虛擬現(xiàn)實(shí)機(jī)器手對(duì)腦卒中患者手運(yùn)動(dòng)功能及日常生活活動(dòng)的效果①

劉遠(yuǎn)文，潘翠環(huán)，葉正茂，胡楠，羅麗娟，陳艷

虛擬現(xiàn)實(shí)機(jī)器手對(duì)腦卒中患者手運(yùn)動(dòng)功能及日常生活活動(dòng)的效果①

劉遠(yuǎn)文1,2，潘翠環(huán)1，葉正茂1，胡楠1，羅麗娟1，陳艷1

目的探討虛擬現(xiàn)實(shí)機(jī)器手對(duì)腦卒中患者手運(yùn)動(dòng)功能障礙的療效，以及對(duì)日常生活活動(dòng)能力的影響。方法2015年6月至2016年6月，32例腦卒中手運(yùn)動(dòng)功能障礙患者分為實(shí)驗(yàn)組(n=16)和對(duì)照組(n=16)。實(shí)驗(yàn)組予虛擬現(xiàn)實(shí)機(jī)器手訓(xùn)練和手部基礎(chǔ)康復(fù)訓(xùn)練，對(duì)照組予手部基礎(chǔ)康復(fù)訓(xùn)練，共4周。治療前后采用Fugl-Meyer評(píng)定(FMA)的手指、腕運(yùn)動(dòng)部分和改良Barthel指數(shù)(MBI)進(jìn)行評(píng)定。結(jié)果實(shí)驗(yàn)組治療后FMA、MBI總分及各亞項(xiàng)評(píng)分明顯提高(Z＞3.45,t＞3.45,P＜0.01)。對(duì)照組治療后FMA總分、手指、腕，MBI進(jìn)食、穿衣、修飾共6項(xiàng)評(píng)分高于治療前(Z＞2.07,t＞4.18,P＜0.05)。治療后，實(shí)驗(yàn)組FMA、MBI總分及各亞項(xiàng)評(píng)分高于對(duì)照組(Z＞2.14,t＞3.20,P＜0.05)。結(jié)論虛擬現(xiàn)實(shí)機(jī)器手訓(xùn)練可進(jìn)一步改善腦卒中患者的手功能和日常生活活動(dòng)能力。

腦卒中；手功能障礙；虛擬現(xiàn)實(shí)機(jī)器手；日常生活活動(dòng)；康復(fù)

[本文著錄格式] 劉遠(yuǎn)文，潘翠環(huán)，葉正茂，等.虛擬現(xiàn)實(shí)機(jī)器手對(duì)腦卒中患者手運(yùn)動(dòng)功能及日常生活活動(dòng)的效果[J].中國(guó)康復(fù)理論與實(shí)踐,2017,23(1):19-22.

CITED AS:Liu YW,Pan CH,Ye ZM,et al.Effect of virtual reality robotic hand on hand motor function and activities of daily living in patients after stroke[J].Zhongguo Kangfu Lilun Yu Shijian,2017,23(1):19-22.

手功能障礙是腦卒中患者常見(jiàn)后遺癥之一，功能恢復(fù)較下肢困難；且因健手代償，手功能康復(fù)不被重視，影響療效[1]。Balamurugan等[2]的研究表明，只有15%的腦卒中患者手功能可以恢復(fù)一半左右，僅3%的患者可以恢復(fù)原來(lái)的70%以上。發(fā)病6個(gè)月后，仍有約65%腦卒中患者存在手功能障礙，嚴(yán)重影響日常生活活動(dòng)及社會(huì)回歸[3]。目前，針對(duì)腦卒中后手功能障礙的康復(fù)治療方法雖種類(lèi)繁多[4-6]，但治療效果并不理想[7]。傳統(tǒng)的手功能康復(fù)訓(xùn)練主要采用神經(jīng)生理學(xué)療法(如Bobath法、Rood法等)以及輔助器具對(duì)腦卒中患者進(jìn)行治療，治療過(guò)程單調(diào)枯燥，易使患者喪失訓(xùn)練興趣和信心，不僅難以實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度及重復(fù)性訓(xùn)練，而且衛(wèi)生成本高[8]。

