虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)聯(lián)合康復(fù)機(jī)器人訓(xùn)練對(duì)腦梗死偏癱患者運(yùn)動(dòng)功能及事件相關(guān)電位的影響研究

趙雅寧，楊 芳，郝正瑋，李建民，李佳寧

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·論著·

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)聯(lián)合康復(fù)機(jī)器人訓(xùn)練對(duì)腦梗死偏癱患者運(yùn)動(dòng)功能及事件相關(guān)電位的影響研究

趙雅寧，楊 芳，郝正瑋，李建民，李佳寧

目的 探討虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)聯(lián)合康復(fù)機(jī)器人訓(xùn)練對(duì)腦梗死偏癱患者運(yùn)動(dòng)功能及事件相關(guān)電位(ERP)的影響。方法 選擇2012年12月—2013年12月在華北理工大學(xué)附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科住院的80例腦梗死患者為研究對(duì)象，均一側(cè)下肢肢體偏癱，按照隨機(jī)數(shù)字表法將患者分為對(duì)照組(40例)和干預(yù)組(40例)。兩組患者均給予常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練，同時(shí)對(duì)照組應(yīng)用下肢康復(fù)機(jī)器人訓(xùn)練，干預(yù)組應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)聯(lián)合康復(fù)機(jī)器人訓(xùn)練。治療前及治療8周后分別采用Fugl-Meyer運(yùn)動(dòng)功能評(píng)分量表(FMA)、Berg平衡量表評(píng)價(jià)兩組療效；采用肌電誘發(fā)電位儀檢測(cè)ERP N100、N200、P200、P300潛伏期及P300波幅變化。結(jié)果 治療前，兩組患者FMA下肢運(yùn)動(dòng)功能評(píng)分、Berg平衡量表評(píng)分及N100、N200、P200、P300潛伏期及P300波幅比較，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。治療后，兩組患者FMA下肢運(yùn)動(dòng)功能評(píng)分、Berg平衡量表評(píng)分較治療前增高，N100、N200、P200、P300潛伏期較治療前縮短，P300波幅較治療前增高(P<0.05)。治療后，與對(duì)照組比較，干預(yù)組FMA下肢運(yùn)動(dòng)功能評(píng)分、Berg平衡量表評(píng)分增高，N200、P200、P300潛伏期縮短，P300波幅增高(P<0.05)。結(jié)論 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)聯(lián)合康復(fù)機(jī)器人訓(xùn)練可以改善腦梗死偏癱患者運(yùn)動(dòng)功能，并提高患者認(rèn)知功能。

腦梗死；偏癱；康復(fù)；機(jī)器人；肌電描記術(shù)；事件相關(guān)電位,P300

趙雅寧，楊芳，郝正瑋，等.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)聯(lián)合康復(fù)機(jī)器人訓(xùn)練對(duì)腦梗死偏癱患者運(yùn)動(dòng)功能及事件相關(guān)電位的影響研究[J].中國(guó)全科醫(yī)學(xué)，2015，18(24)：2907-2910.[www.chinagp.net]

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近年來(lái)，腦血管疾病患病率逐年上升，致殘率較高[1]。有學(xué)者提出階段性康復(fù)計(jì)劃，即通過(guò)規(guī)劃控制康復(fù)計(jì)劃，使患者主動(dòng)合作并積極按照計(jì)劃進(jìn)行訓(xùn)練以達(dá)到訓(xùn)練目標(biāo)[2]。傳統(tǒng)的康復(fù)訓(xùn)練人力物力耗費(fèi)較大、治療過(guò)程較單調(diào)、訓(xùn)練強(qiáng)度和效果不易評(píng)估。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)利用計(jì)算機(jī)和專業(yè)的軟件技術(shù)，模擬視、聽、觸及動(dòng)覺(jué)等多方面的虛擬互動(dòng)和反饋，完成可控制性的功能性運(yùn)動(dòng)和操作，達(dá)到功能重建的目的[3]。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有傳統(tǒng)康復(fù)手段不具備的優(yōu)勢(shì)[4]?？祻?fù)訓(xùn)練機(jī)器人在減重狀態(tài)下使患者運(yùn)動(dòng)時(shí)下肢負(fù)重減少，借助于運(yùn)動(dòng)平板進(jìn)行運(yùn)動(dòng)功能訓(xùn)練。本研究采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)腦梗死偏癱患者進(jìn)行干預(yù)，觀察虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)聯(lián)合康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人對(duì)腦梗死偏癱患者運(yùn)動(dòng)功能及事件相關(guān)電位(ERP)的影響。

