虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)腦卒中上肢功能影響的彌散張量成像研究

林娜，高菡璐，盧惠蘋，陳燕清，鄭軍凡，陳述榮

福州市第二總醫(yī)院，福建福州市 350007

0 引言

腦卒中具有高發(fā)病率和高致殘性，且具有年輕化的趨勢(shì)[1]，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可影響腦卒中患者大腦神經(jīng)可塑性，改善腦卒中患者的運(yùn)動(dòng)功能[2‐4]，成為研究腦卒中后功能恢復(fù)的熱點(diǎn)之一[5‐6]。腦白質(zhì)纖維束損傷是腦卒中神經(jīng)損傷的主要表現(xiàn)之一，彌散張量成像(dif‐fusion tensor imaging,DTⅠ)能定量評(píng)價(jià)白質(zhì)纖維束的損傷程度[7]，被廣泛應(yīng)用于腦血管疾病的診斷及預(yù)后[8‐9]。本研究探討虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)腦卒中患者上肢功能的影響，并通過DTⅠ進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 資料與方法

1.1 一般資料

福州市第二總醫(yī) 院2021 年9 月1 日至2023 年3 月31 日收治的腦卒中患者80 例，均符合中國(guó)腦血管病疾病分類2015 中腦卒中診斷標(biāo)準(zhǔn)[10]，經(jīng)顱腦CT 或MRⅠ確診首次發(fā)病。

納入標(biāo)準(zhǔn)：①病程＜ 3 個(gè)月，生命體征穩(wěn)定；②病變主要位于單側(cè)內(nèi)囊基底節(jié)區(qū)，并累及皮質(zhì)脊髓束；③患側(cè)上肢肌力≥ Ⅱ+級(jí)，且上肢肌張力改良Ash‐worh量表分級(jí)≤ Ⅱ級(jí)；④簽署知情同意書。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①完全性失語或嚴(yán)重認(rèn)知障礙；②視覺缺陷和偏盲；③不能主動(dòng)配合訓(xùn)練或病情不穩(wěn)定；④嚴(yán)重心、肝、腎功能不全；⑤患有其他影響功能恢復(fù)的神經(jīng)和肌肉骨骼疾??；⑥各種疾病導(dǎo)致的上肢疼痛、活動(dòng)受限，如上肢攣縮或畸形等；⑦癲癇病史；⑧體內(nèi)有金屬植入物，如心臟起搏器、除顫器、金屬假牙等。

剔除與脫落標(biāo)準(zhǔn)：①患者主動(dòng)要求退出；②病情加重，無法繼續(xù)試驗(yàn)；③訓(xùn)練過程中出現(xiàn)不良事件，不宜繼續(xù)治療；④不按治療要求進(jìn)行康復(fù)治療。

采用SPSS 25.0 產(chǎn)生隨機(jī)分配序列，1∶1 分配到對(duì)照組和試驗(yàn)組，每組40 例。其中，試驗(yàn)組2 例不能完成隨訪；對(duì)照組1 例再次發(fā)生腦卒中，1 例發(fā)生嚴(yán)重肺部感染退出。最終兩組各38例納入研究。兩組基線資料比較無顯著性差異(P＞ 0.05)。見表1。

表1 兩組基線資料比較Table 1 Comparison of baseline data between the two groups

本研究經(jīng)福州市第二總醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)審核批準(zhǔn)(No.2021054)。

1.2 方法

兩組均接受常規(guī)康復(fù)，包括必要的物理因子治療、針灸治療和下肢運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練等，以及作業(yè)療法，每次50 min，每天1 次，每周5 d，共4 周。試驗(yàn)組接受作業(yè)療法20 min和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)康復(fù)30 min(包括Bio‐Master 虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練系統(tǒng)和Flextable 數(shù)字作業(yè)療法訓(xùn)練系統(tǒng)各15 min)，每天1次，每周5 d，共4周。

所有患者的治療均由同一治療師完成，訓(xùn)練中注意監(jiān)測(cè)患者心率、血壓，若出現(xiàn)胸前區(qū)不適或頭暈等癥狀，及時(shí)停止訓(xùn)練。

1.2.1 作業(yè)療法

作業(yè)治療師對(duì)患者進(jìn)行評(píng)估后，根據(jù)患側(cè)上肢功能障礙制定治療項(xiàng)目，包括：上肢控制能力訓(xùn)練(滾筒訓(xùn)練、控球訓(xùn)練、舉棒訓(xùn)練等)、精細(xì)動(dòng)作訓(xùn)練(插釘板、擰螺絲、自助工具應(yīng)用等)和日?；顒?dòng)訓(xùn)練(上肢取物訓(xùn)練、穿脫衣訓(xùn)練、洗漱、進(jìn)食等)。

