機器人定量輔助訓練對腦卒中恢復期偏癱患者上肢異常運動模式的即刻影響：一項表面肌電研究

雷思藝，葛瑞東，高蓓瑤，郭京偉*，鄭鑫鑫，韓子軒，徐天翼，周佳

（1.中日友好醫院 康復醫學科，北京 100029；2.首都體育學院，北京 100191；3.南京醫科大學，南京 211166；4.北京中醫藥大學，北京 100029）

腦卒中發病率高，患者預后極易遺留上肢功能障礙。有研究結果顯示，受肩肘關節異常運動模式影響，病后6 個月以上的腦卒中患者中30%～66%依然無法恢復上肢功能。上肢功能障礙會造成患者自我效能感[1]下降，影響其日常生活功能獨立性，最終影響患者后續回歸家庭、回歸社會。目前臨床上肢康復治療有常規的桌上作業療法、上肢機器人訓練、鏡像療法等[2]。已有研究驗證了上肢機器人訓練因可提供定量輔助，在改善患側上肢運動能力方面有良好的臨床治療效果[3]，但是這項訓練對偏癱患者上肢異常運動模式的影響還尚未明確。本研究使用表面肌電圖（surface electromyography，sEMG），研究上肢機器人的定量輔助訓練對偏癱患者上肢異常模式的即時影響，探討其神經肌肉控制變化的規律，以優化腦卒中偏癱上肢康復治療方法，為規范臨床康復治療方法提供理論依據。

1 資料與方法

1.1 研究對象

選取2019年3月—2020年5月間在中日友好醫院康復醫學科住院治療的男性腦卒中恢復期患者9例為試驗組。選取正常男性8例為對照組。

入選試驗組標準：①符合中華醫學會神經病學分會腦血管病學組制訂的《2018 版中國急性缺血性腦卒中診治指南》中的腦卒中診斷標準[4]，并經顱腦CT 或MRI 檢查，確診為腦卒中；②患側上肢功能Brunnstrom 分期為Ⅲ-3～Ⅳ-2 期，可主動完成肩前屈0～60°；③病程3～12 個月；④年齡50～80 歲；⑤職業為非體力勞動者；⑥意識清楚，認知功能良好，MoCA評分≥26分。對照組：①年齡50～80 歲；②右利手；③職業為非體力勞動者；④意識清楚，認知功能良好，MoCA評分≥26分。

排除標準：①合并其他嚴重疾病，如心臟、肝臟和腎臟等功能障礙；②病情不穩定，易出現新的梗死或出血灶；③嚴重痙攣，改良Ashworth 分級（modified Ashworth scale，MAS）2 級及以上者；④肩痛影響活動者；⑤肩關節前屈活動受限；⑥其他任何原因無法完成試驗指令者。

本研究已獲得中日友好醫院醫學倫理委員會批準（批準號：2021-124-K82），所有受試者均簽署知情同意書。

2 組被試者性別、利手和職業性質一致，表1示，2 組被試者年齡、身高、體重和體質量指數等差異均無統計學意義，具有可比性（P＞0.05）。

表1 研究對象基本情況比較 Md（P25，P75）

1.2 方法

1.2.1 測試方法

采用上肢機器人（Hocoma，Armeo Power 2011，瑞士）為測試變量。試驗組選取患側上肢，對照組選取右側上肢進行試驗。試驗組：端坐位肩關節和肘關節屈曲0°，受試者分別在無輔助和上肢機器人定量減重輔助（手臂重量50%，主動控制的協調控制策略[5]）2 種條件下，以自然狀態進行肩前屈動作，5s 抬至60°，取中間3s。2 種條件先后順序隨機，測試間隔充分休息。每種動作重復3 次，取平均值。對照組：端坐位肩關節和肘關節屈曲0°，受試者以自然狀態進行肩前屈動作，5s抬至60°，取中間3s。動作重復3次，取平均值。

提前告知被試者試驗過程，并讓被試按照試驗要求重復試驗動作數次直至熟練，再進行正式測試。

1.2.2 評定方法

采用表面肌電圖儀（WBA-T8，芬蘭），采集肩前屈時受試側三角肌前束、三角肌側束、斜方肌上部、肱二頭肌和肱三頭肌的即刻肌電信號。開始前，用細砂紙去除皮屑，酒精去除油脂。將表面電極平行肌肉纖維走向貼于肌肉肌腹隆起處，近端與遠端兩電極中心相距20mm。

結束后，使用MegeWin 軟件進行處理。將所有肌電信號通過帶通濾波（10～500Hz），并采用平均值進行平滑處理，隨后進行全波整流，最后采用低通濾波（10Hz）對肌電信號進行處理[6]。

激活水平：再將已測得的相應靶肌肉的最大自主等長收縮（maximal voluntary isometric contraction，MVIC）的積分肌電峰值進行標準化處理[7]，得到靶肌肉作用的百分比（%MVIC）[8]。

激活水平的相對值：將無輔助試驗組和上肢機器人定量輔助試驗組的肌肉激活水平分別除以對照組各肌肉激活水平的平均值M，所得數值即為該組肌肉激活水平的相對值。

激活時序：基線肌電圖通過5s 靜息姿勢下肌電圖活動的平均值，當肌電振幅超過基線水平的2 個標準差＞50ms，確定為各組肌肉肌電活動的激活時間[9]。根據各肌肉激活時間來分析肌肉的激活順序。