1 資料與方法

1.1 病例納入標(biāo)準(zhǔn) (1)符合1995年第四屆腦血管病學(xué)術(shù)會(huì)議制定的《各類腦血管疾病診斷要點(diǎn)》中腦梗死的診斷標(biāo)準(zhǔn)[5]、經(jīng)顱腦CT或者M(jìn)RI檢查確診者；(2)年齡30～70歲、病程<1個(gè)月、生命體征平穩(wěn)、意識(shí)清楚、簽署知情同意書者；(3)一側(cè)下肢肢體偏癱者；(4)簡(jiǎn)易精神狀態(tài)量表(MMSE)評(píng)分13～24分(有輕度認(rèn)知功能障礙)者。

1.2 病例排除標(biāo)準(zhǔn) (1)有影響功能恢復(fù)的神經(jīng)、肌肉、骨骼病變，不能配合治療者；(2)腦出血和顱腦創(chuàng)傷造成的偏癱者；(3)精神癥狀、聽力障礙、理解障礙、嚴(yán)重的認(rèn)知功能障礙者。

1.3 臨床資料 按照上述病例納入與排除標(biāo)準(zhǔn)選擇2012年12月—2013年12月在華北理工大學(xué)附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科住院的80例腦梗死患者，采用隨機(jī)數(shù)字表法將患者分為對(duì)照組(40例)和干預(yù)組(40例)。兩組患者年齡、性別、偏癱側(cè)、病變部位、發(fā)病時(shí)間、MMSE評(píng)分間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05，見表1)。

1.4 治療方法

1.4.1 對(duì)照組 行常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練和下肢康復(fù)機(jī)器人訓(xùn)練。常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練包括功能性電刺激、早期誘發(fā)軀干功能訓(xùn)練、神經(jīng)促通治療、牽伸治療、平衡功能訓(xùn)練、重心轉(zhuǎn)移訓(xùn)練及上、下樓梯訓(xùn)練等，30 min/次，3次/周，共8周。下肢康復(fù)機(jī)器人訓(xùn)練：(1)減重，初始重量一般為患者體質(zhì)量的60%；(2)患者的系數(shù)為系統(tǒng)自行設(shè)置，范圍為0.2～0.7；(3)引導(dǎo)力，通常是30%或更少，使患者在正常的步態(tài)模式下進(jìn)行訓(xùn)練；(4)步速，范圍為1.5～1.7 km/h，根據(jù)患者的恢復(fù)情況逐步減少減重量和增加跑步臺(tái)的速度，30 min/次，3次/周，共8周。

1.4.2 干預(yù)組 在給予常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練和下肢康復(fù)機(jī)器

表1 兩組患者一般資料比較

注：a為χ2值；MMSE=簡(jiǎn)易精神狀態(tài)量表

人訓(xùn)練的基礎(chǔ)上聯(lián)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)?；颊咔胺椒胖靡粋€(gè)42英寸的屏幕，同步配有不同的訓(xùn)練場(chǎng)景(如街道、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、公園等)。播放音樂(lè)CD(選用舒緩、輕柔、優(yōu)美、恬靜、悠揚(yáng)的曲目)?；贾祻?fù)時(shí)在視覺(jué)系統(tǒng)、聽覺(jué)系統(tǒng)和主動(dòng)意識(shí)驅(qū)動(dòng)下，肌肉活動(dòng)的電流超過(guò)閾值時(shí)則虛擬人站起伸展下肢，動(dòng)聽的音樂(lè)響起以資鼓勵(lì)。電流超過(guò)閾值越多，虛擬人站起越高，下肢舒展越完全，鼓勵(lì)音樂(lè)時(shí)間越長(zhǎng)。肢體的康復(fù)內(nèi)容與對(duì)照組相同。每次在對(duì)照組訓(xùn)練的基礎(chǔ)上增加1次，30 min/次，3次/周，共8周。

1.5 評(píng)價(jià)方法 治療前及治療8周后分別采用Fugl-Meyer運(yùn)動(dòng)功能評(píng)分量表(FMA)、Berg平衡量表進(jìn)行評(píng)價(jià)；采用肌電誘發(fā)電位儀檢測(cè)ERP N100、N200、P200、P300潛伏期及P300波幅變化。

