功能性核磁共振成像在計算機輔助的上肢功能訓(xùn)練治療腦梗死上肢偏癱中的應(yīng)用研究

陳金，敖麗娟，楊菲菲，李詠梅

腦卒中存活者75%的患有上肢功能障礙[1]。研究發(fā)現(xiàn)計算機輔助訓(xùn)練為腦卒中偏癱患者患側(cè)上肢提供持續(xù)的、精確的、豐富的、無疲勞性的訓(xùn)練[2]，機器訓(xùn)練可以觀察腦卒中康復(fù)的過程[3]，潛在的提高了腦卒中后康復(fù)治療的質(zhì)量，主要表現(xiàn)在縮短患者的平均住院日、降低經(jīng)濟成本、提高患者的日常生活活動能力(activities of daily living, ADL)。Sung等[4]用虛擬環(huán)境訓(xùn)練對改善恢復(fù)期腦卒中患者大腦皮層重組起著重要的作用。然而，對于計算機輔助訓(xùn)練如何促進(jìn)偏癱患者運動功能恢復(fù)的機理仍不清楚，推測可能與大腦皮質(zhì)的功能重組有關(guān)。

1 資料與方法

1.1 一般資料 2008年6月～2009年6月在昆明醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科住院的腦梗死患者10例，入選標(biāo)準(zhǔn)：第1次發(fā)病，經(jīng)CT或MRI確診缺血性腦卒中患者；生命體征平穩(wěn)；病程2～6月；年齡≤70歲；患側(cè)手已出現(xiàn)屈曲共同運動，偏癱上肢、手Brunnstrom分級III～V期；無認(rèn)知障礙；右利手；左側(cè)偏癱。除外排除標(biāo)準(zhǔn)：嚴(yán)重的心肺功能障礙；有影響患側(cè)上肢活動的其他疾??；短暫性腦缺血發(fā)作、可逆性缺血性神經(jīng)功能缺損、蛛網(wǎng)膜下腔出血等。10例患者中男7例，女3例，年齡30～70歲，平均年齡(58.2±11.8)歲，病程(2.2±0.9)個月，其中5例累及右側(cè)基底節(jié)及放射冠區(qū)，3例累及右額葉和/或頂葉皮層，2例累及腦干右側(cè)。

1.2 方法 10例患者均進(jìn)行計算機輔助訓(xùn)練。①康復(fù)訓(xùn)練前準(zhǔn)備：被動活動患側(cè)關(guān)節(jié)，使肩部向前、向上方伸展；使患側(cè)上肢處于外展、外旋、伸肘、前臂旋后，伸腕或指、拇指外展位置，牽拉肌肉，可對抗上肢的屈曲痙攣模式，每次牽拉30s，至感到所牽拉的肌肉松弛。②康復(fù)訓(xùn)練方案：從英國產(chǎn)Biom-E4000型上肢及手功能的訓(xùn)練軟件中選擇6個游戲，分別為hit walls、Downhill、House & Home、Shape Shifter、Balls and Bucket、Driving，練習(xí)手眼協(xié)調(diào)能力、注意力、耐力、對物體之間有聯(lián)系技能及粗大運動的控制、空間立體感和粗大運動的控制、手眼協(xié)調(diào)能力、專注力、感知能力(顏色和空間)、決策能力、活動銜接能力、控制精細(xì)動作的能力、快速反應(yīng)能力。每周使用一種游戲，逐漸增加游戲的負(fù)重、難度、速度，每周訓(xùn)練5次，每次48min(先對健側(cè)訓(xùn)練3 min，休息2 min，再對患側(cè)訓(xùn)練3min)，治療周期為6周[5]，每次訓(xùn)練程序包括：肩關(guān)節(jié)的屈伸、肘關(guān)節(jié)的屈伸、前臂聯(lián)合關(guān)節(jié)的旋前與旋后、腕關(guān)節(jié)的屈伸、拇指和食指之間的側(cè)捏力。

1.3 評定標(biāo)準(zhǔn) ①功能磁共振掃描：治療前后采用Siemens 1.5T MR系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)正交頭線圈,先行常規(guī)SE序列T1WI、T2WI掃描，然后進(jìn)行平面回波脈沖序列的BOLD掃描。刺激模式為BLOCK式，患者健側(cè)、患側(cè)上肢分別進(jìn)行主動屈伸腕(患者仰臥位，健側(cè)和患側(cè)上肢伸直，用繃帶固定其上肢，以便使前臂處于旋前位，并減少肘關(guān)節(jié)的代償，手指屈曲)30s，放松30s，再主動屈伸腕30s，再放松30s，重復(fù)5次(患者患側(cè)腕關(guān)節(jié)盡量做出主動屈伸腕關(guān)節(jié)的動作)，同時采用EPI序列，行BOLD-fMRI掃描。采用SPM2軟件包對BOLD fMRI圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和統(tǒng)計分析。所有圖像都進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,t檢驗時閾值設(shè)定為0.001(P值)，設(shè)定激活體素大于10的激活區(qū)為感興趣區(qū)并將激活的功能區(qū)融合到解剖圖像。②上肢功能評定：治療前及治后6周分別予以上肢運動功能評定，采用偏癱上肢功能測試-香港版(Hemiplegic upper limb function test - Hong Kong ，F(xiàn)THUE-HK)，F(xiàn)ulg-Meyer上肢評定(Fulg - Meyer upper extremity assessment，F(xiàn)MA)及改良Barthel指數(shù)量表(Modify Barthel index, MBI)，分?jǐn)?shù)越高，上肢運動功能越好 。

