上肢康復機器人聯合VR訓練對重癥顱腦損傷術后干預效果及對日常行為的中介效應研究

摘 要 目的：研究重癥顱腦損傷（sTBI）患者去骨瓣減壓術（DC）后采取上肢康復機器人訓練（ULRRT）聯合虛擬現實（VR）互動干預后，其日常生活能力、神經功能、認知功能和肢體功能的改善情況。同時，依照“認知行為理論”，探討認知功能、神經功能在肢體功能對日常生活行為的關系中的中介效應。方法：回顧性分析2019年1月—2023年6月于西安交通大學第一附屬醫院治療的92例sTBI患者的臨床資料，根據可比性原則按不同干預方式將其劃分為機器人組（32例，常規干預+上肢康復機器人干預）、VR組（26例，常規干預+VR互動干預）、聯合組（34例，常規干預+上肢康復機器人干預+VR互動干預）。采用美國國立衛生院卒中量表（NIHSS）、簡易精神狀態檢查（MMSE）、上肢運動功能評定量表（FMA-UE）及日常生活能力量表（ADL）分別評估并比較三組患者的神經功能、認知功能、上肢功能及日常生活能力。結果：干預后，聯合組MMSE、FMA-UE、ADL評分均高于機器人組、VR組（Plt;0.05），而聯合組NIHSS低于機器人組、VR組（Plt;0.05）。ADL與MMSE、FMA-UE為正相關關系，與NIHSS為負相關關系（Plt;0.05）。ADL的變化受到FMA-UE、NIHSS和MMSE的影響。NIHSS、MMSE在FMA-UE對ADL的影響關系中起到完全中介的作用。結論：上肢康復機器人聯合VR互動干預對sTBI患者術后康復具有積極意義，可以提高上肢運動功能，改善認知和神經功能，進而提高生活質量。

關鍵詞 重癥顱腦損傷；去骨瓣減壓術；上肢康復機器人；虛擬現實互動干預；上肢功能

中圖分類號 R608 R651.1+5 文獻標識碼 A 文章編號 2096-7721（2024）06-1142-07

Study on the effect of upper limb rehabilitation robot combined with VR training on the postoperative recovery of severe traumatic brain injury patients and the mediating effect on daily behavior

WANG Tingting1， LIN Jielu1， LI Jing2， YANG Fang3

（1.Intensive Care Department of Yan’an Traditional Chinese Medicine Hospital， Yan’an 716000， China; 2.Department of Critical Care Medicine， the First Affiliated Hospital of Xi’an Jiaotong University， Xi’an 710061， China; 3.Operating Room，

the Affiliated Hospital of Northwest University/Xi’an Third Hospital， Xi’an 710021， China）

Abstract Objective： To investigate the improvement of activities of daily living （ADLs）， cognitive function， and limb function in patients with severe traumatic brain injury （sTBI） who underwent upper limb rehabilitation robot training（ULRRT） combined with virtual reality （VR） interactive intervention after decompressive craniectomy （DC）. Meanwhile， to explore the mediating effects of cognitive and neurological functions on the relationship between limb function and ADLs based on the Cognitive Behavioral Theory. Methods： Clinical data of 92 sTBI patients who were treated in the First Affiliated Hospital of Xi’an Jiaotong University from January 2019 to June 2023 was retrospectively analyzed. The patients were divided into the robot group （n=32）， VR group （n=26） and joint group （n=34） according to different intervention ways. The robot group received conventional intervention + upper limb robot intervention， the VR group received conventional intervention + VR interactive intervention， while the joint group received upper limb robot training intervention + VR interactive intervention on the basis of conventional intervention. The national institutes of health stroke scale （NIHSS）， mini-mental state examination （MMSE）， Fugl-Meyer assessment of the upper extremity （FMA-UE） and ADL scale were used to evaluate and compare the degree of neurological deficits， cognitive function， upper limb function and ADLs of patients in the three groups. Results： After intervention， the MMSE， FMA-UE and ADL scores of the joint group were higher than those of the robot group and VR group （Plt;0.05）， while the NIHSS of the joint group was lower than that of the robot group and VR group （Plt;0.05）. The ADLs is positively correlated with MMSE and FMA-UE， and negatively correlated with NIHSS （Plt;0.05）. The changes in ADL scale were influenced by FMA-UE， NIHSS and MMSE. NIHSS and MMSE play a fully mediating role in the relationship between FMA-UE and ADL scale. Conclusion： The combination of upper limb rehabilitation robot combined with VR interactive intervention has a positive effect on the postoperative recovery of sTBI patients， which can improve patients’ upper limb motor function， cognitive function， and ultimately enhance their quality of life.

