動(dòng)態(tài)矯正衣對(duì)腦卒中患者前伸夠物時(shí)軀干運(yùn)動(dòng)和肢體表面肌電的即刻效應(yīng)分析

郭川，卞海波，趙坤坤，李向哲，溫娜娜，王彤

腦卒中在我國(guó)是高發(fā)病率、高致殘率的疾病，且多數(shù)患者會(huì)遺留不同程度的偏癱側(cè)肢體運(yùn)動(dòng)功能障礙，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量[1]。從整體理念出發(fā)的姿勢(shì)控制訓(xùn)練是腦卒中康復(fù)治療的重要方法之一[2]，其克服了從身體局部進(jìn)行治療的局限性，能夠更好地提升患者的運(yùn)動(dòng)控制能力，受到越來(lái)越多的重視[3-4]。動(dòng)態(tài)矯正衣(OrthoSuit)，又稱(chēng)“太空衣”，是基于整體姿勢(shì)控制理念設(shè)計(jì)的，目前在國(guó)內(nèi)外用于中樞性運(yùn)動(dòng)控制障礙的整體康復(fù)治療，對(duì)平衡、步行和日常生活活動(dòng)能力的提升顯示出較好的治療效果[5-7]。我們前期研究發(fā)現(xiàn)動(dòng)態(tài)矯正衣能夠改善腦卒中導(dǎo)致的共濟(jì)失調(diào)患者的平衡和步行能力[8]，但該技術(shù)對(duì)腦卒中偏癱患者運(yùn)動(dòng)功能障礙的治療作用尚未見(jiàn)報(bào)道。因此，本研究擬采用運(yùn)動(dòng)捕捉結(jié)合表面肌電分析技術(shù)，觀察穿戴動(dòng)態(tài)矯正衣對(duì)偏癱患者站立位上肢前伸夠物活動(dòng)時(shí)軀干和肢體運(yùn)動(dòng)功能的即刻影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2019年5月～2019年11月在常州市德安醫(yī)院康復(fù)中心(江蘇省人民醫(yī)院常州德安康復(fù)分院)住院的腦卒中偏癱患者20例，其中男15例，女5例，年齡(50.55±12.68)歲，身高(166.35±5.80)cm，體重(63.10±7.85)kg，病程(6.95±4.43)個(gè)月，MMSE(27.35±3.25)分，Berg平衡評(píng)分(51.10±4.29)分，上肢Fugl-meyer評(píng)分(26.60±5.22)分，下肢Fugl-meyer評(píng)分(29.00±2.36)分。納入標(biāo)準(zhǔn)：符合2007版《中國(guó)腦血管病防治指南》中關(guān)于腦卒中的診斷標(biāo)準(zhǔn)[9]，并經(jīng)頭顱CT或MRI檢查確診為首次、單側(cè)基底節(jié)區(qū)的腦卒中；患者病情穩(wěn)定，意識(shí)清晰，可無(wú)輔助下獨(dú)自站立5min以上；患側(cè)肩肘關(guān)節(jié)被動(dòng)關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍正常；患側(cè)上肢Brunnstrom分期為IV～V期；立位下，屈肘肌張力改良Ashworth≤2級(jí)；年齡40～75歲。排除標(biāo)準(zhǔn)：四肢癱患者；合并嚴(yán)重心、肺、肝、腎及感染等疾病；嚴(yán)重認(rèn)知及交流障礙而不能配合者；合并前庭功能障礙、視覺(jué)障礙、偏側(cè)忽略等；合并肩-手綜合征、肩痛、肩關(guān)節(jié)骨折等。

1.2 方法 前伸夠物是日常生活中主要的上肢功能性動(dòng)作，為了更好地觀察進(jìn)行上肢活動(dòng)時(shí)動(dòng)態(tài)矯正衣對(duì)軀體的干預(yù)作用，故本研究參照前人的研究[10-11]，將其作為觀察的目標(biāo)動(dòng)作。

