腦機(jī)接口康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)治療缺血性腦卒中恢復(fù)期上肢功能障礙的臨床研究

向憲文 朱家瑩 孫遠(yuǎn)標(biāo) 孫鳳友 劉西建

【摘要】 目的：觀察腦機(jī)接口康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)和常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練對(duì)缺血性腦卒中恢復(fù)期上肢功能障礙的治療效果，探尋缺血性腦卒中恢復(fù)期上肢功能障礙的有效治療措施。方法：選取2018年1月-2019年6月來(lái)自泰安市中醫(yī)醫(yī)院腦病康復(fù)科門診和住院部的94例患者，將患者按隨機(jī)數(shù)字表法分為接口組和對(duì)照組，每組47例。接口組采用腦機(jī)接口康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)和常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練治療，對(duì)照組采用常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練治療。用簡(jiǎn)化的上肢評(píng)價(jià)量表（fugl-meyer assessment，F(xiàn)MA）、改良Barthel指數(shù)（modified Barthel index，MBI）、徒手肌檢查法（manual muscle testing，MMT）和經(jīng)顱多普勒（transcranial doppler，TCD）對(duì)治療前后的情況進(jìn)行評(píng)分和臨床療效評(píng)定。結(jié)果：接口組總有效率為93.6%，高于對(duì)照組的72.3%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）;治療后，兩組的FMA、MBI、MMT、TCD均優(yōu)于治療前，且接口組均優(yōu)于對(duì)照組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。結(jié)論：腦機(jī)接口康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)能有效治療缺血性腦卒中恢復(fù)期上肢功能障礙，顯著改善患者的上肢功能。

【關(guān)鍵詞】 腦機(jī)接口康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng) 缺血性腦卒中恢復(fù)期 上肢功能障礙

[Abstract] Objective： To observe the therapeutic effect of brain computer interface rehabilitation training system and routine rehabilitation training on upper limb dysfunction in the recovery period of ischemic stroke， and to explore the effective treatment measures of upper limb dysfunction in the recovery period of ischemic stroke. Method： A total of 94 patients from outpatient and inpatient departments of encephalopathy rehabilitation department of Taian Traditional Chinese Medicine Hospital from January 2018 to June 2019 were selected， they were divided into interface group and control group according to random number table method， 47 patients in each group. The interface group was treated with brain computer interface rehabilitation training system and routine rehabilitation training， while the control group was treated with routine rehabilitation training. The observation results before and after treatment were scored and the clinical effect was evaluated with the simplified upper extremity assessment （FMA）， modified Barthel index （MBI）， manual muscle testing （MMT） and transcranial Doppler （TCD）. Result： The total effective rate of the interface group was 93.6%， higher than 72.3% of the control group， the difference was statistically significant （P<0.05）. After treatment， FMA， MBI， MMT and TCD of the two groups were all better than those before treatment， and the interface group were all better than those of the control group， with statistically significant differences （P<0.05）. Conclusion： Brain computer interface rehabilitation training system can effectively treat the upper limb dysfunction in the recovery period of ischemic stroke， significantly improve the upper limb function of patients.

[Key words] Brain computer interface rehabilitation training system Recovery period of ischemic stroke Upper limb dysfunction

First-authors address： Taian Traditional Chinese Medicine Hospital， Taian 271000， China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2020.20.040