近年來(lái)，隨著康復(fù)機(jī)器手和虛擬技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器手輔助訓(xùn)練技術(shù)逐漸應(yīng)用于臨床[9]，但目前大多數(shù)康復(fù)機(jī)器手未集成傳感器技術(shù)，不能實(shí)時(shí)反饋康復(fù)訓(xùn)練時(shí)的各種運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)信息[10]。本研究采用的設(shè)備可實(shí)時(shí)反饋患手運(yùn)動(dòng)信息，結(jié)合虛擬情景技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)手功能訓(xùn)練。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇2015年6月至2016年6月在廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院神經(jīng)科、康復(fù)科就診的腦卒中手功能障礙患者32例。

納入標(biāo)準(zhǔn)：①臨床確診腦卒中導(dǎo)致的手功能障礙，Brunnstrom分期Ⅱ～Ⅲ期；②首次發(fā)病，病程1～8個(gè)月，或既往有腦卒中病史但上肢功能完全恢復(fù)；③年齡35～70歲；④意識(shí)清楚，依從性好，能清晰表達(dá)訓(xùn)練感受；⑤同意參加本臨床實(shí)驗(yàn)，并已簽署知情同意書(shū)。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①對(duì)本設(shè)備所用金屬、高分子材料或異物過(guò)敏；②患肢先天或本次發(fā)病前因其他原因?qū)е禄?、解剖不正常、存在骨骼變異、關(guān)節(jié)功能不全；③并發(fā)癲癇，病情未得到有效控制；④并發(fā)其他系統(tǒng)嚴(yán)重疾病，如嚴(yán)重心肺功能不全等；⑤上肢肘部以下存在局部皮膚感染或破損；⑥試驗(yàn)前1個(gè)月參加過(guò)其他臨床試驗(yàn)。

脫落標(biāo)準(zhǔn)：①出現(xiàn)不良反應(yīng)、嚴(yán)重并發(fā)癥等，不宜繼續(xù)接受實(shí)驗(yàn)；②依從性差；③自行退出或未完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程。

對(duì)入選患者按入組先后進(jìn)行編號(hào)，單號(hào)入對(duì)照組，雙號(hào)入實(shí)驗(yàn)組，并結(jié)合不平衡最小指數(shù)原則，兩組各16例。試驗(yàn)過(guò)程中患者無(wú)不良反應(yīng)等情況，無(wú)病例脫落。實(shí)驗(yàn)組腦梗死13例，腦出血3例；對(duì)照組腦梗死11例，腦出血5例。兩組間性別、年齡、發(fā)病側(cè)別無(wú)顯著性差異(P＞0.05)。見(jiàn)表1。

1.2 方法

實(shí)驗(yàn)組予虛擬現(xiàn)實(shí)機(jī)器手訓(xùn)練和手部基礎(chǔ)康復(fù)訓(xùn)練，對(duì)照組采用手部基礎(chǔ)康復(fù)訓(xùn)練。每周5次，共4周。

表1 兩組年齡、性別、發(fā)病側(cè)別比較

1.2.1 虛擬現(xiàn)實(shí)機(jī)器手訓(xùn)練

虛擬現(xiàn)實(shí)機(jī)器手主要由電腦主機(jī)、機(jī)器手(左右各一)、支撐座及配件組成。

治療師登記患者信息并幫助其穿戴好機(jī)器手，記錄電極貼于患指指伸肌和指屈肌區(qū)域，參考電極置于尺骨鷹嘴。訓(xùn)練前評(píng)估患手拇指、其余四指和全指肌電信號(hào)，包括基線(xiàn)、伸肌和屈肌。囑患者完全放松患手，測(cè)得基線(xiàn)肌電信號(hào)，最大程度屈指和伸指，采集屈肌和伸肌的肌電峰值。根據(jù)評(píng)估結(jié)果設(shè)定訓(xùn)練過(guò)程中的肌電閾值。

