手部外骨骼機器人聯合手運動想象對腦卒中偏癱患者腦電信號及認知功能的影響

摘 要 目的：探討手部外骨骼機器人聯合手運動想象對腦卒中偏癱患者腦電信號及認知功能的影響。方法：選取2022年10月—2023年10月于上海市靜安區市北醫院老年康復科就診的腦卒中后偏癱手功能障礙患者120例，按照不同干預方法將其分為A、B、C三組，各40例。A組予以手運動想象聯合常規康復治療，B組予以手部外骨骼機器人聯合常規康復治療，C組予以手部外骨骼機器人聯合手運動想象及常規康復治療。比較三組患者Fugl-Meyer上肢運動功能量表（FMA-UL）評分、上肢動作研究量表（ARAT）評分、Carroll上肢功能試驗（UEFT）評分、Batherl指數（BI）評分、蒙特利爾認知評估量表（MoCA）評分、簡易精神狀態檢查量表（MMSE）評分、上肢肌電積分（iEMG）值、大腦各導聯α波絕對功率值及總有效率。結果：治療后4周，三組患者FMA-UL、ARAT、UEFT、BI評分及前臂伸肌肌群、上肢三角肌、肱三頭肌iEMG值比較均顯著升高，且C組顯著高于A組、B組，差異有統計學意義（Plt;0.05）。三組患者MoCA、MMSE評分及大腦各導聯α波絕對功率值比較均顯著升高，且C組均顯著高于A組、B組，A組均顯著高于B組，差異有統計學意義（Plt;0.05）。C組總有效率（97.50%）顯著高于A組總有效率（82.50%）與B組總有效率（80.00%），差異有統計學意義（Plt;0.05）。結論：手部外骨骼機器人聯合手運動想象可明顯改善腦卒中偏癱患者認知功能與大腦功能狀態，提高其日常生活能力及前臂伸肌肌群、上肢三角肌、肱三頭肌iEMG值，更好地改善其上肢運動功能障礙。

關鍵詞 腦卒中；手部外骨骼機器人；運動想象；康復；手功能

中圖分類號 R743.3 R493 文獻標識碼 A 文章編號 2096-7721（2024）06-1116-08

Effect of hand exoskeleton robot combined with hand motion imagination on EEG signal and cognitive function in stroke patients with hemiplegia

GU Yiwen， SHU Jin

（Department of Rehabilitation， Shanghai Jing’an District Shibei Hospital， Shanghai 200435， China）

Abstract Objective： To investigate the effects of hand exoskeleton robot combined with hand motion imagination on EEG signal and cognitive function of stroke patients with hemiplegia. Methods： A total of 120 hemiplegia patients with hand dysfunction after stroke who were treated in Shanghai Jing’an District Shibei Hospital from October 2022 to October 2023 were selected. They were divided into 3 groups according to different intervention ways， with 40 cases in each group. Group A was given hand movement imagination combined with routine rehabilitation treatment， group B was given hand exoskeleton robot combined with routine rehabilitation treatment， while Group C was given the hand exoskeleton robot combined with hand movement imagination and routine rehabilitation treatment. Fugl-Meyer assessment of upper extremity （FMA-UE）， action research arm test （ARAT）， upper extremity function test （UEFT）， Batherl Index （BI）， montreal cognitive assessment （MoCA）， mini-mental state examination （MMSE）， and intramuscular EMG （iEMG） of the upper limbs， absolute power of α oscillations of each brain lead and total effective rate were compared among the three groups. Results： 4 weeks after treatment， FMA-UL， ARAT， UEFT and BI scores， iEMG values of the forearm extender muscle group， upper limb deltoid muscle， and triceps were significantly improved， while they were significantly better in group C than group A and B （Plt;0.05）. MoCA， MMSE scores， and absolute power values of α oscillations of brain leads were all increased in the three groups after treatment， while they were significantly better in group C than group A and B， and group A was significantly better than group B， with significant differences （Plt;0.05）. Overall effective rate of Group C （97.50%） was noticeably higher than group A （82.50%） and group B（80.00%）， and the differences were statistically significant （Plt;0.05）. Conclusion： Hand exoskeleton robot combined with hand motion imagination can significantly improve the cognitive function， brain function and upper limb motor dysfunction of stroke patients with hemiplegia， as well as improve their daily living ability and iEMG values of forearm extensors， upper deltoid muscles"and triceps.