Key words Severe Traumatic Brain Injury; Decompressive Craniectomy; Upper Limb Rehabilitation Robot; Virtual Reality Interactive Intervention; Upper Limb Function

重癥顱腦損傷（Severe Traumatic Brain Injury，sTBI）是由嚴重外傷導致患者出現認知、運動和情感等方面功能障礙的疾病，嚴重者危及生命[1-2]。去骨瓣減壓術（Decompressive Craniectomy，DC）是一種常用的治療手段，可以有效降低顱內壓，緩解sTBI病情，縮短搶救時間[3-5]。然而，sTBI患者經DC后康復是一個漫長而復雜的過程，需綜合多種干預手段來實現最佳康復效果。上肢康復機器人訓練（Upper Limb Rehabilitation Robot Training，ULRRT）聯合虛擬現實（Virtual Reality，VR）交互干預是一種新型的康復治療方法，利用機器人訓練技術和模擬現實生活中的動作和場景，引導患者借助機器人外骨架設備進行關節活動、力量等方面的針對性訓練，以達到改善上肢功能和日常生活能力的目的。這種干預方法符合患者的實際情況，具有顯著的個性化、針對性、可調整等優勢。但是，臨床上關于ULRRT聯合VR交互干預的研究鮮有，本研究旨在探討這種聯合干預方式對sTBI患者DC后的干預效果，以期為患者預后康復研究提供新思路。現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧性分析2019年1月—2023年6月于西安交通大學第一附屬醫院治療的92例sTBI患者的臨床資料，根據可比性原則按不同干預方式劃分為機器人組（32例，常規干預+上肢康復機器人干預）、VR組（26例，常規干預+VR互動干預）、聯合組（34例，常規干預+上肢康復機器人干預+VR互動干預），三組患者在性別、損傷部位、年齡、病因、認知功能等方面差異無統計學意義（Pgt;0.05），具有可比性（見表1）。納入標準：①符合《神經病學診斷》[6]關于sTBI診斷標準者；②年齡≥18歲；③資料齊全。排除標準：①惡性腫瘤癌變患者；②并發嚴重肝腎功能衰竭患者；③并發嚴重心血管疾病、凝血功能障礙疾病患者；④手術禁忌患者；⑤嚴重意識不清或者精神病患者。本研究經醫院倫理委員會批準[院倫理審（2019）第235號]。

1.2 治療方法 入院后，患者接受常規的止血和抗感染治療，均實施DC。在患者耳屏前約1 cm的顴骨處切開延長至耳廓上緣，經頂結節處，直至額部發際。逐層切開充分暴露顱骨后鉆孔，打開骨瓣并去除，然后游離。切開硬膜下血腫進行減壓，徹底清除腦膜外血腫和壞死組織。進行人工補片，減壓縫合后置入外引流管。

1.3 干預措施 所有患者均進行常規干預，包括木釘盤活動、滾筒訓練、磨砂板活動及日常生活活動訓練等，20分鐘/（次·天），每周5天，共4周。

1.3.1 機器人組 采用常規干預＋ULRRT干預，即在原有常規作業訓練的基礎上，引入上肢智能反饋機器人訓練。訓練前對患者進行上肢功能評估，根據其具體情況選擇適合的機器人設備。上肢康復機器人訓練內容涵蓋主動訓練、主動－輔助訓練和阻力訓練。初始階段，由機器人設備開展被動訓練，引導患者做肩關節屈伸、肘關節屈伸、水平內收、水平外展等方面活動，該過程要保持緩慢輕柔，避免患者疼痛。患者上肢運動功能逐漸恢復階段，根據其運動意圖給予適當阻力訓練，增加自主運動能力。待其上肢運動功能恢復后可減少阻力，由患者主動訓練。每周對患者進行一次評估，并據此修改訓練參數。訓練活動包括2 min患側肢體被動活動，16 min游戲訓練以及2 min放松訓練。如果在訓練過程中患者出現不適癥狀或威脅生命健康的疾病，立即終止訓練。每次訓練結束后，資深治療師會給出專業的訓練總結并給予鼓勵。每次共訓練40 min，每天1次，每周5天，持續4周。同時，結合語言治療、物理治療等實施綜合康復訓練。

