生物力學方法在針刺治療腦卒中上肢功能障礙中的應用進展

摘要：腦卒中患者上肢功能較下肢功能而言恢復更為緩慢，這一直是康復醫學領域的研究熱點。針刺為中醫特色療法，配合現代康復治療臨床療效顯著。生物力學方法為腦卒中上肢功能障礙臨床評估和干預的客觀、可靠技術，將運動學、動力學測量與肌電信號相結合，為解鎖靶向損傷特異性治療提供了新的見解。總結分析生物力學在針刺治療腦卒中上肢功能障礙中的研究現狀，為未來工作中需要解決的挑戰和問題提供新的視角，以更好地理解生物力學方法在針刺治療腦卒中上肢功能康復評定領域的發展與機遇。

關鍵詞：腦卒中；生物力學；針刺；上肢功能；動力學測量

腦卒中又稱中風，具有高發病率、高復發率、高病殘率、高病死率和高經濟負擔的特點[1]。其中，約80%急性中風患者存在上肢運動功能障礙，包括運動、協調、感覺和靈活性喪失，50%～60%患者治療6個月后仍有持續的上肢功能受損[2]。持續手臂損傷和功能喪失往往導致患者生活質量下降，這也是中風最令人痛苦的長期后果之一。改善中風后上肢功能為臨床研究重點[3]。早期康復治療可以在關鍵時期利用神經可塑性維持和改善患者上肢運動功能，提高患者生活質量[4～5]。中醫治療腦卒中后上肢功能障礙首選針刺療法，尤其是針對中風急性期后的治療。針刺治療主要以疏通經絡、益氣活血為基本治則[6～7]。當前臨床主要采用Fugl-Meyer評分、Ashworth或改良Ashworth量表、Barthel指數等評估 患者日常運動功能。雖然這些量表的有效性和可靠性已經在臨床應用中得到驗證，但具有一定的主觀性以及上下界限效應，降低了量表的敏感度[8]。結合生物力學（運動學、動力學）與神經電生理（肌電圖、腦電圖）客觀評估腦卒中患者運動功能，可為針刺治療效果評估提供可靠且敏感的量化指標，促進機器人和人工智能設備在中風后功能障礙臨床治療實踐中的應用。

1運動學評估

腦卒中患者通常會表現出異常的運動模式，如上肢運動不協調以及身體為完成任務而進行的代償運動[9]。臨床評估運動功能時，在區分運動恢復和運動補償方面存在一定局限性。運動恢復指受損結構的生理運動模式恢復。代償運動是指通過適應運動模式來完成任務的能力。如何選擇適當的干預措施需要基于運動恢復還是代償的評估效果。因此，將運動學分析結果與臨床評估相結合，有助于區分運動恢復和代償性運動模式，并且運動學分析與腦卒中試驗中的其他臨床測量指標具有良好的相關性。運動學分析常用的測量方法包括三維運動捕捉系統、慣性傳感器、外骨骼機器人裝備等。主要的觀察指標包括運動速度、時間、距離和關節角度等。評估運動質量的參數則可分為運動平滑性、效率、控制策略、準確性、活動范圍等。

活動范圍是衡量一個或多個關節活動程度的指標，常用的測量方法包括外骨骼機器裝置、三維運動捕捉系統、慣性傳感器等。其中，外骨骼裝置的慣性和重量可能會影響肩、肘和手的協同耦合，容易影響運動學結果評估，多用于治療過程中訓練任務的輔助評估。主要的測量指標包括肩、肘、腕關節以及軀干的運動角度。通過關節活動角度和范圍，可以描述運動任務的空間位置，從而評估代償性運動策略。王子豪等[10]基于互動式頭針結合上肢外骨骼機器人探討對腦卒中患者上肢功能的影響，發現與對照組相比，治療組量表評分、上肢運動功能、上肢執行功能性任務能力以及日常生活活動能力提升均更為顯著。李杰等[11]觀察針刺聯合早期肩肱節律訓練對腦卒中后肩痛患者疼痛控制、關節活動及生活質量的影響，發現治療后兩組前屈、后伸、外展、內旋、外旋活動度均顯著提高，且觀察組顯著高于對照組。

腦卒中上肢功能損傷的運動學測量指標，通常都會和臨床量表進行比較和相關性分析，從而相互驗證康復評估的有效性。其中，Fugl-Meyer上肢功能評分與運動的時間、平滑度、峰值速度以及肘關節伸展和肩關節屈曲有顯著相關性。因此，將運動學的客觀指標與臨床量表評估相結合，可以有效評估腦卒中上肢功能的損傷程度以及康復效果。但在臨床應用過程中，需要注意不同測量設備與評估任務、受試者特征以及針刺治療方案之間的適配性，應針對不同受試者的評估任務選擇合適的客觀測量指標。

