双侧联动机器人训练对脑卒中后上肢痉挛的疗效评价及等速肌张力测试分析

孙亚 李岩 傅建明 姚云海 陆晶晶 金丹燕 林在龙 曾明 李辉

脑卒中后约20%～80%的患者存在肢体痉挛问题，且上肢较下肢更容易出现[1]。上肢痉挛常干扰患者主动运动，并可能导致关节僵硬甚至畸形，严重阻碍了患者的运动功能恢复[2-3]。目前，针对上肢痉挛临床上常用的治疗方法包括神经促通技术、作业治疗、牵伸技术等，但结果易受治疗师技术水平和患者情绪状态等因素影响，疗效欠佳[3]。近年来，研究证实机器人辅助治疗可促进偏瘫上肢的康复[4]，双侧上肢训练也被证明能促进卒中患者大脑功能重组并提高其上肢运动功能[5]。然而，鲜有研究者利用机器人辅助脑卒中患者进行双上肢联动训练，通过此方法改善卒中后上肢痉挛的报道则更为少见。因此，本研究对脑卒中患者给予双侧联动机器人训练，并采用改良Ashworth 量表（modified Ashworth scale，MAS）及等速测试仪分析其对患者上肢痉挛的影响，采用Fugl-Meyer 运动功能评定上肢部分（Fugl-Meyer assessment upper extremity，FMA-UE）、改良Barthel 指数（modified Barthel index，MBI）探讨该方法对患者上肢痉挛的疗效，现报道如下。

1 对象和方法

1.1 对象 选取2020 年7 月至2021 年12 月在嘉兴市第二医院康复医学中心住院的脑卒中上肢痉挛患者60 例为研究对象。纳入标准：（1）符合《中国各类主要脑血管病诊断要点2019》诊断标准[6]，头颅CT 或MRI检查明确诊断为脑梗死或脑出血；（2）病灶为单侧，病程≥2 周，病情稳定；（3）年龄25～70 岁；（4）意识清楚，可配合评估治疗，简易精神状态量表评分≥17 分；（5）只存在单侧上肢痉挛，且MAS 在1～2 级。排除标准：（1）由骨关节系统、其他神经系统等疾病引起的上肢功能障碍者；（2）存在上肢肩肘关节挛缩者；（3）伴有严重心、肝、肾、肺等重要脏器疾病，恶性肿瘤等；（4）近期有心肌梗死、心绞痛等限制运动训练的合并症；（5）存在物理因子治疗的禁忌证，如内置金属支架、起搏器等；（6）存在严重上肢疼痛、麻木等感觉障碍者；（7）存在偏盲或单侧空间忽略，视、听觉障碍者；（8）近3 周内接受抗痉挛药物治疗，近6 个月上肢接受肉毒素注射治疗者。采用随机数字表法将患者分为治疗组30 例和对照组30 例。两组患者性别、年龄、病程、偏瘫侧别、卒中类型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委员会审查通过（批准文号：JXEY-2020SW038），所有患者或家属均签署知情同意书。

