生物力學(xué)方法在針刺治療腦卒中上肢功能障礙中的應(yīng)用進(jìn)展

摘要：腦卒中患者上肢功能較下肢功能而言恢復(fù)更為緩慢，這一直是康復(fù)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。針刺為中醫(yī)特色療法，配合現(xiàn)代康復(fù)治療臨床療效顯著。生物力學(xué)方法為腦卒中上肢功能障礙臨床評估和干預(yù)的客觀、可靠技術(shù)，將運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)測量與肌電信號相結(jié)合，為解鎖靶向損傷特異性治療提供了新的見解?？偨Y(jié)分析生物力學(xué)在針刺治療腦卒中上肢功能障礙中的研究現(xiàn)狀，為未來工作中需要解決的挑戰(zhàn)和問題提供新的視角，以更好地理解生物力學(xué)方法在針刺治療腦卒中上肢功能康復(fù)評定領(lǐng)域的發(fā)展與機(jī)遇。

關(guān)鍵詞：腦卒中；生物力學(xué)；針刺；上肢功能；動(dòng)力學(xué)測量

腦卒中又稱中風(fēng)，具有高發(fā)病率、高復(fù)發(fā)率、高病殘率、高病死率和高經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)的特點(diǎn)[1]。其中，約80%急性中風(fēng)患者存在上肢運(yùn)動(dòng)功能障礙，包括運(yùn)動(dòng)、協(xié)調(diào)、感覺和靈活性喪失，50%～60%患者治療6個(gè)月后仍有持續(xù)的上肢功能受損[2]。持續(xù)手臂損傷和功能喪失往往導(dǎo)致患者生活質(zhì)量下降，這也是中風(fēng)最令人痛苦的長期后果之一。改善中風(fēng)后上肢功能為臨床研究重點(diǎn)[3]。早期康復(fù)治療可以在關(guān)鍵時(shí)期利用神經(jīng)可塑性維持和改善患者上肢運(yùn)動(dòng)功能，提高患者生活質(zhì)量[4～5]。中醫(yī)治療腦卒中后上肢功能障礙首選針刺療法，尤其是針對中風(fēng)急性期后的治療。針刺治療主要以疏通經(jīng)絡(luò)、益氣活血為基本治則[6～7]。當(dāng)前臨床主要采用Fugl-Meyer評分、Ashworth或改良Ashworth量表、Barthel指數(shù)等評估 患者日常運(yùn)動(dòng)功能。雖然這些量表的有效性和可靠性已經(jīng)在臨床應(yīng)用中得到驗(yàn)證，但具有一定的主觀性以及上下界限效應(yīng)，降低了量表的敏感度[8]。結(jié)合生物力學(xué)（運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)）與神經(jīng)電生理（肌電圖、腦電圖）客觀評估腦卒中患者運(yùn)動(dòng)功能，可為針刺治療效果評估提供可靠且敏感的量化指標(biāo)，促進(jìn)機(jī)器人和人工智能設(shè)備在中風(fēng)后功能障礙臨床治療實(shí)踐中的應(yīng)用。

1運(yùn)動(dòng)學(xué)評估

腦卒中患者通常會(huì)表現(xiàn)出異常的運(yùn)動(dòng)模式，如上肢運(yùn)動(dòng)不協(xié)調(diào)以及身體為完成任務(wù)而進(jìn)行的代償運(yùn)動(dòng)[9]。臨床評估運(yùn)動(dòng)功能時(shí)，在區(qū)分運(yùn)動(dòng)恢復(fù)和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方面存在一定局限性。運(yùn)動(dòng)恢復(fù)指受損結(jié)構(gòu)的生理運(yùn)動(dòng)模式恢復(fù)。代償運(yùn)動(dòng)是指通過適應(yīng)運(yùn)動(dòng)模式來完成任務(wù)的能力。如何選擇適當(dāng)?shù)母深A(yù)措施需要基于運(yùn)動(dòng)恢復(fù)還是代償?shù)脑u估效果。因此，將運(yùn)動(dòng)學(xué)分析結(jié)果與臨床評估相結(jié)合，有助于區(qū)分運(yùn)動(dòng)恢復(fù)和代償性運(yùn)動(dòng)模式，并且運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與腦卒中試驗(yàn)中的其他臨床測量指標(biāo)具有良好的相關(guān)性。運(yùn)動(dòng)學(xué)分析常用的測量方法包括三維運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)、慣性傳感器、外骨骼機(jī)器人裝備等。主要的觀察指標(biāo)包括運(yùn)動(dòng)速度、時(shí)間、距離和關(guān)節(jié)角度等。評估運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的參數(shù)則可分為運(yùn)動(dòng)平滑性、效率、控制策略、準(zhǔn)確性、活動(dòng)范圍等。

