經顱直流電刺激聯合虛擬現實技術對腦梗死后上肢運動功能的影響

趙飛，譚杰文，鮑曉，劉河軍

患者在腦梗死后常常出現一側肢體運動控制功能下降，影響患者生活和社會活動的參與[1]，其中偏癱側上肢功能的完全或部分喪失對患者日常生活的影響尤為重要。在腦梗死后6個月，僅有少數患者部分恢復偏癱側上肢的靈巧性[2]。隨著計算機技術和仿真醫學的發展，虛擬現實技術逐步應用在腦梗死患者的康復訓練中，可以增加使用者參與活動的興趣[5]。經顱直流電刺激是一種非侵入性、低強度的調節大腦皮質神經細胞活動的技術，可以通過調節大腦皮質的興奮性來對大腦相應功能區的可塑性進行重構，從而改善相應支配肢體的功能[6-9]。虛擬現實技術和經顱直流電刺激均為腦調控技術，分別通過不同的機制來提高上肢運動功能和促進腦功能重構，但現有的研究并沒有關于兩者聯合運用對腦梗死后上肢運動功能的作用。因此，本研究采用經顱直流電聯合虛擬現實技術對腦梗死后上肢功能障礙患者進行康復治療并觀察其療效，進而探討兩者聯合運用以改善腦卒中后上肢功能的機制。

1 對象和方法

1.1 研究對象

本研究以盤錦市人民醫院康復醫學科從2018年1月至2019年5月收治的93例腦梗死后上肢功能障礙患者為研究對象，根據入選標準、排除標準以及受試者本身的意愿，一共有78名受試者最后入選。入選標準：(1)CT或MRI證實的腦梗死，且為第1次發生，病程在3個月以內，年齡50～70歲；(2)單側肢體功能障礙，偏癱側上肢改良Ashworth分級≤1級；(3)認知功能完整，簡易智力狀態檢查量表(mini-mental state examination, MMSE)≥25，生命體征穩定。排除標準：(1)生命體征不穩定；(2)嚴重心、肝、腎功能不全；(3)腦、脊髓或其他神經損傷；(4)上肢骨折；(5)精神障礙史或抗精神病藥物使用史；(6)認知障礙或無法通過任何語言或手語進行溝通。所有患者或者其監護人均簽署書面知情同意書。

所有入選患者按隨機數字表法被分為2組，分別為對照組(A組)和經顱直流電聯合虛擬現實技術組(B組)。2組患者年齡、發病時間比較差異無統計學意義(P>0.05)，見表1。本研究通過盤錦市中心醫院倫理委員會審批，倫理批號(PJSZXYY-IRB-2017)。

表1 A組和B組患者一般臨床資料比較(每組n=39)

1.2 研究方法

1.2.1 A組治療方法 患者接受常規康復治療，包括上肢運動控制訓練、肌力訓練等。治療師對所有受試者進行指導和演示，每次訓練45 min，每天2次，每周5次，共4周。

1.2.2 B組治療方法 B組在常規康復治療的基礎上加用經顱直流電和虛擬現實技術訓練治療。患者坐于安靜治療室內，使用經顱直流電刺激儀(四川省智能電子實業公司，成都)進行治療。手部刺激電極貼在拇短展肌和第一掌骨之間(參數選擇：靈敏度5 mA，掃描速度20 ms，過濾器設置3～10 kHz)，參考電極置于患肢拇指一、二指間節交匯處。用rTMS的頭部碟形線圈對大腦皮層初級運動區用最大強度單脈刺激15次左右，并尋找可以引起最大運動誘發電位的位置，將其作為刺激靶點。經顱直流電刺激陽極電極放置于刺激靶點處，陰極放置于對側對稱相應區域(刺激強度1.4 mA)每天1次，每次持續25 min，每周5次，維持4周。見圖1。

圖1 患者經顱直流電刺激治療示意圖

虛擬現實技術采用Kinect-xbox系統。患者可以通過姿勢來控制顯示器中人物的動作。對于下肢功能障礙不能站立的患者，可以坐在輪椅或有靠背的椅子上進行訓練。訓練是以完成一定的任務為導向的，針對上肢功能和精細運動的游戲設計。患者每日完成相應的訓練項目。具體如下：患者前方放置一個42英寸的屏幕，Kinect-xbox系統置于患者前方，其中攝像頭捕捉患者肢體動作并投射到屏幕中。同時配備舒緩的音樂，在患者完成某個任務的時候給予相應的音樂用于鼓勵。患者訓練康復時在視覺系統、聽覺系統和主動意識驅動下，選取可改善肩關節活動范圍的游戲如摘果子、接雞蛋、擊球等。訓練中可依據患者的功能情況和生命體征(如呼吸、心率等)采用間歇訓練法，間歇時間長度以患者感到疲勞有所緩解為度，一般為3～5 min。訓練時由1名技師協助患者調整姿勢，并防止患者跌倒。患者每周訓練5 d，30 min/次，運動量根據患者訓練后第2天的反應做適當調整。

1.3 臨床評估

基本臨床資料包括年齡、性別、梗死病灶部位及發病時間。上肢功能和電生理評估包括Fugl-Meyer上肢量表(Fugl-Meyer upper-limb scale, UL-FMA)，改良Arthworth評分(modified Arshworth score，MAS)、改良Barthel指數(modified Barthel index, MBI)評定量表以及體感誘發電位測量。UL-FMA總分最高66分，若受試者不能完成某個任務則為0分，部分完成則為1分，完全完成則為2分。MAS是目前臨床運用最為廣泛的痙攣量表。MAS分為0、Ⅰ、Ⅰ+、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 6級，分別賦值0、1、1.5、2、3、4。MBI正常滿分100分，總分大于60分，生活基本自理；41～59分，中度功能障礙，生活需要幫助；21～40分，重度功能障礙，生活依賴明顯；≤20分，生活完全依賴。神經傳導測量采用美敦力公司Keypoint-4，波長0.2 ms，強度20～99 mA，刺激頻率1 Hz。用5 mV/D靈敏度和2 ms/D掃描速度測量運動傳導。用以測量感覺誘發電位(somatosensory evoked potential, SEP)和運動誘發電位(motor evoked potential, MEP)。

