帕金森病患者上肢運動遲緩數(shù)字化測評

劉培培 于寧波 于洋 陳榮杰 丁柯蕾 程元元 韓建達 巫嘉陵

帕金森病（PD）是中老年人群頗為常見的神經(jīng)變性病，以運動障礙為主要臨床表現(xiàn)。統(tǒng)一帕金森病評價量表第三部分（UPDRS-Ⅲ）主要用于運動癥狀的評估，當UPDRS-Ⅲ提示存在問題時，疾病已經(jīng)進入中晚期，因此對于早期診斷而言，UPDRS-Ⅲ診斷敏感性較低。量表中用于帕金森病上肢運動遲緩的測評項目包括對指、握拳、翻轉(zhuǎn)3個動作，因?qū)χ竸幼鞑僮骱唵?，且對運動遲緩的診斷相對敏感，故許多臨床研究常以其作為測評動作。但是人工測評對指動作精確性和敏感性較差，臨床醫(yī)師僅能根據(jù)整體印象給出動作評分，而對動作的細微變化或是輕癥患者難以鑒別。隨著客觀數(shù)字化評估方法研究的發(fā)展，越來越多新興評估方法被開發(fā)，如利用傳感器［1-2］、陀螺儀［3］、加速度儀［4］、節(jié)拍器［5］、光電子運動分析［6］等進行運動遲緩的數(shù)字化測評，但是這些測評方法由于存在耗時長、操作繁雜等缺陷，難以在臨床推廣應用，而且大多數(shù)研究更側(cè)重于方法開發(fā)，較少與臨床聯(lián)系，實用性欠佳。相比之下，三維（3D）動作捕捉系統(tǒng)具有短時間內(nèi)可捕捉大量運動信息，測評結(jié)果客觀準確且操作簡單、患者配合度高等優(yōu)勢，目前已逐漸在臨床應用［7-10］。本研究利用3D動作捕捉系統(tǒng)對帕金森病患者的上肢運動遲緩進行數(shù)字化測評，探討其對帕金森病早期診斷的臨床價值。

對象與方法

一、研究對象

1．納入標準（1）帕金森病診斷符合2015年國際運動障礙學會（MDS）發(fā)布的《帕金森病臨床診斷標準》［11］。（2）年齡30～80歲。（3）主要癥狀為運動遲緩尤其是上肢運動遲緩。（4）意識清楚，能夠配合臨床檢查。（5）本研究經(jīng)天津市環(huán)湖醫(yī)院道德倫理委員會審批［審批號：（津環(huán)）倫審第（2019-56）號］，患者及其家屬對研究項目知情并簽署知情同意書。

2．排除標準（1）UPDRS-Ⅲ震顫評分＞1分（避免震顫對運動遲緩的評估造成干擾）。（2）既往有神經(jīng)外科手術(shù)史。（3）存在認知功能障礙［簡易智能狀態(tài)檢查量表（MMSE）評分＜27分］。（4）患有精神病。（5）存在上下運動神經(jīng)元體征或帕金森病以外的帕金森綜合征體征。

3．一般資料（1）帕金森病組：選擇2019年6-12月在我院神經(jīng)內(nèi)科就診的帕金森病患者19例，男6例，女13例；年齡45～76歲，平均為（61．32±8．97）歲；受教育程度為1～16年，平均為（8．50±2．98）年；病程0．58～16．00年，平均（6．35±3．79）年。（2）正常對照組（對照組）：選擇同期在我院進行體格檢查的健康志愿者10例，男性4例，女性6例；年齡49～74歲，平均（58．50±8．58）歲；受教育程度1～16年，平均（8．75±3．93）年。兩組受試者性別（Fisher確切概率法：P=0．236）、年齡（t=0．808，P=0．426）、受教育程度（t=0．192，P=0．849）比較，差異無統(tǒng)計學意義，具有可比性。

二、研究方法

圖1測試場地、設備和操作系統(tǒng)界面1a測試場地及相機1b反光標記點1c操作系統(tǒng)界面Figure 1 Test site,equipment and operating system interface The test site and camera(Panel 1a)．The reflective markers(Panel 1b)．The operating system interface(Panel 1c)．

