虛擬現實機器手對腦卒中患者手運動功能及日常生活活動的效果①

劉遠文，潘翠環，葉正茂，胡楠，羅麗娟，陳艷

虛擬現實機器手對腦卒中患者手運動功能及日常生活活動的效果①

劉遠文1,2，潘翠環1，葉正茂1，胡楠1，羅麗娟1，陳艷1

目的探討虛擬現實機器手對腦卒中患者手運動功能障礙的療效，以及對日常生活活動能力的影響。方法2015年6月至2016年6月，32例腦卒中手運動功能障礙患者分為實驗組(n=16)和對照組(n=16)。實驗組予虛擬現實機器手訓練和手部基礎康復訓練，對照組予手部基礎康復訓練，共4周。治療前后采用Fugl-Meyer評定(FMA)的手指、腕運動部分和改良Barthel指數(MBI)進行評定。結果實驗組治療后FMA、MBI總分及各亞項評分明顯提高(Z＞3.45,t＞3.45,P＜0.01)。對照組治療后FMA總分、手指、腕，MBI進食、穿衣、修飾共6項評分高于治療前(Z＞2.07,t＞4.18,P＜0.05)。治療后，實驗組FMA、MBI總分及各亞項評分高于對照組(Z＞2.14,t＞3.20,P＜0.05)。結論虛擬現實機器手訓練可進一步改善腦卒中患者的手功能和日常生活活動能力。

腦卒中；手功能障礙；虛擬現實機器手；日常生活活動；康復

[本文著錄格式] 劉遠文，潘翠環，葉正茂，等.虛擬現實機器手對腦卒中患者手運動功能及日常生活活動的效果[J].中國康復理論與實踐,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后遺癥之一，功能恢復較下肢困難；且因健手代償，手功能康復不被重視，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一半左右，僅3%的患者可以恢復原來的70%以上。發病6個月后，仍有約65%腦卒中患者存在手功能障礙，嚴重影響日常生活活動及社會回歸[3]。目前，針對腦卒中后手功能障礙的康復治療方法雖種類繁多[4-6]，但治療效果并不理想[7]。傳統的手功能康復訓練主要采用神經生理學療法(如Bobath法、Rood法等)以及輔助器具對腦卒中患者進行治療，治療過程單調枯燥，易使患者喪失訓練興趣和信心，不僅難以實現高強度及重復性訓練，而且衛生成本高[8]。

近年來，隨著康復機器手和虛擬技術的發展，機器手輔助訓練技術逐漸應用于臨床[9]，但目前大多數康復機器手未集成傳感器技術，不能實時反饋康復訓練時的各種運動數據信息[10]。本研究采用的設備可實時反饋患手運動信息，結合虛擬情景技術實現虛擬現實手功能訓練。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇2015年6月至2016年6月在廣州醫科大學附屬第二醫院神經科、康復科就診的腦卒中手功能障礙患者32例。

納入標準：①臨床確診腦卒中導致的手功能障礙，Brunnstrom分期Ⅱ～Ⅲ期；②首次發病，病程1～8個月，或既往有腦卒中病史但上肢功能完全恢復；③年齡35～70歲；④意識清楚，依從性好，能清晰表達訓練感受；⑤同意參加本臨床實驗，并已簽署知情同意書。

排除標準：①對本設備所用金屬、高分子材料或異物過敏；②患肢先天或本次發病前因其他原因導致畸形、解剖不正常、存在骨骼變異、關節功能不全；③并發癲癇，病情未得到有效控制；④并發其他系統嚴重疾病，如嚴重心肺功能不全等；⑤上肢肘部以下存在局部皮膚感染或破損；⑥試驗前1個月參加過其他臨床試驗。