表1 两组患者一般资料比较

1.2 治疗方法 两组患者均接受常规康复训练，包括运动疗法（肢体牵伸、神经肌肉促通技术、运动控制技术等）、物理因子治疗（神经肌肉电刺激治疗、肢体气压治疗等）及作业疗法（传统上肢作业活动训练及日常生活活动训练等），上述3 种治疗均为45 min/次，1 次/d，5 d/周，共6 周。在此基础上，对照组增加传统上肢作业活动训练（滚筒训练、磨砂板训练、伸展够物训练等），45 min/次，1 次/d，5 d/周，共6 周。治疗组增加双侧联动机器人训练45 min/次，1 次/d，5 d/周，共6 周。双侧联动机器人训练采用双上肢联动机器人系统（嘉兴市第二医院与同济大学浙江学院共同研发，型号：ULCOT-1），辅助患者进行双上肢同步运动。该系统由智能控制主机、两个机械臂、气压泵、可调节的封闭式气压传动装置（此装置可调节封闭管内气压值从而调整两个机械臂之间力的传递）等组成。系统提供了抗痉挛训练模式，在患者肘关节进行屈曲运动时给予助力以充分减少屈肌的抗阻收缩。当患者痉挛侧上肢无法主动完成与健侧同步的伸展运动时，机器人系统通过气压传动装置将健侧上肢的推力传递给患侧，辅助其完成健侧带动患侧的双上肢对称、同频率、同时空的镜像运动。机器人系统根据患侧上肢肌力情况循序渐进地减少健侧传递的推力以增加患侧主动伸展运动。如健侧上肢肌力不足以完全带动患侧运动，则系统通过气压泵增加封闭管内气压值给予健侧一定大小的推力辅助其带动患侧完成动作。训练时，治疗师帮助患者将双手固定在机器人的操作柄上，根据上肢功能状况调节封闭管内气压值和所传递推力的等级，指导患者参与系统屏幕中虚拟的任务导向性游戏。游戏训练内容包括：（1）“飞行游戏”。患侧上肢控制游戏界面中虚拟飞机，健侧上肢通过气压传动将推力传递给患侧带动其进行同步运动，使“飞机”碰撞到所有“金币”。（2）“举重游戏”。患侧上肢控制虚拟“杠铃”，健侧上肢通过气压传动将推力传递给患侧将“杠铃”向上举起至目标高度。在患者患侧上肢已能够完成主动运动时，治疗师关闭气压传动装置，调节气压泵给予双侧不同等级的阻力，进行双上肢任务导向的抗阻伸展运动。

1.3 疗效评估 由1 名不参与治疗且不知晓分组情况的治疗师分别在治疗前及治疗6 周后对患者进行以下疗效评估。（1）采用FMA-UE 评估患者上肢的反射活动、协同运动功能等，分为33 个项目，共66 分，得分越高提示上肢运动功能越好[7]。（2）采用MBI 评估患者的穿衣、进食、修饰等日常生活活动能力情况，分为10个项目，共100 分，得分越高提示日常生活独立性越好[8]。（3）采用MAS 评估患者肘关节屈肌张力，量表分为0、1、1+、2、3、4 级，等级越高提示痉挛越严重[9]，本研究两组患者肘关节屈肌张力均在1～2 级。（4）采用等速测试系统（美国CSMI 公司，型号：HUMAC NORM）评估患者屈肘肌的痉挛程度，选择5°/s 和120°/s 角速度被动牵伸肘关节，分别测试不诱发痉挛反应和充分诱发痉挛反应时的阻力情况，选取的指标为峰力矩（peak torque，PT）值，即力矩曲线最高点，单位N·M，数值越高提示阻力越大，痉挛越严重。具体方法如下：患者取仰卧位，固定躯干和所测上臂，患手固定于测试仪的动力臂末端手柄处，确保患侧肱骨外上髁与运动轴心对准，告知患者测试过程的注意事项，设定测试角度范围为0°～110°，保护力矩为30 N·M，超过数值则自动停止测试以保护患者关节肌肉不受损伤，首选取肘关节被动运动角速度为5°/s，反复测试6 次以后休息10 min，然后选取120/s 继续测试6 次，采集两个角速度的阻力数据[10-11]。

1.4 统计学处理 采用SPSS 20.0 统计软件。符合正态分布的计量资料以表示，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；不符合正态分布的计量资料以M（P25，P75）表示，组间比较采用Mann-WhitneyU检验，组内治疗前后比较采用Wilcoxon 秩和检验。计数资料组间比较采用χ2检验；等级资料组间比较采用Mann-WhitneyU检验，组内治疗前后比较采用Wilcoxon 秩和检验。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FMA-UE 评分和MBI 评分比较 治疗前，两组患者FMA-UE 评分和MBI 评分比较差异均无统计学意义（均P＞0.05）。治疗6 周后，两组患者FMA-UE 评分和MBI 评分均优于治疗前，且治疗组患者上述评分均优于对照组，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FMA-UE 评分和MBI 评分比较（分）

2.2 两组患者肘关节肌张力比较 治疗前，两组患者肘关节MAS 评级、肘关节5°/s 及120°/s 等速被动牵伸测试PT 值比较差异均无统计学意义（均P＞0.05）。治疗6 周后，两组患者肘关节MAS 评级、肘关节5°/s 及120°/s 等速被动牵伸测试PT 值均优于治疗前，且治疗组上述指标均优于对照组，差异均有统计学意义（均P＜0.05），见表3、4。