1．人工測評由兩位經(jīng)過專業(yè)培訓的神經(jīng)內(nèi)科醫(yī)師采用UPDRS-Ⅲ量表評估受試者運動功能，取平均值作為最終UPDRS-Ⅲ評分。UPDRS-Ⅲ量表共包括33項內(nèi)容，每項評分0～4分，評分越高，代表癥狀越嚴重。其中，運動遲緩分為上肢運動遲緩和下肢運動遲緩，上肢運動遲緩的評估內(nèi)容包括對指、輪替和翻轉(zhuǎn)共3項，下肢僅足擊地和腳趾拍地兩項，分別測評左、右兩側(cè)。上肢運動遲緩測評項目中只要有1項評分＞1分，即可以定義為上肢運動遲緩。19例帕金森病患者，分別測評藥物“開”期和“關(guān)”期，共得到38組數(shù)據(jù)。為進一步探索早期篩查方法，共選取10例對指評分為1分患者的數(shù)據(jù)進行單獨分析。

2．數(shù)字化測評過程所有受試者均于裝有3D動作捕捉系統(tǒng)的房間內(nèi)完成UPDRS-Ⅲ量表測評。光學3D動作捕捉系統(tǒng)購自Nokov公司，包括具有亞毫米捕獲精度的相機、特殊軟件處理器和小型反光標記點等。相機參數(shù)：模型Mars 2H，分辨率2048×1088，像素2．2 million，頻率340 Hz，延遲2．8 ms，視野56．3°×43．7°，鏡頭焦距8 mm。受試者拇指和食指粘貼反光標記物，以反射相機發(fā)出的紅外光，并通過3D動態(tài)捕捉系統(tǒng)捕捉標記物位置（圖1）。受試者完成對指動作后，移除其反光標記物。收集藥物“開”期和“關(guān)”期3D動作捕捉信息和UPDRS-Ⅲ評分，帕金森病組19例患者共獲得38組數(shù)據(jù)。藥物“開”期指患者服用多巴絲肼90 min后或患者感覺藥效最佳時，藥物“關(guān)”期則指未服藥、患者狀態(tài)最差時。以3D動作捕捉系統(tǒng)記錄10個對指周期，同時收集左右手對指數(shù)據(jù)，有偏側(cè)特征者選取癥狀嚴重一側(cè)，無偏側(cè)特征者均選取右側(cè)對指數(shù)據(jù)；對照組受試者均選取右手對指數(shù)據(jù)。本研究兩組受試者均為右利手。

3．數(shù)據(jù)提取帕金森病患者的動作幅度、速度和光滑度可隨疾病進展而發(fā)生改變，UPDRS-Ⅲ量表所評估的主要內(nèi)容亦是受試者的運動幅度、速度、停頓次數(shù)，因此利用3D動作捕捉系統(tǒng)重點提取動作幅度、速度和停頓次數(shù)相關(guān)數(shù)據(jù)，并結(jié)合以往文獻報道［1，12］，最終確定5個相關(guān)參數(shù)：（1）對指最大振幅（amp），指完成1次對指的最大幅度。（2）對指間隔時間（intval），指完成1次對指的時間。（3）加速度過零次數(shù)（zc），代表動作的光滑度。（4）正向最大速度（v1），指手指閉合時的最大速度。（5）負向最大速度（v2），指手指打開時的最大速度。分別計算藥物“開”期和“關(guān)”期10次數(shù)據(jù)的平均值，其中藥物“關(guān)”期參數(shù)分別表示為amp、intval、zc、v1、v2，藥物“開”期參數(shù)分別表示為amp（on）、intval（on）、zc（on）、v1（on）、v2（on）。

4．統(tǒng)計分析方法采用SPSS 25．0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)處理與分析。呈正態(tài)分布的計量資料以均數(shù)±標準差（±s）表示，采用兩獨立樣本的t檢驗；呈非正態(tài)分布的計量資料以中位數(shù)和四分位數(shù)間距［M（P25，P75）］表示，采用Mann-WhitneyU檢驗；計數(shù)資料以相對數(shù)構(gòu)成比（%）或率（%）表示，采用Fisher確切概率法。以是否患帕金森病為因變量，以intval和zc為自變量，建立Logistic回歸模型，計算intval和zc的聯(lián)合預測概率值。繪制受試者工作特征（ROC）曲線，計算intval、zc及其預測概率值的曲線下面積（AUC）、靈敏度、特異度和Youden指數(shù)（YI），評價其對帕金森病上肢運動遲緩的診斷價值。以P≤0．05為差異具有統(tǒng)計學意義。