2 結(jié)果

治療6周后，10例患側(cè)的上肢功能評定FTHUE-HK、FMA及MBI評分均較治療前后患側(cè)上肢功能評定變化明顯提高(P<0.05)。見表1。

治療前，患側(cè)腕關(guān)節(jié)運動時，激活區(qū)分布廣泛，而對側(cè)初級運動皮質(zhì)區(qū)(sensori motor cortex，SMC)激活減少，以同側(cè)SMC激活為主，還見輔助運動區(qū)激活增多；健側(cè)腕關(guān)節(jié)屈伸運動時，激活區(qū)主要在對側(cè)的SMC及同側(cè)的小腦。治療后，患側(cè)腕關(guān)節(jié)運動時，可見雙側(cè)SMC及輔助運動區(qū)激活，以對側(cè)SMC激活為主，還見對側(cè)頂上小葉、邊緣系統(tǒng)激活增多；健側(cè)腕關(guān)節(jié)運動時，主要仍在對側(cè)SMC區(qū)和同側(cè)小腦，激活強度和面積較前增大，另見部分邊緣系統(tǒng)有激活。見圖1～5。

表1 10例患者患側(cè)上肢功能評定治療前后比較 分，

與治療前比較，aP<0.05

3 討論

運動皮質(zhì)功能的改變除與損傷相關(guān)的功能重組有關(guān)外,也依賴"動作經(jīng)驗"積累,即長期的活動可以改造神經(jīng)突觸,并將這些信息儲存于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中,因此,動作經(jīng)驗可明顯影響腦卒中后的恢復(fù)程度[6]。研究發(fā)現(xiàn)機器輔助活動訓(xùn)練與傳統(tǒng)的訓(xùn)練方法相比有很大的益處[7]，如連續(xù)性、精確性、不疲勞性、程序性、可用來評估等。在本研究中，經(jīng)過6周的計算機輔助訓(xùn)練，發(fā)現(xiàn)治療前后相比，經(jīng)過6周的計算機輔助訓(xùn)練,患者的患側(cè)上肢功能得到不同程度的改善。

