虛擬現(xiàn)實(shí)生物反饋系統(tǒng)對腦卒中患者偏癱上肢功能恢復(fù)的影響

李輝 陸晶晶 勞方金 傅建明 李巖 胡安龍

腦卒中致死率、致殘率均較高，其中約70%～80%的患者致殘。上肢功能障礙是腦卒中患者最常見的功能障礙，嚴(yán)重影響患者上肢運(yùn)動功能及日常生活活動能力[1]。手及上肢功能作為人體精細(xì)功能，涉及復(fù)雜的中樞神經(jīng)調(diào)控以及周圍環(huán)境的交互作用[2]。腦卒中患者上肢功能恢復(fù)需要增強(qiáng)與外界環(huán)境的聯(lián)系，以強(qiáng)化并記憶正確的運(yùn)動程序，增強(qiáng)大腦對運(yùn)動程序分析處理能力，有助于大腦重建復(fù)雜運(yùn)動程序[3]。虛擬現(xiàn)實(shí)通過計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬真實(shí)環(huán)境，創(chuàng)建出一種可供交互作用的虛擬環(huán)境[4]。本研究基于虛擬現(xiàn)實(shí)生物反饋系統(tǒng)產(chǎn)生交互環(huán)境，探討其對腦卒中患者上肢運(yùn)動功能、日常生活活動能力（activities of daily living，ADL）及活動度評估的影響，旨在為康復(fù)臨床應(yīng)用提供客觀依據(jù)。

1 對象和方法

1.1 對象 選取2019 年1 月至2022 年6 月在嘉興市第二醫(yī)院接受康復(fù)治療的腦卒中后偏癱患者60 例為研究對象。納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）均符合第四次全國腦血管病學(xué)術(shù)會議制訂的腦卒中診斷標(biāo)準(zhǔn)[5]并經(jīng)頭顱CT 或MRI 檢查確診為腦出血或腦梗死；（2）首發(fā)腦出血或腦梗死后導(dǎo)致單側(cè)肢體運(yùn)動功能障礙；（3）患者病程1～5個月且生命體征穩(wěn)定，意識清楚，檢查及治療配合；（4）坐位平衡3 級，既往無腦器質(zhì)性疾病，且無上肢功能障礙史或嚴(yán)重外傷史；（5）上肢改良Ashworth 痙攣量表評級為1～2 級，上肢Brunnstorm 分期為Ⅲ期，無肩手綜合征或肩痛。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）有嚴(yán)重認(rèn)知障礙、精神癥狀無法配合相關(guān)治療；（2）患有失語癥、失用癥、單側(cè)空間忽略、傾斜綜合征；（3）經(jīng)檢查確診為肩部半脫位或各種疾病導(dǎo)致上肢關(guān)節(jié)疼痛、上肢攣縮或畸形等；（4）并發(fā)嚴(yán)重心、肝、腎疾??；（5）伴有嚴(yán)重視覺障礙，矯正視力低于0.5。采用隨機(jī)數(shù)字表法將患者分為治療組和對照組，每組30 例。兩組患者性別、年齡等一般資料比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05），見表1。本研究經(jīng)本院醫(yī)學(xué)倫理學(xué)委員會審查通過（批準(zhǔn)文號：JXEY-2020SW057），所有患者均知情同意。