對(duì)患手為BrunnstromⅡ、Ⅲ期患者分別給予一觸即發(fā)模式和持續(xù)觸發(fā)模式訓(xùn)練。一觸即發(fā)模式包括釣魚(yú)、快艇等虛擬游戲訓(xùn)練。患手稍微屈曲，達(dá)到預(yù)設(shè)肌電閾值即觸發(fā)釣魚(yú)及快艇比賽按鈕。持續(xù)觸發(fā)模式包括大豐收等虛擬游戲訓(xùn)練?；际滞笄旒⌒铚?zhǔn)確地持續(xù)收縮，并保持一定的活動(dòng)范圍方能取得大豐收等比賽勝利。

訓(xùn)練過(guò)程中，治療師根據(jù)游戲任務(wù)模式對(duì)患者運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行口頭指導(dǎo)，訓(xùn)練難度、強(qiáng)度由易到難，循序漸進(jìn)。每次30 min，每天1次。

1.2.2 手部基礎(chǔ)康復(fù)訓(xùn)練

主要采用Rood技術(shù)和低頻電刺激。前者包括觸覺(jué)刺激、溫度刺激、牽拉肌肉輕叩手背肌腱和手掌肌腹、擠壓訓(xùn)練等，每次30～40 min，每天1次；后者電極置于腕伸肌群運(yùn)動(dòng)點(diǎn)，每次15～20 min，每天1次。

1.3 評(píng)估方法

治療前后，由一名不知道分組情況的治療師對(duì)患者進(jìn)行評(píng)估。選用Fugl-Meyer評(píng)定量表(Fugl-Meyer Assessment,FMA)和改良Barthel指數(shù)(modified Barthel index,MBI)部分內(nèi)容，其中FMA包括手指、腕2項(xiàng)，MBI包括進(jìn)食、修飾、穿衣、洗澡、轉(zhuǎn)移等與手功能密切相關(guān)的5項(xiàng)。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行分析。計(jì)數(shù)資料采用χ2檢驗(yàn)，計(jì)量資料組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)或獨(dú)立樣本非參數(shù)秩和檢驗(yàn)，組內(nèi)比較采用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)或配對(duì)樣本非參數(shù)秩和檢驗(yàn)。顯著性水平α=0.05。

2 結(jié)果

治療前，兩組FMA、MBI總分及各項(xiàng)評(píng)分無(wú)顯著性差異(P＞0.05)。治療后，實(shí)驗(yàn)組FMA、MBI總分及各項(xiàng)評(píng)分均明顯升高(P＜0.01)；對(duì)照組FMA總分和各項(xiàng)評(píng)分，MBI進(jìn)食、穿衣、修飾評(píng)分升高(P＜0.05)，MBI總分、洗澡、轉(zhuǎn)移評(píng)分無(wú)顯著性差異(P＞0.05)。實(shí)驗(yàn)組FMA、MBI總分及各亞評(píng)分均高于對(duì)照組(P＜0.05)。見(jiàn)表2～表10。

表2 兩組治療前后FMA手指評(píng)分比較

表3 兩組治療前后FMA腕評(píng)分比較

表4 兩組治療前后FMA總分比較

表5 兩組治療前后MBI進(jìn)食評(píng)分比較

表6 兩組治療前后MBI穿衣評(píng)分比較

表7 兩組治療前后MBI修飾評(píng)分比較

表8 兩組治療前后MBI洗澡評(píng)分比較

表9 兩組治療前后MBI轉(zhuǎn)移評(píng)分比較

表10 兩組治療前后MBI總分比較

3 討論

手是人體最靈活的器官之一，需要執(zhí)行大量功能性任務(wù)，其正常功能的實(shí)現(xiàn)依賴(lài)完整的神經(jīng)支配。機(jī)器手輔助訓(xùn)練技術(shù)利用神經(jīng)控制原理，刺激誘導(dǎo)手部運(yùn)動(dòng)，并遵循大量、重復(fù)、密集性康復(fù)訓(xùn)練的原則，促使中樞神經(jīng)系統(tǒng)達(dá)到正向永久性的可塑性變化，是一種較為先進(jìn)的康復(fù)治療技術(shù)[11]。Merians等[12]研究表明，機(jī)器手輔助訓(xùn)練技術(shù)對(duì)腦卒中后手功能障礙患者的手指運(yùn)動(dòng)速度、力度和協(xié)調(diào)性方面有一定效果。