腦卒中以其高致殘率已經(jīng)躍居嚴(yán)重威脅人類生命健康的主要疾病，發(fā)病率越來(lái)越高，且呈年輕化趨勢(shì)[1]。有學(xué)者統(tǒng)計(jì)缺血性腦卒中（ischemic stroke）占所有腦卒中的20%～40%[2]。在缺血性腦卒中后的諸多功能障礙中，上肢功能障礙最多見，是造成患者生活不能自理的主要原因之一。如何使患者的上肢功能盡快恢復(fù)或者盡可能減少殘疾，是當(dāng)前醫(yī)學(xué)界的研究熱點(diǎn)。隨著人工智能在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越多，新方法層出不窮。1973年Jacquces Vidal首次提出腦機(jī)接口（brain-computer interface，BCI）的概念[3]，國(guó)內(nèi)外眾多專家學(xué)者紛紛投入到BCI的研究中，對(duì)臨床應(yīng)用型BCI技術(shù)報(bào)道越來(lái)越多。現(xiàn)在許多的康復(fù)機(jī)構(gòu)中主要用BCI來(lái)治療腦卒中患者的肢體功能障礙。本研究通過(guò)大量的臨床實(shí)踐，觀察腦機(jī)接口康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)和常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練對(duì)缺血性腦卒中恢復(fù)期上肢功能障礙的療效差異，探尋出治療缺血性腦卒中恢復(fù)期上肢功能障礙新的有效治療措施，為臨床治療此類疾病探索新的有益的方案，現(xiàn)將研究結(jié)果報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2018年1月-2019年6月來(lái)自泰安市中醫(yī)醫(yī)院腦病康復(fù)科門診和住院部的94例患者。診斷標(biāo)準(zhǔn)：參照《中國(guó)急性缺血性腦卒中診治指南2014》（中華醫(yī)學(xué)會(huì)神經(jīng)病學(xué)分會(huì)腦血管病學(xué)組制定）;有責(zé)任病灶的神經(jīng)功能缺損;有部分或全面的神經(jīng)功能缺失表現(xiàn);顱腦CT或MRI排除腦出血和其他病變，有責(zé)任缺血病灶。疾病分期：急性期，發(fā)病2周以內(nèi);恢復(fù)期，發(fā)病2周～6個(gè)月;后遺癥期：發(fā)病6個(gè)月以上。（1）納入標(biāo)準(zhǔn)：①符合上述診斷標(biāo)準(zhǔn)伴有上肢功能障礙且屬于責(zé)任病灶者;②患者初次發(fā)病且為缺血性腦卒中恢復(fù)期;③年齡18～70歲，經(jīng)簡(jiǎn)易精神狀態(tài)檢查表（minimum mental state examination，MMSE）評(píng)分≥27分無(wú)認(rèn)知功能障礙者;④臨床試驗(yàn)之前未接受過(guò)正規(guī)的運(yùn)動(dòng)想象治療;⑤經(jīng)顱多普勒檢查血管狹窄<30%或無(wú)明顯狹窄者。（2）排除標(biāo)準(zhǔn)：①未脫離危險(xiǎn)，生命體征尚不穩(wěn)定者;②有惡性腫瘤、嚴(yán)重心肝肺腎及內(nèi)分泌、造血、免疫系統(tǒng)等嚴(yán)重原發(fā)性疾病者;③近期有患側(cè)上肢骨折、嚴(yán)重關(guān)節(jié)炎、關(guān)節(jié)置換術(shù)等影響上肢功能者;④精神疾病或經(jīng)MMSE檢測(cè)評(píng)分≤26分有認(rèn)知功能障礙者;⑤患者或家屬不能簽署知情同意書，無(wú)法配合堅(jiān)持治療者。自愿加入本試驗(yàn)，本人或家屬簽訂知情同意書并能夠堅(jiān)持接受治療及檢查者。按隨機(jī)數(shù)字表法，將患者分為腦機(jī)接口康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)治療組（簡(jiǎn)稱接口組）和常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練對(duì)照組（簡(jiǎn)稱對(duì)照組），每組47例。該研究已經(jīng)醫(yī)院倫理學(xué)委員會(huì)審查批準(zhǔn)。

1.2 研究方法

1.2.1 接口組 所有入組患者均參照《中國(guó)急性缺血性腦卒中診治指南2014》給予一般對(duì)癥支持治療，穩(wěn)定血壓、降脂降糖、抗血小板等處理。在此基礎(chǔ)上予以：（1）腦機(jī)接口康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)（山東海天智能工程有限公司，LSR-AⅡ型）治療。本系統(tǒng)由主機(jī)、腦電控制器、電刺激線、軟件四部分組成?；颊咦?，開始治療時(shí)，患者先進(jìn)行“放松”和“想象”訓(xùn)練，軟件系統(tǒng)設(shè)定模擬日常生活或醫(yī)生提前設(shè)定好的康復(fù)訓(xùn)練動(dòng)作，虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景引導(dǎo)患者進(jìn)行重復(fù)的運(yùn)動(dòng)想象，通過(guò)非侵入式的腦電采集裝置采集患者腦電信號(hào)，轉(zhuǎn)化成患者的運(yùn)動(dòng)意念，驅(qū)動(dòng)電刺激儀刺激癱瘓上肢外側(cè)后（腕背橫紋上5 cm處），腕關(guān)節(jié)背屈，五指呈伸展?fàn)顟B(tài)，協(xié)助患者完成康復(fù)訓(xùn)練動(dòng)作，整個(gè)過(guò)程有專業(yè)康復(fù)治療師和一名患者家屬陪伴完成。以上治療1次/d，45 min/次，2周為一療程，療程間休息3 d，連續(xù)3個(gè)療程。（2）常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練：運(yùn)動(dòng)療法，包括上肢關(guān)節(jié)主被動(dòng)牽伸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，PNF訓(xùn)練，翻身、起立坐位平衡訓(xùn)練;作業(yè)療法，上肢的常規(guī)作業(yè)訓(xùn)練;日常生活能力訓(xùn)練，包括上肢抬舉轉(zhuǎn)移、內(nèi)收外展、手抓握、投送訓(xùn)練。常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練1次/d，45 min/次，2周為一療程，療程間休息3 d，連續(xù)3個(gè)療程。