活動(dòng)范圍是衡量一個(gè)或多個(gè)關(guān)節(jié)活動(dòng)程度的指標(biāo)，常用的測量方法包括外骨骼機(jī)器裝置、三維運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)、慣性傳感器等。其中，外骨骼裝置的慣性和重量可能會(huì)影響肩、肘和手的協(xié)同耦合，容易影響運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)果評估，多用于治療過程中訓(xùn)練任務(wù)的輔助評估。主要的測量指標(biāo)包括肩、肘、腕關(guān)節(jié)以及軀干的運(yùn)動(dòng)角度。通過關(guān)節(jié)活動(dòng)角度和范圍，可以描述運(yùn)動(dòng)任務(wù)的空間位置，從而評估代償性運(yùn)動(dòng)策略。王子豪等[10]基于互動(dòng)式頭針結(jié)合上肢外骨骼機(jī)器人探討對腦卒中患者上肢功能的影響，發(fā)現(xiàn)與對照組相比，治療組量表評分、上肢運(yùn)動(dòng)功能、上肢執(zhí)行功能性任務(wù)能力以及日常生活活動(dòng)能力提升均更為顯著。李杰等[11]觀察針刺聯(lián)合早期肩肱節(jié)律訓(xùn)練對腦卒中后肩痛患者疼痛控制、關(guān)節(jié)活動(dòng)及生活質(zhì)量的影響，發(fā)現(xiàn)治療后兩組前屈、后伸、外展、內(nèi)旋、外旋活動(dòng)度均顯著提高，且觀察組顯著高于對照組。

腦卒中上肢功能損傷的運(yùn)動(dòng)學(xué)測量指標(biāo)，通常都會(huì)和臨床量表進(jìn)行比較和相關(guān)性分析，從而相互驗(yàn)證康復(fù)評估的有效性。其中，F(xiàn)ugl-Meyer上肢功能評分與運(yùn)動(dòng)的時(shí)間、平滑度、峰值速度以及肘關(guān)節(jié)伸展和肩關(guān)節(jié)屈曲有顯著相關(guān)性。因此，將運(yùn)動(dòng)學(xué)的客觀指標(biāo)與臨床量表評估相結(jié)合，可以有效評估腦卒中上肢功能的損傷程度以及康復(fù)效果。但在臨床應(yīng)用過程中，需要注意不同測量設(shè)備與評估任務(wù)、受試者特征以及針刺治療方案之間的適配性，應(yīng)針對不同受試者的評估任務(wù)選擇合適的客觀測量指標(biāo)。

2動(dòng)力學(xué)評估

動(dòng)力學(xué)測量同樣作為臨床輔助評估工具，與運(yùn)動(dòng)學(xué)測量結(jié)合可為運(yùn)動(dòng)質(zhì)量評估提供更細(xì)致的數(shù)據(jù)。腦卒中上肢功能的動(dòng)力學(xué)分析常用的測量方法包括力學(xué)傳感器、等速肌力測試儀、外骨骼機(jī)器人裝備等，主要的觀察指標(biāo)包括運(yùn)動(dòng)過程中力與時(shí)間比、力峰值數(shù)、做功和關(guān)節(jié)力矩等[12～13]。其中，等速肌力測試可以評定關(guān)節(jié)的肌力情況，提供峰力矩、峰力矩比值、峰力矩角度、力矩加速能、總功等多項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)[14]。利用等速肌力測試可以反映慢性輕中度腦卒中偏癱患者肌力訓(xùn)練前后的變化情況。趙青青等[15]分析腦卒中患者患側(cè)和健側(cè)上肢肩關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)周圍肌力特征，發(fā)現(xiàn)與健側(cè)和健康對照組相比，腦卒中受試者患側(cè)肩屈伸肌、肩內(nèi)收外展肌和腕屈伸肌的峰力矩、總功和平均功率均顯著下降，并且患側(cè)肩和腕關(guān)節(jié)周圍肌群的等速肌力下降與Fugl-Meyer上肢功能評分有顯著正相關(guān)性。宋凡等[16]則將等速肌力測試應(yīng)用于肌肉痙攣的評定。使用等速肌力測試系統(tǒng)在量化評估肌肉功能方面具有優(yōu)勢，但受限于儀器自由度，不能完成相應(yīng)日常功能任務(wù)的運(yùn)動(dòng)評估，結(jié)合機(jī)器人及傳感器的應(yīng)用可以更好地評估腦卒中患者上肢關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)功能[17]。

腦卒中上肢功能損傷的動(dòng)力學(xué)測量指標(biāo)多集中在肌力、力矩和功率方面，但由于等速肌力測試儀以及外骨骼機(jī)器人裝備限制，評估任務(wù)相對而言比較固定。對于較為復(fù)雜的日常運(yùn)動(dòng)任務(wù)，不能通過測力臺或其他壓力傳感器進(jìn)行更為精確的逆向動(dòng)力學(xué)推導(dǎo)關(guān)節(jié)力矩等信息。因此，在對針刺治療腦卒中上肢功能的康復(fù)評定中，可以開發(fā)更為便捷的測量設(shè)備，并將動(dòng)力學(xué)指標(biāo)與運(yùn)動(dòng)學(xué)表現(xiàn)相結(jié)合，更有效地評估患者運(yùn)動(dòng)功能損傷部位與康復(fù)效果。

