虛擬現(xiàn)實技術對腦卒中上肢功能影響的彌散張量成像研究

林娜，高菡璐，盧惠蘋，陳燕清，鄭軍凡，陳述榮

福州市第二總醫(yī)院，福建福州市 350007

0 引言

腦卒中具有高發(fā)病率和高致殘性，且具有年輕化的趨勢[1]，虛擬現(xiàn)實技術可影響腦卒中患者大腦神經(jīng)可塑性，改善腦卒中患者的運動功能[2‐4]，成為研究腦卒中后功能恢復的熱點之一[5‐6]。腦白質(zhì)纖維束損傷是腦卒中神經(jīng)損傷的主要表現(xiàn)之一，彌散張量成像(dif‐fusion tensor imaging,DTⅠ)能定量評價白質(zhì)纖維束的損傷程度[7]，被廣泛應用于腦血管疾病的診斷及預后[8‐9]。本研究探討虛擬現(xiàn)實技術對腦卒中患者上肢功能的影響，并通過DTⅠ進行評價。

1 資料與方法

1.1 一般資料

福州市第二總醫(yī) 院2021 年9 月1 日至2023 年3 月31 日收治的腦卒中患者80 例，均符合中國腦血管病疾病分類2015 中腦卒中診斷標準[10]，經(jīng)顱腦CT 或MRⅠ確診首次發(fā)病。

納入標準：①病程＜ 3 個月，生命體征穩(wěn)定；②病變主要位于單側(cè)內(nèi)囊基底節(jié)區(qū)，并累及皮質(zhì)脊髓束；③患側(cè)上肢肌力≥ Ⅱ+級，且上肢肌張力改良Ash‐worh量表分級≤ Ⅱ級；④簽署知情同意書。

排除標準：①完全性失語或嚴重認知障礙；②視覺缺陷和偏盲；③不能主動配合訓練或病情不穩(wěn)定；④嚴重心、肝、腎功能不全；⑤患有其他影響功能恢復的神經(jīng)和肌肉骨骼疾??；⑥各種疾病導致的上肢疼痛、活動受限，如上肢攣縮或畸形等；⑦癲癇病史；⑧體內(nèi)有金屬植入物，如心臟起搏器、除顫器、金屬假牙等。

剔除與脫落標準：①患者主動要求退出；②病情加重，無法繼續(xù)試驗；③訓練過程中出現(xiàn)不良事件，不宜繼續(xù)治療；④不按治療要求進行康復治療。

采用SPSS 25.0 產(chǎn)生隨機分配序列，1∶1 分配到對照組和試驗組，每組40 例。其中，試驗組2 例不能完成隨訪；對照組1 例再次發(fā)生腦卒中，1 例發(fā)生嚴重肺部感染退出。最終兩組各38例納入研究。兩組基線資料比較無顯著性差異(P＞ 0.05)。見表1。

表1 兩組基線資料比較Table 1 Comparison of baseline data between the two groups

本研究經(jīng)福州市第二總醫(yī)院醫(yī)學倫理委員會審核批準(No.2021054)。

1.2 方法

兩組均接受常規(guī)康復，包括必要的物理因子治療、針灸治療和下肢運動訓練等，以及作業(yè)療法，每次50 min，每天1 次，每周5 d，共4 周。試驗組接受作業(yè)療法20 min和虛擬現(xiàn)實技術康復30 min(包括Bio‐Master 虛擬現(xiàn)實訓練系統(tǒng)和Flextable 數(shù)字作業(yè)療法訓練系統(tǒng)各15 min)，每天1次，每周5 d，共4周。

所有患者的治療均由同一治療師完成，訓練中注意監(jiān)測患者心率、血壓，若出現(xiàn)胸前區(qū)不適或頭暈等癥狀，及時停止訓練。

1.2.1 作業(yè)療法

作業(yè)治療師對患者進行評估后，根據(jù)患側(cè)上肢功能障礙制定治療項目，包括：上肢控制能力訓練(滾筒訓練、控球訓練、舉棒訓練等)、精細動作訓練(插釘板、擰螺絲、自助工具應用等)和日常活動訓練(上肢取物訓練、穿脫衣訓練、洗漱、進食等)。

1.2.2 虛擬現(xiàn)實

采用虛擬現(xiàn)實訓練設備(廣州市章和智能科技有限公司)，包括BioMaster 虛擬現(xiàn)實訓練系統(tǒng)和FlexTable數(shù)字作業(yè)療法訓練系統(tǒng)。

BioMaster 虛擬現(xiàn)實訓練系統(tǒng)通過可穿戴無線位置傳感器，在虛擬現(xiàn)實互動訓練模塊進行動作捕獲，提供靶向性運動控制訓練。治療師評定后，根據(jù)患者的運動能力選擇相應的關節(jié)部位(肩、肘或腕)、運動方向(屈曲伸展、內(nèi)旋外旋、內(nèi)收外展)和關節(jié)活動類型(主動訓練、被動訓練)，然后選擇訓練項目，改善肩、肘關節(jié)活動范圍的體感游戲如飛行訓練、大魚吃小魚等；改善腕關節(jié)活動范圍的如擦桌子等；改善手指活動功能如豆子顏色分類等。治療師為患者佩戴好可穿戴無線位置傳感器，面對屏幕站立或坐位，患者通過肢體移動操控虛擬物體，完成患側(cè)上肢的訓練，共15 min。