脫落標準：①出現不良反應、嚴重并發癥等，不宜繼續接受實驗；②依從性差；③自行退出或未完成整個實驗過程。

對入選患者按入組先后進行編號，單號入對照組，雙號入實驗組，并結合不平衡最小指數原則，兩組各16例。試驗過程中患者無不良反應等情況，無病例脫落。實驗組腦梗死13例，腦出血3例；對照組腦梗死11例，腦出血5例。兩組間性別、年齡、發病側別無顯著性差異(P＞0.05)。見表1。

1.2 方法

實驗組予虛擬現實機器手訓練和手部基礎康復訓練，對照組采用手部基礎康復訓練。每周5次，共4周。

表1 兩組年齡、性別、發病側別比較

1.2.1 虛擬現實機器手訓練

虛擬現實機器手主要由電腦主機、機器手(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器手，記錄電極貼于患指指伸肌和指屈肌區域，參考電極置于尺骨鷹嘴。訓練前評估患手拇指、其余四指和全指肌電信號，包括基線、伸肌和屈肌。囑患者完全放松患手，測得基線肌電信號，最大程度屈指和伸指，采集屈肌和伸肌的肌電峰值。根據評估結果設定訓練過程中的肌電閾值。

對患手為BrunnstromⅡ、Ⅲ期患者分別給予一觸即發模式和持續觸發模式訓練。一觸即發模式包括釣魚、快艇等虛擬游戲訓練。患手稍微屈曲，達到預設肌電閾值即觸發釣魚及快艇比賽按鈕。持續觸發模式包括大豐收等虛擬游戲訓練。患手腕屈伸肌需準確地持續收縮，并保持一定的活動范圍方能取得大豐收等比賽勝利。

訓練過程中，治療師根據游戲任務模式對患者運動方式進行口頭指導，訓練難度、強度由易到難，循序漸進。每次30 min，每天1次。

1.2.2 手部基礎康復訓練

主要采用Rood技術和低頻電刺激。前者包括觸覺刺激、溫度刺激、牽拉肌肉輕叩手背肌腱和手掌肌腹、擠壓訓練等，每次30～40 min，每天1次；后者電極置于腕伸肌群運動點，每次15～20 min，每天1次。

1.3 評估方法

治療前后，由一名不知道分組情況的治療師對患者進行評估。選用Fugl-Meyer評定量表(Fugl-Meyer Assessment,FMA)和改良Barthel指數(modified Barthel index,MBI)部分內容，其中FMA包括手指、腕2項，MBI包括進食、修飾、穿衣、洗澡、轉移等與手功能密切相關的5項。

1.4 統計學分析

采用SPSS 19.0軟件進行分析。計數資料采用χ2檢驗，計量資料組間比較采用獨立樣本t檢驗或獨立樣本非參數秩和檢驗，組內比較采用配對樣本t檢驗或配對樣本非參數秩和檢驗。顯著性水平α=0.05。

2 結果

治療前，兩組FMA、MBI總分及各項評分無顯著性差異(P＞0.05)。治療后，實驗組FMA、MBI總分及各項評分均明顯升高(P＜0.01)；對照組FMA總分和各項評分，MBI進食、穿衣、修飾評分升高(P＜0.05)，MBI總分、洗澡、轉移評分無顯著性差異(P＞0.05)。實驗組FMA、MBI總分及各亞評分均高于對照組(P＜0.05)。見表2～表10。

表2 兩組治療前后FMA手指評分比較

表3 兩組治療前后FMA腕評分比較

表4 兩組治療前后FMA總分比較

表5 兩組治療前后MBI進食評分比較

表6 兩組治療前后MBI穿衣評分比較

表7 兩組治療前后MBI修飾評分比較

表8 兩組治療前后MBI洗澡評分比較

表9 兩組治療前后MBI轉移評分比較

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，需要執行大量功能性任務，其正常功能的實現依賴完整的神經支配。機器手輔助訓練技術利用神經控制原理，刺激誘導手部運動，并遵循大量、重復、密集性康復訓練的原則，促使中樞神經系統達到正向永久性的可塑性變化，是一種較為先進的康復治療技術[11]。Merians等[12]研究表明，機器手輔助訓練技術對腦卒中后手功能障礙患者的手指運動速度、力度和協調性方面有一定效果。

