脑瘫儿童抓握辅具设计与应用

蒋一凡 陈 颖 刘欣杰 林睿瑄 江 冰 曾 奕(通讯作者)

(1福建中医药大学康复医学院,福建 福州 350122;2福建中医药大学附属第二人民医院)

脑性瘫痪(Cerebral Palsy,CP),是一组持续存在的中枢性运动障碍和姿势发育异常、活动受限症候群,这种症候群是由于发育中的胎儿或婴幼儿脑部非进行性损伤所致[1]。研究表明,我国目前约有脑性瘫痪儿童600万,中国0-6岁儿童脑性瘫痪患病率为0.23%[2],并以每年4.6万的速度递增,这已然成为严重的公共卫生问题[3],也给家庭和社会带来了巨大的负担。在脑性瘫痪儿童当中,近端肩肘腕及远端手部因肌张力异常,表现为控制稳定性不佳,抓握模式异常,导致儿童未能较好进行抗重力抓握,抑或是无法根据物体形状调整手部抓握空间,影响儿童精细运动功能的发育,这让儿童在日常生活、学习活动等领域的独立性大大下降。针对脑瘫儿童存在的这些问题,目前临床上有效的康复干预手段有抓握训练、手眼协调训练、操作物品训练、ADL训练以及上肢和手部的力量训练等[4]。儿童的作业活动是儿童自身与周围环境互动的结果,当自身能力不能与周围环境产生较好的互动时,辅助器具可作为自身与环境的桥梁,通过为作业活动提供潜力和机会,发挥儿童的潜能,以此来提高儿童在环境中作业的能力[5-6]。因此除了上述矫治性治疗之外,康复辅具的应用是协助脑瘫儿童参与日常生活活动必不可少的康复手段之一[7]。但笔者在学习及实践过程中发现,脑瘫儿童手部抓握辅具的数量和类型都极为有限,无法满足脑瘫儿童的日常及康复训练中的需求。因此,秉承“加快发展康复辅助器具产业,增强自主创新能力”-《“健康中国2030”规划纲要》[8]的理念,我们针对脑瘫儿童的手部抓握特点及手部结构,设计了一款抓握辅具-万能磁手套,以改善儿童手部抓握功能的表现,促进儿童在各类日常活动(如抓握杯子喝水、抓握调羹进食等)中的参与,提高儿童的生活独立性。现报告如下。

临床资料

1 设计原理:万能磁手套见图1,基于磁铁异性相吸的原理,通过采用不同磁力强度的磁铁,以调整辅助抓握时所需不同大小的力量,帮助有抓握功能障碍的儿童固定住手中的物体,防止儿童因肌力下降、肌张力过低而无法握稳手中的物体。使用者可以根据自身情况,通过选择使用本设计的训练功能或是代偿功能,来确定磁铁的吸力强度,以达到不同的目的。儿童的抓握发育有3大发育规律:(1)由无意识的原始抓握向随意抓握发育;(2)由手掌的尺侧向桡侧抓握发育;(3)由不成熟的手掌抓握向指尖抓握发育。因此,笔者在设计万能磁手套时遵循儿童的手部功能,充分考虑抓握发育时:①手不同部位控制的差异;②肌肉力量的差异;③掌弓的位置和形态;④抓握时容纳空间(hand aperture)的大小。