Key words Stroke; Hand Exoskeleton Robot; Motor Imagination; Rehabilitation; Hand Function

腦卒中潛伏期長，致殘率、致死率較高，屬于常見顱腦病變[1]。偏癱是腦卒中常見并發癥，患者自理能力差，合并認知障礙概率高，患者易出現情緒消極悲觀的情況，導致生活質量降低[2-3]。研究指出手功能障礙更是影響腦卒中偏癱患者回歸社會與家庭的重要因素[4]?？祻椭委熌芴岣呋颊呱钅芰Γ龠M其神經功能恢復，改善其自理能力[5]。與傳統康復手段對比，外骨骼機器人可提供個性化、高強度的可控性康復訓練，是一種新型助行-康復技術，融合了人工智能、康復醫學、機器人學等學科，能夠精確評估患者運動功能改善程度，減輕臨床工作人員負擔[6-7]。運動想象則屬于特殊的主動運動，無任何動作輸出，具備操作簡單、針對性強的優勢，可按照運動記憶進行反復運動想象，激活大腦某一活動特定區域，予以暗示性訓練，適用于卒中后任何階段。且運動想象能夠減輕多數治療存在的場地、器械等限制，已被證明療效明顯[8]。本研究旨在探討手部外骨骼機器人、手運動想象及常規康復治療用于腦卒中偏癱手功能障礙患者中的康復訓練，觀察其對患者腦電信號與認知功能的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2022年10月—2023年10月于上海市靜安區市北醫院老年康復科就診的腦卒中后偏癱手功能障礙患者120例，按照不同干預方法將其分為A、B、C三組，各40例。A組予以手運動想象聯合常規康復治療，B組予以手部外骨骼機器人聯合常規康復治療，C組予以手部外骨骼機器人聯合手運動想象及常規康復治療。三組患者基線資料比較，差異無統計學意義（Pgt;0.05），見表1。

納入標準：①符合《中國腦血管病防治指南》[9]中疾病診斷標準；②年齡55～80歲，病程≤1個月；③能夠單獨執行指令；④生命體征穩定，既往無正規康復治療；⑤依從性較好；⑥偏癱手Brunnstrom分期Ⅰ～Ⅱ期；⑦蒙特利爾認知評估量表（Montreal Cognitive Assessment Scale，MoCA）評分lt;26分，感知、認知能力下降者；⑧均已簽署知情同意書。排除標準：①偏癱手嚴重腫脹、骨折者；②上肢手改良Ashworth分級gt;3級者；③合并惡性腫瘤、癲癇者；④精神狀態異常、意識不清者；⑤存在明顯認知障礙，不能完成認知量表評估者；⑥體內有耳蝸植入、心臟起搏器等金屬異物者；⑦無法穿戴外骨骼者。本研究已經醫院倫理委員會批準（倫理審批號：YL-20220704-11）。

1.2 方法

1.2.1 常規康復治療 所有患者均行常規康復干預，經資深康復治療師負責，推行腦卒中康復宣教，予以日常生活活動能力訓練、步行功能訓練、手功能訓練及翻身坐起訓練等，提高患者獨立生活能力與運動功能。治療60分鐘/次，1次/天，5天/周，持續4周。

1.2.2 手運動想象聯合常規康復治療 在常規康復治療基礎上行手運動想象訓練。治療前，由專業康復治療師講解手運動想象治療過程，并于安靜的治療室內向患者示范訓練動作，幫助患者了解動作的全部流程，確定患者能夠想象動作執行過程，于大腦建立“啟動-進行-結束”整個動作的流程圖，即可進行手運動想象訓練。首先囑患者閉目深呼吸全身放松，想象躺在舒適、溫暖的環境中，維持2～3 min，按指導錄音進行訓練。隨后要求患者集中注意力，行患側上肢運動想象訓練，包括肩關節外展、前屈、后伸動作，以及指關節、腕關節、肘關節的伸展動作等，持續10 min?；A動作結束后，再次集中患者注意力，深呼吸全身放松，行功能性活動與日常生活活動能力訓練，如想象穿衣、洗漱、梳頭等，并想象“伸胳膊碰面前的杯子”“移動木塊和物體”“伸開手指抓握網球”“舉起手臂拿東西”“端茶”“剝香蕉”等手部動作，持續15 min。

