吳龍強，黃倩倩，金韻，蘇婷婷，陳曉勇，蔣松鶴

1.溫州醫(yī)科大學附屬第二醫(yī)院育英兒童醫(yī)院 康復醫(yī)學中心，浙江 溫州 325027；2.廈門市第五醫(yī)院康復醫(yī)學科，福建 廈門 361000；3.溫州醫(yī)科大學 國際針灸康復研究所智能康復研究中心，浙江 溫州 325027

據統(tǒng)計，在全世界范圍內，腦卒中位列老年人死亡原因的第二位，同時高居18～60 歲人群死亡的第五位原因[1]。腦卒中可引起肌力下降、關節(jié)活動受限、疼痛、認知下降等功能障礙，中國每年新發(fā)的數百萬腦卒中患者中，功能障礙率達70%～80%[2]，給人們的生產生活帶來極大影響。上肢功能在人體的平衡、運動、姿勢調節(jié)等方面起著非常重要的作用，上肢功能障礙將極大限制腦卒中患者的日常生活能力。當前有越來越豐富的常規(guī)康復方法用于改善腦梗死患者的功能障礙，然而，功能障礙的恢復是個漫長的過程，常規(guī)康復方法枯燥無味、相對困難且數量較多，長期下去易降低患者的主動性及康復訓練效果[3]。

虛擬現實（virtual reality, VR）技術、增強現實（augmented reality, AR）技術目前已廣泛應用于商業(yè)、娛樂、測繪、醫(yī)學、軍事、遠程教育等領域[4]，作為一種新式的治療手段，在促進腦梗死患者功能障礙恢復方面也得到了越來越多的應用[5]。觀察腦組織微觀結構的變化需要借助磁共振彌散張量成像（diffusion tensor imaging, DTI）技術，而彌散張量纖維束成像（diffusion tensor tracking,DTT）是DTI的進一步延伸，通過對皮質脊髓束（corticospinal tract, CST）的三維重建，可以無創(chuàng)性地評估腦梗死功能障礙患者的預后[6]。本研究采取沉浸式VR康復訓練結合AR環(huán)境，融入腦梗死患者的上肢功能康復訓練中，研究此康復治療方案對腦梗死患者上肢運動功能的影響，并比較腦梗死患者病灶周圍CST與運動功能恢復情況的重組修復關系。

1 對象和方法

1.1 對象 經本院倫理委員會授權同意，倫理審批編號：2016科研課題第73號，選取2016年11月至2018年9月在溫州醫(yī)科大學附屬第二醫(yī)院育英兒童醫(yī)院康復醫(yī)學中心住院治療的早期腦梗死偏癱患者20例，均符合中國急性缺血性腦卒中診治指南[7]。

1.2 納入及排除標準 納入標準：①病情平穩(wěn)，體溫、血壓、脈搏等生命體征平穩(wěn)；②病程小于3個月；③首次發(fā)病，年齡30～70歲；④患側上肢、手Brunnstrom分期評定≥II期，且患側上肢各關鍵肌群肌張力評定≤2級（改良Ashworth肌張力量表）；⑤簡易精神狀態(tài)檢查[8]評分＞23 分；⑥雙眼視力或矯正視力≥1.0；⑦入組者或其監(jiān)護人簽署知情同意書。排除標準：①嚴重認知功能障礙或精神疾病無法配合；②多種原因導致上肢關節(jié)疼痛、活動受限；③合并嚴重內科系統(tǒng)疾病，如不穩(wěn)定型心絞痛、肝功能損傷、尿毒癥等；④具有半側空間忽略或視聽覺障礙；⑤生命體征不穩(wěn)定；⑥具有幽閉恐懼癥，或體內有金屬內固定、心臟起搏器等，無法完成DTI掃描者。按隨機數字表法將患者均分為對照組和實驗組，2組各10例，2組性別構成均為男6例，女4例，對照組年齡（62.7±4.5）歲，實驗組年齡（67.3±15.5）歲，對照組病程（18.1±4.2）d，實驗組病程（18.1±6.9）d，2組偏癱側均為左右側各5例。2組患者在年齡、性別、偏癱側別、病程等方面組間差異均無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。

