經(jīng)顱直流電刺激聯(lián)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)對腦梗死后上肢運動功能的影響

趙飛，譚杰文，鮑曉，劉河軍

患者在腦梗死后常常出現(xiàn)一側(cè)肢體運動控制功能下降，影響患者生活和社會活動的參與[1]，其中偏癱側(cè)上肢功能的完全或部分喪失對患者日常生活的影響尤為重要。在腦梗死后6個月，僅有少數(shù)患者部分恢復偏癱側(cè)上肢的靈巧性[2]。隨著計算機技術(shù)和仿真醫(yī)學的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)逐步應用在腦梗死患者的康復訓練中，可以增加使用者參與活動的興趣[5]。經(jīng)顱直流電刺激是一種非侵入性、低強度的調(diào)節(jié)大腦皮質(zhì)神經(jīng)細胞活動的技術(shù)，可以通過調(diào)節(jié)大腦皮質(zhì)的興奮性來對大腦相應功能區(qū)的可塑性進行重構(gòu)，從而改善相應支配肢體的功能[6-9]。虛擬現(xiàn)實技術(shù)和經(jīng)顱直流電刺激均為腦調(diào)控技術(shù)，分別通過不同的機制來提高上肢運動功能和促進腦功能重構(gòu)，但現(xiàn)有的研究并沒有關(guān)于兩者聯(lián)合運用對腦梗死后上肢運動功能的作用。因此，本研究采用經(jīng)顱直流電聯(lián)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)對腦梗死后上肢功能障礙患者進行康復治療并觀察其療效，進而探討兩者聯(lián)合運用以改善腦卒中后上肢功能的機制。

1 對象和方法

1.1 研究對象

本研究以盤錦市人民醫(yī)院康復醫(yī)學科從2018年1月至2019年5月收治的93例腦梗死后上肢功能障礙患者為研究對象，根據(jù)入選標準、排除標準以及受試者本身的意愿，一共有78名受試者最后入選。入選標準：(1)CT或MRI證實的腦梗死，且為第1次發(fā)生，病程在3個月以內(nèi)，年齡50～70歲；(2)單側(cè)肢體功能障礙，偏癱側(cè)上肢改良Ashworth分級≤1級；(3)認知功能完整，簡易智力狀態(tài)檢查量表(mini-mental state examination, MMSE)≥25，生命體征穩(wěn)定。排除標準：(1)生命體征不穩(wěn)定；(2)嚴重心、肝、腎功能不全；(3)腦、脊髓或其他神經(jīng)損傷；(4)上肢骨折；(5)精神障礙史或抗精神病藥物使用史；(6)認知障礙或無法通過任何語言或手語進行溝通。所有患者或者其監(jiān)護人均簽署書面知情同意書。

所有入選患者按隨機數(shù)字表法被分為2組，分別為對照組(A組)和經(jīng)顱直流電聯(lián)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)組(B組)。2組患者年齡、發(fā)病時間比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，見表1。本研究通過盤錦市中心醫(yī)院倫理委員會審批，倫理批號(PJSZXYY-IRB-2017)。

表1 A組和B組患者一般臨床資料比較(每組n=39)

1.2 研究方法

1.2.1 A組治療方法 患者接受常規(guī)康復治療，包括上肢運動控制訓練、肌力訓練等。治療師對所有受試者進行指導和演示，每次訓練45 min，每天2次，每周5次，共4周。

1.2.2 B組治療方法 B組在常規(guī)康復治療的基礎(chǔ)上加用經(jīng)顱直流電和虛擬現(xiàn)實技術(shù)訓練治療。患者坐于安靜治療室內(nèi)，使用經(jīng)顱直流電刺激儀(四川省智能電子實業(yè)公司，成都)進行治療。手部刺激電極貼在拇短展肌和第一掌骨之間(參數(shù)選擇：靈敏度5 mA，掃描速度20 ms，過濾器設(shè)置3～10 kHz)，參考電極置于患肢拇指一、二指間節(jié)交匯處。用rTMS的頭部碟形線圈對大腦皮層初級運動區(qū)用最大強度單脈刺激15次左右，并尋找可以引起最大運動誘發(fā)電位的位置，將其作為刺激靶點。經(jīng)顱直流電刺激陽極電極放置于刺激靶點處，陰極放置于對側(cè)對稱相應區(qū)域(刺激強度1.4 mA)每天1次，每次持續(xù)25 min，每周5次，維持4周。見圖1。