1.2.3 統計學方法

應用SPSS22.0 軟件進行統計學分析。計量資料以中位數和四分位數來表示。數據不符合正態分布，無輔助試驗組與上肢機器人定量輔助試驗組比較采用Wilcoxon 符號秩檢驗，無輔助試驗組與對照組、上肢機器人定量輔助試驗組與對照組比較采用Manner-Whitney U 檢驗。無輔助試驗組和上肢機器人定量輔助試驗組相對于對照組平均值M的比較采用Wilcoxon符號秩檢驗設定顯著性水平為P=0.05（取雙側檢驗）。

2 結果

2.1 激活水平

表2 示，無輔助試驗組與對照組比較，所有肌肉的差異均有統計學意義（P＜0.05）；上肢機器人定量輔助試驗組與對照組比較，僅三角肌前束差異無統計學意義（P＞0.05）。無輔助試驗組與上肢機器人定量輔助試驗組比較，僅三角肌前束差異有統計學意義（P＜0.05），其余肌肉差異均無統計學意義（P＞0.05）。

表2 3組激活水平和激活時序的比較（Md，P25，P75）

為進一步比較2 個試驗組相對正常對照組激活水平的差異，Wilcoxon 符號秩檢驗比較結果顯示，僅三角肌前束（P=0.011）和三角肌側束（P=0.017）差異存在統計學意義，見圖1。

圖1 三角肌前束（A）和三角肌側束（B）無輔助試驗組和上肢機器人定量輔助試驗組相對于對照組M的激活水平比較

2.2 激活時序

表2 示，經U 檢驗無輔助試驗組與對照組比較，僅三角肌前束和三角肌側束差異有統計學意義（P＜0.05）；上肢機器人定量輔助試驗組與對照組比較，所有肌肉差異均無統計學意義（P＞0.05）。經符號秩檢驗，無輔助試驗組與上肢機器人定量輔助試驗組比較，僅三角肌前束和三角肌側束差異有統計學意義（P＜0.05），其余肌肉差異均無統計學意義（P＞0.05）。

2 個試驗組相對正常對照組的激活時序，三角肌前束和三角肌側束差異均無統計學意義（P＞0.05）。

3 討論

腦卒中后，因中樞神經系統的病理改變導致患者完成功能性活動時肌肉的激活水平及其順序性方面出現問題[8]，這將引起肩部與肘部的關節和肌肉不是直接去進行這項功能性活動，而是會產生不必要的代償運動[10]。如何打破粗大的異常運動模式，建立正常的肩肘關節運動模式成為恢復期腦卒中康復治療中重要的訓練目的之一。

上肢機器人在康復臨床中的應用是近幾年智能康復發展和科技進步的體現。上肢機器人訓練因其可重復性與精確性，常為功能康復訓練及研究提供定量輔助，在臨床使用廣泛。之前的一些相關研究聚焦于上肢機器人的臨床治療效果[3]，而其對腦卒中偏癱患者的異常運動模式的影響未見相關報道。本研究目的是通過觀察上肢機器人定量減重輔助訓練模式下腦卒中偏癱患者肩前屈功能性活動時肩部與肘部相關肌群的激活水平和激活時序，分析該訓練方法對偏癱患者上肢異常運動模式的影響，從而為臨床治療方法的選擇提供理論依據。以往研究表明，腦卒中患者臨床表現和流行病學有著明顯的性別差異，男性發病率更高，因此本研究被試均為男性[11]。職業分類差異也會導致腦卒中患者預后有所差異[12]，因此本研究試驗組與對照組被試均為非體力勞動者。

選取激活水平為主要結局指標，據前期檢驗功效分析（α=0.05，power=0.8）計算所得：表面肌電指標差異具有統計學意義需要每組＞8 例，故選取試驗組9例、對照組8例。表面肌電圖是一種應用廣泛的康復評價工具[13]，常用來監測肌肉運動[14]，已有大量國內外研究[15]證實了表面肌電圖測量肌肉活動的可信度和有效性。使用表面肌電圖測量肌肉激活水平與激活時序是分析肌肉運動模式的常用方法[16]。其激活水平可以反映肌肉的興奮程度和運動控制質量，激活時序反映不同肌肉激活的先后順序[16]。因此本研究選用肌肉激活水平和激活時序這2 個指標來分析偏癱患者患側上肢的運動模式，進而評估患者上肢分離運動的程度。

正常人在進行肩前屈時，三角肌前束、斜方肌及肱三頭肌分別作為主動肌和輔助肌以適當的激活水平并依據一定的收縮順序參與到動作的過程中[8]。以往研究結果表明，腦卒中患者異常的共同運動模式為肩前屈動作同時伴有肩外展和屈肘，原因在于三角肌中束和肱二頭肌的代償性激活[10]。本研究結果從肌肉激活水平和激活時序方面也證實了這一點。在進行肩前屈0～60°動作時，正常對照組完成動作主動肌激活時間早，激活水平低；試驗組被試患側上肢肩部肌肉肌肉過度激活，主動肌三角肌前束晚于三角肌側束。本研究結果證明，試驗組腦卒中患者與正常對照組激活水平與激活時序均有差異，通過上肢機器人定量減輕手臂重量后，試驗組肌肉激活時序回歸正常，主動肌興奮程度顯著降低，運動模式接近正常對照組。

本研究觀察了上肢機器人定量輔助對腦卒中恢復期偏癱患者上肢異常運動模式的即刻影響，但是，受到試驗條件的限制，研究設計方面還存在一些不足，在進一步的研究中將結合多元三維運動分析手段對偏癱患者的異常運動模式進行更加精確和量化的分析。另外，我們將在更長時間周期中進一步擴大樣本量并進行分層觀察該干預方法對偏癱患者異常運動模式的影響。

綜上所述，上肢機器人定量減重輔助訓練有助于偏癱患者上肢更早進入分離運動期，從而改善患者的運動功能，縮短恢復期的時間，可以減少治療花費與照護負擔。