1.3 康復訓練方法 2組患者均給予常規(guī)的基礎藥物治療及常規(guī)康復訓練方法。常規(guī)藥物治療主要包括抗血小板聚集藥物、改善循環(huán)、調脂穩(wěn)定斑塊及個體基礎疾病的治療，如高血壓病、糖尿病等慢性疾病。對照組：常規(guī)康復訓練方法包括借助滾筒、籃球進行關節(jié)活動度訓練，磨砂板訓練，擰螺絲或毛巾，中低頻脈沖電治療，被動牽伸，bobath握手、抗痙攣模式治療、Rood技術、PNF等神經肌肉療法，糾正異常模式，增強上肢運動控制訓練，肌力訓練等綜合康復訓練，訓練時間為每次60 min，每天1次，每周訓練5 d，共治療3周。實驗組：在常規(guī)康復訓練的基礎上加用AR環(huán)境下的VR康復訓練。本次實驗所應用的設備為沉浸式VR康復訓練設備，主要由沉浸式頭盔、兩側操作手柄、定位器、操作系統(tǒng)等部件組成，借助本實驗室自主設計及開發(fā)的增強環(huán)境顯示系統(tǒng)，將兩者結合，進一步增強沉浸性及趣味性，提高患者的主動參與的積極性。VR/AR康復訓練具體任務包括日常生活能力（activities of daily living, ADL）廚房訓練（肩關節(jié)、肘關節(jié)、手指等各大關節(jié)綜合性配合動作）、觸碰球訓練（肩關節(jié)及肘關節(jié)屈伸）、拳擊訓練（肘關節(jié)屈伸）、射擊訓練（手指按壓肌力、上肢內收外展及轉移）、敲打訓練（肩關節(jié)、肘關節(jié)、腕關節(jié)協(xié)同完成）等5個項目，用于增強腦梗死患者偏癱上肢大關節(jié)、手眼協(xié)調、上肢控制及手指抓握能力；若患者上肢主動運動功能較差，無法獨立完成，可在治療師的指導和幫助下輔助患側上肢訓練。VR/AR康復訓練每次30 min，每天1次，每周訓練5 d，共治療3周。

1.4 評價方法 治療前后由一名不參與治療的康復醫(yī)師對所有入組的患者進行功能評定，2組患者分別于治療前和治療3周后進行日常生活活動能力和上肢運動功能評定。評估量表主要包括上肢和手Brunnstrom運動恢復分期評分（Brunnstrom評分）、上肢部分Fugl-Meyer量表（Fugl-Meyer assessment for upper extremity, FMA-UE）和改良Barthel指數（modified Barthel index, MBI）[9]。

1.4.1 Brunnstrom評分：用于評估患側上肢的運動功能，包括上肢及手的運動能力，評定標準分I-VI期。為了便于統(tǒng)計分析，不同的階段分期將以對應的阿拉伯數字來表示，如Brunnstrom IV期計為4分，以此類推。所得階段分期越高，代表肢體運動功能越好。

1.4.2 FMA-UE：用于患者上肢運動功能的評估，評定內容包括上肢腱反射、屈肌伸肌共同運動、分離運動、腕穩(wěn)定性、手協(xié)調性等9項，共33個項目，合計66分。得分越高，肢體功能越好。

1.4.3 MBI：包括進食、穿衣、修飾、洗澡、控制小便、控制大便、用廁、轉移、行走、上下樓梯十個部分，總分100分，ADL能力缺陷程度：0～20分為極嚴重功能缺陷；25～45分為嚴重功能缺陷；50～70分為中度功能缺陷；75～95分為輕度功能缺陷；100分為ADL能自理。

