鏡像集成療法的上肢康復(fù)訓(xùn)練技術(shù)研究進(jìn)展①

梁爽，鄒任玲，姜亞斌，徐秀林，胡秀枋

鏡像集成療法的上肢康復(fù)訓(xùn)練技術(shù)研究進(jìn)展①

梁爽，鄒任玲，姜亞斌，徐秀林，胡秀枋

傳統(tǒng)鏡像治療作為一種有效的治療方法已廣泛應(yīng)用于臨床。鏡像集成療法技術(shù)使鏡像療法與其他技術(shù)相結(jié)合，形成虛擬現(xiàn)實(shí)游戲鏡像集成療法、功能電刺激鏡像集成療法、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)鏡像集成療法等，可增強(qiáng)任務(wù)導(dǎo)向性，提高治療效率。

鏡像療法；集成療法；上肢；虛擬現(xiàn)實(shí)；功能電刺激；增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)；綜述

[本文著錄格式] 梁爽，鄒任玲，姜亞斌，等.鏡像集成療法的上肢康復(fù)訓(xùn)練技術(shù)研究進(jìn)展[J].中國(guó)康復(fù)理論與實(shí)踐,2017,23 (1):59-62.

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鏡像療法(mirror visual feedback,MVF)于1995年由Ramachandran和Rogers-Ramachandran[1]首次提出并應(yīng)用在上肢康復(fù)中。該療法利用平面鏡成像原理，將健側(cè)活動(dòng)通過(guò)視覺(jué)反饋誘發(fā)患側(cè)的活動(dòng)，達(dá)到消除異常感覺(jué)或恢復(fù)運(yùn)動(dòng)功能的目的[2-3]。鏡像訓(xùn)練在改善患肢運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性、關(guān)節(jié)活動(dòng)度、靈巧性和肢體握力方面有效[4-7]，目前用于治療幻肢痛[8-10]、復(fù)雜性區(qū)域疼痛綜合征[11-12]、腦卒中[13-15]、周圍神經(jīng)損傷[16-17]、偏側(cè)腦性癱瘓[18]、偏側(cè)空間忽略[19]等病癥，療效顯著。

上肢功能對(duì)于自我照顧至關(guān)重要，上肢功能障礙嚴(yán)重影響患者的日常生活能力；由于上肢動(dòng)作精細(xì)，功能恢復(fù)難度也較大，康復(fù)效果受多種因素影響。

傳統(tǒng)的鏡像療法將鏡子放置在患肢和健肢中間，將患肢放在鏡子后面，健肢放在鏡子正面[20]。當(dāng)患者同時(shí)移動(dòng)雙側(cè)肢體時(shí)，會(huì)將鏡子中健肢的移動(dòng)當(dāng)成患肢的移動(dòng)。通過(guò)鏡像訓(xùn)練中鏡像對(duì)稱的雙側(cè)上肢運(yùn)動(dòng)模式，使未受損傷的半腦和損傷半腦進(jìn)行交互，從而誘導(dǎo)運(yùn)動(dòng)皮層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的重組，并促進(jìn)大腦皮層神經(jīng)的可塑性[21-22]。

鏡像療法依靠鏡子的反射，受到裝置的限制，訓(xùn)練的規(guī)范性、統(tǒng)一性較難量化，直接影響臨床效果的穩(wěn)定，并且在范式創(chuàng)新上難以突破[23]。近年來(lái)，有學(xué)者將鏡像療法與任務(wù)導(dǎo)向集成，治療效果較單純鏡像療法更顯著。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)游戲鏡像集成療法

2010年，Sato等[24]開(kāi)發(fā)一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)鏡像視覺(jué)反饋系統(tǒng)，并將其應(yīng)用于復(fù)雜區(qū)域性疼痛綜合征的治療，可同時(shí)進(jìn)行手腕和手指功能的訓(xùn)練。該系統(tǒng)包括一臺(tái)計(jì)算機(jī)、用于獲取手部動(dòng)作數(shù)據(jù)的CyberGlove數(shù)據(jù)手套、用于跟蹤手臂移動(dòng)方向和位置的FASTRAK運(yùn)動(dòng)跟蹤定位系統(tǒng)、一臺(tái)顯示器及一個(gè)虛擬訓(xùn)練游戲系統(tǒng)(virtual environment,VE)。使用時(shí)，用戶坐在桌子前面，雙手置于屏幕前，健側(cè)手穿戴CyberGlove手套，患側(cè)穿戴FASTRAK系統(tǒng)，根據(jù)顯示屏上的圖像，由患側(cè)手臂控制VE中虛擬手臂移動(dòng)，到達(dá)相應(yīng)位置后，由健側(cè)手控制抓取物品，再由患側(cè)手臂控制VE中的虛擬手臂移動(dòng)到另一個(gè)位置，由健側(cè)手控制放置物品。該系統(tǒng)的控制方式與傳統(tǒng)鏡像療法很不相同，但基礎(chǔ)原理相似。Kenji Sato等對(duì)5例患有復(fù)雜區(qū)域性疼痛綜合征的患者進(jìn)行臨床測(cè)試，視覺(jué)模擬評(píng)分(Visual Analog Scale,VAS)顯示，患者疼痛程度較訓(xùn)練前有明顯改善，其中4例疼痛減少50%，且手指靈活度也有明顯改善。

