虚拟现实生物反馈系统对脑卒中患者偏瘫上肢功能恢复的影响

李辉 陆晶晶 劳方金 傅建明 李岩 胡安龙

脑卒中致死率、致残率均较高，其中约70%～80%的患者致残。上肢功能障碍是脑卒中患者最常见的功能障碍，严重影响患者上肢运动功能及日常生活活动能力[1]。手及上肢功能作为人体精细功能，涉及复杂的中枢神经调控以及周围环境的交互作用[2]。脑卒中患者上肢功能恢复需要增强与外界环境的联系，以强化并记忆正确的运动程序，增强大脑对运动程序分析处理能力，有助于大脑重建复杂运动程序[3]。虚拟现实通过计算机技术模拟真实环境，创建出一种可供交互作用的虚拟环境[4]。本研究基于虚拟现实生物反馈系统产生交互环境，探讨其对脑卒中患者上肢运动功能、日常生活活动能力（activities of daily living，ADL）及活动度评估的影响，旨在为康复临床应用提供客观依据。

1 对象和方法

1.1 对象 选取2019 年1 月至2022 年6 月在嘉兴市第二医院接受康复治疗的脑卒中后偏瘫患者60 例为研究对象。纳入标准：（1）均符合第四次全国脑血管病学术会议制订的脑卒中诊断标准[5]并经头颅CT 或MRI 检查确诊为脑出血或脑梗死；（2）首发脑出血或脑梗死后导致单侧肢体运动功能障碍；（3）患者病程1～5个月且生命体征稳定，意识清楚，检查及治疗配合；（4）坐位平衡3 级，既往无脑器质性疾病，且无上肢功能障碍史或严重外伤史；（5）上肢改良Ashworth 痉挛量表评级为1～2 级，上肢Brunnstorm 分期为Ⅲ期，无肩手综合征或肩痛。排除标准：（1）有严重认知障碍、精神症状无法配合相关治疗；（2）患有失语症、失用症、单侧空间忽略、倾斜综合征；（3）经检查确诊为肩部半脱位或各种疾病导致上肢关节疼痛、上肢挛缩或畸形等；（4）并发严重心、肝、肾疾病；（5）伴有严重视觉障碍，矫正视力低于0.5。采用随机数字表法将患者分为治疗组和对照组，每组30 例。两组患者性别、年龄等一般资料比较差异均无统计学意义（均P＞0.05），见表1。本研究经本院医学伦理学委员会审查通过（批准文号：JXEY-2020SW057），所有患者均知情同意。

表1 两组患者一般资料比较

1.2 治疗方法 两组患者均给予常规康复干预技术及作业治疗。康复干预技术主要包括运动想象疗法，反复运动训练，转移训练，坐位平衡训练，站立适应性训练，上肢肌力训练，患侧上肢被动、主动辅助及主动训练，患侧上肢取物及患手抓握与打开训练，借助磨砂板、滚筒、插棍等工具训练关节活动范围，ADL 训练等促进上肢分离运动的作业治疗，2 次/d，30 min/次，每周治疗5 d，共治疗6 周。治疗组患者在做上述康复治疗时应用桌面式虚拟现实生物反馈系统（广州章和智能科技有限责任公司，BioMaster2012 型虚拟情景互动训练系统）精准控制肩关节前屈、肘关节伸展、腕关节背伸活动度。系统硬件主要由主机、无线位置传感器及液晶显示器3 部分组成，其中无线位置传感器使用绑带式，简易快捷，关节角度精度0.1°以内。患者端坐在显示器前，佩戴无线位置传感器并固定，根据系统界面依次调节参数：选择肩关节、肘关节、腕关节训练动作，选择左、右侧肢体，选择肩关节前屈、肘关节伸展、腕关节背伸运动方向，活动度范围根据关节分离程度设置活动的角度，由小范围到大范围阶梯式训练，并设置关节的中立位。然后根据显示器中图文匹配、轨迹飞行、大鱼吃小鱼、运动看视频、轨迹追踪的情景变化和提示做关节的控制训练，以连续的方式完成情景模式互动。康复训练是综合了视、听、实时运动的可交互的生物反馈系统，任务训练时关节运动到预设角度与视觉重合并维持既定角度，根据语音提示是否完成本次控制目标。训练期间治疗师需根据患者功能恢复程度及时调整关节的屈曲、伸展角度。患者训练过程中应注意事项：保持作业治疗室内宽敞明亮；患者与显示器保持适当距离；若患者出现发汗、恶心、头昏、肩部重复性运动疼痛、癫痫发作或感乏力症状时，应立即停止训练并通知当班医生处理。

1.3 疗效评定方法 于治疗前、治疗6 周后对两组患者进行疗效评定，具体评定内容包括以下方面。

1.3.1 上肢Fugl-Meyer 运动功能测评量表（Fugl-Mey‐er assess-ment upper extremity，FMA-UE）评分[6]该量表评定患者上肢反射活动、协调运动、分离运动及协调动作完成情况，共计33 个测评项目，满分为66 分，分值越高表示患者上肢运动功能越好。

1.3.2 改良Barthel 指数（modified Barthel index，MBI）评分[7]评分包括大便控制、小便控制、修饰、洗澡、进食、穿衣、用厕、上下楼梯、转移、步行共10 个项目，根据患者每项任务完成情况计0～15 分，满分为100 分，分数越高表示患者ADL 越好。