最后深呼吸全身放松，囑患者集中注意力于周邊，逐步放松全身肌肉，想象回到室內，感受周圍的環境，維持2～3 min，讓患者緩慢睜開眼睛，期間可從10倒數至1，結束訓練。訓練1次/天，5天/周，持續4周。同時配合常規康復，60分鐘/次，1次/天。注意，想象過程中應防止患者出現肢體動作，若患者發生肌張力上升、疲勞等不適現象，應適當休息，終止訓練。

1.2.3 手部外骨骼機器人聯合常規康復治療

在常規康復治療基礎上行手部外骨骼機器人訓練（如圖1）。外骨骼訓練裝置由上海海每康智能醫療科技有限公司生產，型號HMK-SG01，采用EMG控制上肢外骨骼訓練系統。外骨骼機械手由多尼龍指環固定于手上，其構成為手指組件5個、手掌支持平臺1個。手指組件為5連桿機構，可帶動每個手指屈伸，屬于單獨微型線性電機驅動。外骨骼訓練系統還能收集健手運動期間關鍵肌表面肌電信號，解析出健手的手勢動作，一般通過運動模式的肌電控制系統進行識別，從而驅動外骨骼輔助患手，促使雙手完成同步對稱性訓練。

手部外骨骼機器人訓練前，應詳細說明訓練方法和儀器原理，提高患者依從性。隨后由康復治療師輔助患者穿戴機械手臂，患手佩戴外骨骼，取表面陣列電極2塊，貼在其健側前臂伸肌、屈肌區域，注意患者應取坐位，于舒適等高支撐平面上放置患手，確保表面陣列電極覆蓋前臂淺表肌群。后在保證手功能性活動、高識別率情況下，予拇指和食指對指、集團抓握、伸食指和中指、伸拇指、集團伸展、伸食指6組動作。健手單獨完成上述動作，以供機器學習。正式訓練期，依次訓練上述動作，如訓練集團抓握時，待健手自主抓握后，引導患手抓握動作，且外骨骼同步輔助抓握，維持5 s后放松，反復訓練10次。期間可嘗試抓握網球、木塊等，還需囑患者集中注意力，持續性給予其訓練指令，重點關注患手運動感覺，以及機械手運動情況。訓練30分鐘/次，1次/天，5天/周，連續4周。同時配合常規康復治療，60分鐘/次，1次/天。

1.2.4 手部外骨骼機器人聯合手運動想象治療及常規康復訓練 在常規康復治療基礎上，增加手部外骨骼機器人和手運動想象訓練。本組訓練中，常規康復治療60分鐘/次；手運動想象訓練15分鐘/次；手部外骨骼機器人訓練15分鐘/次。

每種治療均1次/天，5天/周，連續4周。

1.3 觀察指標

1.3.1 主要觀察指標 ①使用Fugl-Meyer上肢運動功能量表（Fulg-Meyer Assessment of Upper Extremity，FMA-UE）[10]評估三組患者治療前后上肢運動功能，包括協調、手腕、肩/肘/前臂、手/手指四個類別，共評估33個項目，按3分制評分（0～2分），總計66分，分數愈高上肢運動功能愈好。②使用上肢動作研究量表（Action Research Arm Test，ARAT）[11]評估三組患者治療前后手精細運動功能，包括粗大運動功能、抓、握、手指對捏測試4個項目，分數越高手精細運動功能越好。③使用Carroll上肢功能試驗（Upper Extremity Function Test，UEFT）[12]評估三組患者治療前后手功能，包括旋轉、捏、抓握、書寫、放置5個功能區分數與試驗總分，共6部分，分數越高手功能越好。④使用MoCA、簡易精神狀態檢查量表（Mini-Mental State Examination，MMSE）[13]評估三組患者認知功能，評分愈高認知功能愈好。⑤利用Neuroscan 64導聯腦電放大器，采集患者放松全身、閉眼狀態、安靜狀態、清醒時腦電信號，記錄20 min。注意，應先處理心電、眼電等干擾信號，隨后使用快速傅里葉變換提取腦電信號的α波絕對功率值，記錄大腦各導聯α波絕對功率值。