1.2.1 不穿戴動(dòng)態(tài)矯正衣前伸夠物 測(cè)試開(kāi)始前，患者取站立位，軀干保持直立，治療師首先將患者上肢被動(dòng)牽拉至解剖位，進(jìn)行校零，然后患者雙上肢自然下垂并盡量貼緊軀干。在被檢測(cè)肩部正前方平盂肱關(guān)節(jié)水平、距盂肱關(guān)節(jié)超過(guò)一臂長(zhǎng)的地方放置一根指示桿，要求患者以自然速度去夠取指示桿。測(cè)試開(kāi)始之前，治療師向患者說(shuō)明測(cè)試過(guò)程，以熟悉測(cè)試流程。測(cè)試開(kāi)始之后，治療師發(fā)出“開(kāi)始”指令，患者從初始位置以自己舒服的速度移動(dòng)上肢向指定位置，在運(yùn)動(dòng)末端維持2s后自然放下。上肢夠物動(dòng)作過(guò)程中手盡量保持在矢狀面內(nèi)，大拇指朝上。每次試驗(yàn)重復(fù)3次，每次間隔30s，取3次測(cè)試的平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

1.2.2 穿戴動(dòng)態(tài)矯正衣前伸夠物 本研究采用的動(dòng)態(tài)矯正衣(型號(hào)PRE-A，南京以諾寰球電子科技有限公司)由帽子、背心、短褲、膝墊、矯正鞋和彈性連接帶等組成，治療師應(yīng)用動(dòng)態(tài)矯正衣的各附件，通過(guò)彈力連接帶針對(duì)患者頭頸、軀干、骨盆和髖膝踝關(guān)節(jié)進(jìn)行彈力支持和穩(wěn)定連接。在1.2.1測(cè)試完成后，患者坐位休息5min，由1名經(jīng)驗(yàn)豐富的治療師指導(dǎo)患者穿戴動(dòng)態(tài)矯正衣后重復(fù)上述測(cè)試(具體穿戴方法見(jiàn)圖1)。

1.3 信號(hào)采集與數(shù)據(jù)處理

1.3.1 關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍信號(hào)采集 為了觀察測(cè)試過(guò)程中患者的軀干代償活動(dòng)水平和動(dòng)作完成時(shí)間，本研究使用運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)(MMocap，中國(guó)科學(xué)院大學(xué)SNARC實(shí)驗(yàn)室)實(shí)時(shí)采集患者軀干在3個(gè)軸向的旋轉(zhuǎn)角度和上肢動(dòng)作完成時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，該系統(tǒng)包括一個(gè)控制主板和3個(gè)傳感器小盒，可實(shí)時(shí)捕捉軀干在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)和上肢動(dòng)作完成時(shí)間。通過(guò)綁帶分別將傳感器小盒固定于受試患者軀干T9-10棘突處、上臂、前臂背部，采樣頻率為50 Hz，將實(shí)時(shí)采集到的數(shù)據(jù)匯總后經(jīng)藍(lán)牙傳入電腦分析系統(tǒng)。

1.3.2 表面肌電信號(hào)采集 為了觀察測(cè)試過(guò)程中上肢活動(dòng)肌群的募集水平和下肢肌群的負(fù)重支撐能力，本研究采用無(wú)線表面肌電采集分析系統(tǒng)(型號(hào)TeleMyo2400，Noraxon，美國(guó))，實(shí)時(shí)采集了患者患側(cè)胸大肌、三角肌前束、三角肌中束、斜方肌上部、肱二頭肌、肱三頭肌、股直肌、臀中肌、脛前肌和腓腸肌的表面肌電數(shù)據(jù)。記錄電極的粘貼方法參照歐盟委員會(huì)推薦的方案[12]，每塊肌肉對(duì)應(yīng)的雙電極中心距離為2 cm，電極粘貼方向與肌纖維走行平行，檢測(cè)前對(duì)電極片粘貼部位皮膚進(jìn)行備皮處理，并用酒精局部清潔，以去除皮膚表面角質(zhì)層和油脂，待皮膚干燥后再粘貼電極。本研究收集的原始肌電信號(hào)均經(jīng)去噪和標(biāo)準(zhǔn)化處理，所得數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)無(wú)線傳入電腦，經(jīng)計(jì)算得到積分肌電值(integrated electromyogram，iEMG)，iEMG表示一定時(shí)間內(nèi)參與活動(dòng)的運(yùn)動(dòng)單位放電總量，在時(shí)間不變的前提下，其值的大小在一定程度上反映了活動(dòng)中運(yùn)動(dòng)單位的募集數(shù)量[13]，并計(jì)算上肢伸肘夠物時(shí)的肱三頭肌協(xié)同收縮率(co-contraction ratio，CR)，其公式為CR=拮抗肌的iEMG/(拮抗肌的iEMG+主動(dòng)肌的iEMG)×100%[14]。在預(yù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)，由于動(dòng)態(tài)矯正衣和表面肌電信號(hào)采集器對(duì)患者軀干肌群的擠壓作用，在測(cè)試過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)患者的肌電信號(hào)采集不穩(wěn)和不適感，故本研究未對(duì)軀干相關(guān)肌群的表面肌電信號(hào)進(jìn)行采集。測(cè)試方法見(jiàn)圖1。