表1 兩組患者一般資料比較

1.2 治療方法 兩組患者均給予常規(guī)康復(fù)干預(yù)技術(shù)及作業(yè)治療?？祻?fù)干預(yù)技術(shù)主要包括運(yùn)動想象療法，反復(fù)運(yùn)動訓(xùn)練，轉(zhuǎn)移訓(xùn)練，坐位平衡訓(xùn)練，站立適應(yīng)性訓(xùn)練，上肢肌力訓(xùn)練，患側(cè)上肢被動、主動輔助及主動訓(xùn)練，患側(cè)上肢取物及患手抓握與打開訓(xùn)練，借助磨砂板、滾筒、插棍等工具訓(xùn)練關(guān)節(jié)活動范圍，ADL 訓(xùn)練等促進(jìn)上肢分離運(yùn)動的作業(yè)治療，2 次/d，30 min/次，每周治療5 d，共治療6 周。治療組患者在做上述康復(fù)治療時應(yīng)用桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)生物反饋系統(tǒng)（廣州章和智能科技有限責(zé)任公司，BioMaster2012 型虛擬情景互動訓(xùn)練系統(tǒng)）精準(zhǔn)控制肩關(guān)節(jié)前屈、肘關(guān)節(jié)伸展、腕關(guān)節(jié)背伸活動度。系統(tǒng)硬件主要由主機(jī)、無線位置傳感器及液晶顯示器3 部分組成，其中無線位置傳感器使用綁帶式，簡易快捷，關(guān)節(jié)角度精度0.1°以內(nèi)。患者端坐在顯示器前，佩戴無線位置傳感器并固定，根據(jù)系統(tǒng)界面依次調(diào)節(jié)參數(shù)：選擇肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)訓(xùn)練動作，選擇左、右側(cè)肢體，選擇肩關(guān)節(jié)前屈、肘關(guān)節(jié)伸展、腕關(guān)節(jié)背伸運(yùn)動方向，活動度范圍根據(jù)關(guān)節(jié)分離程度設(shè)置活動的角度，由小范圍到大范圍階梯式訓(xùn)練，并設(shè)置關(guān)節(jié)的中立位。然后根據(jù)顯示器中圖文匹配、軌跡飛行、大魚吃小魚、運(yùn)動看視頻、軌跡追蹤的情景變化和提示做關(guān)節(jié)的控制訓(xùn)練，以連續(xù)的方式完成情景模式互動。康復(fù)訓(xùn)練是綜合了視、聽、實(shí)時運(yùn)動的可交互的生物反饋系統(tǒng)，任務(wù)訓(xùn)練時關(guān)節(jié)運(yùn)動到預(yù)設(shè)角度與視覺重合并維持既定角度，根據(jù)語音提示是否完成本次控制目標(biāo)。訓(xùn)練期間治療師需根據(jù)患者功能恢復(fù)程度及時調(diào)整關(guān)節(jié)的屈曲、伸展角度。患者訓(xùn)練過程中應(yīng)注意事項(xiàng)：保持作業(yè)治療室內(nèi)寬敞明亮；患者與顯示器保持適當(dāng)距離；若患者出現(xiàn)發(fā)汗、惡心、頭昏、肩部重復(fù)性運(yùn)動疼痛、癲癇發(fā)作或感乏力癥狀時，應(yīng)立即停止訓(xùn)練并通知當(dāng)班醫(yī)生處理。

1.3 療效評定方法 于治療前、治療6 周后對兩組患者進(jìn)行療效評定，具體評定內(nèi)容包括以下方面。

1.3.1 上肢Fugl-Meyer 運(yùn)動功能測評量表（Fugl-Mey‐er assess-ment upper extremity，F(xiàn)MA-UE）評分[6]該量表評定患者上肢反射活動、協(xié)調(diào)運(yùn)動、分離運(yùn)動及協(xié)調(diào)動作完成情況，共計(jì)33 個測評項(xiàng)目，滿分為66 分，分值越高表示患者上肢運(yùn)動功能越好。

1.3.2 改良Barthel 指數(shù)（modified Barthel index，MBI）評分[7]評分包括大便控制、小便控制、修飾、洗澡、進(jìn)食、穿衣、用廁、上下樓梯、轉(zhuǎn)移、步行共10 個項(xiàng)目，根據(jù)患者每項(xiàng)任務(wù)完成情況計(jì)0～15 分，滿分為100 分，分?jǐn)?shù)越高表示患者ADL 越好。