1.1 具体设计:万能磁手套主要由3个部分构成:套环(掌部)、指环(手指部)、磁片。10个磁片附着于手套上,帮助手部各个关节轻松地完成全范围活动,同时使用者可以自行调整抓握模式,来满足不同的抓握需求。本设计在辅助抓握的同时,保证了脑瘫儿童在抓握活动中的主导能力,避免完全代偿而致抓握功能的丧失和异常抓握模式的出现。(1)套环和指环设计:万能磁手套将套环(掌部)和指环(手指部)分离,以便不同发育层次的儿童使用。手套由9个指环和1个套环组成,见图1。指环固定在第2-5指的近节指骨与中节指骨上,共8个,与手掌处的套环相连接形成一个整体结构。拇指的指环独立于手套,不与套环连接。套环设计考虑手掌部解剖形态,与手部远侧和近侧掌弓贴合,为可以打开式的扣环,开口位于手背部,可根据使用者手部的大小进行调整。(2)磁片设计:磁片分别分布于套环的手掌部和9个指环上,具有不同的磁力强度。一方面可根据使用者手部的大小选择不同大小的磁片,固定于2层布料的中间;另一方面可根据使用者自身的抓握能力来选择不同磁力强度的磁片,同时也可根据需求在手指远端、近端放置磁片,调整抓握时手部的容纳空间,尽可能充分地发挥使用者本身的抓握力量,以达到训练抓握能力的目的。(3)附加设计:万能磁手套同时配备:①卡通贴纸。由于万能磁手套主要针对儿童群体,设计时考虑儿童的认知特性,附加有卡通贴纸,可粘贴于手套背部进行装饰,提升儿童对手套的接受度。②分离的指环。在远节指骨上可选择性附加分开的指环,增强抓握的精确度,见图2。③配套的磁片。可随使用者的需求贴在所需要抓握的用具上(如水杯、加粗的勺子、牙刷等)。

1.2 设计考量:(1)手套上附着磁片,保证手与配套用具之间的完美贴合,防止对不齐的情况出现,减少手不能维持抗重力抓握情况的发生。(2)指背部分除指环外皆无布料,不限制关节活动,不闷热。手背处套环为打开式,方便使用者佩戴及调节大小。(3)2层弹性布料包裹住中间的磁片,可以防止磁片掉落,也减少了手套表面凸起对皮肤产生的摩擦。本设计主要材料为磁铁和弹性布料,制作成本低廉的同时可满足不同使用者的个性化需求。设计结构简单,实用性强,大部分材料可反复利用于日常生活中的各种用具。

1.3 使用方法:研究显示,6-8岁正常体质量男童优势手的握力水平为(9.7±2.6)kg,正常体质量女童优势手的握力水平为(8.9±2.6)kg[9]。基于此水平,儿童优势手的握力水平低于1.5个标准差以上(即握力低于5.8kg)时,康复治疗师或家长即可考虑使用万能磁手套以辅助儿童的日常生活活动的力性抓握和精细抓握。手套的辅助及训练功能主要体现在3个方面:(1)半截式手套可对肌力下降或抓握能力下降的脑瘫儿童进行力性抓握时提供直接辅助,加强脑瘫儿童对物品的抓握力,同时避免物品脱手对儿童造成损伤;对学习抓握的人群,本设计可对其抓握训练提供辅助,引导儿童建立正确的抓握模式;(2)指环对肌力下降或抓握能力下降的儿童进行精细抓握时提供直接辅助,加强儿童对物品的抓握精确度,让儿童学会使用手指抓握,逐渐形成根据不同物体形态大小调整抓握模式的认知;(3)针对作业活动所需不同的抓握方式,使用者可以自行选择套环、指环的不同搭配方式。

2 临床应用

2.1 基本信息:患者,女,6岁,足月顺产儿,于2017年3月摔倒后出现嗜睡,左侧肢体无力,查头颅MR示“右侧基底节区脑梗死”,诊断为偏侧痉挛型脑性瘫痪,现主诉为左侧肢体无力。笔者使用加拿大作业表现测量表(Canadian Occupational Performance Measure,COPM)以及其他工具及对患儿及其主要照顾者进行访谈并共同确定治疗目标,结合患儿目前的生活角色确定现阶段治疗重点关注的以下3个领域的问题,日常生活活动中的进食及洗漱是患儿目前有待提高的自理活动,照顾者需给予较多的辅助以帮助患儿高效地完成以上活动;在工作/学习方面,因患儿目前刚步入小学学习阶段,相较之前拥有了更多的阅读需求,在这方面照顾者的具体希冀之处为患儿能够更自如的运用双手,而不是仅依靠健手阅读;在休闲娱乐方面,患儿爱好做手工,但存在制作速度慢、成品不美观等问题。针对以上3个领域的作业活动,患儿照顾者给出的COPM评分分别为:重要性在6-8分之间、表现在4-5分之间、满意度在3-5分之间。