2016年，Beom等[25]設(shè)計(jì)一個(gè)可以實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)的兩軸機(jī)器人，用于腦卒中后偏癱康復(fù)。該機(jī)器人在傳統(tǒng)的鏡像療法中加入可實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械臂，一只帶有3個(gè)AHRS傳感器的機(jī)械臂裝置用于健側(cè)，另一只包括2個(gè)無(wú)刷直流電機(jī)和機(jī)器人外骨骼機(jī)械臂用于患側(cè)。當(dāng)健側(cè)移動(dòng)時(shí)，AHRS傳感器將信號(hào)轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)信號(hào)，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)的計(jì)算轉(zhuǎn)換成扭力，傳遞給機(jī)器人外骨骼；患側(cè)手臂的外骨骼對(duì)患側(cè)手臂的移動(dòng)進(jìn)行扭力補(bǔ)償，使患側(cè)手臂和健側(cè)手臂做到同時(shí)同步移動(dòng)，完成4個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)游戲(球進(jìn)洞、足球游戲、點(diǎn)跟隨和推動(dòng)杯子)。健側(cè)和患側(cè)的同步延遲約0.04～0.4 s。Beom等將該系統(tǒng)用于1例60歲的慢性右側(cè)基底神經(jīng)節(jié)出血患者進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果顯示，患者Fugl-Meyer運(yùn)動(dòng)功能評(píng)定量表(Fugl-Meyer Assessment,FMA)上肢部分增加，肘屈曲的改良Ashworth量表(modified Ashworth Scale,MAS)分級(jí)下降，左手測(cè)捏握力值明顯提高。這款可實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)的兩軸機(jī)器人對(duì)偏癱后的上肢功能康復(fù)有效，但無(wú)法鍛煉手腕和手指功能。

有證據(jù)表明，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以改善腦卒中患者的運(yùn)動(dòng)功能[26]，提高患者的參與度和訓(xùn)練積極性，使患者提高治療強(qiáng)度[27]。上述兩種設(shè)備都加入了游戲模塊，同時(shí)都使用傳感器對(duì)健側(cè)手臂的移動(dòng)位置進(jìn)行定位捕捉?；趥鞲衅鞯亩ㄎ桓櫦夹g(shù)目前已較為成熟，檢測(cè)到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性好，且準(zhǔn)確性強(qiáng)，符合鏡像治療的要求。第一種設(shè)備使用傳感器數(shù)據(jù)手套，這種設(shè)備可以準(zhǔn)確識(shí)別手勢(shì)、記錄位置，但價(jià)格較昂貴，且穿戴式會(huì)給患者造成不適；第二種設(shè)備使用磁傳感器，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)跟蹤，但容易受到金屬物質(zhì)或電磁場(chǎng)的干擾。

2 功能電刺激(functional electrical stimulation,FES)鏡像集成療法

2014年Kim等[28]設(shè)計(jì)一款將鏡像訓(xùn)練和生物反饋FES (BF-FES)相集成的儀器，用于腦卒中后上肢功能康復(fù)。儀器的硬件包括一面鏡子、一個(gè)表面肌電信號(hào)探測(cè)儀、一臺(tái)筆記本電腦、一臺(tái)輸出控制器和一臺(tái)功能性電刺激儀。使用時(shí)，患者患側(cè)置于鏡子后，將表面肌電信號(hào)探測(cè)儀連接到身體兩側(cè)收縮肌肉凸起部位3 cm處，以及身體兩側(cè)肘關(guān)節(jié)彎曲時(shí)肌肉凸起部位2 cm處，患者按規(guī)定動(dòng)作進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，探測(cè)到的表面肌電信號(hào)實(shí)時(shí)傳遞到電腦上的接收裝置中，當(dāng)檢測(cè)到的表面肌電信號(hào)值超過(guò)預(yù)先設(shè)定的閾值時(shí)，F(xiàn)ES會(huì)對(duì)患側(cè)電刺激5 s；當(dāng)檢測(cè)到的表面肌電信號(hào)未超過(guò)預(yù)先設(shè)定的閾值時(shí)，F(xiàn)ES不工作。所以當(dāng)患者進(jìn)行鏡像訓(xùn)練時(shí)，健側(cè)手執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作時(shí)觸發(fā)FES，對(duì)患側(cè)相應(yīng)部分肌肉進(jìn)行電刺激，從而達(dá)到康復(fù)的目的。Kim等對(duì)33例腦卒中患者用該儀器治療，與單純使用鏡像療法的患者相比，患者徒手肌力、抓取力量、活動(dòng)范圍和腦卒中患者生活質(zhì)量評(píng)估明顯提高，MAS無(wú)明顯變化。

