腦機接口康復訓練系統治療缺血性腦卒中恢復期上肢功能障礙的臨床研究

向憲文 朱家瑩 孫遠標 孫鳳友 劉西建

【摘要】 目的：觀察腦機接口康復訓練系統和常規康復訓練對缺血性腦卒中恢復期上肢功能障礙的治療效果，探尋缺血性腦卒中恢復期上肢功能障礙的有效治療措施。方法：選取2018年1月-2019年6月來自泰安市中醫醫院腦病康復科門診和住院部的94例患者，將患者按隨機數字表法分為接口組和對照組，每組47例。接口組采用腦機接口康復訓練系統和常規康復訓練治療，對照組采用常規康復訓練治療。用簡化的上肢評價量表（fugl-meyer assessment，FMA）、改良Barthel指數（modified Barthel index，MBI）、徒手肌檢查法（manual muscle testing，MMT）和經顱多普勒（transcranial doppler，TCD）對治療前后的情況進行評分和臨床療效評定。結果：接口組總有效率為93.6%，高于對照組的72.3%，差異有統計學意義（P<0.05）;治療后，兩組的FMA、MBI、MMT、TCD均優于治療前，且接口組均優于對照組，差異均有統計學意義（P<0.05）。結論：腦機接口康復訓練系統能有效治療缺血性腦卒中恢復期上肢功能障礙，顯著改善患者的上肢功能。

【關鍵詞】 腦機接口康復訓練系統 缺血性腦卒中恢復期 上肢功能障礙

[Abstract] Objective： To observe the therapeutic effect of brain computer interface rehabilitation training system and routine rehabilitation training on upper limb dysfunction in the recovery period of ischemic stroke， and to explore the effective treatment measures of upper limb dysfunction in the recovery period of ischemic stroke. Method： A total of 94 patients from outpatient and inpatient departments of encephalopathy rehabilitation department of Taian Traditional Chinese Medicine Hospital from January 2018 to June 2019 were selected， they were divided into interface group and control group according to random number table method， 47 patients in each group. The interface group was treated with brain computer interface rehabilitation training system and routine rehabilitation training， while the control group was treated with routine rehabilitation training. The observation results before and after treatment were scored and the clinical effect was evaluated with the simplified upper extremity assessment （FMA）， modified Barthel index （MBI）， manual muscle testing （MMT） and transcranial Doppler （TCD）. Result： The total effective rate of the interface group was 93.6%， higher than 72.3% of the control group， the difference was statistically significant （P<0.05）. After treatment， FMA， MBI， MMT and TCD of the two groups were all better than those before treatment， and the interface group were all better than those of the control group， with statistically significant differences （P<0.05）. Conclusion： Brain computer interface rehabilitation training system can effectively treat the upper limb dysfunction in the recovery period of ischemic stroke， significantly improve the upper limb function of patients.

[Key words] Brain computer interface rehabilitation training system Recovery period of ischemic stroke Upper limb dysfunction

First-authors address： Taian Traditional Chinese Medicine Hospital， Taian 271000， China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2020.20.040