1.3.2 VR組 在常規訓練的基礎上實施VR互動干預。VR互動干預內容：在干預前對患者進行全面評估，包括認知功能、日常生活活動能力、情緒狀態等方面，幫助制定個性化的干預計劃。根據患者的具體情況和評估結果，選擇適合的VR技術設備和軟件。通過VR技術，可以創建與患者日常生活相關的各種虛擬情景，如購物、烹飪、打掃等，患者進行實際的操作和互動，以及各種認知任務，如解決問題、決策、溝通等，以提高其日常生活活動能力和認知能力。通過模擬真實生活中的各種挑戰和障礙，患者可以逐漸適應不同的環境并提高應對能力。干預過程中，記錄患者的各項數據，如完成任務的時間、正確率、反應速度等，根據該數據和分析結果，逐步調整干預計劃和方法。例如，對于表現困難的患者，可以減小訓練的難度和強度；對于表現較好的患者，可以逐漸減少阻力并鼓勵其更自主地參與訓練。同時，對患者進行心理輔導、家庭支持等協同干預。干預結束后，對患者進行長期隨訪和評估，了解其恢復情況、生活質量以及是否需要進一步的康復支持和服務。每次共訓練40 min，每天1次，每周5天，共4周。

1.3.3 聯合組 在常規干預的基礎上實施ULRRT

聯合VR交互干預。首先根據患者實際需求，分階段開展ULRRT與VR交互干預。在患者上肢功能被動訓練中，以ULRRT為主，設計針對性干預方案。患者上肢功能恢復后采用ULRRT與VR交互干預相結合的方式，除ULRRT外，還可通過家庭場景實施打掃、烹飪等上肢活動訓練，或者通過以機器人輔助設備帶動患者開展家庭購物等日常行為。每次共訓練40 min，每天1次，每周5天，共4周。

1.4 質控措施 ①訓練合格。本研究由1名主治醫生、1名康復訓練師、1名護士長、3名輪班責任護士組成的同一康復團隊實施，所有醫護人員均通過專業培訓并達標上崗。②間隔干預。在干預期間，為了避免組間沾染，因患者相互溝通而影響研究結果，選取不同樓層或者不同樓棟的患者開展研究。③資料分揀。患者病例資料、干預效果評估資料以責任護士為主進行收集，做到資料分開整理、分開統計、分開存放。

1.5 觀察指標 ①神經功能采用美國國立衛生院卒中量表[7]（National Institute of Health Stroke Scale，NIHSS）進行評估，包括15個條目，涵蓋運動、感覺、語言、視野和認知功能等方面，總分為0～42分，分數越高表示神經功能缺損越嚴重。②認知功能采用簡易精神狀態檢查[8]（Mini-mental State Examination，MMSE）評估，包括20個項目，涵蓋注意力、定向力、記憶、計算力、語言和視空間能力等方面，總分為0～30分，分數越高表示認知功能越好。③上肢功能采用上肢運動功能評定量表[9]（Fugl-Meyer Assessment of the Upper Extremity，FMA-UE）進行評估，包括33個上肢近端及遠端肢體運動相關條目，每項按0、1、2計分，0分為完全不能完成，2分為可以完成規定動作，1分介于二者之間。總分為0～66分，分數越高，表示上肢功能越好。④日常生活能力評估采用日常生活能力量表[10]（Activity of Daily Living Scale，ADL），包括如進食、洗澡、穿衣、如廁、控制排便排尿等指標，每一項細分為5級，總分100分。