圖1 穿戴動(dòng)態(tài)矯正衣前伸夠物測(cè)試方法(A：正面觀；B：背面觀；C：側(cè)面觀)

2 結(jié)果

受試者在不穿動(dòng)態(tài)矯正衣時(shí)，動(dòng)作平均完成時(shí)間為(1.99±0.98)s，穿動(dòng)態(tài)矯正衣時(shí)，動(dòng)作平均完成時(shí)間為(2.29±0.87)s，明顯高于不穿矯正衣時(shí)，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.038，t=-2.236)。

穿戴動(dòng)態(tài)矯正衣后偏癱上肢前伸夠物時(shí)的軀干前屈、側(cè)屈角度較前減小(P<0.05)，軀干旋轉(zhuǎn)活動(dòng)范圍變化差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。三角肌前束、斜方肌上部、肱二頭肌、股直肌、臀中肌和腓腸肌的iEMG值均較前增加(均P<0.05)，肱三頭肌CR值較前增加(P<0.05)。胸大肌、肱三頭肌和脛前肌iEMG值較前差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。見(jiàn)表1，2和圖2，3。

表1 20例患者站立前伸夠物時(shí)軀干的關(guān)節(jié)活動(dòng)峰值

3 討論

良好的軀干穩(wěn)定性是偏癱患者維持平衡和肢體活動(dòng)的必要條件[15]。在腦卒中康復(fù)治療中，施加軀干限制的任務(wù)導(dǎo)向性訓(xùn)練可以提高患者的肢體功能和日常生活活動(dòng)能力[16-17]。軀干穩(wěn)定訓(xùn)練和姿勢(shì)調(diào)控訓(xùn)練成為改善患者整體活動(dòng)能力的有效方法。那么，穿戴動(dòng)態(tài)矯正衣糾正患者的異常姿勢(shì)進(jìn)行任務(wù)導(dǎo)向性訓(xùn)練是否能改善患者的整體運(yùn)動(dòng)控制能力，目前尚不清楚。

表2 20例患者站立前伸夠物時(shí)的表面肌電iEMG值

圖2 穿戴動(dòng)態(tài)矯正衣前后軀干時(shí)間-角度變化曲線

圖3 穿戴動(dòng)態(tài)矯正衣前后典型表面肌電圖(A：不穿矯正衣；B：穿矯正衣)

本研究應(yīng)用運(yùn)動(dòng)捕捉和表面肌電分析，對(duì)腦卒中患者穿戴矯正衣前后的軀干活動(dòng)和患側(cè)肢體的表面肌電信號(hào)進(jìn)行了分析。

本研究結(jié)果顯示，穿戴動(dòng)態(tài)矯正衣后，患者在站立位上肢前伸夠物活動(dòng)時(shí)軀干的前屈和側(cè)屈活動(dòng)范圍明顯降低，軀干旋轉(zhuǎn)活動(dòng)范圍也有降低趨勢(shì)，提示軀干代償活動(dòng)減少，我們的前期研究也發(fā)現(xiàn)，動(dòng)態(tài)矯正衣可以改善小腦卒中患者的姿勢(shì)穩(wěn)定性[8]。同時(shí)，患側(cè)上肢三角肌中束、三角肌前束和斜方肌上部的iEMG值均增加，說(shuō)明上述肌群募集能力增強(qiáng)，而隨著軀干代償活動(dòng)減少，也導(dǎo)致了動(dòng)作平均完成時(shí)間增加，與Pavo等[18]在腦癱患者上肢前伸夠物的研究結(jié)果類(lèi)似。此外，患者患側(cè)臀中肌、股直肌和腓腸肌iEMG值顯著增加，可能提示患者下肢負(fù)重支撐能力增強(qiáng)，而脛前肌iEMG值無(wú)明顯變化，可能與穿戴動(dòng)態(tài)矯正衣以后動(dòng)態(tài)矯正衣的彈力帶增加了踝關(guān)節(jié)的背伸有關(guān)。

