗师能够主动旋转，从而动态稳定肩胛骨，使运动模式更接近生理性肩胛骨节律。相比之下，矫形器仅提供静态辅助，因此不可能根据不断变化的情况进行动态调整。在外展方向，当肩胛骨通过侧向向上旋转而导致手臂抬高时，治疗师的帮助平均是静态矫形器帮助的两倍（系数1.9）。在屈曲中，由于肩胛骨背侧突出，手臂抬高受到特别的阻碍，治疗师的帮助平均是有效的四倍。所有参与者都认为矫形器有帮助。一名参与者估计，矫形器辅助装置与治疗师辅助装置的相似程度为75%。总之，结果显示矫形器未来的发展潜力很大。

Georgarakis, AM., Xiloyannis, M., Dettmers, C. et al. Reaching higher: External scapula assistance can improve upper limb function in humans with irreversible scapula alata. J NeuroEngineering Rehabil 18, 131 (2021). https://doi.org/10.1186/s12984-021-00926-z