腦卒中以其高致殘率已經躍居嚴重威脅人類生命健康的主要疾病，發病率越來越高，且呈年輕化趨勢[1]。有學者統計缺血性腦卒中（ischemic stroke）占所有腦卒中的20%～40%[2]。在缺血性腦卒中后的諸多功能障礙中，上肢功能障礙最多見，是造成患者生活不能自理的主要原因之一。如何使患者的上肢功能盡快恢復或者盡可能減少殘疾，是當前醫學界的研究熱點。隨著人工智能在醫學領域的應用越來越多，新方法層出不窮。1973年Jacquces Vidal首次提出腦機接口（brain-computer interface，BCI）的概念[3]，國內外眾多專家學者紛紛投入到BCI的研究中，對臨床應用型BCI技術報道越來越多。現在許多的康復機構中主要用BCI來治療腦卒中患者的肢體功能障礙。本研究通過大量的臨床實踐，觀察腦機接口康復訓練系統和常規康復訓練對缺血性腦卒中恢復期上肢功能障礙的療效差異，探尋出治療缺血性腦卒中恢復期上肢功能障礙新的有效治療措施，為臨床治療此類疾病探索新的有益的方案，現將研究結果報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2018年1月-2019年6月來自泰安市中醫醫院腦病康復科門診和住院部的94例患者。診斷標準：參照《中國急性缺血性腦卒中診治指南2014》（中華醫學會神經病學分會腦血管病學組制定）;有責任病灶的神經功能缺損;有部分或全面的神經功能缺失表現;顱腦CT或MRI排除腦出血和其他病變，有責任缺血病灶。疾病分期：急性期，發病2周以內;恢復期，發病2周～6個月;后遺癥期：發病6個月以上。（1）納入標準：①符合上述診斷標準伴有上肢功能障礙且屬于責任病灶者;②患者初次發病且為缺血性腦卒中恢復期;③年齡18～70歲，經簡易精神狀態檢查表（minimum mental state examination，MMSE）評分≥27分無認知功能障礙者;④臨床試驗之前未接受過正規的運動想象治療;⑤經顱多普勒檢查血管狹窄<30%或無明顯狹窄者。（2）排除標準：①未脫離危險，生命體征尚不穩定者;②有惡性腫瘤、嚴重心肝肺腎及內分泌、造血、免疫系統等嚴重原發性疾病者;③近期有患側上肢骨折、嚴重關節炎、關節置換術等影響上肢功能者;④精神疾病或經MMSE檢測評分≤26分有認知功能障礙者;⑤患者或家屬不能簽署知情同意書，無法配合堅持治療者。自愿加入本試驗，本人或家屬簽訂知情同意書并能夠堅持接受治療及檢查者。按隨機數字表法，將患者分為腦機接口康復訓練系統治療組（簡稱接口組）和常規康復訓練對照組（簡稱對照組），每組47例。該研究已經醫院倫理學委員會審查批準。

1.2 研究方法

1.2.1 接口組 所有入組患者均參照《中國急性缺血性腦卒中診治指南2014》給予一般對癥支持治療，穩定血壓、降脂降糖、抗血小板等處理。在此基礎上予以：（1）腦機接口康復訓練系統（山東海天智能工程有限公司，LSR-AⅡ型）治療。本系統由主機、腦電控制器、電刺激線、軟件四部分組成。患者坐位，開始治療時，患者先進行“放松”和“想象”訓練，軟件系統設定模擬日常生活或醫生提前設定好的康復訓練動作，虛擬現實場景引導患者進行重復的運動想象，通過非侵入式的腦電采集裝置采集患者腦電信號，轉化成患者的運動意念，驅動電刺激儀刺激癱瘓上肢外側后（腕背橫紋上5 cm處），腕關節背屈，五指呈伸展狀態，協助患者完成康復訓練動作，整個過程有專業康復治療師和一名患者家屬陪伴完成。以上治療1次/d，45 min/次，2周為一療程，療程間休息3 d，連續3個療程。（2）常規康復訓練：運動療法，包括上肢關節主被動牽伸運動訓練，PNF訓練，翻身、起立坐位平衡訓練;作業療法，上肢的常規作業訓練;日常生活能力訓練，包括上肢抬舉轉移、內收外展、手抓握、投送訓練。常規康復訓練1次/d，45 min/次，2周為一療程，療程間休息3 d，連續3個療程。