動(dòng)態(tài)矯正衣可給予患者軀干屈曲、伸展、側(cè)屈和旋轉(zhuǎn)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定支持，限制軀干異常代償活動(dòng)，提供四肢活動(dòng)的穩(wěn)定基礎(chǔ)[8,18]，同時(shí)，可通過(guò)調(diào)節(jié)彈性連接帶的長(zhǎng)短及與連接鉤的位置、角度和方向，給予患者肢體支持力，糾正異常姿勢(shì)對(duì)線和病理模式，包括主動(dòng)伸髖不足、髖關(guān)節(jié)過(guò)度外旋、膝過(guò)伸、足下垂和內(nèi)翻等，重建中樞神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)軀體正常位置的感知[8,19]，從而提高患者下肢負(fù)重的對(duì)稱(chēng)性和姿勢(shì)穩(wěn)定能力，改善偏癱患者站立位重心普遍偏向健側(cè)的現(xiàn)象[20]。Mohammad等[21]的研究表明，穿戴動(dòng)態(tài)矯正衣可以增加腦癱患者站立負(fù)荷，調(diào)整肢體姿勢(shì)排列，從而強(qiáng)化下肢力量。Pavo等[18]的研究也發(fā)現(xiàn)，在穿戴動(dòng)態(tài)矯正衣進(jìn)行伸手夠物時(shí)，腦癱患者的姿勢(shì)穩(wěn)定性提高，伸手夠物時(shí)的姿勢(shì)擺動(dòng)減少，取得了和我們的研究類(lèi)似的結(jié)果。

在上肢運(yùn)動(dòng)能力不足的情況下，偏癱患者常使用軀干過(guò)度運(yùn)動(dòng)作為代償策略以完成最終的目標(biāo)[22]。通過(guò)限制過(guò)度的軀干運(yùn)動(dòng)，可促進(jìn)肩和肘的運(yùn)動(dòng)，而這部分在軀干過(guò)度代償?shù)哪X卒中患者中難以自主性改善[23]。Wee等[24]和Oliveira等[25]的研究發(fā)現(xiàn)，在任務(wù)導(dǎo)向性活動(dòng)中，通過(guò)在偏癱患者胸段施加束縛帶進(jìn)行活動(dòng)限制，可以提高患者肩關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍和活動(dòng)速度，從而提高日常生活活動(dòng)能力，與本研究通過(guò)動(dòng)態(tài)矯正衣限制軀干異常代償活動(dòng)取得的結(jié)果基本一致。Haruyama等[26]通過(guò)給予偏癱患者軀干核心穩(wěn)定訓(xùn)練，強(qiáng)化患者骨盆活動(dòng)能力，提高姿勢(shì)穩(wěn)定性，從而改善了患者的站立平衡能力和移動(dòng)能力，與本研究結(jié)果相類(lèi)似。值得注意的是，我們?cè)谘芯恐幸舶l(fā)現(xiàn)患者肱二頭肌iEMG值增加，伸肘對(duì)應(yīng)的CR值也增高，這可能與肩胛帶上抬的代償增加，進(jìn)一步導(dǎo)致上肢屈曲共同運(yùn)動(dòng)模式的即刻強(qiáng)化有關(guān)，在臨床使用中應(yīng)加以關(guān)注。

綜上所述，動(dòng)態(tài)矯正衣可以輔助偏癱患者姿勢(shì)穩(wěn)定，提供軀干支持并限制異常代償姿勢(shì)，提高上下肢肌群的運(yùn)動(dòng)控制能力。基于目前的研究結(jié)果，穿戴動(dòng)態(tài)矯正衣有可能成為腦卒中肢體功能康復(fù)的一種簡(jiǎn)單而高效的方法，但本研究所觀察動(dòng)作較為單一，仍需長(zhǎng)期的臨床應(yīng)用研究來(lái)證實(shí)其療效。