圖1 患者經(jīng)顱直流電刺激治療示意圖

虛擬現(xiàn)實技術(shù)采用Kinect-xbox系統(tǒng)。患者可以通過姿勢來控制顯示器中人物的動作。對于下肢功能障礙不能站立的患者，可以坐在輪椅或有靠背的椅子上進行訓練。訓練是以完成一定的任務為導向的，針對上肢功能和精細運動的游戲設(shè)計。患者每日完成相應的訓練項目。具體如下：患者前方放置一個42英寸的屏幕，Kinect-xbox系統(tǒng)置于患者前方，其中攝像頭捕捉患者肢體動作并投射到屏幕中。同時配備舒緩的音樂，在患者完成某個任務的時候給予相應的音樂用于鼓勵。患者訓練康復時在視覺系統(tǒng)、聽覺系統(tǒng)和主動意識驅(qū)動下，選取可改善肩關(guān)節(jié)活動范圍的游戲如摘果子、接雞蛋、擊球等。訓練中可依據(jù)患者的功能情況和生命體征(如呼吸、心率等)采用間歇訓練法，間歇時間長度以患者感到疲勞有所緩解為度，一般為3～5 min。訓練時由1名技師協(xié)助患者調(diào)整姿勢，并防止患者跌倒。患者每周訓練5 d，30 min/次，運動量根據(jù)患者訓練后第2天的反應做適當調(diào)整。

1.3 臨床評估

基本臨床資料包括年齡、性別、梗死病灶部位及發(fā)病時間。上肢功能和電生理評估包括Fugl-Meyer上肢量表(Fugl-Meyer upper-limb scale, UL-FMA)，改良Arthworth評分(modified Arshworth score，MAS)、改良Barthel指數(shù)(modified Barthel index, MBI)評定量表以及體感誘發(fā)電位測量。UL-FMA總分最高66分，若受試者不能完成某個任務則為0分，部分完成則為1分，完全完成則為2分。MAS是目前臨床運用最為廣泛的痙攣量表。MAS分為0、Ⅰ、Ⅰ+、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 6級，分別賦值0、1、1.5、2、3、4。MBI正常滿分100分，總分大于60分，生活基本自理；41～59分，中度功能障礙，生活需要幫助；21～40分，重度功能障礙，生活依賴明顯；≤20分，生活完全依賴。神經(jīng)傳導測量采用美敦力公司Keypoint-4，波長0.2 ms，強度20～99 mA，刺激頻率1 Hz。用5 mV/D靈敏度和2 ms/D掃描速度測量運動傳導。用以測量感覺誘發(fā)電位(somatosensory evoked potential, SEP)和運動誘發(fā)電位(motor evoked potential, MEP)。

1.4 統(tǒng)計學處理

數(shù)據(jù)分析使用SPSS for Windows version 20.0。本研究數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布。計量資料比較分別采用兩獨立樣本的t檢驗和配對t檢驗；等級資料比較采用秩和檢驗。P<0.05表示差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 患者運動功能評分比較

2組患者在干預前UL-FMA、MAS、MBI評分比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。在第4周結(jié)束時，干預組UL-FMA、MAS、MBI評分與對照組比較差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。見表2。

表2 A組和B組干預前后患者運動功能評分比較(x±s，每組n=39)

2.2 2組患者體感誘發(fā)電位比較

2組患者在干預前SEP和MEP比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。在第4周結(jié)束時，干預組SEP和MEP與對照組比較差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。見表3和表4。

表3 A組和B組干預前后潛伏期和峰值時SEP比較(x±s，每組n=39)

表4 A組和B組干預前后潛伏期和峰值時MEP比較(x±s，每組n=39)

3 討論

腦梗死后上肢功能障礙表現(xiàn)為屈肌痙攣、肌力下降和運動控制能力減弱。本研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)顱直流電刺激和虛擬現(xiàn)實技術(shù)聯(lián)合干預后，患者上肢運動控制能力以及日常生活能力均得到明顯提高，能夠降低痙攣。

