虛擬現實療法對腦卒中患者偏癱上肢功能的影響

韓曉曉 吳龍強 何蓉　徐來 黃倩倩 蔣松鶴 鄭余銀

[摘要] 目的 觀察虛擬現實Wii游戲訓練方案結合常規物理治療對腦卒中患者偏癱上肢功能的影響。 方法 選取2014年10月～2015年12月我院神經內科、康復醫學科住院治療的腦卒中偏癱患者57例，隨機分成實驗1組（n=19）、實驗2組（n=19）和對照組（n=19）。三組患者均給予常規藥物治療及物理治療，實驗1組另外增加虛擬現實Wii游戲訓練；實驗2組增加常規作業療法，共2周。分別于治療前后采用Fugl-Meyer評定量表（FMA-UE）和Brunnstrom分期評定上肢及手的運動功能，表面肌電圖測定患者肱二、三頭肌的積分肌電值，并計算相應的共同收縮率（CR），比較三組的療效。 結果 治療前，三組患者FMA-UE評分、Brunnstrom評分及患肘屈曲肱二頭肌CR、伸展肱三頭肌CR組間比較，均無明顯差異（P>0.05）。治療2周后，三組患者Brunnstrom評分、患肘屈曲肱二頭肌CR組間比較，差異均無統計學意義（P>0.05）；實驗1組、實驗2組與對照組FMA-UE評分、患肘伸展肱三頭肌CR組間比較，差異均有統計學意義（P<0.05），實驗1組、實驗2組均高于對照組，實驗1組、實驗2組FMA-UE評分、患肘伸展肱三頭肌CR組間比較，差異均無統計學意義（P>0.05）。 結論 虛擬現實Wii游戲訓練結合常規物理治療能更好地提高腦卒中患者偏癱上肢運動功能以及改善患肘屈伸運動協調性。

[關鍵詞] 虛擬現實；腦卒中；偏癱；上肢運動功能

[中圖分類號] R743.3；R493 [文獻標識碼] B [文章編號] 1673-9701（2018）29-0107-05

Effect of virtual reality therapy on upper limb function in the patients with stroke complicated with hemiplegia

HAN Xiaoxiao1 WU Longqiang1，2 HE Rong1，2 XU Lai1，2 HUANG Qianqian1，2 JIANG Songhe1，2 ZHENG Yuyin1，2

1.Department of Rehabilitative Medicine， the Second Affiliated Hospital and Yuying Children's Hospital of WMU， Wenzhou 325027， China； 2.International（Cross-strait） Union of Intelligent Rehabilitation， China-USA Institute for Acupuncture and Rehabilitation of Wenzhou Medical University， Wenzhou 325027， China

[Abstract] Objective To observe the effect of virtual reality Wii game training program combined with conventional physical therapy on the upper limb function in the patients with stroke complicated with hemiplegia. Methods A total of 57 patients stroke complicated with hemiplegia who were hospitalized in the Department of Neurology and Rehabilitation Medicine in our hospital from October 2014 to December 2015 were selected and randomly divided into experimental group 1（n=19）， experimental group 2 （n=19） and control group （n=19）. Three groups of patients were given conventional medical treatment and physical therapy. Experimental group 1 was further given virtual reality Wii game training； the experimental group 2 was further given routine occupational therapy. The treatment lasted for 2 weeks. The Fugl-Meyer Rating Scale （FMA-UE） and Brunnstrom staging were used to assess the motor function of the upper limbs and hands before and after treatment. Surface electromyography was used to measure the integrated EMG of the biceps and triceps muscles of the patient， and the corresponding common shrinkage rate （CR） was calculated. The efficacy was compared among the three groups. Results Before treatment， there were no significant differences in FMA-UE score， Brunnstrom score， CR of the biceps flexion and CR of the triceps extension of the affected elbow among the three groups（P>0.05）. After 2 weeks of treatment， there was no statistically significant difference in the Brunnstrom score and CR of the biceps flexion of the affected elbow among the three groups（P>0.05）； there were statistically significant differences between the experimental group 1， the experimental group 2 and the control group in FMA-UE score， and CR of the triceps extension of the affected elbow（P<0.05）； the experimental group 1 and the experimental group 2 were higher than the control group. There were no statistically significant differences in the FMA-UE scores and CR of the triceps extension of the affected elbow between the experimental group 1 and the experimental group 2（P<0.05）. Conclusion Virtual reality Wii game training combined with conventional physical therapy can better improve the upper limb motor function in the patients with stroke complicated with hemiplegia and improve the coordination of flexion and extension of the affected elbow.