2動力學評估

動力學測量同樣作為臨床輔助評估工具，與運動學測量結合可為運動質量評估提供更細致的數據。腦卒中上肢功能的動力學分析常用的測量方法包括力學傳感器、等速肌力測試儀、外骨骼機器人裝備等，主要的觀察指標包括運動過程中力與時間比、力峰值數、做功和關節力矩等[12～13]。其中，等速肌力測試可以評定關節的肌力情況，提供峰力矩、峰力矩比值、峰力矩角度、力矩加速能、總功等多項評價指標[14]。利用等速肌力測試可以反映慢性輕中度腦卒中偏癱患者肌力訓練前后的變化情況。趙青青等[15]分析腦卒中患者患側和健側上肢肩關節和腕關節周圍肌力特征，發現與健側和健康對照組相比，腦卒中受試者患側肩屈伸肌、肩內收外展肌和腕屈伸肌的峰力矩、總功和平均功率均顯著下降，并且患側肩和腕關節周圍肌群的等速肌力下降與Fugl-Meyer上肢功能評分有顯著正相關性。宋凡等[16]則將等速肌力測試應用于肌肉痙攣的評定。使用等速肌力測試系統在量化評估肌肉功能方面具有優勢，但受限于儀器自由度，不能完成相應日常功能任務的運動評估，結合機器人及傳感器的應用可以更好地評估腦卒中患者上肢關節運動功能[17]。

腦卒中上肢功能損傷的動力學測量指標多集中在肌力、力矩和功率方面，但由于等速肌力測試儀以及外骨骼機器人裝備限制，評估任務相對而言比較固定。對于較為復雜的日常運動任務，不能通過測力臺或其他壓力傳感器進行更為精確的逆向動力學推導關節力矩等信息。因此，在對針刺治療腦卒中上肢功能的康復評定中，可以開發更為便捷的測量設備，并將動力學指標與運動學表現相結合，更有效地評估患者運動功能損傷部位與康復效果。

3肌電圖評估

運動學和動力學測量已經為腦卒中患者上肢功能分析提供許多信息，但無法明確神經肌肉性能損傷的具體來源，通常需要采用神經電生理技術，如肌電圖、腦電圖、近紅外檢查等，作為生物力學方法的補充量化神經肌肉激活表現，有助于研究中風的影響及其損傷的潛在機制，為臨床更加精準地評估與治療提供客觀依據。并且，機器人輔助設備的開發也依賴于使用肌電信號來分析患者的運動意圖，從而進行精確調整。

肌電圖主要包括針刺肌電圖、表面肌電圖以及高密度矩陣式表面肌電圖等。針刺肌電圖主要通過記錄肌肉和神經沖動或誘發產生的電信號來檢查神經損傷。表面肌電圖是記錄表層肌肉收縮引起的電生理活動，多與運動學數據同步采集分析，廣泛用于臨床評估和神經康復[18]。高密度矩陣式表面肌電圖則使用更高密度通道的陣列/矩陣電極研究肌肉局部的細微電生理活動和神經傳導速度、運動單元放電等。常規表面肌電圖的信號處理方法主要有時域分析和頻域分析，時域分析通過峰值（最高振幅）、平均肌電值（單位時間內振幅的平均）、積分肌電值（單位時間內曲線下面積的總和）、均方根值（原始信號進行均方根處理）等指標，反映單位時間內所采集肌肉部位運動單元的激活數量，可以體現肌肉在單位時間內的收縮特性，從而評估手與上肢肌肉痙攣狀態。頻域分析則利用傅里葉轉換，獲得肌電信號的頻譜或功率譜，通過中位頻率（功率譜面積等分點對應的頻率）、平均頻率（頻率的平均值），反映表面肌電信號在不同頻率分量的變化，是臨床判別肌肉疲勞程度的常用指標。李雪萍等[19]通過讓中風患者做握拳和伸指的動作，記錄前臂屈伸肌群平均肌電值來觀察康復治療前后的改變，發現表面肌電信號能夠動態反映治療前后前臂肌群的改善情況。董春雪等[20]通過觀察針刺聯合川平法治療腦卒中后上肢功能障礙的療效及對電生理特征的影響，發現針刺聯合川平法能夠有效提高患者上肢及手部主要肌群的最大收縮時肌電信號界限值，改善患者上肢及手部肌肉的收縮能力，從而顯著提升患者的上肢和手部運動功能，降低上肢肌張力，改善患者的日常生活質量。

表面肌電圖方法評估針刺治療腦卒中上肢運動功能提供更加精確的診斷和策略，但是患者上肢功能損傷嚴重程度、病變部位等病理因素可能影響肌肉激活的表達，并且分析肌電信號的實驗方案和方法各不相同，需要制定標準實驗方案和最佳信號處理方法來增加表面肌電圖在臨床實踐中的影響。未來可以發展多模態或多參數方法，加深對肌電信號處理的認識，探索結合深度學習等方法，實現對多關節復雜運動的精確、實時和長時間預測。

4結論與展望

生物力學測量方法已成功并廣泛應用于腦卒中患者上肢功能的康復評定方面，運動學、動力學、表面肌電信號參數與臨床量表也具有較強相關性。這種主客觀方法結合可以有效評估腦卒中患者上肢功能，為臨床診療提供了科學依據。結合可靠的生物力學與神經電生理指標評估卒中患者上肢功能，可為針刺治療腦卒中上肢功能障礙提供更客觀的數據，促進針刺療法的推廣與應用。

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