已有文獻報道，采用經(jīng)顱直流電刺激或者虛擬現(xiàn)實技術(shù)對腦梗死后上肢功能恢復均有改善作用。有研究顯示，經(jīng)顱直流電聯(lián)合上肢機器人訓練可以明顯改善腦卒中后患者上肢功能[10]。Dahdah等[11]通過針對不同功能障礙的患者開發(fā)出相應的虛擬現(xiàn)實軟件，可以使得患者有目的地訓練各種肢體動作，增加康復效率。Jang等[12]探討應用虛擬現(xiàn)實技術(shù)前后腦卒中恢復期患者腦部不同fMRI圖像的對比，研究發(fā)現(xiàn)在虛擬現(xiàn)實技術(shù)干預前，患者雙側(cè)初級感覺運動皮層、患側(cè)或健側(cè)的輔助運動區(qū)被激活；在虛擬現(xiàn)實技術(shù)干預后，患者這些激活區(qū)域消失，而健側(cè)的初級感覺運動皮層主要被激活，運動控制功能也得到很大改善。Wang等[13]利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)來干預腦卒中后患者上肢精細功能和粗大功能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)干預后患者Wolf運動功能評定較干預前有明顯改善。

本研究中78例患者的梗死部位均位于基底節(jié)區(qū)，大部分患者患有高血壓或糖尿病或兩者均有，2組患者治療前臨床資料對比均差異無統(tǒng)計學意義。39例患者進行經(jīng)顱直流電聯(lián)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行干預，并在干預前后采用Fugl-Meyer上肢功能量表、改良Arshworth痙攣量表、改良Barthel指數(shù)量表對患者的運動功能進行評估，采用感覺和運動誘發(fā)電位對患者神經(jīng)傳導進行評估。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)顱直流電刺激聯(lián)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)和常規(guī)康復訓練治療均可以改善腦梗死后患者上肢功能，患者上肢FMA評分明顯提高，上肢肌張力下降，日常生活功能得到明顯改善，且患者的電生理檢查如感覺誘發(fā)電位和運動誘發(fā)電位在干預后潛伏期縮短、峰值增高，較干預前有明顯改善。但在干預4周后，B組患者較A組患者可以更有效改善腦梗死后上肢功能和神經(jīng)傳導功能。這可能與經(jīng)顱直流電聯(lián)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)的作用機制有關(guān)系。經(jīng)顱直流電刺激治療可以通過持續(xù)低直流電刺激相應大腦皮層，調(diào)節(jié)大腦血管舒縮功能和血流動力學；調(diào)節(jié)腦功能可塑性，促進腦功能重構(gòu)和調(diào)控，從而改善患者偏癱側(cè)肢體運動控制能力[14-19]。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種可以逼真模擬真實環(huán)境的、由計算機創(chuàng)建的仿真系統(tǒng)，用戶可以通過姿勢和虛擬環(huán)境進行互動，進而可以完成一系列任務。在康復訓練中，患者可以通過完成由計算機設(shè)定一系列指定任務(由易到難，逐步遞進)，并給予相應音樂刺激鼓勵。虛擬現(xiàn)實技術(shù)有極大的趣味性，可以有效提高患者的主觀能動性，增加康復效率[20-21]。兩者治療方法聯(lián)合應用，可以更好地促進腦重構(gòu)和神經(jīng)修復，機制可能為以下幾方面：(1)兩者作用互相疊加，互為補充。經(jīng)顱直流電刺激是從中樞向周圍進行刺激，而虛擬現(xiàn)實技術(shù)是由周圍向中樞進行刺激，兩者作用形成一個循環(huán)。(2)虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以提高患者的主觀能動性，降低康復訓練過程中的枯燥感，患者更加積極主動參與康復訓練。(3)經(jīng)顱直流電直接作用于腦部相關(guān)功能區(qū)，直接刺激相關(guān)神經(jīng)元產(chǎn)生放電，促進腦重構(gòu)。在研究中發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)傳導和運動功能改善相一致，兩者均證明經(jīng)過干預后相關(guān)腦部功能區(qū)發(fā)生功能重構(gòu)和神經(jīng)激活。

綜上所述，腦梗死后經(jīng)顱直流電刺激聯(lián)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以更加有效改善腦梗死上肢功能，提高患者的主觀能動性，增加康復效果。但本研究還存在以下不足之處：(1)樣本量較小，會導致統(tǒng)計有偏差；(2)沒有設(shè)立單獨的經(jīng)顱直流電和虛擬現(xiàn)實技術(shù)干預組；(3)隨訪時間只有4周，沒有在干預后進行更長時間的隨訪。