1.2.2 對(duì)照組 一般對(duì)癥支持治療同接口組，給予常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練，訓(xùn)練的內(nèi)容、次數(shù)、時(shí)間、療程同接口組。

1.3 觀察指標(biāo)與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 治療前和治療3個(gè)療程后進(jìn)行如下測(cè)評(píng)，（1）運(yùn)動(dòng)功能：上肢運(yùn)動(dòng)功能用簡(jiǎn)化的Fugl-Meyer評(píng)定法（fugl-meyer assessment，F(xiàn)MA）中的上肢評(píng)價(jià)量表評(píng)價(jià)。量表中涉及的上肢部分共計(jì)有33項(xiàng)，單項(xiàng)得分0～2分，總分0～66分，分?jǐn)?shù)越高表示上肢運(yùn)動(dòng)功能越好。（2）改良Barthel指數(shù)（modified Barthel index，MBI），共有10個(gè)項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目根據(jù)患者的依賴程度分為5級(jí)，每個(gè)單項(xiàng)0～2分。共100分，得分越高，表示患者的日常生活活動(dòng)能力越好。（3）肌力：采取徒手肌檢查法（manual muscle testing，MMT）測(cè)評(píng)兩組患者的上肢肌力情況。本方法分成0～5級(jí)6個(gè)層次，0級(jí)完全癱瘓，5級(jí)正常。0級(jí)得分為0分，5級(jí)得分為5分，其余每個(gè)層級(jí)得分范圍為0～5分，總分0～25分，得分高者說(shuō)明肌力好。（4）經(jīng)顱多普勒檢查（transcranial doppler，TCD）檢查：分別對(duì)患者大腦前、大腦中、大腦后、頸內(nèi)動(dòng)脈終末段進(jìn)行檢查（雙側(cè)顳窗），經(jīng)枕窗檢查基底動(dòng)脈及椎動(dòng)脈。觀察血流速度，記錄收縮期血流速度峰值（Vs）、舒張末期血流速度（Vd）、阻力指數(shù)（RI）、搏動(dòng)指數(shù)（PI）。Vs、Vd數(shù)值增高說(shuō)明腦部供血增加，RI、PI數(shù)值下降說(shuō)明血管阻力減小。（5）臨床療效標(biāo)準(zhǔn)：參考全國(guó)第四屆腦血管病學(xué)術(shù)會(huì)議制定的腦卒中患者神經(jīng)功能缺損評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行療效判定。基本痊愈：功能缺損評(píng)分減少91%～100%，病殘程度0級(jí);顯著進(jìn)步：功能缺損評(píng)分減少46%～90%，病殘程度1、2級(jí);進(jìn)步：功能缺損評(píng)分減少18%～45%，病殘程度3、4級(jí);無(wú)變化：功能缺損評(píng)分減少17%，病癥無(wú)改善，病殘程度5級(jí)。惡化（包括死亡）：功能缺損評(píng)分較治療前增多，病殘程度6級(jí)。經(jīng)治療有進(jìn)步者均認(rèn)定為有效，無(wú)變化及惡化者認(rèn)定為無(wú)效[4]?？傆行?基本痊愈+顯著進(jìn)步+進(jìn)步。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件處理所得數(shù)據(jù)，計(jì)數(shù)資料以率（%）表示，比較采用字2檢驗(yàn);計(jì)量資料以（x±s）表示，組間比較采用t檢驗(yàn)，組內(nèi)比較采用配對(duì)t檢驗(yàn)。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組一般資料比較 接口組男22例，女25例;年齡36～70歲，平均（58.6±2.7）歲;病程15～37 d，平均（18.2±1.7）d。對(duì)照組中男26例，女21例;年齡38～69歲，平均（60.2±1.9）歲;病程16～41 d，平均（19.2±2.1）d。兩組患者一般資料比較，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），具有可比性。