1.5.1 FMA FMA是由Fugl-Meyer及其合作者于1975年報(bào)道的一種累加積分量表[6]，本研究評(píng)測(cè)FMA下肢運(yùn)動(dòng)功能評(píng)分。

1.5.2 Berg平衡量表 Berg平衡量表把平衡功能從易到難分為14項(xiàng)，每一項(xiàng)分為5級(jí)，即0、1、2、3、4級(jí)。最高級(jí)為4分，最低級(jí)為0分，總分0～56分，分?jǐn)?shù)越高代表平衡能力越好。

1.5.3 ERP檢測(cè) ERP檢測(cè)在本院肌電圖室完成，室溫28～32 ℃。采用Medtronic Keypoint.Net肌電誘發(fā)電位儀,按照10-20國(guó)際腦電電極系統(tǒng),將記錄電極置于C1、C2兩點(diǎn),參考電極置于右耳垂(A2),前額(Fpz)接地,電極間阻抗<5 kΩ。試驗(yàn)以純音“聽覺(jué)非靶刺激序列”刺激被試者雙耳,聲強(qiáng)110 dB,刺激頻率0.3～1.0 Hz,刺激波寬50 ms。靶刺激為高頻音,出現(xiàn)概率為25%；非靶刺激為低頻短音,出現(xiàn)概率為75%，兩者分別進(jìn)行疊加平均,靶刺激疊加200次。要求被試者對(duì)靶刺激默數(shù)。檢測(cè)方法及標(biāo)準(zhǔn)參考文獻(xiàn)[7]。

2 結(jié)果

2.1 兩組患者FMA下肢運(yùn)動(dòng)功能評(píng)分及Berg平衡量表評(píng)分比較 治療前，兩組患者FMA下肢運(yùn)動(dòng)功能評(píng)分及Berg平衡量表評(píng)分比較，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；治療后，兩組患者FMA下肢運(yùn)動(dòng)功能評(píng)分及Berg平衡量表評(píng)分均高于治療前，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；治療后，干預(yù)組患者FMA下肢運(yùn)動(dòng)功能評(píng)分及Berg平衡量表評(píng)分均高于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05，見表2)。

2.2 兩組患者N100、N200、P200、P300潛伏期及P300波幅比較 治療前，兩組患者N100、N200、P200、P300潛伏期和P300波幅比較，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；治療后，兩組患者N100、N200、P200、P300潛伏期較治療前縮短，P300波幅較治療前增高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；治療后，與對(duì)照組比較，干預(yù)組患者N200、P200、P300潛伏期縮短，P300波幅增高,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 (P<0.05，見表3)。