圖1 治療前主動屈伸左側(cè)(患側(cè))腕關(guān)節(jié)fMRI結(jié)果

圖2 治療前主動屈伸右側(cè)(健側(cè))腕關(guān)節(jié)fMRI結(jié)果

圖3 治療后主動屈伸左側(cè)(患側(cè))腕關(guān)節(jié)fMRI結(jié)果

圖4 治療后主動屈伸右側(cè)(健側(cè))腕關(guān)節(jié)fMRI結(jié)果

研究發(fā)現(xiàn)在腦卒中后運動功能恢復(fù)的起始階段，雙側(cè)的大腦半球被激活，介入康復(fù)訓(xùn)練后，隨著運動功能的改善，皮層激活主要在對側(cè)大腦半球[8-9]，而且一些研究學(xué)者發(fā)現(xiàn)同側(cè)被激活在一些運動功能恢復(fù)差的腦卒中患者身上出現(xiàn)[8,10]。本研究中治療前后活動患側(cè)腕關(guān)節(jié)激活情況對比,在E-link訓(xùn)練前，雙側(cè)的SMC被激活，主要以同側(cè)的SMC激活為主，說明治療前患者已發(fā)生自身性腦功能重組與代償。同側(cè)SMC激活的表現(xiàn)與多個研究的結(jié)果相似[11-13]，并且他們認(rèn)為健側(cè)半球運動通路的激活對缺血性腦卒中的恢復(fù)起著中介作用。訓(xùn)練后，均以對側(cè)SMC激活為主，其中6例患者的同側(cè)SMC激活強度及激活體積減弱，另外4例患者的同側(cè)SMC沒有被激活，側(cè)方指數(shù)平均值已由訓(xùn)練前的0.16恢復(fù)到訓(xùn)練后的0.46。提示運動功能區(qū)向?qū)?cè)恢復(fù)和遷移。Feydy等[14]認(rèn)為皮質(zhì)重組或是由早期的同側(cè)激活區(qū)發(fā)展到晚期對側(cè)SMC激活，這與本研究結(jié)果相一致。SMC區(qū)最有潛力促進(jìn)功能恢復(fù)的區(qū)域。對偏癱患者康復(fù)的一系列的神經(jīng)影像學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)：康復(fù)恢復(fù)的好壞與患側(cè)手運動時，側(cè)方指數(shù)是否為正值相關(guān)，越接近1，恢復(fù)的越好[15]。另外，用經(jīng)顱磁刺激研究上肢的運動功能恢復(fù)的越差，同側(cè)的M1區(qū)的活性就越強。說明患肢重復(fù)大量的練習(xí)使得對側(cè)SMC的神經(jīng)元活動增強。同時發(fā)現(xiàn)訓(xùn)練后，雙側(cè)小腦仍激活，以同側(cè)小腦激活為主，這一點與Small等[16]研究基本一致，提示小腦在腦梗死后功能恢復(fù)中也起著中介作用。治療前后活動患側(cè)腕關(guān)節(jié)激活情況對比，可見左額葉額內(nèi)側(cè)回、右頂上小葉、左頂下小葉、右顳中回、左右扣帶回及左丘腦基底節(jié)的激活強度及激活體積均比訓(xùn)練前增加?；贾?jīng)計算機輔助訓(xùn)練本來簡單卻不能完成的運動任務(wù)后，形成這些運動功能區(qū)的激活代償。在訓(xùn)練中，我們把參與者的注意力放在目標(biāo)任務(wù)上，而不是運動本身的分解動作上，即目標(biāo)導(dǎo)向性訓(xùn)練，并且每做完一個游戲，屏幕上都會顯示出得分，及其在這個運動中，所訓(xùn)練關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)活動的范圍，如果參與者此次游戲的得分超過80分(80分是優(yōu)秀)時，我們將通過增加阻力、速度及軟件設(shè)計的游戲的難度來調(diào)整整個活動的難度，筆者認(rèn)為康復(fù)訓(xùn)練中最強大的力量就是激發(fā)動機，患者對學(xué)過的技能深入了解，將會更好地調(diào)整這些技能以滿足不同環(huán)境及要求的需求，激發(fā)患者有意識、有目的的欲望。反復(fù)強化及獎賞機制誘導(dǎo)學(xué)習(xí)者不斷的學(xué)習(xí)，期望值及行為的改變，工作能力的維持。目標(biāo)導(dǎo)向和任務(wù)導(dǎo)向的大量重復(fù)訓(xùn)練，為腦功能重塑帶來不斷的運動刺激，以最終得到腦損傷的恢復(fù)。

計算機輔助訓(xùn)練包括對健側(cè)手的訓(xùn)練，治療6周后對患者健側(cè)手再次行BOLD-fMRI發(fā)現(xiàn)對側(cè)SMC區(qū)及同側(cè)小腦激活范圍和強度增多，另見邊緣系統(tǒng)的島葉，扣帶回及枕葉也有激活，考慮原因可能為康復(fù)訓(xùn)練的反復(fù)刺激形成動作經(jīng)驗的積累，類似于工作記憶，致邊緣系統(tǒng)有激活。同時康復(fù)治療加強了肢體的運動，致其感覺運動皮層激活增加。說明對健側(cè)手運動的訓(xùn)練也能誘導(dǎo)出相關(guān)運動皮質(zhì)神經(jīng)元活動顯著增強，增加其激活部位、范圍和強度，其中中央后回的激活增加反應(yīng)了經(jīng)過訓(xùn)練后的患者軀體感覺反應(yīng)增強。

在計算機輔助訓(xùn)練中，重復(fù)的、密集的練習(xí)和多樣化的運動形式對大腦皮質(zhì)功能重組產(chǎn)生重要影響，誘導(dǎo)出相關(guān)運動皮質(zhì)神經(jīng)元活動顯著增強，從而改善了運動功能。通過設(shè)計那些目的性強的動作和作業(yè)，使上肢的運動功能恢復(fù)到接近于靈活性，協(xié)調(diào)性的隨意運動目的。通過游戲，結(jié)合上肢運動控制訓(xùn)練等生物反饋激發(fā)了患者參與訓(xùn)練的興趣，患者由被動參與的角色變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)者，治療師只是老師或陪練，打破以前一對一的訓(xùn)練模式，提高工作效率。

由于隨著病灶的自然演變，腦卒中患者腦功能的自身重組代償可使運動功能獲得一定程度的改善，在本研究中難以明確區(qū)分康復(fù)訓(xùn)練與同期自身重組代償?shù)牟町?，可與未經(jīng)康復(fù)治療的、損傷部位及范圍相似的、同期的患者再進(jìn)行比較；大腦功能區(qū)的重組是一個動態(tài)過程，同時會受到多種因素的影響，訓(xùn)練之后的6周的腦功能核磁的情況及上肢的功能的變化又將是如何改變呢？本文缺少與腦卒中傳統(tǒng)康復(fù)訓(xùn)練方法(如Bobath技術(shù)、PNF技術(shù)、Brunnstrom技術(shù)等)的對照，這些將是今后擴大樣本量進(jìn)一步研究的內(nèi)容。

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