1.6 統計學方法 采用SPSS 26.0統計學軟件進行數據統計分析，符合正態分布的計量資料以均數±標準差（x±s）表示，多組間采用方差分析并以LDS-t進行多重比較。計數資料用例數（百分比）[n（%）]表示，行 χ2檢驗。Plt;0.05為差異有統計學意義。

2 結果

干預前，三組患者NIHSS、MMSE、FMA-UE、ADL評分比較，差異無統計學意義（Pgt;0.05）。干預后，MMSE、FMA-UE評分表現為聯合組gt;VR組gt;機器人組（Plt;0.05），ADL表現為聯合組gt;機器人組gt;VR組（Plt;0.05），而NIHSS評分表現為聯合組lt;機器人組lt;VR組，差異有統計學意義（Plt;0.05），見表2。ADL與MMSE、FMA-UE為正相關關系，與NIHSS為負相關關系，差異有統計學意義（Plt;0.05），如圖1。以ADL作為因變量，以FMA-UE、NIHSS、MMSE作為自變量進行線性回歸分析，結果顯示，R2值為0.638，表明該模型的擬合度較好，ADL的變化受FMA-UE、NIHSS、MMSE的影響（見表3）。在ULRRT聯合VR交互干預下，依照“認知行為理論”，以衡量日常生活執行力的ADL為因變量Y，以衡量肢體功能的FMA-UE為自變量X，以衡量認知功能的MMSE以及衡量神經功能的NIHSS作為中介變量M，納入中介效應模型中，中介效應分析共涉及4個模型，分別如下：ADL=34.419+1.066×FMA-UE；NIHSS=24.199-0.269×FMA-UE；MMSE=-6.912+0.490×FMA-UE；ADL=69.730+0.262×FMA-UE-1.174×NIHSS+0.997×MMSE（見表4～5）。

通過效應值顯著性分析，a和b顯著，且c’不顯著，則為完全中介。這表明在FMA-UE對ADL的影響關系中NIHSS、MMSE起到完全中介的作用（見表6～7）。

3 討論

本研究中，干預后三組患者ADL評分表現為聯合組gt;機器人組gt;VR組，而NIHSS評分順序與之相反，FMA-UE、MMSE評分表現為聯合組gt;VR組gt;機器人組，這表明ULRRT聯合VR交互干預在sTBI經DC后對患者的康復更具優勢。因為上肢康復機器人可根據患者的具體情況，制定個性化的訓練方案，借助機器人通過被動、主動或輔助性的運動訓練，幫助患者恢復上肢的運動功能[11-13]。VR為患者提供模擬的生活場景，以場景活動帶動患者肢體行為執行，提高訓練的積極性。同時，VR可刺激患者的視覺、聽覺和觸覺等多種感官，有助于提高其認知和感知能力[14-16]。此外，ULRRT聯合VR交互干預具有相互補充、相互促進作用，以機器人訓練強化患者肢體功能恢復，以生活場景調動患者主觀能動性，以康復目標為導向，為患者樹立信心，同時家屬、康復師等給予患者情感支持，引導患者實現自我照顧和完成日常生活中的自我管理。本研究在FMA-UE、MMSE評分中聯合組位居首位，VR組位居次位，機器人組位居末位；ADL評分中聯合組表現最佳，其次是機器人組，最后是VR組。因為組合干預要比單一干預更加全面，上肢康復機器人側重功能恢復，VR側重認知、感受方面的恢復。盡管常規干預方式是所有患者干預的基礎，但在此基礎上介入其他干預方式可能會造成干預結果的偏向。通過ULRRT帶動患者肢體訓練，促進大腦皮層的重塑和神經網絡的重建，提高患者的注意力和記憶力等認知能力；同時借助VR來模擬日常生活場景，讓患者進行上肢的訓練和操作，提高上肢的靈活性和協調性，增加患者回歸生活的信心，改善日常生活能力。總之，ULRRT聯合VR交互干預對于sTBI經DC治療后的康復具有重要意義，可以幫助患者恢復上肢運動功能、提高認知和感知能力、促進社交互動和情感支持、改善生活質量并為難治性腦性癱瘓的治療提供新的思路和方法。