1.4 統計學處理

數據分析使用SPSS for Windows version 20.0。本研究數據符合正態分布。計量資料比較分別采用兩獨立樣本的t檢驗和配對t檢驗；等級資料比較采用秩和檢驗。P<0.05表示差異有統計學意義。

2 結果

2.1 患者運動功能評分比較

2組患者在干預前UL-FMA、MAS、MBI評分比較差異無統計學意義(P>0.05)。在第4周結束時，干預組UL-FMA、MAS、MBI評分與對照組比較差異有統計學意義(P<0.05)。見表2。

表2 A組和B組干預前后患者運動功能評分比較(x±s，每組n=39)

2.2 2組患者體感誘發電位比較

2組患者在干預前SEP和MEP比較差異無統計學意義(P>0.05)。在第4周結束時，干預組SEP和MEP與對照組比較差異有統計學意義(P<0.05)。見表3和表4。

表3 A組和B組干預前后潛伏期和峰值時SEP比較(x±s，每組n=39)

表4 A組和B組干預前后潛伏期和峰值時MEP比較(x±s，每組n=39)

3 討論

腦梗死后上肢功能障礙表現為屈肌痙攣、肌力下降和運動控制能力減弱。本研究發現，經顱直流電刺激和虛擬現實技術聯合干預后，患者上肢運動控制能力以及日常生活能力均得到明顯提高，能夠降低痙攣。

已有文獻報道，采用經顱直流電刺激或者虛擬現實技術對腦梗死后上肢功能恢復均有改善作用。有研究顯示，經顱直流電聯合上肢機器人訓練可以明顯改善腦卒中后患者上肢功能[10]。Dahdah等[11]通過針對不同功能障礙的患者開發出相應的虛擬現實軟件，可以使得患者有目的地訓練各種肢體動作，增加康復效率。Jang等[12]探討應用虛擬現實技術前后腦卒中恢復期患者腦部不同fMRI圖像的對比，研究發現在虛擬現實技術干預前，患者雙側初級感覺運動皮層、患側或健側的輔助運動區被激活；在虛擬現實技術干預后，患者這些激活區域消失，而健側的初級感覺運動皮層主要被激活，運動控制功能也得到很大改善。Wang等[13]利用虛擬現實技術來干預腦卒中后患者上肢精細功能和粗大功能，結果發現干預后患者Wolf運動功能評定較干預前有明顯改善。

本研究中78例患者的梗死部位均位于基底節區，大部分患者患有高血壓或糖尿病或兩者均有，2組患者治療前臨床資料對比均差異無統計學意義。39例患者進行經顱直流電聯合虛擬現實技術進行干預，并在干預前后采用Fugl-Meyer上肢功能量表、改良Arshworth痙攣量表、改良Barthel指數量表對患者的運動功能進行評估，采用感覺和運動誘發電位對患者神經傳導進行評估。結果發現，經顱直流電刺激聯合虛擬現實技術和常規康復訓練治療均可以改善腦梗死后患者上肢功能，患者上肢FMA評分明顯提高，上肢肌張力下降，日常生活功能得到明顯改善，且患者的電生理檢查如感覺誘發電位和運動誘發電位在干預后潛伏期縮短、峰值增高，較干預前有明顯改善。但在干預4周后，B組患者較A組患者可以更有效改善腦梗死后上肢功能和神經傳導功能。這可能與經顱直流電聯合虛擬現實技術的作用機制有關系。經顱直流電刺激治療可以通過持續低直流電刺激相應大腦皮層，調節大腦血管舒縮功能和血流動力學；調節腦功能可塑性，促進腦功能重構和調控，從而改善患者偏癱側肢體運動控制能力[14-19]。虛擬現實技術是一種可以逼真模擬真實環境的、由計算機創建的仿真系統，用戶可以通過姿勢和虛擬環境進行互動，進而可以完成一系列任務。在康復訓練中，患者可以通過完成由計算機設定一系列指定任務(由易到難，逐步遞進)，并給予相應音樂刺激鼓勵。虛擬現實技術有極大的趣味性，可以有效提高患者的主觀能動性，增加康復效率[20-21]。兩者治療方法聯合應用，可以更好地促進腦重構和神經修復，機制可能為以下幾方面：(1)兩者作用互相疊加，互為補充。經顱直流電刺激是從中樞向周圍進行刺激，而虛擬現實技術是由周圍向中樞進行刺激，兩者作用形成一個循環。(2)虛擬現實技術可以提高患者的主觀能動性，降低康復訓練過程中的枯燥感，患者更加積極主動參與康復訓練。(3)經顱直流電直接作用于腦部相關功能區，直接刺激相關神經元產生放電，促進腦重構。在研究中發現，神經傳導和運動功能改善相一致，兩者均證明經過干預后相關腦部功能區發生功能重構和神經激活。

綜上所述，腦梗死后經顱直流電刺激聯合虛擬現實技術可以更加有效改善腦梗死上肢功能，提高患者的主觀能動性，增加康復效果。但本研究還存在以下不足之處：(1)樣本量較小，會導致統計有偏差；(2)沒有設立單獨的經顱直流電和虛擬現實技術干預組；(3)隨訪時間只有4周，沒有在干預后進行更長時間的隨訪。