3 討論

3.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)聯(lián)合康復(fù)機(jī)器人訓(xùn)練對(duì)腦梗死偏癱患者下肢運(yùn)動(dòng)功能及平衡功能的影響 本研究結(jié)果顯示，治療后干預(yù)組FMA下肢運(yùn)動(dòng)功能評(píng)分及Berg平衡量表評(píng)分明顯高于對(duì)照組，提示虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)聯(lián)合康復(fù)機(jī)器人訓(xùn)練對(duì)腦梗死偏癱患者運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)發(fā)揮著重要作用。腦卒中導(dǎo)致大腦對(duì)低級(jí)中樞的調(diào)節(jié)失去控制，原始反射被釋放，使正常運(yùn)動(dòng)的傳導(dǎo)受到干擾而產(chǎn)生異常運(yùn)動(dòng)模式，使肌張力增高、肌力異常，運(yùn)動(dòng)功能控制障礙，引起平衡功能異常[8-9]。目前常規(guī)的運(yùn)動(dòng)療法一方面過(guò)于強(qiáng)調(diào)分解動(dòng)作練習(xí)，無(wú)法提供有實(shí)踐意義的任務(wù)需求；另一方面，訓(xùn)練動(dòng)作反復(fù)、單調(diào)、枯燥，易使患者產(chǎn)生厭煩情緒，不利于康復(fù)訓(xùn)練的繼續(xù)和深入[10]。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種新興且迅速發(fā)展的技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)和傳感技術(shù)產(chǎn)生一個(gè)具有多種感官刺激的虛擬境界。國(guó)外研究者已經(jīng)利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在治療腦梗死偏癱患者康復(fù)領(lǐng)域中進(jìn)行了多項(xiàng)研究，并獲得了一定的臨床資料和治療經(jīng)驗(yàn)[11]。Walker等[12]采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)腦卒中患者的平衡功能進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能有效改善患者的反應(yīng)時(shí)間、姿勢(shì)穩(wěn)定性、平衡和行走功能。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠誘導(dǎo)神經(jīng)運(yùn)動(dòng)通路的皮質(zhì)重組，治療前，患者雙側(cè)的初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)同側(cè)的感覺(jué)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)和運(yùn)動(dòng)輔助區(qū)皮質(zhì)處于激活狀態(tài)，治療后，這些區(qū)域被抑制而對(duì)側(cè)的感覺(jué)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)區(qū)被激活，從而使失去的運(yùn)動(dòng)功能得以補(bǔ)償和發(fā)揮。機(jī)器人利用減重狀態(tài)使患者步行時(shí)髖膝關(guān)節(jié)均在一個(gè)完整的外骨骼式結(jié)構(gòu)帶動(dòng)下以預(yù)設(shè)的運(yùn)動(dòng)模式進(jìn)行訓(xùn)練，刺激下肢關(guān)節(jié)肌肉肌腱的本體感受器，促進(jìn)本體感覺(jué)的恢復(fù)；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過(guò)輸入設(shè)備以自然的技能向計(jì)算機(jī)輸入各種命令，并從輸出反饋設(shè)備中得到視、聽、觸覺(jué)等多種感官的反饋，使偏癱患者得到更真實(shí)的體驗(yàn)[13-14]。本研究采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)聯(lián)合康復(fù)機(jī)器人訓(xùn)練，在不同場(chǎng)景下模擬下肢運(yùn)動(dòng)技術(shù)對(duì)下肢進(jìn)行訓(xùn)練，對(duì)大腦皮質(zhì)運(yùn)動(dòng)中樞進(jìn)行刺激，促進(jìn)姿勢(shì)和身體各部分信息的整合，同時(shí)控制主動(dòng)肌與拮抗肌的力量，促進(jìn)各肌群間的協(xié)調(diào)能力，最終提高運(yùn)動(dòng)功能。

3.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)聯(lián)合康復(fù)機(jī)器人訓(xùn)練對(duì)腦梗死患者ERP的影響 本研究結(jié)果顯示，治療后干預(yù)組患者P300潛伏期及波幅變化均優(yōu)于對(duì)照組，提示患者在完成聽覺(jué)誘發(fā)電位測(cè)試時(shí)P300發(fā)生變化。P300是多個(gè)皮質(zhì)部位電位的綜合結(jié)果，受多種投射纖維的調(diào)節(jié)，在一定程度上反映了大腦功能狀態(tài)的總體水平[15]。由于大腦皮質(zhì)區(qū)及丘腦是語(yǔ)言、記憶、命令、人格、認(rèn)知功能的中樞，腦梗死易導(dǎo)致廣泛的神經(jīng)元衰變，從而出現(xiàn)智能障礙。

Table 2 Comparison of the FMA score for lower limb and Berg balance score between the two groups before and after treatment

組別例數(shù)FMA下肢運(yùn)動(dòng)功能評(píng)分治療前 治療后Berg平衡量表評(píng)分治療前 治療后對(duì)照組4015.1±2.022.0±1.5a15.2±2.736.5±5.2a干預(yù)組4014.3±3.128.9±2.4a16.9±5.647.0±4.4at值1.3715.601.779.72P值0.17<0.050.08<0.05

