上肢康復機器人訓練對亞急性腦卒中患者認知和上肢運動功能的效果

蘇麗麗，方小養，林玲，李海燕

溫州醫科大學附屬第一醫院康復科，浙江溫州市325000

0 引言

卒中后認知障礙(post-stroke cognitive impairment,PSCI)是發生于卒中后并持續3～6個月以認知損害為特征的臨床綜合征，發生率80%[1-2]。PSCI使患者無法很好配合康復訓練，阻礙軀體功能恢復，影響日常生活活動能力(activities of daily living,ADL)，降低患者生活質量和生存時間，家庭與社會經濟負擔顯著增加[3]。Nys等[4]的一項研究表明，卒中后6個月，認知障礙患者軀體、心理和社會等整體功能狀態明顯下降。

腦卒中后肢體功能障礙往往與認知功能障礙同時出現，約80%患者上肢功能受損，且與下肢相比，運動功能障礙康復更難，治療時間更長，預后不理想[5]。上肢在日常工作和生活中扮演著重要角色，上肢功能障礙極大降低腦卒中患者ADL 和生活質量，改善上肢功能是腦卒中康復的核心要素[6]。高強度、可重復和以特定活動為導向的康復訓練更加有效[7]。

傳統的認知訓練過程單一，缺乏趣味性，康復效果不理想；而傳統上肢一對一訓練往往無法為患者提供密集和重復性治療[8]。上肢康復機器人能將任務導向與虛擬現實技術相結合，有效改善患者上肢關節活動度、靈活性和控制能力[9]，促進腦卒中患者上肢運動功能和ADL 提高[10-11]。同時，上肢康復機器人訓練具備高強度、高重復、豐富環境刺激等特性，是認知康復訓練的重要補充手段[12-13]。本研究旨在探討上肢康復機器人訓練對亞急性期腦卒中患者認知功能、上肢運動功能及ADL的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2019 年9 月至2020 年9 月，在溫州醫科大學附屬第一醫院康復科住院的亞急性期腦卒中伴認知障礙偏癱患者65例，均符合腦卒中診斷標準[14]，并經影像學檢查確診。其中5例脫落，最終完成60例。

納入標準：①首次發??；②病程3～6 周；③病情穩定，無意識障礙，能配合治療；④中度認知障礙，簡易精神狀態檢查(Mini-Mental State Examination,MMSE)評分12～18 分[15]，小學及以上文化程度；⑤并發偏癱；⑥知情同意并簽署知情同意書。

排除標準：①嚴重視聽障礙和/或言語功能障礙，不能配合治療；②既往有精神病史、重度抑郁或自殺傾向；③嚴重臟器功能不全。

使用RAS 1.0 生成樣本量為65，分組數量為2 的隨機數字表，交予獨立第三方保存，試驗結束前保密。隨機數字及分組名稱按順序編碼后封存于信封內，每次患者入選后，由獨立第三方打開對應信封，研究對象即被分配到對照組或試驗組。

對照組32 例，1 例病情變化退出，1 例提早出院要求放棄試驗；試驗組33 例，2 例因病情變化退出，1 例提早出院自動退出。最終完成60 例，每組30 例。兩組一般資料無顯著性差異(P＞0.05)。見表1。

表1 兩組一般資料比較

本研究經溫州醫科大學附屬第一醫院倫理委員會審批。

1.2 方法

兩組均接受常規藥物治療和常規康復，并行作業治療20 min；對照組隨后采用常規認知訓練20 min，試驗組隨后采用上肢康復機器人訓練20 min。每天1次，每周5 d，共4周。

1.2.1 常規治療

藥物治療包括阿司匹林、氯吡格雷、他汀類藥物、依達拉奉等。常規康復訓練包括運動治療(關節松動訓練、肌力訓練、平衡協調訓練、步態訓練等)、理療(電療、熱療、聲療、水療等)、吞咽言語治療、針灸等。作業治療，包括上肢/手功能訓練(用鑰匙開鎖、拿杯子喝水、翻書等)以及ADL 訓練(穿脫衣物、床椅轉移、進食等)。

1.2.2 認知訓練

認知訓練遵循個體化原則。①注意力訓練：包括猜測游戲、數字排序、刪除作業等。②記憶力訓練：采用外部輔助策略和內部重建策略進行訓練，包括撲克牌記憶、看圖說話、提示卡片等。③計算能力訓練：包括做算術題、累加累減等。④執行能力訓練：包括折紙、手工制作等。⑤空間結構及定向力訓練：畫圖、拼圖、堆積木等。⑥思維推理訓練：排列數字、物品歸類、模擬超市購物等。