1.3.3 肩關(guān)節(jié)前屈、肘關(guān)節(jié)伸展、腕關(guān)節(jié)背伸活動度測量 囑患者坐位或立位，偏癱側(cè)肢體佩戴角度傳感器，通過BioMaster2012 型虛擬情景互動訓(xùn)練系統(tǒng)對輸入活動度信息整合，經(jīng)3 次測量，獲取腦卒中患者主動肩關(guān)節(jié)前屈最大活動度及肘關(guān)節(jié)伸展、腕關(guān)節(jié)背伸最大活動度，整個活動度測試過程要求患者適當(dāng)用力，避免過度用力導(dǎo)致代償。采用分離運(yùn)動模式對肩、肘、腕關(guān)節(jié)活動度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，即肩關(guān)節(jié)最大屈曲活動度時，肘關(guān)節(jié)伸展越接近中立位及腕關(guān)節(jié)背伸越接近25°，表示患者上肢各關(guān)節(jié)分離運(yùn)動越充分。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用SPSS 22.0 統(tǒng)計(jì)軟件。計(jì)量資料以表示，組間比較采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，組內(nèi)治療前后比較采用配對t檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料組間比較采用χ2檢驗(yàn)。P＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組患者治療前后上肢FMA-UE 評分比較 治療前，兩組患者上肢FMA-UE 評分比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。治療6 周后，兩組患者上肢FMA-UE評分均高于治療前，且治療組患者上肢FMA-UE評分高于對照組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05），見表2。

表2 兩組患者治療前后上肢FMA-UE 評分比較（分）

2.2 兩組患者治療前后MBI 評分比較 治療前，兩組患者M(jìn)BI 評分比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。治療6 周后，兩組患者M(jìn)BI 評分均高于治療前，且治療組患者M(jìn)BI 評分高于對照組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05），見表3。

表3 兩組患者治療前后MBI 評分比較（分）

2.3 兩組患者治療前后肩、肘、腕關(guān)節(jié)活動度比較治療前，兩組患者肩關(guān)節(jié)前屈、肘關(guān)節(jié)伸展、腕關(guān)節(jié)背伸活動度比較，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05）。治療6 周后，兩組患者肩關(guān)節(jié)前屈、肘關(guān)節(jié)伸展、腕關(guān)節(jié)背伸活動度均較治療前改善，且治療組患者肩關(guān)節(jié)前屈、肘關(guān)節(jié)伸展、腕關(guān)節(jié)背伸活動度均較對照組改善，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05），見表4。

表4 兩組患者治療前后肩、肘、腕關(guān)節(jié)活動度比較（°）

3 討論

本研究使用的是桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)生物反饋系統(tǒng)，利用無線位置傳感器，智能輔助患者上肢完成功能性的情景互動。本研究結(jié)果顯示，兩組患者治療后上肢FMA-UE 評分均較治療前改善，且治療組上肢FMAUE 評分優(yōu)于對照組，提示治療組患者輔以虛擬情景互動訓(xùn)練，通過反饋，不斷調(diào)整肩關(guān)節(jié)前屈、肘關(guān)節(jié)伸展、腕關(guān)節(jié)背伸對運(yùn)動角度控制，重復(fù)的運(yùn)動學(xué)習(xí)增強(qiáng)了肘、腕關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)了多關(guān)節(jié)的分離運(yùn)動，形成最佳的運(yùn)動程序，能更好地改善患者的上肢穩(wěn)定性及運(yùn)動控制能力。眾所周知，上肢FMA-UE 評分更注重肩關(guān)節(jié)前屈多個角度下的運(yùn)動能力評估，其肘關(guān)節(jié)伸展和腕關(guān)節(jié)背伸協(xié)調(diào)運(yùn)動或分離運(yùn)動越充分，則評分越高。有學(xué)者經(jīng)Meta 分析發(fā)現(xiàn)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可促進(jìn)偏癱患者上肢運(yùn)動的恢復(fù)，上肢FMA-UE 評分的改善優(yōu)于常規(guī)康復(fù)治療[6]。