2.2 兩組患者治療前后患側(cè)FMA評(píng)分比較 治療前，兩組FMA評(píng)分比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）;治療后，兩組FMA評(píng)分均較治療前提高，且接口組治療后FMA評(píng)分顯著高于對(duì)照組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。見表1。

2.3 兩組患者治療前后MBI評(píng)分比較 治療前，兩組MBI評(píng)分比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）;治療后，兩組MBI評(píng)分均較治療前升高，且接口組治療后MBI評(píng)分明顯高于對(duì)照組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。見表2。

2.4 兩組患者治療前后患側(cè)MMT評(píng)分比較 治療前，兩組MMT評(píng)分比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）;治療后，兩組MMT評(píng)分均較治療前提高且，接口組MMT評(píng)分高于對(duì)照組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。見表3。

2.5 兩組患者治療前后經(jīng)顱多普勒檢查Vs、Vd、RI、PI比較 治療前，兩組Vs、Vd、RI、PI比較，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）;兩組患者治療后的Vs、Vd數(shù)值均較治療前增高，且接口組均高于對(duì)照組;兩組患者治療后的RI、PI數(shù)值均低于治療前，且接口組均低于對(duì)照組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。見表4。

2.6 兩組患者臨床療效比較 接口組總有效率為93.6%（44/47），高于對(duì)照組的72.3%（34/47），差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），見表5。

3 討論

缺血性腦卒中后的上肢功能障礙治療難度較大，直接影響患者的整體康復(fù)過(guò)程，如果患者能恢復(fù)部分或全部的上肢功能，生活品質(zhì)就會(huì)明顯提升，對(duì)患者有重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前國(guó)內(nèi)醫(yī)療界治療本病急性期多溶栓、抗凝、抗血小板和腦神經(jīng)保護(hù)劑等措施[5-6]。在恢復(fù)期多配合康復(fù)治療，主要采取運(yùn)動(dòng)療法、作業(yè)療法、理療等康復(fù)措施，也有學(xué)者研究中醫(yī)綜合治療方案對(duì)缺血性腦卒中有一定優(yōu)勢(shì)，配合針刺、推拿、中藥等方法[7]。