1.2.3 上肢康復機器人訓練

采用ArmGuider?上肢康復訓練系統(上海卓道醫療科技有限公司)。用綁帶將患者上肢固定于(或主動抓握)操作桿，患者根據屏幕提示移動操作桿完成任務。系統包括多模塊訓練內容，如數星星、比較數字大小、四則運算并將結果移動到目標位置；在不同場景下，選出與目標圖案一致的圖案，并移到目標位置；患者移動操作桿，將六邊形元素拼出各種形狀，并為其添加相應顏色；模擬購物、取水澆花、選菜吃飯、清潔窗戶等；通過記憶移動操作桿，選擇指定的撲克牌；水果忍者游戲，患者觀察屏幕中出現的水果并移動操作桿將其斬斷，期間需要躲避障礙物。訓練模式有被動、助力(1～5 級)和阻力(1～5 級)，每個模塊時間可調，一次訓練可添加多個模塊，一個模塊結束后自動進入下一模塊訓練，可根據患者情況選擇針對性訓練。

1.3 評定方法

采用蒙特利爾認知評估(Montreal Cognitive Assessment,MoCA)[16]和MMSE 聯合評估認知功能，Fugl-Meyer 評定量表-上肢部分(Fugl-Meyer Assessment-Upper Extremities,FMA-UE)[17]評估上肢運動功能，改良Barthel 指數(modified Barthel Index,MBI)[17]評估ADL。由專人完成，評定者對分組情況不知情。

1.4 統計學分析

采用SPSS 20.0 統計軟件進行數據分析。計量資料符合正態分布，以()表示，組間比較采用獨立樣本t檢驗，組內比較采用配對樣本t檢驗；不符合正態分布，以M(QL,QU)表示，采用秩和檢驗。計數資料比較采用χ2檢驗。入組前MBI 與MoCA、MMSE、FMA-UE、FMA-UE 手臂、FMA-UE 腕手及FMA-UE上肢協調性的相關性采用Pearson 相關性分析(符合正態分布)或Spearman相關性分析(不符合正態分布)。顯著性水平α=0.05。

2 結果

2.1 MoCA

干預前，兩組MoCA 總分及各子項目分均無顯著性差異(P＞0.05)。干預后，試驗組MoCA 總分及除語言外的子項目分均較治療前明顯提高(P＜0.01)；對照組MoCA 總分及除命名、抽象和延遲回憶外的子項目分均較治療前顯著提高(P＜0.001)。干預后，試驗組MoCA 總分及延遲回憶、視空間與執行功能、命名、注意、抽象5 個子項目分高于對照組(P＜0.05)；試驗組語言評分低于對照組(P＜0.05)。見表2。

表2 兩組干預前后MoCA評分比較

2.2 MMSE

干預前，兩組MMSE總分及各子項目分均無顯著性差異(P＞0.05)；干預后，兩組MMSE總分和各子項目分均較治療前提高(P＜0.05)；干預后，試驗組MMSE 總分及除定向外的子項目分較對照組提高(P＜0.05)。見表3。分文化程度(小學/初中及以上)比較，結果相似。見表4、表5。

表3 兩組干預前后MMSE評分比較

表4 兩組小學文化程度干預前后MMSE評分比較

表5 兩組初中及以上文化程度干預前后MMSE評分比較

2.3 FMA-UE

干預前，兩組FMA-UE 總分及各子項目分均無顯著性差異(P＞0.05)。干預后，試驗組FMA-UE總分及各子項目分均提高(P＜0.05)；對照組FMA-UE總分及手臂、腕手項目分顯著提高(P＜0.001)。干預后，試驗組FMA-UE 總分及手臂項目分較對照組明顯提高(P＜0.01)。見表6。

表6 兩組干預前后FMA-UE評分比較

2.4 MBI

干預前，兩組MBI 評分無顯著性差異(P＞0.05)。干預后，兩組MBI 評分均顯著提高(P＜0.001)，試驗組評分明顯高于對照組(P＜0.01)。見表7。

表7 兩組干預前后MBI評分比較

2.5 相關性分析

干預前，患者MBI評分與FMA-UE總分及各子項目分正相關(P＜0.05)，與MoCA和MMSE評分正相關(P＜0.01)。見表8。

表8 相關性分析結果

3 討論

認知障礙主要體現在注意力、執行力、視空間結構能力障礙等。存在認知障礙的患者往往難以集中注意力，訓練不得要領，所學到的運動技巧無法應用于日常生活，康復效果事倍功半[18]。上肢康復機器人訓練是以任務為導向的趣味性游戲作為訓練內容，并可不斷重復，更易調動患者積極性，并將所習得的技能泛化到其他未訓練的任務活動中，提高患者主動解決問題能力，改善上肢功能和認知功能[19-20]。上肢功能和認知的改善有助于ADL提高。