[Key words] Virtual reality； Stroke； Hemiplegia； Upper limb motor function

中風是全球導致60歲以上老年人死亡的第二大原因，也是15～59歲人群死亡的第五大原因[1]。在中國，每年約有240萬人患有新中風[2]，其中75%因中風而患有不同程度的殘疾[3]。上肢是人體運動系統中最重要的組成部分之一，在人類日常生活中占據特殊而重要的地位。在正常情況下，上肢接受大量來自神經系統的支配信號，完成眾多精細復雜的運動[4]。據統計，約2/3的腦卒中患者上肢遺留不同程度的功能障礙[5]，提高患者的上肢運動功能可以顯著地改善患者的日常生活活動能力[6]。因以往的商用游戲系統在改善腦卒中患者上肢功能的證據仍不足[7]。本研究將具備運動控制特點的商用虛擬現實游戲系統Wii（任天堂）應用于康復訓練中，觀察虛擬現實Wii游戲訓練方案結合常規物理治療對腦卒中患者偏癱上肢功能的影響。

1資料與方法

1.1一般資料

經我院倫理委員會的批準，選取2014年10月～2015年12月就診于溫州醫科大學附屬第二醫院神經內科、康復醫學科住院治療的腦卒中患者57例。

納入標準：①符合《中國急性腦缺血性腦卒中診治指南2014》制定的診斷標準[8]，經頭顱CT或MRI掃描確診；②首次發病，病程6個月內，生命體征穩定；③年齡18～80歲；④上肢Brunnstrom分期評定為Ⅲ期或以上；⑤改良Ashworth痙攣量表評定肌張力≤2級；⑥簡易智力狀態檢查量表（mini-mental state examination，MMSE）評分≥24分；⑦同意參加本研究項目，并簽署知情同意書。

排除標準：①各種原因導致的上肢疼痛、活動受限，如上肢攣縮或畸形、肩關節半脫位等；②伴有重要的器官（心、肺、肝、腎等）衰竭、惡性腫瘤、病情不穩定者；③并發癲癇，未得到有效控制者；④伴有心臟起搏器或植入式心臟復律除顫器的患者。

脫落標準：①患者在研究過程中要求退出；②在研究過程中患者因病情加重，無法繼續實驗；③依從性差；④患者在康復訓練過程中出現頭痛、惡心、肢體疼痛等嚴重不良反應。

采用隨機數字表法將57例患者分成治療組（實驗1組、實驗2組）和對照組，每組19例。治療過程中實驗1組有1例腦卒中患者在治療第7天出現上肢疼痛，未能繼續完成訓練；實驗2組與對照組中各有1例患者因疾病出現惡化，未繼續完成治療。最終54例患者完成康復訓練，每組18例患者。三組患者在一般資料等方面比較，差異均無統計學意義（P>0.05），見表1。

1.2治療方法

三組腦卒中患者均給予常規基礎藥物治療。實驗1組在常規物理治療30 min下，增加Wii游戲訓練30 min，每天各1次；實驗2組在常規物理治療30 min下，再增加常規作業治療30 min，每天各1次；對照組僅采用常規物理療法30 min，每天1次。三組患者訓練時間均為每周5 d，共2周。

1.2.1 常規物理治療 包括上肢肩胛骨松動訓練，患側上肢主動輔助及主動訓練、患側上肢關節活動訓練，床邊康復物理治療，如上肢上舉運動，坐位活動，如患側上肢負重、雙側上肢或偏癱側上肢肩肘關節功能活動（包括肩胛骨前伸運動）；物理因子治療，如功能性電刺激、肌電生物反饋等。治療師根據患者功能水平調整訓練內容和強度。

1.2.2 常規作業療法 包括運動性功能活動，如患側上肢推磨砂板訓練，患側上肢取物及患手抓握與打開的訓練，利用磁性插板、滾輪、組合套柱等工具訓練關節活動度、提高肌力、協調能力，利用系紐扣、夾豆子等改善手部精細運動能力；日常生活活動能力訓練，如進食、穿衣、大小便后的衛生處理、起坐、站立、床椅轉移等。在治療師的指導下，根據患者的功能水平調整訓練內容和強度。

1.2.3 Wii游戲訓練 Wii（任天堂）游戲設備系統主要由以下部分組成：Wii主機，CMOS紅外線感應器，Remote控制器，液晶顯示器。Remote控制器利用加速度傳感器檢測患者上肢和手的速度、加速度以及運動方向。CMOS紅外線感應器可以將患者的運動軌跡捕獲并投射到顯示器上。Wii游戲訓練方案主要有：乒乓球游戲、網球游戲、美食制作。患者的上肢運動方向包括肩關節的屈伸、內外旋、外展，肘關節的屈伸以及腕關節的旋前、旋后等。Wii游戲訓練過程中，患者保持坐位，盡量為患側上肢進行游戲互動，必要時健側上肢可適當輔助患側。在患者無法抓握Remote控制器的情況下，利用自制支具將控制器固定于患側上臂。