FlexTable數(shù)字作業(yè)療法訓練系統(tǒng)根據(jù)患者的病情選擇不同的訓練模塊，通過感覺、聲音、畫面等多感官刺激，隨軌跡移動肢體或控制物體移動速度，進行上肢功能控制和日常生活能力訓練。作業(yè)治療師評定后，確定訓練桌高度和旋轉(zhuǎn)角度、最大訓練范圍、感興趣的游戲項目，設置訓練參數(shù)(訓練時間、難度、模式)和訓練場景(上肢協(xié)調(diào)訓練、上肢導向性訓練、手眼協(xié)調(diào)訓練、日常生活活動訓練等)?；颊咦换蛘疚唬鎸︼@示器，佩戴好可穿戴式無線位置傳感器，進入訓練場景進行訓練，共15 min。

1.3 評價方法

治療前、治療4 周和隨訪4 周，由同一康復評定師對患者進行功能評定；治療前和治療4 周，由同一影像醫(yī)師進行彌散張量成像(diffusion tensor imaging,DTⅠ)掃描和分析。兩者均對分組情況不知情。

1.3.1 Fugl‐Meyer 評定量表上肢部分(Fugl‐Meyer As‐sessment‐Upper Extremities,FMA‐UE)

共33 項，總分66 分。評分越高表示上肢運動功能越好[7]。

1.3.2 上肢動作研究量表(Action Research Arm Test,ARAT)

共19 個小項目，總分57 分。評分越高表示上肢運動功能越好[11]。

1.3.3 DTⅠ

采用3.0 T 磁共振成像儀(德國西門子公司)，自旋回波平面成像序列，TR 8 600 ms，TE 95 ms，F(xiàn)OV 25.6，矩陣128×128，視野256×256 mm，75 層，層厚2 mm，層間距0，b值0～1 000 s/mm2。

采用Neuro 3D軟件行圖像分析。分別在病灶側(cè)大腦腳和內(nèi)囊后肢繪出感興趣區(qū)，面積約30 mm2，利用霍普金斯大學白質(zhì)模板計算各感興趣區(qū)各向異性分數(shù)(fractional anisotropy,FA)和相對各向異性(relative an‐isotropy,RA)。每個區(qū)域測3次，取平均值。

1.4 統(tǒng)計學分析

采用SPSS 25.0 進行統(tǒng)計學分析。計數(shù)資料以頻數(shù)表示，組間比較采用χ2檢驗或非參數(shù)檢驗。計量資料符合正態(tài)分布的，以()表示，組內(nèi)比較采用單因素方差分析或配對樣本t檢驗，兩兩比較采用Bon‐ferroni 檢驗，組間比較采用獨立樣本t檢驗；偏態(tài)分布的，以M(QL,QU)表述。相關性采用Pearson 相關性分析。顯著性水平α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 FMA‐UE

治療前，兩組FMA‐UE 評分無顯著性差異(P＞0.05)。治療后，兩組FMA‐UE 評分均顯著升高(P＜0.001)，治療4周優(yōu)于治療前(P＜ 0.05)，隨訪4周優(yōu)于治療后4 周(P＜ 0.05)，且試驗組優(yōu)于對照組(P＜0.05)。見表2。

表2 兩組治療前后FMA-UE評分比較Table 2 Comparison of FMA-UE score between the two groups

2.2 ARAT

治療前，兩組ARAT 評分無顯著性差異(P＞0.05)。治療后，兩組ARAT 評分均顯著升高(P＜0.001)，治療4周優(yōu)于治療前(P＜ 0.05)，隨訪4周優(yōu)于治療后4 周(P＜ 0.05)，且試驗組優(yōu)于對照組(P＜0.05)。見表3。

表3 兩組治療前后ARAT評分比較Table 3 Comparison of ARAT score between the two groups

2.3 DTⅠ

治療后，兩組內(nèi)囊后肢FA 和RA 均顯著升高(P＜0.001)，且試驗組優(yōu)于對照組(P＜ 0.05)。大腦腳FA 和RA無明顯變化(P＞ 0.05)。見表4～表7。

表4 兩組治療前后大腦腳FA比較Table 4 Comparison of FA of cerebral peduncle between the two groups

表5 兩組治療前后內(nèi)囊后肢FA比較Table 5 Comparison of FA of posterior limb of inner capsule between the two groups

表6 兩組治療前后大腦腳區(qū)RA比較Table 6 Comparison of RA of cerebral peduncle between the two groups

表7 兩組治療前后內(nèi)囊后肢區(qū)RA比較Table 7 Comparison of RA of posterior limb of inner capsule between the two groups