1.2.2 虛擬現(xiàn)實(shí)

采用虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練設(shè)備(廣州市章和智能科技有限公司)，包括BioMaster 虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練系統(tǒng)和FlexTable數(shù)字作業(yè)療法訓(xùn)練系統(tǒng)。

BioMaster 虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練系統(tǒng)通過可穿戴無線位置傳感器，在虛擬現(xiàn)實(shí)互動(dòng)訓(xùn)練模塊進(jìn)行動(dòng)作捕獲，提供靶向性運(yùn)動(dòng)控制訓(xùn)練。治療師評(píng)定后，根據(jù)患者的運(yùn)動(dòng)能力選擇相應(yīng)的關(guān)節(jié)部位(肩、肘或腕)、運(yùn)動(dòng)方向(屈曲伸展、內(nèi)旋外旋、內(nèi)收外展)和關(guān)節(jié)活動(dòng)類型(主動(dòng)訓(xùn)練、被動(dòng)訓(xùn)練)，然后選擇訓(xùn)練項(xiàng)目，改善肩、肘關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍的體感游戲如飛行訓(xùn)練、大魚吃小魚等；改善腕關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍的如擦桌子等；改善手指活動(dòng)功能如豆子顏色分類等。治療師為患者佩戴好可穿戴無線位置傳感器，面對(duì)屏幕站立或坐位，患者通過肢體移動(dòng)操控虛擬物體，完成患側(cè)上肢的訓(xùn)練，共15 min。

FlexTable數(shù)字作業(yè)療法訓(xùn)練系統(tǒng)根據(jù)患者的病情選擇不同的訓(xùn)練模塊，通過感覺、聲音、畫面等多感官刺激，隨軌跡移動(dòng)肢體或控制物體移動(dòng)速度，進(jìn)行上肢功能控制和日常生活能力訓(xùn)練。作業(yè)治療師評(píng)定后，確定訓(xùn)練桌高度和旋轉(zhuǎn)角度、最大訓(xùn)練范圍、感興趣的游戲項(xiàng)目，設(shè)置訓(xùn)練參數(shù)(訓(xùn)練時(shí)間、難度、模式)和訓(xùn)練場(chǎng)景(上肢協(xié)調(diào)訓(xùn)練、上肢導(dǎo)向性訓(xùn)練、手眼協(xié)調(diào)訓(xùn)練、日常生活活動(dòng)訓(xùn)練等)?；颊咦换蛘疚唬鎸?duì)顯示器，佩戴好可穿戴式無線位置傳感器，進(jìn)入訓(xùn)練場(chǎng)景進(jìn)行訓(xùn)練，共15 min。

1.3 評(píng)價(jià)方法

治療前、治療4 周和隨訪4 周，由同一康復(fù)評(píng)定師對(duì)患者進(jìn)行功能評(píng)定；治療前和治療4 周，由同一影像醫(yī)師進(jìn)行彌散張量成像(diffusion tensor imaging,DTⅠ)掃描和分析。兩者均對(duì)分組情況不知情。

1.3.1 Fugl‐Meyer 評(píng)定量表上肢部分(Fugl‐Meyer As‐sessment‐Upper Extremities,FMA‐UE)

共33 項(xiàng)，總分66 分。評(píng)分越高表示上肢運(yùn)動(dòng)功能越好[7]。

1.3.2 上肢動(dòng)作研究量表(Action Research Arm Test,ARAT)

共19 個(gè)小項(xiàng)目，總分57 分。評(píng)分越高表示上肢運(yùn)動(dòng)功能越好[11]。

1.3.3 DTⅠ

采用3.0 T 磁共振成像儀(德國(guó)西門子公司)，自旋回波平面成像序列，TR 8 600 ms，TE 95 ms，F(xiàn)OV 25.6，矩陣128×128，視野256×256 mm，75 層，層厚2 mm，層間距0，b值0～1 000 s/mm2。