1.2.4 不良反應的預防和處理 不良反應主要包括運動損傷和癲癇發作[9-10]。措施包括：為防止誘發癲癇，在康復治療中訓練室內始終保持足夠的亮度，患者與顯示器之間的距離保持在1.83 m以上[11]。治療師負責全程監護患者的訓練過程，并配備醫師進行緊急狀況處理及相關科室會診，若患者出現頭痛、惡心、肢體疼痛等不良反應，立即停止訓練并進行適當的休息。

1.3 療效評定標準

分別于治療前、治療2周后對三組患者即刻進行以下評定，全部評定由專人盲法進行：①簡化Fugl-Meyer運動功能量表上肢部分（the Fugl-Meyer assessment for upper extremity，FMA-UE）對患者上肢功能進行評定，共33個項目，66分[12]；②Brunnstrom 6階段評定表對患者Brunnstrom分期進行評定，為方便數據統計，相應分期計為相應分值，如Brunnstrom Ⅲ期計為3分，以此類推。③表面肌電圖（surface electromyography，sEMG），通過將表面電極放置在目標肌肉表面，并同時對單塊或一組、多組肌肉集合性肌電活動予以收集，記錄患肘肱二頭肌、肱三頭肌屈、伸最大等長收縮時的積分肌電值（integrated electromyography，iEMG），由此計算相應的共同收縮率（co-contraction ratio，CR）。CR反映拮抗肌在主動收縮過程中所占比例的多少。CR（%）=拮抗肌iEMG/（主動肌iEMG+拮抗肌iEMG）[13]。

1.4 統計學方法

采用統計軟件SPSS 18.0對數據進行統計學分析。計量資料以（x±s）表示。多組定量資料采用方差分析，定性資料采用χ2檢驗。治療前、治療后組內比較、組間比較采用重復測量數據的兩因素多水平方差分析，以P<0.05為差異有統計學意義。

2結果

2.1三組患者治療前后FMA-UE評分比較

治療前，三組患者上肢FMA-UE評分組間比較，差異無統計學意義（P>0.05）。治療后，實驗1組、實驗2組均高于對照組，差異有統計學意義（P<0.05），實驗1組、實驗2組治療后評分組間比較，差異無統計學意義（P>0.05）。見表2。

2.2三組患者治療前后Brunnstrom評分比較

治療前，三組患者Brunnstrom評分組間比較，差異無統計學意義（P>0.05）。治療后，對三組患者Brunns-trom評分組間比較，差異無統計學意義（P>0.05）。見表3。

2.3三組患者治療前后的患肘肱二頭肌屈曲CR比較

治療前，三組患者患肘肱二頭肌屈曲CR組間比較，差異無統計學意義（P>0.05）。治療后，三組患者患肘肱二頭肌屈曲CR比較，差異無統計學意義（P>0.05），見表4。

2.4三組患者治療前后患肘伸展肱三頭肌CR比較

治療前，三組患者患肘伸展肱三頭肌CR組間比較，差異無統計學意義（P>0.05）。治療后，實驗1組、實驗2組的患肘伸展肱三頭肌CR值均優于對照組，實驗1組、實驗2組治療后患肘伸展肱三頭肌CR組間比較，差異無統計學意義（P>0.05），見表5。

3討論

虛擬現實技術已經被廣泛應用于康復評定和治療的各個方面。虛擬現實技術是一種由計算機硬件和軟件產生的交互式模擬技術，使患者能夠沉浸在一個類似于現實世界的情景中。虛擬現實系統分為商用設備和實驗室特制設備兩種，目前部分商用游戲設備系統對腦卒中偏癱患者運動功能的影響已有相關研究。Andrea T等[14]將基于虛擬現實技術的康復訓練應用于腦卒中患者的上肢康復治療，發現虛擬現實技術能改善上肢功能，并將訓練效果轉移到現實生活中，從而提高患者生活質量。Yong JL等[15]利用COTS交互式電腦游戲設備對腦卒中患者進行訓練，發現患者Fugl-Meyer運動功能評分、肌力指數提高，且優于傳統訓練。Subramanian SK等[16]設計了一個3D虛擬環境，該虛擬環境能給患者提供各種感覺反饋，用于訓練腦卒中患者的上肢運動功能，結果發現，試驗組肩關節外展和肘關節屈伸的改善更明顯。Rojo N等[17]利用音樂導向虛擬訓練，讓腦卒中患者用迷你虛擬鋼琴訓練手部精細運動及粗大運動，4周后，患者手敲擊速度加快，頻率提高，手指敲擊運動更流利。Tsoupikova D等[18]基于虛擬現實技術設計出一個3D互動情景，開發了一個基于愛麗絲夢游仙境的經典故事的沉浸式虛擬現實環境。搭載傳感器的系統跟蹤，不僅可以測量關節角度，還可以提供觸覺反饋，從而可以控制虛擬的手臂和手，且重復的訓練可以大大減少鍛煉所需要的時間。