虛擬現(xiàn)實(shí)機(jī)器手的評(píng)估系統(tǒng)融合表面肌電信號(hào)采集技術(shù)，采集患手屈肌和伸肌的肌電信號(hào)。訓(xùn)練內(nèi)容根據(jù)運(yùn)動(dòng)再學(xué)習(xí)理論設(shè)計(jì)，患者在機(jī)器手的幫助下，在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境中執(zhí)行不同形式和難度的任務(wù)，重新學(xué)習(xí)正常的運(yùn)動(dòng)模式和問(wèn)題解決策略。

本研究顯示，虛擬現(xiàn)實(shí)機(jī)器手訓(xùn)練可顯著改善患者手功能障礙及日常生活活動(dòng)能力?？赡茉蚴翘摂M現(xiàn)實(shí)機(jī)器手利用表面肌電信號(hào)控制機(jī)器手的運(yùn)動(dòng)，利用虛擬游戲情景技術(shù)指導(dǎo)患手訓(xùn)練，從而改善患手運(yùn)動(dòng)功能[13]；患者在虛擬游戲任務(wù)中的成功體驗(yàn)可以增強(qiáng)其康復(fù)信心，也更加愿意嘗試功能性活動(dòng)，從而將訓(xùn)練中所習(xí)得的技能類(lèi)化到日常生活活動(dòng)中[14]。本研究顯示，常規(guī)的手部基礎(chǔ)康復(fù)訓(xùn)練能一定程度上改善腦卒中患者的手功能障礙，但對(duì)洗澡、轉(zhuǎn)移等需肩、肘、腕、指等多關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)完成的活動(dòng)，難以達(dá)到滿(mǎn)意的治療效果[15]。此外，傳統(tǒng)康復(fù)訓(xùn)練過(guò)程缺乏客觀(guān)定量反饋，患者無(wú)法觀(guān)察到功能的細(xì)微改善，參與性不高[16]。

虛擬現(xiàn)實(shí)機(jī)器手將手部功能康復(fù)訓(xùn)練與虛擬游戲相結(jié)合，同時(shí)加入肌電信號(hào)采集設(shè)備來(lái)收集患手運(yùn)動(dòng)信息，患者可通過(guò)視聽(tīng)信號(hào)進(jìn)行反復(fù)調(diào)控訓(xùn)練，有意識(shí)地調(diào)節(jié)肌電輸出，達(dá)到控制自身活動(dòng)的目的。肌電信號(hào)評(píng)估數(shù)據(jù)量化并可保存，有利于治療師掌握患手的功能狀態(tài)，并設(shè)計(jì)強(qiáng)度相當(dāng)?shù)挠?xùn)練內(nèi)容，可隨時(shí)調(diào)整治療方案。虛擬現(xiàn)實(shí)機(jī)器手使用自由度可調(diào)的五根獨(dú)立手指輔助患者訓(xùn)練，可實(shí)現(xiàn)腕關(guān)節(jié)及手指單關(guān)節(jié)和多關(guān)節(jié)活動(dòng)，增加手指各關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)性，逐漸提高患手肌力和耐力[17]。虛擬現(xiàn)實(shí)機(jī)器手輔助患手反復(fù)訓(xùn)練，可引起接受訓(xùn)練的身體部位在皮質(zhì)的支配區(qū)域擴(kuò)大，傳導(dǎo)興奮的神經(jīng)回路傳遞效率提高，有利于建立新的神經(jīng)回路和正常運(yùn)動(dòng)程序，從而補(bǔ)償和改善運(yùn)動(dòng)功能[18-20]。虛擬現(xiàn)實(shí)機(jī)器手可提供視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、本體感覺(jué)等反饋，訓(xùn)練過(guò)程富有趣味性，可讓患者獲得成功的感官體驗(yàn)并調(diào)動(dòng)其訓(xùn)練積極性，提高康復(fù)信心，并主動(dòng)參與訓(xùn)練過(guò)程，完成功能性任務(wù)[21]。此外，虛擬現(xiàn)實(shí)機(jī)器手可強(qiáng)化患者在訓(xùn)練中的正確行為，使其在訓(xùn)練中所學(xué)的技能更好地遷移運(yùn)用實(shí)際生活中去，從而提高其日常生活能力[22-23]。家屬或陪伴者在旁激勵(lì)患者訓(xùn)練，分享其中的樂(lè)趣，并及時(shí)對(duì)患者的表現(xiàn)給予表?yè)P(yáng)和鼓勵(lì)，可讓患者體驗(yàn)到自我價(jià)值的存在，使其情緒更加穩(wěn)定，從而提高訓(xùn)練效果。