1.5 MRI檢查及圖像后處理與分析 實驗組和對照組患者在治療前后均進行顱腦MRI檢查，采集患者顱腦磁共振彌散張量數據，采用GE-Discovery MR750 3.0T MR掃描。掃描過程中，患者保持制動，雙耳佩戴耳塞預防耳鳴、頭暈等不適，平臥為掃描臺上。掃描患者顱腦MRI平掃成像序列，在此基礎上施加對彌散敏感的脈沖，采用多次激發(fā)平面圖像技術掃描內囊、胼胝體、外囊等大腦結構，將收集到的所有入組患者功能磁共振的影像通過彌散張量纖維素成像專業(yè)軟件進行處理并計算得到相應CST的具體數值（單位為束），見圖1。

圖1 顱腦MRI圖像示CST重建圖像

1.6 突發(fā)情況及意外的措施應對及預防 在實驗過程中發(fā)生的意外突發(fā)情況主要為肢體疼痛、視力模糊、跌倒、胸悶、胸痛、心悸等不良反應。應對措施為在訓練及檢查前，充分告知患者的治療、檢查過程及可能出現的意外情況，消除患者的恐懼感?；颊咴谧≡浩陂g應具有良好的精神狀況和身體反應能力，控制好基礎疾病，保持主動、耐心參與訓練的良好積極性。此外，為了在意外等突發(fā)情況發(fā)生時使患者可得到迅速有效的治療，每位參與評估和治療的醫(yī)務人員均進行規(guī)范培訓，具備突發(fā)情況發(fā)生時的正確應對能力，并及時向上級醫(yī)師匯報。

1.7 統(tǒng)計學處理方法 采用SPSS22.0統(tǒng)計軟件進行數據分析。正態(tài)分布計量資料以±s表示，2組間均值比較采用兩獨立樣本t檢驗，自身前后對照均值比較采用配對t檢驗。2 組數據相關分析采用Pearson相關分析。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 治療前后2 組患者上肢及手Brunnstrom評分、FMA-UE評分、MBI評分 治療前，2組患者上肢Brunnstrom運動恢復分期（Brunnstrom assessment for upper limb extremity, BRU）評分、手Brunnstrom運動恢復分期（Brunnstrom assessment for hand extremity, BRH）評分、FMA-UE評分、MBI評分比較差異均無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。經過3周的訓練，2組患者相應評分均較治療前明顯改善，差異均有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。實驗組患者FMAUE評分、上肢和手Brunnstrom分期評分高于對照組，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）；2組患者MBI評分組間比較，差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。治療后2組患者MBI評分和FMA-UE評分差值比較差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。見表1。

表1 治療前后2組患者上肢及手Brunnstrom評分、FMA-UE評分、MBI評分比較（每組n=10，±s ）

表1 治療前后2組患者上肢及手Brunnstrom評分、FMA-UE評分、MBI評分比較（每組n=10，±s ）

與本組治療前比：aP＜0.05：與對照組差值比：bP＜0.05

組別 BRU評分 BRH評分 FMA-UE評分 MBI評分對照組 治療前 2.50±1.35 1.70±1.16 15.50± 4.33 53.50± 7.92治療后 3.10±1.37a 2.40±1.65a 25.80± 5.75a 75.00± 7.49a差值 0.75±0.75 0.75±1.06 9.33±10.07 20.42±16.44實驗組 治療前 2.70±0.82 2.10±1.37 18.90± 3.62 50.00± 6.41治療后 4.30±1.06a 4.00±1.16a 42.20± 4.70a 84.00± 4.58a差值 1.25±0.97 1.75±1.38 19.67±12.54b 32.92± 8.91b

2.2 2組患者治療前后患側CST神經纖維數量比較

所有患者在治療前后均進行磁共振掃描，最后共有19例患者同意并順利完成顱腦磁共振掃描。治療前，2組患者患側CST神經纖維數量差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。治療3周后，2組患者患側CST神經纖維數量均較前明顯增多（P＜0.05）；實驗組和對照組治療后患側CST神經纖維數量比較差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），見表2。