3肌電圖評估

運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)測量已經(jīng)為腦卒中患者上肢功能分析提供許多信息，但無法明確神經(jīng)肌肉性能損傷的具體來源，通常需要采用神經(jīng)電生理技術(shù)，如肌電圖、腦電圖、近紅外檢查等，作為生物力學(xué)方法的補(bǔ)充量化神經(jīng)肌肉激活表現(xiàn)，有助于研究中風(fēng)的影響及其損傷的潛在機(jī)制，為臨床更加精準(zhǔn)地評估與治療提供客觀依據(jù)。并且，機(jī)器人輔助設(shè)備的開發(fā)也依賴于使用肌電信號來分析患者的運(yùn)動(dòng)意圖，從而進(jìn)行精確調(diào)整。

肌電圖主要包括針刺肌電圖、表面肌電圖以及高密度矩陣式表面肌電圖等。針刺肌電圖主要通過記錄肌肉和神經(jīng)沖動(dòng)或誘發(fā)產(chǎn)生的電信號來檢查神經(jīng)損傷。表面肌電圖是記錄表層肌肉收縮引起的電生理活動(dòng)，多與運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)同步采集分析，廣泛用于臨床評估和神經(jīng)康復(fù)[18]。高密度矩陣式表面肌電圖則使用更高密度通道的陣列/矩陣電極研究肌肉局部的細(xì)微電生理活動(dòng)和神經(jīng)傳導(dǎo)速度、運(yùn)動(dòng)單元放電等。常規(guī)表面肌電圖的信號處理方法主要有時(shí)域分析和頻域分析，時(shí)域分析通過峰值（最高振幅）、平均肌電值（單位時(shí)間內(nèi)振幅的平均）、積分肌電值（單位時(shí)間內(nèi)曲線下面積的總和）、均方根值（原始信號進(jìn)行均方根處理）等指標(biāo)，反映單位時(shí)間內(nèi)所采集肌肉部位運(yùn)動(dòng)單元的激活數(shù)量，可以體現(xiàn)肌肉在單位時(shí)間內(nèi)的收縮特性，從而評估手與上肢肌肉痙攣狀態(tài)。頻域分析則利用傅里葉轉(zhuǎn)換，獲得肌電信號的頻譜或功率譜，通過中位頻率（功率譜面積等分點(diǎn)對應(yīng)的頻率）、平均頻率（頻率的平均值），反映表面肌電信號在不同頻率分量的變化，是臨床判別肌肉疲勞程度的常用指標(biāo)。李雪萍等[19]通過讓中風(fēng)患者做握拳和伸指的動(dòng)作，記錄前臂屈伸肌群平均肌電值來觀察康復(fù)治療前后的改變，發(fā)現(xiàn)表面肌電信號能夠動(dòng)態(tài)反映治療前后前臂肌群的改善情況。董春雪等[20]通過觀察針刺聯(lián)合川平法治療腦卒中后上肢功能障礙的療效及對電生理特征的影響，發(fā)現(xiàn)針刺聯(lián)合川平法能夠有效提高患者上肢及手部主要肌群的最大收縮時(shí)肌電信號界限值，改善患者上肢及手部肌肉的收縮能力，從而顯著提升患者的上肢和手部運(yùn)動(dòng)功能，降低上肢肌張力，改善患者的日常生活質(zhì)量。

表面肌電圖方法評估針刺治療腦卒中上肢運(yùn)動(dòng)功能提供更加精確的診斷和策略，但是患者上肢功能損傷嚴(yán)重程度、病變部位等病理因素可能影響肌肉激活的表達(dá)，并且分析肌電信號的實(shí)驗(yàn)方案和方法各不相同，需要制定標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)方案和最佳信號處理方法來增加表面肌電圖在臨床實(shí)踐中的影響。未來可以發(fā)展多模態(tài)或多參數(shù)方法，加深對肌電信號處理的認(rèn)識，探索結(jié)合深度學(xué)習(xí)等方法，實(shí)現(xiàn)對多關(guān)節(jié)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的精確、實(shí)時(shí)和長時(shí)間預(yù)測。

4結(jié)論與展望

生物力學(xué)測量方法已成功并廣泛應(yīng)用于腦卒中患者上肢功能的康復(fù)評定方面，運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、表面肌電信號參數(shù)與臨床量表也具有較強(qiáng)相關(guān)性。這種主客觀方法結(jié)合可以有效評估腦卒中患者上肢功能，為臨床診療提供了科學(xué)依據(jù)。結(jié)合可靠的生物力學(xué)與神經(jīng)電生理指標(biāo)評估卒中患者上肢功能，可為針刺治療腦卒中上肢功能障礙提供更客觀的數(shù)據(jù)，促進(jìn)針刺療法的推廣與應(yīng)用。

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