1.2.2 對照組 一般對癥支持治療同接口組，給予常規康復訓練，訓練的內容、次數、時間、療程同接口組。

1.3 觀察指標與評價標準 治療前和治療3個療程后進行如下測評，（1）運動功能：上肢運動功能用簡化的Fugl-Meyer評定法（fugl-meyer assessment，FMA）中的上肢評價量表評價。量表中涉及的上肢部分共計有33項，單項得分0～2分，總分0～66分，分數越高表示上肢運動功能越好。（2）改良Barthel指數（modified Barthel index，MBI），共有10個項目，每個項目根據患者的依賴程度分為5級，每個單項0～2分。共100分，得分越高，表示患者的日常生活活動能力越好。（3）肌力：采取徒手肌檢查法（manual muscle testing，MMT）測評兩組患者的上肢肌力情況。本方法分成0～5級6個層次，0級完全癱瘓，5級正常。0級得分為0分，5級得分為5分，其余每個層級得分范圍為0～5分，總分0～25分，得分高者說明肌力好。（4）經顱多普勒檢查（transcranial doppler，TCD）檢查：分別對患者大腦前、大腦中、大腦后、頸內動脈終末段進行檢查（雙側顳窗），經枕窗檢查基底動脈及椎動脈。觀察血流速度，記錄收縮期血流速度峰值（Vs）、舒張末期血流速度（Vd）、阻力指數（RI）、搏動指數（PI）。Vs、Vd數值增高說明腦部供血增加，RI、PI數值下降說明血管阻力減小。（5）臨床療效標準：參考全國第四屆腦血管病學術會議制定的腦卒中患者神經功能缺損評分標準進行療效判定。基本痊愈：功能缺損評分減少91%～100%，病殘程度0級;顯著進步：功能缺損評分減少46%～90%，病殘程度1、2級;進步：功能缺損評分減少18%～45%，病殘程度3、4級;無變化：功能缺損評分減少17%，病癥無改善，病殘程度5級。惡化（包括死亡）：功能缺損評分較治療前增多，病殘程度6級。經治療有進步者均認定為有效，無變化及惡化者認定為無效[4]。總有效=基本痊愈+顯著進步+進步。

1.4 統計學處理 采用SPSS 22.0統計學軟件處理所得數據，計數資料以率（%）表示，比較采用字2檢驗;計量資料以（x±s）表示，組間比較采用t檢驗，組內比較采用配對t檢驗。以P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組一般資料比較 接口組男22例，女25例;年齡36～70歲，平均（58.6±2.7）歲;病程15～37 d，平均（18.2±1.7）d。對照組中男26例，女21例;年齡38～69歲，平均（60.2±1.9）歲;病程16～41 d，平均（19.2±2.1）d。兩組患者一般資料比較，差異均無統計學意義（P>0.05），具有可比性。

2.2 兩組患者治療前后患側FMA評分比較 治療前，兩組FMA評分比較，差異無統計學意義（P>0.05）;治療后，兩組FMA評分均較治療前提高，且接口組治療后FMA評分顯著高于對照組，差異均有統計學意義（P<0.05）。見表1。

2.3 兩組患者治療前后MBI評分比較 治療前，兩組MBI評分比較，差異無統計學意義（P>0.05）;治療后，兩組MBI評分均較治療前升高，且接口組治療后MBI評分明顯高于對照組，差異均有統計學意義（P<0.05）。見表2。

2.4 兩組患者治療前后患側MMT評分比較 治療前，兩組MMT評分比較，差異無統計學意義（P>0.05）;治療后，兩組MMT評分均較治療前提高且，接口組MMT評分高于對照組，差異均有統計學意義（P<0.05）。見表3。

2.5 兩組患者治療前后經顱多普勒檢查Vs、Vd、RI、PI比較 治療前，兩組Vs、Vd、RI、PI比較，差異均無統計學意義（P>0.05）;兩組患者治療后的Vs、Vd數值均較治療前增高，且接口組均高于對照組;兩組患者治療后的RI、PI數值均低于治療前，且接口組均低于對照組，差異均有統計學意義（P<0.05）。見表4。

2.6 兩組患者臨床療效比較 接口組總有效率為93.6%（44/47），高于對照組的72.3%（34/47），差異有統計學意義（P<0.05），見表5。

3 討論

缺血性腦卒中后的上肢功能障礙治療難度較大，直接影響患者的整體康復過程，如果患者能恢復部分或全部的上肢功能，生活品質就會明顯提升，對患者有重要的現實意義。目前國內醫療界治療本病急性期多溶栓、抗凝、抗血小板和腦神經保護劑等措施[5-6]。在恢復期多配合康復治療，主要采取運動療法、作業療法、理療等康復措施，也有學者研究中醫綜合治療方案對缺血性腦卒中有一定優勢，配合針刺、推拿、中藥等方法[7]。