2.2 作业治疗评估:基于作业治疗自上而下的实践模式,以患者为中心,需求为导向,笔者对患儿的上肢精细功能进行如下评估。(1)临床观察:通过临床观察患儿具体的作业表现为进食时患(左)手不扶碗,无法在健(右)手操作勺子/筷子时用患手拿起碗来进行协调的双手操作;洗漱表现为刷牙时无法在健手操作牙刷的同时利用患手拿起水杯,全程仅依靠健手单手完成;患儿阅读时表现为仅用健手拿书本及翻书;作贺卡、剪纸等手工时,仅用健手使用剪刀等工具,而患手无法稳定纸张来灵活的配合健手的操作。(2)脑瘫患儿精细运动能力测试量表(Fine Motor Function Measure,FMFM)61项版评估。研究表明,FMFM61项版在0-10岁脑瘫患儿中具有良好的效度[10],因此采用FMFM对儿童精细运动进行全面评估,见表1。根据FMFM结果解释,正常6岁儿童应能完成以上5区域所有项目,即5区域和总百分比均应达到100%,由评估结果可知患儿在B区上肢关节活动能力方面表现良好,即说明上肢关节活动能力并不是导致患儿在活动中表现欠佳的主要原因;但在C区抓握能力、D区操作能力、E区手眼协调方面均有不足的表现,故以上3方面是现阶段介入的重点。(3)握力:采用握力计评估得知,该患儿左(患)手握力为1kg;右(健)手为10.2kg;将此数据量化于日常生活当中,即患儿患侧手仅能拿起并维持抗重力抓握50ml的矿泉水瓶,而健侧手可抓握500ml水的矿泉水瓶。(4)肌张力:改良Ashworth分级左(患)侧屈、伸腕肌群肌张力1级,屈、伸指肌群肌张力1级,肌张力略微比正常增加,左(患)上肢其他肌群肌张力正常;右(健)手0级,肌张力正常。(5)协调性测试:指鼻试验及轮替试验均能完成,但完成速度慢。通过对评估结果的分析发现,患儿因以及肌肉功能(即肌肉力量、肌张力、肌肉耐力)减退,具体表现为握力差、肌张力升高等,导致其在启动及维持所有种类的抓握模式方面表现欠佳,在维持抗重力抓握方面表现尤为不佳。在拿碗进食、喝水、刷牙等活动中,常常仅用健手代偿完成活动,需消耗大量时间,完成效率低。中枢神经系统损伤导致患儿在双手协调、手眼协调方面存在障碍,从而较少地有自发跨越中线、使用双手操作的行为动作。力量差的患儿常伴有手内肌发育不完善、手部肌肉分离动作不成熟的问题,在抓握时无法启动必要的腕以及手指伸展、拇指对掌以达到所需的抓握模式,具体表现为患儿在阅读与手工制作等活动中无法用患手稳定纸张,无法灵活地运用患手配合健手的操作去阅读翻书及制作手工。因此,患儿的主要问题是患手肌力不足、肌张力升高,无法启动与维持正确的抗重力抓握模式及无法灵活运用双手协调操作。

表1 脑瘫患儿精细运动能力测试量表61项版评估(%)