隨著人工智能技術(shù)的不斷成熟，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。人類大腦是經(jīng)過(guò)幾百萬(wàn)年的自然選擇和不斷進(jìn)化形成的，結(jié)構(gòu)功能極其復(fù)雜。人類的大腦具有可塑性[8]，在近幾十年神經(jīng)康復(fù)醫(yī)學(xué)實(shí)踐中已經(jīng)得到證實(shí)，許多腦損傷患者通過(guò)康復(fù)治療和運(yùn)動(dòng)再學(xué)習(xí)可以使喪失的功能重新恢復(fù)。大腦基本的功能是通過(guò)神經(jīng)反射來(lái)完成的，反射弧的完整性確保了大腦作為人體中樞和指揮系統(tǒng)的地位。信息的反饋和功能的再學(xué)習(xí)可以讓神經(jīng)反射更加靈敏繼而使腦功能強(qiáng)大。腦機(jī)接口（BCI）根據(jù)這一原理利用人工智能設(shè)備操控腦電信息的外周成分，代替人類部分神經(jīng)功能，使中樞神經(jīng)系統(tǒng)與外周神經(jīng)系統(tǒng)之間形成“閉環(huán)通路”并保證其完整性[9]。這種人工重建的“閉環(huán)通路”來(lái)替代損傷的大腦完成其中樞指揮的功能。腦機(jī)接口是借助人工智能設(shè)備使人類大腦與外界進(jìn)行信息交流溝通的一種特殊方式，它不同于通過(guò)人類神經(jīng)、血管、肌肉等傳統(tǒng)的信息交換渠道，而是通過(guò)采集分析人類發(fā)出腦電信號(hào)，將人的運(yùn)動(dòng)等意志轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)，使人類直接通過(guò)腦電信號(hào)與外界進(jìn)行實(shí)時(shí)互動(dòng)的一種人工智能設(shè)備。腦機(jī)接口康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)正是基于以上原理對(duì)腦損傷后留有功能障礙的患者進(jìn)行康復(fù)的一種先進(jìn)的治療方法。腦機(jī)接口康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)主要有四個(gè)步驟[10]，分別為采集信號(hào)、信息解碼處理、再編碼、反饋，通過(guò)這四個(gè)部分將人與外界相連接，繞過(guò)腦部損傷的區(qū)域，進(jìn)行信息交互溝通。通過(guò)腦電信號(hào)和外周設(shè)備之間的不斷互通和反饋，使受損傷的腦部區(qū)域可以經(jīng)過(guò)不斷的人工智能信號(hào)的傳輸刺激來(lái)重新或部分恢復(fù)大腦的功能。特別是在腦部損傷不太嚴(yán)重的患者中作用更加明顯，在患者大腦功能重塑、恢復(fù)功能方面發(fā)揮積極的治療作用。李明芬等[11]研究認(rèn)為，上肢運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)與大腦事件相關(guān)同步去同步現(xiàn)象（ERD）認(rèn)知時(shí)間的降低和ERD認(rèn)知強(qiáng)度的增強(qiáng)密切相關(guān)，證明良好的運(yùn)動(dòng)想象在腦機(jī)接口康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)改善腦卒中患者上肢運(yùn)動(dòng)功能中的重要作用。Ang等[12]研究也認(rèn)為基于運(yùn)動(dòng)想象的BCI康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)可有效改善腦卒中患者的上肢功能，方文垚等[13]應(yīng)用BCI技術(shù)治療40例腦卒中患者，可以提高其下肢功能障礙提高日常生活活動(dòng)能力，證實(shí)對(duì)腦卒中患者肢體功能障礙有明顯治療作用。BCI康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)近幾年在腦卒中患者的功能恢復(fù)中逐漸受到重視，對(duì)其治療機(jī)制的研究也逐步深化。

目前來(lái)說(shuō)最具挑戰(zhàn)性的還是對(duì)腦電信號(hào)的特征性識(shí)別和提取[14]，例如在不同的BCI中，時(shí)域特征、頻率特征、視空間特征的腦電信號(hào)識(shí)別和提取有較大差別，這一部分的處理是BCI康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)能否產(chǎn)生臨床療效的關(guān)鍵，同時(shí)也對(duì)腦機(jī)接口康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)提出了更高的要求。腦電信號(hào)的收集現(xiàn)在多采用非植入式，避免了對(duì)患者的二次傷害，但是也帶來(lái)了諸多的醫(yī)學(xué)理論問(wèn)題[15]。例如由于采集信息的“讀腦”進(jìn)而導(dǎo)致“控腦”，涉及患者的隱私泄露，長(zhǎng)期應(yīng)用是否會(huì)帶來(lái)依賴以及長(zhǎng)期“讀腦”一旦設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題是否會(huì)對(duì)患者造成傷害等問(wèn)題。在治療中應(yīng)本著知情同意、自主、隱私保護(hù)等原則，發(fā)揮其治療疾病的最大作用，避免和克服不良影響。腦機(jī)接口技術(shù)可以讓猴子在1 min內(nèi)敲打出“To be or not to be. That is the question”莎翁的經(jīng)典臺(tái)詞[10];一名巴西癱瘓少年在2014年足球世界杯開幕式上，借助腦控外骨骼，代替球員完成開球[16]。在可以想象和預(yù)見的未來(lái)，隨著人工智能的不斷發(fā)展并廣泛應(yīng)用于臨床，腦機(jī)接口康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)會(huì)發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

綜上所述，通過(guò)進(jìn)行臨床實(shí)踐觀察，對(duì)比常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練療法，腦機(jī)接口康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)可以更好地改善缺血性腦卒中恢復(fù)期上肢功能障礙，能有效促進(jìn)上肢功能的恢復(fù)，為臨床治療此類疾病提供有益參考。

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（收稿日期：2019-11-14） （本文編輯：張爽）