隨著人工智能技術的不斷成熟，在醫學領域應用也越來越廣泛。人類大腦是經過幾百萬年的自然選擇和不斷進化形成的，結構功能極其復雜。人類的大腦具有可塑性[8]，在近幾十年神經康復醫學實踐中已經得到證實，許多腦損傷患者通過康復治療和運動再學習可以使喪失的功能重新恢復。大腦基本的功能是通過神經反射來完成的，反射弧的完整性確保了大腦作為人體中樞和指揮系統的地位。信息的反饋和功能的再學習可以讓神經反射更加靈敏繼而使腦功能強大。腦機接口（BCI）根據這一原理利用人工智能設備操控腦電信息的外周成分，代替人類部分神經功能，使中樞神經系統與外周神經系統之間形成“閉環通路”并保證其完整性[9]。這種人工重建的“閉環通路”來替代損傷的大腦完成其中樞指揮的功能。腦機接口是借助人工智能設備使人類大腦與外界進行信息交流溝通的一種特殊方式，它不同于通過人類神經、血管、肌肉等傳統的信息交換渠道，而是通過采集分析人類發出腦電信號，將人的運動等意志轉換成電子信號，使人類直接通過腦電信號與外界進行實時互動的一種人工智能設備。腦機接口康復訓練系統正是基于以上原理對腦損傷后留有功能障礙的患者進行康復的一種先進的治療方法。腦機接口康復訓練系統的實現主要有四個步驟[10]，分別為采集信號、信息解碼處理、再編碼、反饋，通過這四個部分將人與外界相連接，繞過腦部損傷的區域，進行信息交互溝通。通過腦電信號和外周設備之間的不斷互通和反饋，使受損傷的腦部區域可以經過不斷的人工智能信號的傳輸刺激來重新或部分恢復大腦的功能。特別是在腦部損傷不太嚴重的患者中作用更加明顯，在患者大腦功能重塑、恢復功能方面發揮積極的治療作用。李明芬等[11]研究認為，上肢運動功能的恢復與大腦事件相關同步去同步現象（ERD）認知時間的降低和ERD認知強度的增強密切相關，證明良好的運動想象在腦機接口康復訓練系統改善腦卒中患者上肢運動功能中的重要作用。Ang等[12]研究也認為基于運動想象的BCI康復訓練系統可有效改善腦卒中患者的上肢功能，方文垚等[13]應用BCI技術治療40例腦卒中患者，可以提高其下肢功能障礙提高日常生活活動能力，證實對腦卒中患者肢體功能障礙有明顯治療作用。BCI康復訓練系統近幾年在腦卒中患者的功能恢復中逐漸受到重視，對其治療機制的研究也逐步深化。

目前來說最具挑戰性的還是對腦電信號的特征性識別和提取[14]，例如在不同的BCI中，時域特征、頻率特征、視空間特征的腦電信號識別和提取有較大差別，這一部分的處理是BCI康復訓練系統能否產生臨床療效的關鍵，同時也對腦機接口康復訓練系統提出了更高的要求。腦電信號的收集現在多采用非植入式，避免了對患者的二次傷害，但是也帶來了諸多的醫學理論問題[15]。例如由于采集信息的“讀腦”進而導致“控腦”，涉及患者的隱私泄露，長期應用是否會帶來依賴以及長期“讀腦”一旦設備出現問題是否會對患者造成傷害等問題。在治療中應本著知情同意、自主、隱私保護等原則，發揮其治療疾病的最大作用，避免和克服不良影響。腦機接口技術可以讓猴子在1 min內敲打出“To be or not to be. That is the question”莎翁的經典臺詞[10];一名巴西癱瘓少年在2014年足球世界杯開幕式上，借助腦控外骨骼，代替球員完成開球[16]。在可以想象和預見的未來，隨著人工智能的不斷發展并廣泛應用于臨床，腦機接口康復訓練系統會發揮越來越重要的作用。

綜上所述，通過進行臨床實踐觀察，對比常規康復訓練療法，腦機接口康復訓練系統可以更好地改善缺血性腦卒中恢復期上肢功能障礙，能有效促進上肢功能的恢復，為臨床治療此類疾病提供有益參考。

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（收稿日期：2019-11-14） （本文編輯：張爽）