在ULRRT聯合VR交互干預下，依照現實依據，sTBI的生活質量與自身肢體功能、認知功能、神經功能等密切相關。為此，本研究以評估日常生活執行力的ADL作為因變量，以FMA-UE、NIHSS、MMSE作為自變量，探討生活質量與肢體功能、認知功能、神經功能的關系。結果顯示，FMA-UE、NIHSS、MMSE對ADL有影響。FMA-UE是評估sTBI患者運動功能的指標，分數越高表示運動功能越好。同時，相關性分析結果顯示，FMA-UE與ADL為正相關且在線性回歸分析中屬于正向影響，即隨著FMA-UE分數的提高，ADL也會相應提高，這表明患者的運動功能恢復越好，其日常生活活動能力也就越強。NIHSS是評估sTBI患者神經功能受損嚴重程度的指標，分數越高表示神經功能受損越嚴重。NIHSS與ADL為負相關且在線性回歸分析中屬于負向影響，即隨著NIHSS分數下降，ADL上升。換言之，sTBI患者的神經功能逐漸康復，其日常生活活動能力越來越強。MMSE是評估sTBI患者認知功能的指標，分數越高表示認知功能越好。相關性分析中，MMSE與ADL的相關系數為0.662，屬于中度正相關關系，表明MMSE升高會帶來ADL的升高，反之亦然。許鳳娟等人[17]也認同顱腦損傷患者的生活質量與認知障礙、上肢功能密切相關，但對于三者之間是何種關系并未闡述。本研究認為，上肢肢體功能是sTBI患者日常行動的前提，而美好的生活執行力是sTBI患者的期許。為此，衡量個體上肢功能的FMA-UE可以是自變量，而衡量個體生活執行力的ADL可以是因變量。根據“認知-行為”理論，sTBI患者日常生活執行力與患者的認知程度、神經缺損程度密切相關，為此，MMSE、NIHSS可能是肢體產生行為的中介因素。在此假設下，本研究將MMSE、NIHSS設定為中介因素，與因變量ADL、自變量FMA-UE一同納入中介效應模型當中，經檢驗模型成立，NIHSS、MMSE為完全中介因素，NIHSS仍是負向影響，MMSE仍是正向影響。這說明在ULRRT聯合VR交互干預下，患者生活質量的提高需在肢體功能康復的基礎上依賴于認知功能恢復和神經功能恢復。Calvillo M等人[18]曾指出，顱腦損傷行為和認知恢復的難點在于認知和情感障礙，二者會隨著傷害的嚴重性而增加，這表明認知障礙會因為顱腦損傷成為影響患者日常行為的可能誘因。Ozga J E等人[19]曾在2018年的研究中指出，人類行為執行功能是由決策、沖動控制、注意力、行為靈活性和工作記憶等認知過程加以實施的，主要依靠額葉皮層、紋狀體和海馬體以及其他大腦區域中的單胺能（多巴胺能、血清素能和去甲腎上腺素能）神經傳遞，而顱腦損傷會導致信號傳遞過程的中斷，使得行為執行功能區域長期處于空白缺陷的狀態。換言之，無認知指令則日常行為將難以實施，這也解釋了認知功能在肢體功能與日常生活行為的中介作用。但穆景頌等人[20]的研究方向與本研究不同，是從顱腦損傷患者認知障礙與意識障礙、肢體功能、尿路感染等關系作為突破口，強調認知障礙有多種影響因素，而未將sTBI患者日常行為作為考量對象，但是其指出的并發癥也應成為不可忽視的因素。由于本研究屬于單中心、小樣本研究，對于機器人訓練對患者肢體康復進展的仿真學研究、患者肢體康復生化指標變化、VR互動干預多樣化探討等方面并未提及，還需大樣本多中心進一步佐證，是未來深入研究的方向。

利益沖突聲明：本文不存在任何利益沖突。

作者貢獻聲明：王婷婷負責設計論文框架，起草論文，論文修改；李靜負責實驗操作，研究過程的實施；藺潔璐、李靜負責數據收集，統計學分析，繪制圖表；楊芳負責擬定寫作思路，指導撰寫文章并最后定稿。

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編輯：崔明璠