表3 两组患者肘关节MAS 评级比较（例）

表4 两组患者肘关节5°/s 及120°/s 等速被动牵伸测试PT 值比较（N·M）

3 讨论

脑卒中后痉挛的发生一方面是由于上运动神经元损伤后脊髓前角γ 运动神经元失去抑制，使得肌梭的敏感性增高，肌肉收缩异常活跃；另一方面是由于偏瘫肢体的废用及长期制动引起肌肉和周围结缔组织发生流变特性或形态学的改变，导致关节被动运动时阻力增加[12-13]。双侧训练最早由Mudie 等提出，是一种双侧肢体执行同一时间和空间动作的运动模式[9]。研究表明，双侧训练可以改善脑卒中患者的上肢痉挛，提高其上肢运动功能[9，14]。卒中后，痉挛侧上肢的肌力较弱，健侧上肢的运动能力也有所降低[15]，患者很难通过健侧带动患侧进行正确且高重复的双上肢联动训练。文献报道，康复机器人可为患者提供一定支撑与助力，辅助其以正确的运动模式反复进行肢体功能训练，缓解肢体痉挛，促进运动功能恢复[2，16]。本研究治疗组患者在机器人辅助下以正确的模式进行高重复的双上肢对称、同步的镜像联动运动，沉浸式参与到“飞行游戏”“举重游戏”等具有任务导向性的训练中。治疗6 周后，治疗组患者FMA-UE、MBI 评分均优于对照组，提示双侧联动机器人训练可更好地提高脑卒中患者的上肢运动功能及日常生活活动能力。其可能原因包括：双侧训练和机器人辅助治疗均促进了大脑功能网络的重组，进而提升了上肢的运动能力[2，4-5]；双侧联动机器人训练有效地缓解了痉挛，减少了其对上肢运动的不利影响；双上肢联动训练强调健患侧上肢协同运动，可以更好地模拟日常生活活动能力相关活动动作，改善患者的日常生活活动能力[17]；患者在机器人辅助下参与到双上肢联动的任务导向性虚拟游戏中，研究表明，任务导向性训练可以促进脑卒中上肢运动功能及日常生活活动能力的恢复[18]。

治疗6 周后，治疗组患者肘关节MAS 评级、5°/s 及120°/s 等速被动牵伸测试PT 值均优于对照组，提示双侧联动机器人训练更有利于减轻痉挛，分析其可能机制：（1）双侧训练激活了大脑主要感觉区S1、主要运动区M1 以及辅助运动区，使得双侧半球皮质间抑制正常化，增强了半球间感觉与运动神经系统的连通性，促进了大脑功能重组[5]，且机器人系统可辅助患者进行高重复、精确的肢体运动，系统内的虚拟游戏可提供及时反馈，促进动作反应，增强运动学习，反复密集地给予大脑中枢反馈刺激，加快了神经功能的重塑[2,4]。本研究治疗组将双侧训练与机器人辅助治疗相联合，帮助患者反复进行双上肢联动训练，促进了患者上位中枢系统的恢复，增强了其对下运动神经元的抑制，降低了脊髓运动神经元的兴奋性以及相应肌梭的敏感性，改善了肢体的痉挛症状。（2）机器人辅助患者正确且高重复地进行关节运动，防止了肢体的长期制动与废用，加强了对痉挛肌群的牵拉作用，促进了其肌肉及结缔组织的蠕变，增大了关节活动度，改善了痉挛程度[19]。（3）机器人介导的虚拟游戏训练辅助患者在一个互动的环境中反复练习正确的运动控制，增强了正确的运动感觉反馈输入，减少了痉挛肌的过度激活，促进了抗痉挛肌的神经元募集和肌肉收缩，改善了痉挛肌及其拮抗肌之间的不平衡状态[2]；同时，双侧联动训练让患者进行对称、同频率、同时空的镜像运动，有助于输入正常的双上肢运动感觉，促进相应肌群的正确收缩，缓解痉挛[14]。

综上所述，双侧联动机器人训练可以有效缓解脑卒中患者上肢痉挛，改善其上肢运动功能，提高其日常生活活动能力。但本研究尚存在不足，纳入样本量相对较少，同时，疗效观察只限于治疗6 周后，未进行出院后的随访，未来还需要大样本量、长期持续的跟踪观察。