1.3.2 次要觀察指標 ①使用Batherl指數（BI）評分[14]評估三組患者治療前后日常生活能力，共計10個項目，評分愈高生活能力愈好。②評估三組患者治療前后上肢肌電積分（Intramuscular Electromyogram，iEMG）值，在患者行伸指、伸腕、伸肘、肩外展動作時，利用表面肌電治療反饋系統評估前臂伸肌肌群、上肢三角肌、肱三頭肌iEMG值。③Brunnstrom分期為Ⅰ～Ⅵ期，治療后顯效為Ⅳ～Ⅵ期，有效為Ⅲ期，無效為Ⅰ、Ⅱ期。總有效率=顯效率+有效率。

1.4 統計學方法 所有數據采用SPSS 26.0進行統計學分析。計量資料用均數±標準差（x±s）表示，組間用t檢驗；計數資料用例數（百分比）[n（%）]表示，組間用 χ2檢驗；多組間比較用單因素方差分析。Plt;0.05表示差異有統計學意義。

2 結果

2.1 FMA-UL、ARAT、UEFT、BI評分 三組患者治療前FMA-UL、ARAT、UEFT、BI比較，差異無統計學意義（Pgt;0.05）；治療4周后，三組患者FMA-UL、ARAT、UEFT、BI評分均顯著升高，且C組顯著高于A組、B組，差異有統計學意義（Plt;0.05），見表2。

2.2 MoCA、MMSE評分 三組患者治療前MoCA、MMSE評分比較，差異無統計學意義（Pgt;0.05）；治療4周后，三組患者MoCA、MMSE評分均顯著升高，差異有統計學意義（Plt;0.05），其中C組評分均顯著高于A組、B組，差異有統計學意義（Plt;0.05），A組評分均顯著高于B組，差異有統計學意義（Plt;0.05），見表3。

2.3 上肢iEMG值 治療4周后，三組患者肱三頭肌、前臂伸肌肌群、上肢三角肌iEMG值均明顯升高，且C組顯著高于A組、B組，差異均有統計學意義（Plt;0.05），見表4。

2.4 腦電α波絕對功率值 三組患者治療前大腦各導聯α波絕對功率值比較，差異無統計學意義（Pgt;0.05）；治療4周后，三組大腦各導聯α波絕對功率值均顯著升高，差異有統計學意義（Plt;0.05），其中C組顯著高于A組、B組，差異有統計學意義（Plt;0.05），A組顯著高于B組，差異有統計學意義（Plt;0.05），見表5。

2.5 總有效率 三組患者總有效率比較，C組總有效率（97.50%）顯著高于A組總有效率（82.50%）、B組總有效率（80.00%），差異有統計學意義（Plt;0.05），見表6。

3 討論

腦卒中偏癱特征為偏癱側肌張力增高，為改善其肢體功能情況，需行康復治療刺激受損神經[15-17]，且多數患者偏癱手軟癱期時間較長。何逸康等人[18]研究提出卒中后伴手功能障礙患者概率可達85%，卒中6個月后上肢手功能康復患者占比不足50%，說明上肢手功能障礙為卒中后主要后遺癥之一，恢復進程相對緩慢、艱難。其還會降低肢體運動、協調、感覺、靈活性，嚴重限制患者日常生活活動能力，促使患者生活質量嚴重下降，給社會及家庭帶來沉重負擔[19]。

GOU X X等人[20]研究提出加強手部強化訓練，可進一步改善腦卒中偏癱患者上肢運動功能，減輕偏癱嚴重程度，提高腦卒中患者康復效果。故腦卒中后偏癱手功能障礙是當前康復醫療領域的關鍵問題。