2014年Lin等[29]設(shè)計(jì)一款與FES相集成的鏡像治療裝置。該裝置使用網(wǎng)格手套進(jìn)行FES，并在傳統(tǒng)的鏡盒裝置上進(jìn)行了一些改進(jìn)。使用前，先對(duì)患者的痙攣情況進(jìn)行評(píng)級(jí)。使用時(shí)，患者患側(cè)穿戴網(wǎng)格手套，進(jìn)行傳統(tǒng)鏡像訓(xùn)練治療，同時(shí)網(wǎng)格手套根據(jù)患者的痙攣情況給予不同強(qiáng)度、不同時(shí)間的FES。Lin等對(duì)該裝置進(jìn)行了臨床測(cè)試，結(jié)果表明，鏡像治療與FES相集成的治療方式與傳統(tǒng)鏡像治療相比，患者手部運(yùn)動(dòng)功能有所提高，患手的靈活程度、自主移動(dòng)和移動(dòng)速度都有所提高。

FES是一種上肢康復(fù)的有效手段。大量臨床研究證明[30-31]，電刺激能顯著改善腦卒中患者的肢體功能，提高患者的生活自理能力，明顯降低致殘率。上述第一種設(shè)備使用表面肌電信號(hào)進(jìn)行定位，將FES與鏡像療法相集成，鏡像地實(shí)現(xiàn)肌電生物反饋。有大量的研究表明[32-33]，肌電生物反饋技術(shù)有助于偏癱患者肢體功能的康復(fù)。因此這是一種很有效的上肢運(yùn)動(dòng)康復(fù)的方法。但表面肌電信號(hào)本身較微弱，容易受到干擾，依賴后期信號(hào)處理技術(shù)。為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的功能，還需要進(jìn)一步研究。

3 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)鏡像集成療法

2015年Hoermann等[34]提出一種鏡像訓(xùn)練和增強(qiáng)反饋技術(shù)相集成的腦卒中康復(fù)設(shè)備。該設(shè)備由電腦、顯示屏、顯示屏支架、Senz3D攝像頭、攝像頭支架和一塊足夠大的藍(lán)布組成。顯示屏支架將顯示屏放置在用戶面前，將用戶的視線擋?。粩z像頭安裝在屏幕后面、用戶手部的正上方；攝像頭通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)相機(jī)架固定在桌子上；藍(lán)色的布要能夠覆蓋攝像頭能拍攝到的全部區(qū)域。訓(xùn)練時(shí)，用戶將健側(cè)手臂放在桌子上，被屏幕遮擋，顯示屏中只有鏡像處理后患側(cè)方向的手可以看到，仿佛患側(cè)手正在運(yùn)動(dòng)。Hoermann等對(duì)5例患者進(jìn)行臨床測(cè)試，結(jié)果表明，其中3例患者的手功能、FMA上肢評(píng)分、MAS評(píng)分明顯提高，手指的痙攣情況也有改善，但手腕痙攣沒(méi)有改善，兩例患者感受到上肢功能恢復(fù)。

使用計(jì)算機(jī)視覺(jué)動(dòng)作捕獲的鏡像療法是一種新方法，屬于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的范疇。這項(xiàng)技術(shù)直接通過(guò)攝像機(jī)捕捉患者手部的位置和動(dòng)作，真實(shí)感很強(qiáng)，且無(wú)需其他穿戴設(shè)備，不會(huì)造成患者的異樣感；設(shè)備簡(jiǎn)單，便于移動(dòng)和攜帶，成本低廉，具有很廣闊的研究空間。但該項(xiàng)技術(shù)目前還無(wú)法適應(yīng)所有的個(gè)體，容易受到環(huán)境干擾；患者的手掌大小、膚色、手型變化都會(huì)使手勢(shì)識(shí)別困難。目前還屬于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段。