本研究中患者在與Wii游戲互動時，系統可以不僅可以提供相應的言語和音樂刺激，感覺、策略和游戲成績的反饋亦可增加外界信息刺激。此外，虛擬現實技術還可以模擬現實世界環境，使患者身臨其境，有助于增強患者的主動運動的積極性。中樞神經系統可塑性[19]，研究發現，反復的運動訓練以及反饋可以促進患者中樞神經系統的重建，外界的信息刺激及患者錯誤的運動行為會通過精確的反饋顯示出來[20]，Subramanian SK等[16]通過研究發現腦卒中患者的訓練量與運動功能的改善程度呈正相關。

如何定量地評價腦卒中患者神經肌肉的功能狀態及其康復效果，是目前康復醫學基礎研究和臨床應用的重要課題。人體的關節運動通過主動肌和拮抗肌的收縮形成，正常情況下，當人體的主動肌收縮時，中樞神經系統會調節拮抗肌做適當的離心收縮或放松。中樞神經系統可以自動調節主動肌和拮抗肌的協調性[21]，調整主動肌和拮抗肌的活動以適應外周環境變化時所需的動作需求。腦卒中患者由于大腦皮質脊髓束下行抑制作用減弱，外周反射性興奮增強，當肢體進行抗阻運動或主動用力時，會誘發患側肌群不自主的肌張力增高或出現運動反應[22]。CR的高低反映出拮抗肌在主動肌的收縮過程中所占比例的多少，表現出主動肌與拮抗肌之間的協調性。目前比較理想的檢測手段是用表面肌電圖來反映CR，不僅可以定量反映肌肉功能狀態，還可以反映主動肌和拮抗肌在運動控制中的活動情況[23]。

本研究發現，治療后三組患者Brunnstrom評分、患肘屈曲肱二頭肌CR組間比較，差異均無統計學意義（P>0.05）；實驗1組、實驗2組與對照組FMA-UE評分、患肘伸展肱三頭肌CR組間比較，差異均有統計學意義（P<0.05），實驗1組、實驗2組均高于對照組，實驗1組、實驗2組FMA-UE評分、患肘伸展肱三頭肌CR組間比較，差異均無統計學意義（P>0.05）。這些結果表明，虛擬現實Wii游戲訓練及常規康復治療均能更好地改善患肘屈伸運動的協調性，而虛擬現實Wii游戲訓練結合常規物理治療與常規作業治療結合常規物理治療對患側上肢運動功能的影響差異無統計學意義。同時提示，腦卒中偏癱患者在進行上肢運動功能康復訓練時，除增強肌肉的肌力、耐力外，還應注重抑制上肢屈肌痙攣，以提高患側上肢運動控制能力。

另外，在本研究的結果中，治療后三組患者Bru-nnstrom評分組間比較，差異無統計學意義，可能緣于本實驗干預時間較短，導致Brunnstrom分期評定的敏感性下降。治療后實驗1組、實驗2組各項指標組間比較差異均無統計學意義，可能緣于以下幾個原因：首先，本研究樣本量較小，導致結果的準確性可能受到影響；其次，干預時間較短（2周），Wii游戲訓練效果未能得到充分體現；再次，游戲的針對性欠佳，為了完成訓練，患者往往會采取種種代償運動策略導致運動效果大打折扣。

本研究中接受Wii游戲訓練的腦卒中偏癱患者訓練動機水平可能高于接受常規物理療法和常規物理作業及僅接受常規物理療法的患者，今后的研究將對三組的研究樣本量進行擴大，并對動機因素進行控制，同時在一段較長的時間內隨訪觀察，以進一步觀察Wii游戲訓練對腦卒中患者上肢功能的遠期療效。另外，科學技術的進步及對科學研究的投入使近幾年對腦卒中的神經康復療法得到迅猛發展，虛擬現實作為一種新的治療方式在改善患者下肢運動功能方面正受到越來越多的關注，今后的研究將會對基于虛擬現實的康復訓練對腦卒中偏癱患者的下肢運動功能的影響進行相關研究，隨著技術不斷完善和改進，相信能為腦卒中患者帶來更多的希望。

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（收稿日期：2018-05-02）