本研究中，治療4周后三組患者FMA-UL、ARAT、UEFT、BI評分及前臂伸肌肌群、上肢三角肌、肱三頭肌iEMG值均顯著升高，且C組患者評分顯著高于A組、B組；同時C組總有效率顯著高于A組、B組，差異均有統計學意義（Plt;0.05）。分析其原因，與真實運動相比，運動想象訓練存在相同運動神經元通路，其主要為心理神經肌肉理論，可經重復訓練運動皮質、運動神經元中已保存的運動流程圖，加強對康復治療動作的理解，也可激活特定區域神經元細胞，加強運動技巧訓練。且早期開展運動想象訓練，能夠降低神經功能損害情況，促進潛伏通路與休眠突觸活化，強化和重組側感覺運動皮質區，提高患者日?；顒幽芰?，改善其行為能力，加快其上肢功能恢復進程[21]。外骨骼機器人為可穿戴仿生設備，是一種現代新興科技，可加快患者康復情況，緩解治療師短缺的問題[22]。

程迎等人[23]研究指出治療2周后，相較鏡像組，外骨骼組有效率更高，由于治療時間延長，兩組差距變小，但外骨骼組顯效率相對更好，提示外骨骼機器人能夠改善偏癱患者手功能，確保日常生活活動能力得到緩解。且其輔助康復訓練，可更高效地加快運動功能恢復，有助于手功能康復。張芳芳等人[24]研究提到iEMG值可反映特定期間內肌肉中參與運動時活動單位釋放電總量，由于康復機器人聯合運動想象療法可加強患者訓練階段主觀能動性，治療后聯合組能有效提高前臂伸肌肌群、上肢三角肌、肱三頭肌iEMG值。

本研究結果還顯示治療4周后，三組患者MoCA、MMSE評分及大腦各導聯α波絕對功率值均顯著升高，其中C組均顯著高于A組、B組，A組均顯著高于B組，差異均有統計學意義（Plt;0.05）。這可能是因運動想象療法本質上無運動輸出，且行重復記憶的認知訓練，其包括背外側前額葉皮質、輔助運動區、頂葉皮質、運動前皮質、小腦等部位[25]。如在常規康復基礎上結合運動想象療法，可加強現有神經元處理完整運動程序的速度，提高患者運動功能，改善患者認知功能[26]。此外，腦電信號識別算法是該療法康復的主要前提[8]。且對于腦卒中患者而言，腦電α波活性降低，疾病預后越差。汪麗麗等人[27]研究指出腦卒中患者大腦其他部分與認知功能、運動功能存在相關性，與受損區α波段振蕩同步性下降。提示腦卒中預后與腦電α波關聯，其絕對功率值上升，可改善大腦功能狀態，進一步提高其上肢功能障礙康復。Rodgers H等人[28]研究表明外骨骼機器人應用于中重度腦卒中上肢運動功能障礙康復訓練后，對上肢功能的改善有限。故較手部外骨骼機器人，手運動想象訓練可通過調節腦電α波，改善大腦功能狀態，提高患者認知功能。且較單一療法，聯合治療對患者上肢功能改善效果顯著。

綜上所述，手部外骨骼機器人聯合手運動想象可明顯改善腦卒中偏癱患者認知功能與大腦功能狀態，提高其日常生活能力及前臂伸肌肌群、上肢三角肌、肱三頭肌iEMG值，有助于其上肢運動功能障礙恢復，值得臨床推廣應用。但本研究旨在分析手部外骨骼機器人聯合手運動想象的可行性，初步探索干預措施的療效，尚未經過計算直接確定樣本量，可能存在樣本量不足的局限性，易導致研究結果發生偏倚，未來還需進行大樣本多中心研究，進一步觀察其應用效果。

利益沖突聲明：本文不存在任何利益沖突。

作者貢獻聲明：顧怡雯負責病例資料收集與整理，數據統計，撰寫全文；舒錦負責病例資料收集與整理，數據統計。

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編輯：趙敏