采用Neuro 3D軟件行圖像分析。分別在病灶側(cè)大腦腳和內(nèi)囊后肢繪出感興趣區(qū)，面積約30 mm2，利用霍普金斯大學(xué)白質(zhì)模板計(jì)算各感興趣區(qū)各向異性分?jǐn)?shù)(fractional anisotropy,FA)和相對(duì)各向異性(relative an‐isotropy,RA)。每個(gè)區(qū)域測(cè)3次，取平均值。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 25.0 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。計(jì)數(shù)資料以頻數(shù)表示，組間比較采用χ2檢驗(yàn)或非參數(shù)檢驗(yàn)。計(jì)量資料符合正態(tài)分布的，以()表示，組內(nèi)比較采用單因素方差分析或配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，兩兩比較采用Bon‐ferroni 檢驗(yàn)，組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)；偏態(tài)分布的，以M(QL,QU)表述。相關(guān)性采用Pearson 相關(guān)性分析。顯著性水平α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 FMA‐UE

治療前，兩組FMA‐UE 評(píng)分無顯著性差異(P＞0.05)。治療后，兩組FMA‐UE 評(píng)分均顯著升高(P＜0.001)，治療4周優(yōu)于治療前(P＜ 0.05)，隨訪4周優(yōu)于治療后4 周(P＜ 0.05)，且試驗(yàn)組優(yōu)于對(duì)照組(P＜0.05)。見表2。

表2 兩組治療前后FMA-UE評(píng)分比較Table 2 Comparison of FMA-UE score between the two groups

2.2 ARAT

治療前，兩組ARAT 評(píng)分無顯著性差異(P＞0.05)。治療后，兩組ARAT 評(píng)分均顯著升高(P＜0.001)，治療4周優(yōu)于治療前(P＜ 0.05)，隨訪4周優(yōu)于治療后4 周(P＜ 0.05)，且試驗(yàn)組優(yōu)于對(duì)照組(P＜0.05)。見表3。

表3 兩組治療前后ARAT評(píng)分比較Table 3 Comparison of ARAT score between the two groups

2.3 DTⅠ

治療后，兩組內(nèi)囊后肢FA 和RA 均顯著升高(P＜0.001)，且試驗(yàn)組優(yōu)于對(duì)照組(P＜ 0.05)。大腦腳FA 和RA無明顯變化(P＞ 0.05)。見表4～表7。

表4 兩組治療前后大腦腳FA比較Table 4 Comparison of FA of cerebral peduncle between the two groups

表5 兩組治療前后內(nèi)囊后肢FA比較Table 5 Comparison of FA of posterior limb of inner capsule between the two groups

表6 兩組治療前后大腦腳區(qū)RA比較Table 6 Comparison of RA of cerebral peduncle between the two groups

表7 兩組治療前后內(nèi)囊后肢區(qū)RA比較Table 7 Comparison of RA of posterior limb of inner capsule between the two groups

2.4 相關(guān)性分析

兩組內(nèi)囊后肢FA 治療前后差值(ΔFA)與FMA‐UE治療前后差值(ΔFMA‐UE)之間呈正相關(guān)(P＜ 0.05)，RA 治療前后差值(ΔRA)與ΔFMA‐UE 無明顯相關(guān)(P＞0.05)。試驗(yàn)組內(nèi)囊后肢ΔFA 與ARAT 治療前后差值(ΔARAT)相關(guān)(P＜ 0.01)，其余指標(biāo)與ΔARAT 不相關(guān)(P＞ 0.05)。見表8～表9。

表8 兩組不同部位ΔFA、ΔRA與ΔFMA-UE的相關(guān)性Table 8 Correlation of ΔFA and ΔRA to ΔFMA-UE

表9 兩組不同部位ΔFA、ΔRA與ΔARAT的相關(guān)性Table 8 Correlation of ΔFA and ΔRA to ΔARAT

3 討論

腦卒中是一種嚴(yán)重危害人類健康的疾病，嚴(yán)重影響日常生活活動(dòng)[12]。上肢功能是影響腦卒中患者的日常生活能力的主要因素，是腦卒中后康復(fù)的主要目標(biāo)之一。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)利用計(jì)算機(jī)和傳感器模擬逼真的場(chǎng)景，可以使患者獲得全面和直觀的感受，并在模擬場(chǎng)景中完成可控的功能性運(yùn)動(dòng)和操作[13]。該技術(shù)有助于維持患者的機(jī)動(dòng)水平和積極性，使枯燥單調(diào)的訓(xùn)練變得輕松有趣[14‐15]，在腦卒中患者上肢功能康復(fù)方面得到越來越多的應(yīng)用[16‐17]。本研究顯示，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)支持下的康復(fù)訓(xùn)練對(duì)改善腦卒中后上肢運(yùn)動(dòng)功能療效更佳，與此前研究一致[18‐19]。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有重復(fù)訓(xùn)練、成績(jī)反饋和動(dòng)機(jī)維持3 個(gè)特點(diǎn)[20‐21]，增加運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)的神經(jīng)可塑性[22]，促進(jìn)運(yùn)動(dòng)通路腦皮質(zhì)功能重組，更好地改善肢體運(yùn)動(dòng)功能[23‐24]。