MoCA較MMSE更敏感，但特異性稍差[21]，Roalf等[22]推薦兩者聯合使用。MMSE 和MoCA 均與患者受教育程度相關，MMSE 相對簡單，存在“天花板效應”；MoCA相對較難，存在“地板效應”[21]。本研究以MMSE 作為篩查量表，結合MoCA 與MMSE 對患者進行綜合評估。研究顯示，上肢康復機器人訓練較常規認知訓練效果更好，與此前的研究結果一致[23-24]。這一結果對不同文化程度患者的認知功能無明顯差異。

在MoCA 評分方面，上肢康復機器人訓練的效果主要體現在視空間與執行功能、命名、注意、抽象、延遲回憶等方面。本研究采用的上肢康復機器人，包括運動、視覺、聽覺、多種虛擬情景等各種刺激，能促進情緒和注意力相關區域活動，提高患者訓練的興趣和積極性，加速腦功能恢復[25-26]；本系統有模擬真實情景的任務導向性訓練，如購物、選菜吃飯、清潔窗戶等，可促使患者解決問題能力提升，認知功能改善[27]。此外，上肢康復機器人訓練不僅能接受上肢重復性高強度運動刺激，訓練過程中產生的視覺反饋、聽覺反饋、情景反饋及獎懲反饋等，形成豐富的環境刺激[28]。豐富的環境刺激可以激活與細胞重塑相關的基因表達，促進軸突延伸和新突觸聯系建立，增加神經可塑性[29]。樹突棘是突觸重塑的重要區域[30]。對大鼠的研究表明[31-32]，豐富環境刺激可增加樹突分支、樹突棘和突觸的數量，增加大鼠神經干細胞、成神經細胞數量，促進增殖細胞向腦梗死區遷移。中樞神經系統的可塑性是卒中后認知康復的基礎，豐富的環境刺激可促進大鼠神經元、突起再生，加快神經網絡重塑，并使功能腦區轉移，促進腦功能重組。

但試驗組言語評分甚至低于對照組，這可能與患者在訓練過程中較少語言輸出有關；兩組定向評分無顯著性差異，這可能由于試驗組訓練過程較少涉及定向相關任務活動，而對照組則常規進行定時定向方面的認知訓練。

MMSE 的評定結果與MoCA 結果相似，但語言評分試驗組優于對照組，可能由于MMSE語言部分涉及執行功能內容，如要求患者聽清指令后并執行指令內容。

FMA-UE 評分顯示，上肢康復機器人訓練對上肢協調性可能有一定改善作用，在手臂運動方面改善效果優于對照組。本研究采用的上肢康復機器人訓練采用力反饋技術，可根據患者情況及時調整助力或阻力大小，引導患者以正常模式進行主動運動，提高上肢活動度和控制能力，強化上肢力量。上肢康復機器人訓練所提供的各種感覺和運動信息輸入，促進大腦相應功能重塑[33]，結合情景性任務導向性訓練，增加偏癱上肢本體感覺輸入。另外，還可根據患者上肢功能障礙水平，定制不同種類和難度的任務，如直線、斜線、齒輪狀、圓形等運動軌跡，從而提高運動功能。人機互動的趣味性游戲訓練能提高患者的興趣和積極性，患者更容易堅持[34]。上肢機器人可提供高強度、高重復性的任務導向性訓練，對大腦產生重復性刺激，激活鄰近未受損的腦組織部分補償功能損傷[35]，并使大腦功能重建得到強化和鞏固。

兩組手腕及上肢協調性方面的治療效果相差無幾，可能因為患者訓練過程中，手被固定于操作桿上，手和手腕活動較少，同時涉及上肢速度、靈活性方面的任務訓練較少。

本研究顯示，干預后，試驗組MBI評分高于對照組。本研究所采用的訓練不僅涉及認知功能、上肢運動功能，同時結合ADL 訓練，通過情景性任務導向訓練，促進特定活動技能的獲得，不斷提高患者ADL能力[24]。本研究顯示，MBI 與認知和運動功能均呈正相關，腦卒中患者上肢運動功能和認知功能改善本身，就可以促進ADL提高。

本研究未進行遠期隨訪；缺乏對手、腕部功能鍛煉的模塊內容；虛擬情景訓練不是沉浸式，訓練效果不夠理想；所涉及的指標均為量表，缺乏量化指標。后續可繼續完善研究。

綜上所述，上肢康復機器人訓練可改善亞急性期腦卒中患者的認知功能、上肢運動功能和ADL，是亞急性期腦卒中康復的一種有效手段。

利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突。