2.3 手套辅助应用:根据患儿目前的需求,结合作业治疗评估结果,确定作业治疗目标并制定治疗方案,除常规的抓握训练、精细活动训练等矫治性治疗外,笔者制作并将万能磁手套应用在抓握训练活动中。(1)测量:分别测量第2-5指的近、中节指骨周径;拇指近节指骨周径;手背(中指掌指关节骨突处下0.5cm水平)的宽度,见图3。(2)画图:勾勒出患者手掌的形状,在纸上对相应骨突做出标记。分别标记出第2-5指近、远端指间关节处;拇指指间关节处;第2指和第5指的指骨底;掌横纹的尺、桡侧端。做出标记后,如图4的方式在第2-5指的近、中节指骨处向外延伸画出矩形。在手掌套环处将第2指骨底与第5指骨底处的2个标记用1条平顺的弧线连接起来,同理在掌横纹的尺侧与桡侧也用弧线连接,并向外延伸2-3cm以便缝合,最终画出手套的纸模,见图4。(3)裁剪与制作:剪下纸模,在布料上进行裁剪并缝合,在相应位置固定磁铁。裁剪出相应尺寸的魔术贴材料并将其缝合于手掌套环处的两端,用于套环及整个手套在手背处的固定及大小的调节。(4)手套应用情况:①在日常生活活动中,经万能磁手套调适之后,患儿能够用患手拿起水杯并能在整个刷牙过程中维持抗重力抓握水杯;在进食过程中也能够利用磁手套使患手与碗侧面贴合,增加患手参与度的同时也起到稳定碗具的作用。②在工作/学习方面,万能磁手套可以将手掌面与书本封面贴合,以稳定书本,进而释放健手的更多功能来更加灵活的使用书本。③在休闲娱乐即剪纸手工方面,患儿可以利用磁手套学习3指捏模式以捏住纸张,调整磁力大小使纸张能在患手指间被健手拉动以此达到在稳定纸张的基础上还能够灵活移动纸张的作用。此外,笔者还将此调适作用进行具体的量化,通过观察患儿抓握矿泉水瓶的情况来明确万能磁手套在帮助患儿抓握时所起到的作用。经测试知,患儿患侧手未使用磁手套时能够维持抗重力抓握50ml矿泉水瓶＜1分钟;使用万能磁手套之后,能够维持抗重力抓握500ml矿泉水瓶3分钟,万能磁手套的使用极大的提升了儿童的抓握能力。万能磁手套是基于作业活动为基础、以个案为中心的辅具,在帮助患儿完成刷牙、进食等作业活动时,万能磁手套能够起到良好的辅助作用,且在完成其他日常生活活动中,万能磁手套也能起到一定的代偿作用,增加患手在活动中的参与程度并提高患儿双手操作的能力,使得患儿在日常生活中获得更好的作业表现能力,并从中获取信心,大大提高了患儿在日常生活活动中的参与能力,以此达到作业治疗的目标。

讨 论

儿童日常活动的参与是自身与周围环境之间互动的结果,提升其作业活动能力以及改善周围环境是康复治疗必不可少的部分[5-6]。本设计能够根据脑瘫儿童的实际情况以及需求来制定个性化的万能磁手套以及治疗方案,很大程度上提高了环境中的物件与脑瘫儿童的适配程度,进而提升脑瘫儿童在日常生活中的作业表现能力。肌力低下可能会影响手指伸展以及拇指对掌功能,虽然这些功能的缺失在大部分情况下会同时存在于同一个脑瘫患儿身上,且正常的肌力、关节活动度对于抗重力抓握都起到极其重要的作用[11],但本设计目前主要针对肌力低下这一功能障碍来进行调适,帮助患儿完成抗重力抓握,而对于手指全关节活动范围的活动能力以及拇指对掌等能力,本文将其列为次要考虑因素。在未来的临床实践过程中将更会全面、多角度地考虑问题,同时也将更好地利用磁铁异性相吸的原理,使万能磁手套充分发挥矫治性治疗功能。目前本设计处于临床应用的初期阶段,存在制作工序繁琐、耗费时间成本较高等问题,随着3D打印技术的逐渐成熟,笔者将考虑或采用3D打印技术来代替原手工制作方式,使得本设计更容易获得。此外,目前万能磁手套仅涉及手指部位,也可进行进一步的改良,未来可考虑增加腕关节的辅助和固定,使得儿童的抓握更加稳定。因万能磁手套目前仅应用于本文所述的个案中,故临床应用较局限,存在一定的偶然性,在接下来的临床实践过程中会将本设计应用于更多的真实个案中,届时笔者也会根据临床应用中存在的不足,进行相应的修改更新。临床上除了脑瘫儿童存在抓握问题外,仍有一部分人群存在抓握功能障碍,如小脑和上运动神经元损害(如脊髓损伤、颅脑损伤、脑卒中早期)、下运动神经元损伤、原发性肌病等病患[12],他们都可以使用本设计,在习得正确抓握模式的基础上进一步提高他们的抓握能力。

综上所述,本文设计的抓握辅具未来也可在其他相关疾病障碍中推广应用。