本研究顯示，經(jīng)過6 周的訓(xùn)練后，兩組患者的MBI評分均較組內(nèi)治療前增高，且治療組評分優(yōu)于對照組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。表明治療組輔以虛擬情景互動訓(xùn)練能改善患者的ADL 且患者康復(fù)治療效益最大。治療機(jī)制可能包括：虛擬情景互動訓(xùn)練通過傳感設(shè)備使患者在任務(wù)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，為患者提供了重復(fù)的、密集的、以目標(biāo)為導(dǎo)向的訓(xùn)練，有益于腦卒中患者學(xué)習(xí)上肢活動技能，主動參與進(jìn)食、洗澡、修飾、穿衣等日常生活活動[8]；虛擬情景互動訓(xùn)練綜合了視、聽實(shí)時運(yùn)動的反饋系統(tǒng)，逐漸增加肩關(guān)節(jié)前屈、肘關(guān)節(jié)伸展、腕關(guān)節(jié)背伸對運(yùn)動靶向性和精確性的控制，符合日常生活活動的“動態(tài)”情景模式，療效顯著[9]。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在功能評定方面也有應(yīng)用[10]。本研究利用虛擬情景互動訓(xùn)練系統(tǒng)，通過無線位置傳感器實(shí)時記錄肩關(guān)節(jié)前屈、肘關(guān)節(jié)伸展、腕關(guān)節(jié)背伸的活動度來確定患者功能受限程度及協(xié)調(diào)性。結(jié)果顯示，經(jīng)過6 周訓(xùn)練后，兩組患者肩關(guān)節(jié)前屈、肘關(guān)節(jié)伸展、腕關(guān)節(jié)背伸活動度范圍的改善幅度均優(yōu)于治療前，且治療組患者肩關(guān)節(jié)前屈活動度較對照組增加明顯、而治療組肘關(guān)節(jié)伸展活動度較對照組接近中立位、腕關(guān)節(jié)背伸活動度更接近20°，代表了治療組上肢的運(yùn)動協(xié)調(diào)性改善尤為顯著。肩關(guān)節(jié)前屈活動度指完成任務(wù)時肩關(guān)節(jié)活動范圍，代表了治療組患者的肩前屈能力，運(yùn)動時募集了更多的運(yùn)動單位，肩關(guān)節(jié)活動度增加明顯；肘關(guān)節(jié)伸展活動度與腕關(guān)節(jié)背伸活動度則代表了肩關(guān)節(jié)間運(yùn)動協(xié)調(diào)性在逐漸提高，但是肩關(guān)節(jié)前屈能力仍不足，出現(xiàn)了肘關(guān)節(jié)屈曲、腕關(guān)節(jié)屈曲的動作代償。因此本研究將持續(xù)聯(lián)合上述評估系統(tǒng)，定量評測多關(guān)節(jié)在實(shí)際功能動作中的運(yùn)動學(xué)特征，優(yōu)化肩、肘、腕關(guān)節(jié)的精準(zhǔn)角度控制訓(xùn)練，進(jìn)一步提高肩關(guān)節(jié)前屈運(yùn)動空間，為肘關(guān)節(jié)在空間位置上屈伸協(xié)調(diào)運(yùn)動提供基礎(chǔ)，促進(jìn)腕關(guān)節(jié)更加靈活，更好地控制上肢各關(guān)節(jié)的位置和方向。相關(guān)研究表明，虛擬現(xiàn)實(shí)康復(fù)技術(shù)的新型轉(zhuǎn)化干預(yù)模式對腦卒中偏癱患者肢體精細(xì)控制方面效果顯著[11-12]。

綜上所述，虛擬現(xiàn)實(shí)生物反饋系統(tǒng)可通過對腦卒中患者肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)活動度評估，制定多關(guān)節(jié)的活動任務(wù)，能進(jìn)一步改善患者的上肢功能和提升患者ADL。但本研究尚存在以下幾點(diǎn)不足，如樣本量較??；關(guān)節(jié)活動度雖然采用客觀數(shù)據(jù)，但未采用電生理的表現(xiàn)進(jìn)行運(yùn)動力學(xué)分析。因此，還有待于在此基礎(chǔ)上應(yīng)用表面肌電等方法收集客觀運(yùn)動學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行更深入的驗(yàn)證。