虛擬現實機器手的評估系統融合表面肌電信號采集技術，采集患手屈肌和伸肌的肌電信號。訓練內容根據運動再學習理論設計，患者在機器手的幫助下，在計算機虛擬環境中執行不同形式和難度的任務，重新學習正常的運動模式和問題解決策略。

本研究顯示，虛擬現實機器手訓練可顯著改善患者手功能障礙及日常生活活動能力。可能原因是虛擬現實機器手利用表面肌電信號控制機器手的運動，利用虛擬游戲情景技術指導患手訓練，從而改善患手運動功能[13]；患者在虛擬游戲任務中的成功體驗可以增強其康復信心，也更加愿意嘗試功能性活動，從而將訓練中所習得的技能類化到日常生活活動中[14]。本研究顯示，常規的手部基礎康復訓練能一定程度上改善腦卒中患者的手功能障礙，但對洗澡、轉移等需肩、肘、腕、指等多關節協調完成的活動，難以達到滿意的治療效果[15]。此外，傳統康復訓練過程缺乏客觀定量反饋，患者無法觀察到功能的細微改善，參與性不高[16]。

虛擬現實機器手將手部功能康復訓練與虛擬游戲相結合，同時加入肌電信號采集設備來收集患手運動信息，患者可通過視聽信號進行反復調控訓練，有意識地調節肌電輸出，達到控制自身活動的目的。肌電信號評估數據量化并可保存，有利于治療師掌握患手的功能狀態，并設計強度相當的訓練內容，可隨時調整治療方案。虛擬現實機器手使用自由度可調的五根獨立手指輔助患者訓練，可實現腕關節及手指單關節和多關節活動，增加手指各關節的協調性，逐漸提高患手肌力和耐力[17]。虛擬現實機器手輔助患手反復訓練，可引起接受訓練的身體部位在皮質的支配區域擴大，傳導興奮的神經回路傳遞效率提高，有利于建立新的神經回路和正常運動程序，從而補償和改善運動功能[18-20]。虛擬現實機器手可提供視覺、聽覺、本體感覺等反饋，訓練過程富有趣味性，可讓患者獲得成功的感官體驗并調動其訓練積極性，提高康復信心，并主動參與訓練過程，完成功能性任務[21]。此外，虛擬現實機器手可強化患者在訓練中的正確行為，使其在訓練中所學的技能更好地遷移運用實際生活中去，從而提高其日常生活能力[22-23]。家屬或陪伴者在旁激勵患者訓練，分享其中的樂趣，并及時對患者的表現給予表揚和鼓勵，可讓患者體驗到自我價值的存在，使其情緒更加穩定，從而提高訓練效果。

但虛擬現實機器手系統沒有根據患者年齡、職業、興趣愛好等因素進行訓練內容分類；訓練素材單調且無法進行系統更新；沒有對手指關節力矩、角度、速度等參數進行實時精確的控制；體積過大，不便攜帶，且安全性和舒適性有待提高。

總體來說，虛擬現實機器手可顯著改善其手功能，有一定的臨床推廣價值。本研究評估指標少，反映手運動功能狀態尚不精確；樣本量較小，未做到雙盲，實驗組和治療組總治療時間不同，影響了對療效的評估，有待進一步改進。虛擬現實機器手的療效持續時間，仍需后期進行深入探討。

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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年廣東省學位與研究生教改項目(No.52010107-168)。

1.廣州醫科大學附屬第二醫院康復醫學科，廣東廣州市510260；2.廣州醫科大學康復治療學系，廣東廣州市511436。作者簡介：劉遠文(1990-)，男，漢族，廣東河源市人，碩士研究生，主要研究方向：康復醫學與理療學。通訊作者：潘翠環，女，漢族，廣東廣州市人，教授，主任醫師，碩士研究生導師。E-mail:pancuihuan@126.com。