注：與治療前比較，aP<0.05；FMA=Fugl-Meyer運(yùn)動(dòng)功能評(píng)分量表

表3 兩組患者治療前后N100、N200、P200、P300潛伏期及P300波幅比較

注：與治療前比較，aP<0.05

Costa等[16]及Cho等[17]利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)注意缺陷多動(dòng)癥患者進(jìn)行研究，結(jié)果顯示虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能顯著提高患者學(xué)習(xí)能力，對(duì)注意缺失和沖動(dòng)有很好的治療作用。本研究利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)聲音、影像產(chǎn)生的多重刺激，利用視、聽覺(jué)主動(dòng)參與以及各種方式的引導(dǎo)刺激，使神經(jīng)元獲得感覺(jué)、運(yùn)動(dòng)等各種信息，并使大腦進(jìn)行整合實(shí)現(xiàn)功能重組。根據(jù)患者功能障礙的種類和程度，提供具有針對(duì)性及循序漸進(jìn)的方案，增加了患者的訓(xùn)練興趣。同時(shí)在訓(xùn)練過(guò)程中將步行相關(guān)負(fù)重信息及關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)信息傳入皮質(zhì)運(yùn)動(dòng)區(qū)，加速神經(jīng)系統(tǒng)的重塑[18]。本研究還發(fā)現(xiàn)N100、N200和P200在治療前后發(fā)生了顯著變化，N100與選擇性注意、工作記憶有關(guān)，N200反映大腦對(duì)選擇注意事件的辨別加工過(guò)程，P200代表對(duì)信息的選擇過(guò)程中在意識(shí)加工前阻止無(wú)用信息進(jìn)入意識(shí)的能力。這些指標(biāo)的改善提示患者的認(rèn)知能力得到改善。患者在訓(xùn)練的同時(shí)能了解自身訓(xùn)練的效果和不足，并在治療過(guò)程中主動(dòng)思考并積極尋求改進(jìn)措施，進(jìn)一步使患者思維反應(yīng)能力得到提高。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)則將多媒體圖像的顯示屏和揚(yáng)聲器進(jìn)行整合，在三維環(huán)境中與多種刺激下的虛擬環(huán)境進(jìn)行交互，為患者提供一種可控刺激環(huán)境的康復(fù)治療，在治療過(guò)程中進(jìn)行測(cè)量和監(jiān)控[19]。

總之，本研究利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)聯(lián)合康復(fù)機(jī)器人訓(xùn)練對(duì)腦梗死偏癱患者進(jìn)行康復(fù)治療，不僅為患者提供了一種真實(shí)性的虛擬環(huán)境，并且將趣味性和任務(wù)性訓(xùn)練相結(jié)合，明顯提高了患者參與康復(fù)的積極性和主動(dòng)性。本研究由于時(shí)間、患者要求及患者配合度等原因受到限制，今后應(yīng)加大樣本量行進(jìn)一步研究。

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(本文編輯：趙躍翠)

Effects of Virtual Reality Technology Combined With Rehabilitation Robot Training on the Motor Function and Event-related Potentials in Hemiplegic Patients With Cerebral Infarction

ZHAOYa-ning,YANGFang,HAOZheng-wei,etal.

CollegeofNursingandRehabilitationMedicine,NorthChinaUnitedUniversityofScienceandTechnology，Tangshan063000，China

Objective To investigate the effects of virtual reality technology (VRT) combined with rehabilitation robot training on the motor function and event-related potentials(ERR) in hemiplegic patients with cerebral infarction (CI).Methods We enrolled 80 patients with CI who were admitted into the Department of Neurology, the Affiliated Hospital of North China United University of Science and Technology from December 2012 to December 2013.The patients were all hemiplegic in one lower limb.Using random number table method,the patients were divided into two groups:control group (n=40) and intervention group (n=40).The two groups were administrated with conventional rehabilitation training.Control group received lower limb rehabilitation training by robot,and intervention group received training combining virtual reality technology and rehabilitation robot training.Before treatment and 8 weeks after treatment,FMA and Berg balance scale were used to evaluate the efficacy of the two groups;myoelectricity/evoked potential equipment was employed to detect the incubation period of N100,N200,P200 and P300 and the amplitude of P300.Results Before treatment,the two groups were not significantly different (P>0.05) in the FMA score and Berg balance score,the incubation period of N100,N200,P200 and P300,and the amplitude of P300.After treatment,the two groups had higher FMA score,Berg balance score,lower incubation period of N100,N200,P200 and P300 and higer amplitude of P300(P<0.05) than those before treatment.After treatment,compared to control group，intervention group had higher FMA score,Berg score,lower incubation period of N200,P200 and P300，and higher amplitude of P300(P<0.05).Conclusion VRT combined with rehabilitation robot training can improve the motor function and cognitive function of hemiplegic CI patients.

Brain infarction;Hemiplegia；Rehabilitation;Robotics;Electromyography；Event-related potentials,P300

河北省科學(xué)技術(shù)研究與發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(09276103D-11)

063000河北省唐山市，華北理工大學(xué)護(hù)理康復(fù)學(xué)院(趙雅寧，楊芳，李建民)；唐山市人民醫(yī)院(郝正瑋，李佳寧)

趙雅寧，063000河北省唐山市，華北理工大學(xué)護(hù)理康復(fù)學(xué)院；E-mail:zyning789@126.com

R 682.22

A

10.3969/j.issn.1007-9572.2015.24.008

2015-01-20；

2015-04-10)