本研究顯示，4 周隨訪時(shí)，試驗(yàn)組FMA‐UE 和ARAT 評(píng)分優(yōu)于對(duì)照組，提示虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能更好幫助患者將學(xué)習(xí)到的技能運(yùn)用到現(xiàn)實(shí)生活中。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬真實(shí)的生活場(chǎng)景，提供有目的的任務(wù)性訓(xùn)練，患者回歸家庭可以更好地將訓(xùn)練內(nèi)容應(yīng)用于生活實(shí)踐，使上肢功能得到進(jìn)一步強(qiáng)化[25]。

DTⅠ通過測(cè)定水分子的各向異性和彌散張量，探測(cè)組織的微結(jié)構(gòu)，F(xiàn)A 為水分子各向異性成分與整個(gè)彌散張量的比值，反映白質(zhì)纖維的完整性[26]。FA下降表明纖維結(jié)構(gòu)完整性受損，對(duì)判定腦白質(zhì)纖維束微結(jié)構(gòu)損傷程度有很高的敏感性[27]，病灶區(qū)FA 升高與運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)程度有關(guān)[28‐30]。RA 反映水分子擴(kuò)散的各向異性成分與各向同性成分的比值，可作為FA 的有效補(bǔ)充。運(yùn)動(dòng)功能初始損傷程度和長(zhǎng)期預(yù)后都取決于皮質(zhì)脊髓束(corticospinal tract,CST)的損傷程度以及其替代運(yùn)動(dòng)纖維束的完整性[31]。CST 的神經(jīng)纖維數(shù)量與上肢運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)相關(guān)[32‐33]。DTⅠ可評(píng)估CST 纖維束的完整性。本研究顯示，康復(fù)后，內(nèi)囊后肢CST 結(jié)構(gòu)完整性得到改善，而大腦腳無明顯改變，這可能因?yàn)榇竽X腳遠(yuǎn)離病灶區(qū)，錐體束發(fā)生華勒氏變性。張麗華等[34]發(fā)現(xiàn)，腦卒中患者康復(fù)訓(xùn)練8 周后，病灶側(cè)內(nèi)囊后肢FA 較康復(fù)前提高，而大腦腳和腦橋FA 康復(fù)前后均無顯著性差異，與本研究結(jié)果基本一致。凌晴等[35]發(fā)現(xiàn)，康復(fù)后放射冠FA 有顯著性差異，內(nèi)囊和大腦腳FA 無顯著性差異，與本研究結(jié)果不一致。目前關(guān)于CST 不同層面FA 變化的研究結(jié)論并不一致，可能與康復(fù)治療方案、病種類型、病灶部位、病程和治療時(shí)間等因素相關(guān)，需要進(jìn)一步研究。

本研究結(jié)合FMA‐UE 和ARAT 評(píng)估DTⅠ與上肢運(yùn)動(dòng)功能的相關(guān)性，結(jié)果顯示，內(nèi)囊后肢ΔFA 與ΔFMA‐UE 呈正相關(guān)，試驗(yàn)組內(nèi)囊后肢ΔFA 與ΔARAT呈正相關(guān)。劉建華等[36]發(fā)現(xiàn)，常規(guī)康復(fù)3周后，病灶、大腦腳和內(nèi)囊后肢FA 的變化與FMA‐UE 評(píng)分變化相關(guān)，以內(nèi)囊后肢最顯著。卓麗萍等[11]發(fā)現(xiàn)，腦卒中患者康復(fù)訓(xùn)練后放射冠區(qū)、內(nèi)囊后肢FA 與運(yùn)動(dòng)功能呈正相關(guān)，且內(nèi)囊后肢的修復(fù)與上肢功能關(guān)系更緊密。本研究中，ΔFA 與上肢功能關(guān)系僅限于FMA‐UE，與ARAT的相關(guān)性不確定。

本研究未細(xì)化腦卒中類型，CST 層面選取較少，DTⅠ參數(shù)不夠豐富，尚需進(jìn)一步深入研究。

4 結(jié)論

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有助于改善腦卒中患者上肢功能，可能與內(nèi)囊后肢CST功能恢復(fù)有關(guān)。

利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突。