但虛擬現(xiàn)實(shí)機(jī)器手系統(tǒng)沒(méi)有根據(jù)患者年齡、職業(yè)、興趣愛(ài)好等因素進(jìn)行訓(xùn)練內(nèi)容分類(lèi)；訓(xùn)練素材單調(diào)且無(wú)法進(jìn)行系統(tǒng)更新；沒(méi)有對(duì)手指關(guān)節(jié)力矩、角度、速度等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)精確的控制；體積過(guò)大，不便攜帶，且安全性和舒適性有待提高。

總體來(lái)說(shuō)，虛擬現(xiàn)實(shí)機(jī)器手可顯著改善其手功能，有一定的臨床推廣價(jià)值。本研究評(píng)估指標(biāo)少，反映手運(yùn)動(dòng)功能狀態(tài)尚不精確；樣本量較小，未做到雙盲，實(shí)驗(yàn)組和治療組總治療時(shí)間不同，影響了對(duì)療效的評(píng)估，有待進(jìn)一步改進(jìn)。虛擬現(xiàn)實(shí)機(jī)器手的療效持續(xù)時(shí)間，仍需后期進(jìn)行深入探討。

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Effect of Virtual Reality Robotic Hand on Hand Motor Function and Activities of Daily Living of Patients after Stroke

LIU Yuan-wen1,2,PAN Cui-huan1,YE Zheng-mao1,HU Nan1,LUO Li-juan1,CHEN Yan1
1.The Second Affiliated Hospital of Guangzhou Medical University,Guangzhou,Guangdong 510260,China;2. Department of Rehabilitation Therapy,Guangzhou Medical University,Guangzhou,Guangdong 511436,China

PAN Cui-huan.E-mail:pancuihuan@126.com

ObjectiveTo observe the effect of virtual reality robotic hand on hand motor function and activities of daily living of patients after stroke.MethodsFrom June,2015 to June,2016,32 patients with hand motor dysfunction were assigned into experimental group (n=16)and control group(n=16).The experimental group received training with virtual reality robotic hand and hand based rehabilitation, while the control group received hand based rehabilitation only,for four weeks.They were evaluated with Fugl-Meyer Assessment(FMA) of fingers and wrists and modified Barthel index(MBI)before and after treatment.ResultsThe total score and the scores of items of FMA and MBI improved after treatment in the experimental group(Z＞3.45 ort＞3.45,P＜0.01).The total score and the scores of the finger,wrist of FMA,and the scores of the eating,dressing and grooming of MBI improved in the control group(Z＞2.07 ort＞4.18,P＜0.05).The total scores and scores of the items of FMA and MBI improved more in the experimental group than in the control group(Z＞2.14 ort＞3.20,P＜0.05).ConclusionVirtual reality robotic hand training can promote the recovery of hand function and activities of daily living in patients after stroke.

stroke;hand dysfunction;virtual reality robotic hand;activities of daily living;rehabilitation

10.3969/j.issn.1006-9771.2017.01.005

R743.3

A

1006-9771(2017)01-0019-04

2016-09-17

2016-12-02)

2014年廣東省學(xué)位與研究生教改項(xiàng)目(No.52010107-168)。

1.廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科，廣東廣州市510260；2.廣州醫(yī)科大學(xué)康復(fù)治療學(xué)系，廣東廣州市511436。作者簡(jiǎn)介：劉遠(yuǎn)文(1990-)，男，漢族，廣東河源市人，碩士研究生，主要研究方向：康復(fù)醫(yī)學(xué)與理療學(xué)。通訊作者：潘翠環(huán)，女，漢族，廣東廣州市人，教授，主任醫(yī)師，碩士研究生導(dǎo)師。E-mail:pancuihuan@126.com。