結(jié) 果

對照組受試者UPDRS-Ⅲ評分、運動遲緩評分、上肢運動遲緩評分和對指評分均為零；帕金森組UPDRS-Ⅲ評分為10～65分，平均（33．79±13．14）分；運動遲緩評分5～27分，平均（13．61±5．26）分；上肢運動遲緩評分2～12分，平均（6．61±2．65）分；對指評分0～4分，平均（1．68±0．78）分；帕金森病組19例患者均呈現(xiàn)上肢運動遲緩，對指評分1分者10例。5項參數(shù)中，帕金森組intval（P=0．001）和zc（P=0．004）明顯高于對照組且差異具有統(tǒng)計學意義，amp、v1和v2與對照組差異無統(tǒng)計學意義（均P＞0．05，表1）。

表1帕金森病組與對照組受試者數(shù)字測評結(jié)果的比較Table 1.Comparison of outcomes measured between PD and control groups

表2 intval和zc對帕金森病患者上肢運動遲緩的診斷價值Table 2.The diagnostic value of intval and zc for upper limb bradykinesia in patients with PD

表3對指評分1分時intval和zc對帕金森病患者的診斷價值Table 3.The diagnostic value of intval and zc in patients with PD with finger tapping score of 1

表4 intval和zc對帕金森病患者上肢運動遲緩的聯(lián)合診斷價值Table 4.Combined diagnostic value of intval and zc for upper limb bradykinesia in patients with PD

帕金森病患者上肢運動遲緩的ROC曲線顯示，intval和zc的 曲 線 下 面 積 分 別 為0．858（95%CI：0．743～0．973，P=0．000）和0．799（95%CI：0．642～0．955，P=0．008）；intval診斷靈敏度為0．737、特異度0．900，zc為0．921和0．600（表2，圖2a）。在藥物“開”期，對指評分1分的ROC曲線顯示，intval和zc單獨預測概率值曲線下面積分別為0．840（95%CI：0．666～1．000，P=0．010）和0．750（95%CI：0．532～0．968，P=0．059）；intval診 斷 靈 敏 度 為0．700、特異度0．900，zc分別為0．900和0．600（表3，圖2b）。

對intval和zc的分析顯示，intval特異性較高、zc敏感性較高，將二者聯(lián)合以觀察預測效果。以有無帕金森病為因變量，以intval和zc為自變量，建立Logistic回歸模型，計算intval和zc的聯(lián)合預測概率值，并繪制聯(lián)合預測概率值對帕金森病患者上肢運動遲緩的ROC曲線，結(jié)果顯示，曲線下面積為0．858（95%CI：0．752～0．964，P=0．001），診斷靈敏度為0．711、特異度0．100（表4，圖2c）；在藥物“開”期，對指評分1分時聯(lián)合預測概率值的ROC曲線顯示，曲線下面積為0．850（95%CI：0．671～1．000，P=0．001），診斷靈敏度為0．700、特異度0．100（圖2d）。

討 論

圖2繪制intval和zc對帕金森病患者上肢運動遲緩的ROC曲線2a intval和zc的曲線下面積分別為0．858（95%CI：0．743～0．973，P=0．000）和0．799（95%CI：0．642～0．955，P=0．008）2b對指評分1分時intval和zc對帕金森病患者的ROC曲線顯示，曲線下面積分別為0．840（95%CI：0．666～1．000，P=0．010）和0．750（95%CI：0．532～0．968，P=0．059）2c intval和zc對帕金森病患者上肢運動遲緩的聯(lián)合ROC曲線，曲線下面積為0．858（95%CI：0．752～0．964，P=0．001）2d對指評分1分時intval和zc的聯(lián)合ROC曲線，曲線下面積為0．850（95%CI：0．671～1．000，P=0．001）Figure 2 To draw ROC curves of intval and zc for upper limb bradykinesia in patients with PD The AUC of intval and zc were 0．858(95%CI:0．743-0．973,P=0．000)and 0．799(95%CI:0．642-0．955,P=0．008;Panel 2a)．The ROC curves of intval and zc in PD patients with finger tapping score of 1 point were shown,the AUC of intval and zc were 0．840(95%CI:0．666-1．000,P=0．010)and 0．750(95%CI:0．532-0．968,P=0．059;Panel 2b)．The ROC curve of intval and zc combined for upper limb bradykinesia in PD was as follows:AUC was 0．858(95%CI:0．752-0．964,P=0．001;Panel 2c)．The ROC curve of the combination of intval and zc when the finger tapping score was 1 showed that:AUC was 0．850(95%CI:0．671-1．000,P=0．001;Panel 2d)．