4 其他技術(shù)鏡像集成療法

2015年Lee等[35]設(shè)計(jì)一款數(shù)字鏡治療系統(tǒng)，用于腦卒中上肢偏癱康復(fù)。該系統(tǒng)硬件設(shè)備包括一臺(tái)計(jì)算機(jī)、一臺(tái)高清攝像頭以及一個(gè)治療桌。治療桌上分為鏡像區(qū)域和運(yùn)動(dòng)區(qū)域，鏡像區(qū)域上放置一塊高清液晶顯示屏。使用時(shí)，患者坐在治療桌前，將健側(cè)手臂置于桌子的運(yùn)動(dòng)區(qū)域，患側(cè)手臂置于高清顯示器下方，使患者看不到患側(cè)手臂?；颊呓?cè)手臂的運(yùn)動(dòng)圖像被高清攝像頭捕捉到，傳送給電腦，經(jīng)計(jì)算機(jī)鏡像處理后再傳送給高清顯示器顯示。Lee等選取18名健康成年志愿者對(duì)數(shù)字鏡治療系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明鏡像神經(jīng)元系統(tǒng)皮質(zhì)激活情況顯著增強(qiáng)。這款數(shù)字鏡像治療系統(tǒng)的訓(xùn)練方式與傳統(tǒng)的鏡像治療并無(wú)差異，只是將傳統(tǒng)鏡面換成顯示器，使患者獲得更好的視覺(jué)角度，但在治療效果上并未有明顯提高。

5 結(jié)論

鏡像集成療法是一種需要患者高度參與的一種有效的治療方法。上述的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)鏡像集成療法，效果依賴于鏡像治療，所以很大程度取決于患者主觀參與度。

虛擬現(xiàn)實(shí)游戲鏡像集成療法和FES鏡像集成療法采用其他技術(shù)與鏡像治療相輔相成，共同促進(jìn)提高治療效率；虛擬現(xiàn)實(shí)游戲集成鏡像集成療法系統(tǒng)中的虛擬游戲，可以鍛煉患者患側(cè)手臂的移動(dòng)，同時(shí)增加患者的積極性，提高患者的主觀參與度，與鏡像治療相輔相成，提高治療效率；FES集成的儀器在鏡像治療時(shí)，使患側(cè)手臂鏡像跟隨健側(cè)手臂移動(dòng)，使患者患側(cè)手臂的運(yùn)動(dòng)與患者在鏡子中看到的一致，視覺(jué)效果更真實(shí)，治療更有效。

鏡像療法在臨床上有巨大的應(yīng)用價(jià)值，但它也有一定的局限性。其技術(shù)原理決定了進(jìn)行鏡像治療的患者應(yīng)為單側(cè)癱瘓，另一側(cè)應(yīng)具備一定的運(yùn)動(dòng)能力，沒(méi)有明顯的骨科或風(fēng)濕性疾病的并發(fā)癥，且患者應(yīng)具備充分的認(rèn)知能力去理解和應(yīng)用運(yùn)動(dòng)指令。鏡像集成療法可以在一定程度上降低傳統(tǒng)鏡像療法的局限性。

目前鏡像治療集成的技術(shù)還屬于應(yīng)用初級(jí)階段，但有非常高的臨床價(jià)值。其中利用傳感器在鏡像治療中加入虛擬游戲的技術(shù)目前正在起步階段，而虛擬游戲多樣，可針對(duì)患者病情為患者定制個(gè)性化、治療全面化的方案，將促使鏡像集成進(jìn)一步發(fā)展。虛擬現(xiàn)實(shí)游戲鏡像集成療法是今后發(fā)展的新趨勢(shì)。

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Advance of Mirror Integrated Therapy for Upper Limbs Rehabilitation(review)

LIANG Shuang,ZOU Ren-ling,JIANG Ya-bin,XU Xiu-lin,HU Xiu-fang
University of Shanghai for Science and Technology School of Medical Instrument and Food Engineering,Shanghai 200093,China

ZOU Ren-ling.E-mail:zourenling@163.com

Mirror therapy has been widely used in practice as an effective rehabilitaiton method.Mirror integrated therapy combined mirror therapy with some other technologies,such as virtual reality,functional electrical stimulation,augmented reality,etc.,to enhance the task orientation,and improve the efficiency of treatment.

mirror therapy;integrated therapy;upper limb;virtual reality;functional electrical stimulation;augmented reality;review

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R496

A

1006-9771(2017)01-0059-04

2016-12-01

2016-12-29)

上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)科研計(jì)劃項(xiàng)目(No.14441905100)。

上海理工大學(xué)醫(yī)療器械與食品學(xué)院，上海市200093。作者簡(jiǎn)介：梁爽(1993-)，女，漢族，內(nèi)蒙古呼倫貝爾市人，碩士研究生，主要研究方向：康復(fù)醫(yī)療器械。通訊作者：鄒任玲(1971-)，女，副教授，碩士研究生導(dǎo)師。E-mail:zourenling@163.com。