1.3.3 肩关节前屈、肘关节伸展、腕关节背伸活动度测量 嘱患者坐位或立位，偏瘫侧肢体佩戴角度传感器，通过BioMaster2012 型虚拟情景互动训练系统对输入活动度信息整合，经3 次测量，获取脑卒中患者主动肩关节前屈最大活动度及肘关节伸展、腕关节背伸最大活动度，整个活动度测试过程要求患者适当用力，避免过度用力导致代偿。采用分离运动模式对肩、肘、腕关节活动度数据进行分析，即肩关节最大屈曲活动度时，肘关节伸展越接近中立位及腕关节背伸越接近25°，表示患者上肢各关节分离运动越充分。

1.4 统计学处理 采用SPSS 22.0 统计软件。计量资料以表示，组间比较采用两独立样本t检验，组内治疗前后比较采用配对t检验；计数资料组间比较采用χ2检验。P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组患者治疗前后上肢FMA-UE 评分比较 治疗前，两组患者上肢FMA-UE 评分比较差异无统计学意义（P＞0.05）。治疗6 周后，两组患者上肢FMA-UE评分均高于治疗前，且治疗组患者上肢FMA-UE评分高于对照组，差异均有统计学意义（均P＜0.05），见表2。

表2 两组患者治疗前后上肢FMA-UE 评分比较（分）

2.2 两组患者治疗前后MBI 评分比较 治疗前，两组患者MBI 评分比较差异无统计学意义（P＞0.05）。治疗6 周后，两组患者MBI 评分均高于治疗前，且治疗组患者MBI 评分高于对照组，差异均有统计学意义（均P＜0.05），见表3。

表3 两组患者治疗前后MBI 评分比较（分）

2.3 两组患者治疗前后肩、肘、腕关节活动度比较治疗前，两组患者肩关节前屈、肘关节伸展、腕关节背伸活动度比较，差异均无统计学意义（均P＞0.05）。治疗6 周后，两组患者肩关节前屈、肘关节伸展、腕关节背伸活动度均较治疗前改善，且治疗组患者肩关节前屈、肘关节伸展、腕关节背伸活动度均较对照组改善，差异均有统计学意义（均P＜0.05），见表4。

表4 两组患者治疗前后肩、肘、腕关节活动度比较（°）

3 讨论

本研究使用的是桌面式虚拟现实生物反馈系统，利用无线位置传感器，智能辅助患者上肢完成功能性的情景互动。本研究结果显示，两组患者治疗后上肢FMA-UE 评分均较治疗前改善，且治疗组上肢FMAUE 评分优于对照组，提示治疗组患者辅以虚拟情景互动训练，通过反馈，不断调整肩关节前屈、肘关节伸展、腕关节背伸对运动角度控制，重复的运动学习增强了肘、腕关节协调运动，实现了多关节的分离运动，形成最佳的运动程序，能更好地改善患者的上肢稳定性及运动控制能力。众所周知，上肢FMA-UE 评分更注重肩关节前屈多个角度下的运动能力评估，其肘关节伸展和腕关节背伸协调运动或分离运动越充分，则评分越高。有学者经Meta 分析发现，虚拟现实技术可促进偏瘫患者上肢运动的恢复，上肢FMA-UE 评分的改善优于常规康复治疗[6]。

本研究显示，经过6 周的训练后，两组患者的MBI评分均较组内治疗前增高，且治疗组评分优于对照组，差异均有统计学意义。表明治疗组辅以虚拟情景互动训练能改善患者的ADL 且患者康复治疗效益最大。治疗机制可能包括：虚拟情景互动训练通过传感设备使患者在任务环境中实现人机交互，为患者提供了重复的、密集的、以目标为导向的训练，有益于脑卒中患者学习上肢活动技能，主动参与进食、洗澡、修饰、穿衣等日常生活活动[8]；虚拟情景互动训练综合了视、听实时运动的反馈系统，逐渐增加肩关节前屈、肘关节伸展、腕关节背伸对运动靶向性和精确性的控制，符合日常生活活动的“动态”情景模式，疗效显著[9]。

虚拟现实技术在功能评定方面也有应用[10]。本研究利用虚拟情景互动训练系统，通过无线位置传感器实时记录肩关节前屈、肘关节伸展、腕关节背伸的活动度来确定患者功能受限程度及协调性。结果显示，经过6 周训练后，两组患者肩关节前屈、肘关节伸展、腕关节背伸活动度范围的改善幅度均优于治疗前，且治疗组患者肩关节前屈活动度较对照组增加明显、而治疗组肘关节伸展活动度较对照组接近中立位、腕关节背伸活动度更接近20°，代表了治疗组上肢的运动协调性改善尤为显著。肩关节前屈活动度指完成任务时肩关节活动范围，代表了治疗组患者的肩前屈能力，运动时募集了更多的运动单位，肩关节活动度增加明显；肘关节伸展活动度与腕关节背伸活动度则代表了肩关节间运动协调性在逐渐提高，但是肩关节前屈能力仍不足，出现了肘关节屈曲、腕关节屈曲的动作代偿。因此本研究将持续联合上述评估系统，定量评测多关节在实际功能动作中的运动学特征，优化肩、肘、腕关节的精准角度控制训练，进一步提高肩关节前屈运动空间，为肘关节在空间位置上屈伸协调运动提供基础，促进腕关节更加灵活，更好地控制上肢各关节的位置和方向。相关研究表明，虚拟现实康复技术的新型转化干预模式对脑卒中偏瘫患者肢体精细控制方面效果显著[11-12]。

综上所述，虚拟现实生物反馈系统可通过对脑卒中患者肩关节、肘关节、腕关节活动度评估，制定多关节的活动任务，能进一步改善患者的上肢功能和提升患者ADL。但本研究尚存在以下几点不足，如样本量较小；关节活动度虽然采用客观数据，但未采用电生理的表现进行运动力学分析。因此，还有待于在此基础上应用表面肌电等方法收集客观运动学数据进行更深入的验证。