帕金森病運動遲緩包括運動速度減慢、運動幅度下降和運動節(jié)律異常。UPDRS-Ⅲ量表是對動作幅度、速度和節(jié)律改變程度進行綜合評估，但不能對運動某一方面的改變進行精確測評。近年來隨著數(shù)字化評估方法的發(fā)展，使從不同角度評估運動特征成為可能，且測評參數(shù)更加細化和精確，有研究顯示，便攜式可穿戴評估系統(tǒng)較傳統(tǒng)人工測評更加可靠和敏感［13］。本研究利用3D動作捕捉系統(tǒng)對帕金森病患者的上肢運動遲緩特征進行觀察，根據(jù)動作幅度、速度和變異度共提取5項參數(shù)（amp、intval、zc、v1和v2），結(jié)果顯示，帕金森組患者intval和zc明顯高于對照組，amp、v1和v2與對照組無明顯差異。5項參數(shù)中以intval和zc最先改變且改變幅度最為明顯，此與帕金森病的發(fā)病機制相關(guān)。帕金森病的病理機制是黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元變性、紋狀體多巴胺減少和神經(jīng)元內(nèi)異常蛋白聚集形成，其主要病變部位即為黑質(zhì)紋狀體系統(tǒng)，負責運動整合［14-15］。一旦運動整合出現(xiàn)問題，動作輸出即會發(fā)生變化，首先出現(xiàn)的變化就是動作節(jié)奏異常，包括動作卡頓，無法完成流暢動作，即發(fā)生動作變異。關(guān)于動作變異在文獻中有不同描述，例如，重復動作的時間間隔改變［5］、動作的光滑度改變［1］、動作的序列效應發(fā)生改變［16］即重復動作中幅度和速度的變化，總之強調(diào)的是變化。有研究證實，序列效應可能是帕金森病早期的典型特征之一，與大腦M1區(qū)的可塑性降低有關(guān)［16］。此外，運動前區(qū)、基底神經(jīng)節(jié)或小腦活動的網(wǎng)絡連接變化可能也與帕金森病的序列效應有關(guān)。Roalf和Rupert［17］發(fā)現(xiàn)，與正常對照者相比，帕金森病患者在對指動作中間歇時間更短、變異更大，與本研究的觀察結(jié)果相似。Bologna等［18］利用加速度儀對帕金森病患者的上肢運動遲緩特征進行評估，其結(jié)果顯示，帕金森病組患者對指測試的幅度和速度均明顯低于正常對照組。其結(jié)果與本研究略有不同，推測可能與兩項研究所采用的測評工具不同，以及研究對象存在差異有關(guān)，本研究所選擇的帕金森病患者癥狀相對較輕微，其對指動作的幅度和速度與正常對照者之間的差異并不十分明顯。

另外，本研究采用ROC曲線評價intval和zc兩項參數(shù)對帕金森病患者上肢運動遲緩的診斷價值，結(jié)果顯示，intval診斷帕金森病患者上肢運動遲緩的特異度較高（0．900）、靈敏度較低（0．737）；zc的靈敏度較高（0．921）而特異度較低（0．600）。當對指評分1分時intval和zc對帕金森病患者的診斷效能相近，intval的 診 斷 特 異 度 較 高（0．900）、靈 敏 度 較 低（0．700），zc靈 敏 度 較 高（0．900）而 特 異 度 較 低（0．600）。若兩項參數(shù)聯(lián)合診斷帕金森病患者上肢運動遲緩的特異度則可達到1．000，但敏感性降低，提示intval對診斷的影響程度大于zc。

綜上所述，利用3D動作捕捉系統(tǒng)提取的目標運動參數(shù)intval和zc有較高的診斷敏感性和特異性，有望作為帕金森病早期篩查的特征性指標。另外，本研究結(jié)果提示，臨床醫(yī)師在采用UPDRS-Ⅲ量表評估帕金森病患者運動功能時，應重點關(guān)注動作的變異性或平滑度，其次是動作幅度和速度。由于本研究樣本量較小，且研究對象均為帕金森病患者，未納入疾病早期病例，所得結(jié)果可能存在偏倚，結(jié)論亦有一定局限性。本研究僅對運動遲緩癥狀進行評價，而數(shù)字化測評系統(tǒng)對震顫、肌強直、步態(tài)異常等特征的診斷價值，以及對帕金森病與帕金森疊加綜合征的鑒別診斷價值更值得進一步探索研究。

利益沖突無