2.4 相關性分析

兩組內(nèi)囊后肢FA 治療前后差值(ΔFA)與FMA‐UE治療前后差值(ΔFMA‐UE)之間呈正相關(P＜ 0.05)，RA 治療前后差值(ΔRA)與ΔFMA‐UE 無明顯相關(P＞0.05)。試驗組內(nèi)囊后肢ΔFA 與ARAT 治療前后差值(ΔARAT)相關(P＜ 0.01)，其余指標與ΔARAT 不相關(P＞ 0.05)。見表8～表9。

表8 兩組不同部位ΔFA、ΔRA與ΔFMA-UE的相關性Table 8 Correlation of ΔFA and ΔRA to ΔFMA-UE

表9 兩組不同部位ΔFA、ΔRA與ΔARAT的相關性Table 8 Correlation of ΔFA and ΔRA to ΔARAT

3 討論

腦卒中是一種嚴重危害人類健康的疾病，嚴重影響日常生活活動[12]。上肢功能是影響腦卒中患者的日常生活能力的主要因素，是腦卒中后康復的主要目標之一。

虛擬現(xiàn)實技術利用計算機和傳感器模擬逼真的場景，可以使患者獲得全面和直觀的感受，并在模擬場景中完成可控的功能性運動和操作[13]。該技術有助于維持患者的機動水平和積極性，使枯燥單調(diào)的訓練變得輕松有趣[14‐15]，在腦卒中患者上肢功能康復方面得到越來越多的應用[16‐17]。本研究顯示，虛擬現(xiàn)實技術支持下的康復訓練對改善腦卒中后上肢運動功能療效更佳，與此前研究一致[18‐19]。虛擬現(xiàn)實技術具有重復訓練、成績反饋和動機維持3 個特點[20‐21]，增加運動誘導的神經(jīng)可塑性[22]，促進運動通路腦皮質(zhì)功能重組，更好地改善肢體運動功能[23‐24]。

本研究顯示，4 周隨訪時，試驗組FMA‐UE 和ARAT 評分優(yōu)于對照組，提示虛擬現(xiàn)實技術能更好幫助患者將學習到的技能運用到現(xiàn)實生活中。虛擬現(xiàn)實技術模擬真實的生活場景，提供有目的的任務性訓練，患者回歸家庭可以更好地將訓練內(nèi)容應用于生活實踐，使上肢功能得到進一步強化[25]。

DTⅠ通過測定水分子的各向異性和彌散張量，探測組織的微結(jié)構，F(xiàn)A 為水分子各向異性成分與整個彌散張量的比值，反映白質(zhì)纖維的完整性[26]。FA下降表明纖維結(jié)構完整性受損，對判定腦白質(zhì)纖維束微結(jié)構損傷程度有很高的敏感性[27]，病灶區(qū)FA 升高與運動功能恢復程度有關[28‐30]。RA 反映水分子擴散的各向異性成分與各向同性成分的比值，可作為FA 的有效補充。運動功能初始損傷程度和長期預后都取決于皮質(zhì)脊髓束(corticospinal tract,CST)的損傷程度以及其替代運動纖維束的完整性[31]。CST 的神經(jīng)纖維數(shù)量與上肢運動功能的恢復相關[32‐33]。DTⅠ可評估CST 纖維束的完整性。本研究顯示，康復后，內(nèi)囊后肢CST 結(jié)構完整性得到改善，而大腦腳無明顯改變，這可能因為大腦腳遠離病灶區(qū)，錐體束發(fā)生華勒氏變性。張麗華等[34]發(fā)現(xiàn)，腦卒中患者康復訓練8 周后，病灶側(cè)內(nèi)囊后肢FA 較康復前提高，而大腦腳和腦橋FA 康復前后均無顯著性差異，與本研究結(jié)果基本一致。凌晴等[35]發(fā)現(xiàn)，康復后放射冠FA 有顯著性差異，內(nèi)囊和大腦腳FA 無顯著性差異，與本研究結(jié)果不一致。目前關于CST 不同層面FA 變化的研究結(jié)論并不一致，可能與康復治療方案、病種類型、病灶部位、病程和治療時間等因素相關，需要進一步研究。

本研究結(jié)合FMA‐UE 和ARAT 評估DTⅠ與上肢運動功能的相關性，結(jié)果顯示，內(nèi)囊后肢ΔFA 與ΔFMA‐UE 呈正相關，試驗組內(nèi)囊后肢ΔFA 與ΔARAT呈正相關。劉建華等[36]發(fā)現(xiàn)，常規(guī)康復3周后，病灶、大腦腳和內(nèi)囊后肢FA 的變化與FMA‐UE 評分變化相關，以內(nèi)囊后肢最顯著。卓麗萍等[11]發(fā)現(xiàn)，腦卒中患者康復訓練后放射冠區(qū)、內(nèi)囊后肢FA 與運動功能呈正相關，且內(nèi)囊后肢的修復與上肢功能關系更緊密。本研究中，ΔFA 與上肢功能關系僅限于FMA‐UE，與ARAT的相關性不確定。

本研究未細化腦卒中類型，CST 層面選取較少，DTⅠ參數(shù)不夠豐富，尚需進一步深入研究。

4 結(jié)論

虛擬現(xiàn)實技術有助于改善腦卒中患者上肢功能，可能與內(nèi)囊后肢CST功能恢復有關。

利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突。