表4 2組患者治療前后患側CST神經纖維數量比較（±s ）

表4 2組患者治療前后患側CST神經纖維數量比較（±s ）

與本組治療前比：aP ＜0.05

組別 時間 患側CST神經纖維數量對照組（n=10） 治療前 121.50±41.61治療后 163.70±47.67a實驗組（n=9） 治療前 138.44±48.62治療后 187.00±47.17a

2.3 患側CST神經纖維數量與治療前后患側上肢FMA-UE評分的Pearson相關性分析 治療前，患側上肢部分FMA-UE評分與患側CST神經纖維數量呈正相關（r=0.733，P＜0.001）；康復治療3周后，患側上肢部分FMA-UE評分與患側CST神經纖維數量呈正相關（r=0.615，P=0.005），即患者患側CST神經纖維數量越多，其上肢運動功能越好。

3 討論

研究顯示，不斷重復的康復訓練能夠改善中樞神經系統(tǒng)的可塑性，在早期康復介入的同時，進行大量針對性、重復性、高強度的康復訓練與功能障礙的恢復高度相關，VR康復訓練具備此治療要求的相關要素條件[10]。本研究將VR康復訓練與AR環(huán)境相結合，希望通過各自不同的訓練特點，在豐富的不同視聽觸反饋下為患者提供個體化的康復治療，彌補常規(guī)康復訓練的不足。此VR/AR康復訓練系統(tǒng)適應范圍較廣，可針對患者上肢不同部位的功能障礙提供相應的訓練模式，包括肩肘腕關節(jié)各個關節(jié)活動方向、手指的抓握和伸展等靈活性的訓練。

VR技術具有人機交互性、充分的想象性、完全深入的沉浸性的特點。在過去的幾年中，被越來越廣泛地運用于腦卒中患者肢體運動功能的康復訓練中。近些年來，國內外已有多項相關臨床研究證實，VR發(fā)揮著不可替代的作用，不僅提高了患者主動參與的積極性，而且提高了治療效果，且患者的滿意度高。HUNG等[11]運用自身開發(fā)的VR系統(tǒng)，對17例腦卒中偏癱患者上肢行采摘植物和互相擊打等訓練，經治療后，實驗組患者的上肢wolf康復評分較治療前明顯提高。CARREGOSA等[12]對腦卒中偏癱患者運動VR游戲參與系統(tǒng)，在游戲過程中訓練患者上肢，通過偏癱上肢各關節(jié)肌群的協(xié)調性、持久性、方向性調動，極大拓展了相應的方向運動及運動控制能力，結果顯示，實驗組患者患側FMA-UE評分較前提高。AR技術與VR技術具有相似性，又具有自身的優(yōu)勢特征，它廣泛應用了多媒體、多模塊、實時跟蹤和注冊、智能交互、傳感等多項技術，不僅也具有沉浸性、參與性、趣味性的特點，關鍵在于它能將訓練畫面與現實環(huán)境相結合，使得訓練場景更貼近實際生活，從而實現對真實環(huán)境進行增強。HOSSAIN等[13]為腦卒中患者設計了一款無線振動設備，為患者提供觸覺感應反饋，患者可利用此裝備感知在融入現實環(huán)境中的物品，如拿取杯子、球類運動比賽、射擊炮戰(zhàn)互動游戲等，且治療師可以根據不同腦卒中患者的功能障礙情況，選擇不同訓練強度的康復治療方案，大大提高了患者參與的趣味性，且積極性大大提高。經過系統(tǒng)的訓練后，結合康復評定結果，患者的運動功能較訓練前有了明顯改善。

本研究結果顯示，2組患者經治療后，上肢功能評分及ADL評分均較治療前有所改善，提示常規(guī)康復療法與VR/AR康復訓練均有助于增強早期腦梗死患者的上肢運動功能及ADL。在治療后實驗組患者的評分高于對照組，提示在改善程度的表現上要優(yōu)于對照組，表明基于AR環(huán)境下的VR康復訓練系統(tǒng)結合常規(guī)康復訓練相比單純康復治療更有優(yōu)勢。本研究應用的VR/AR康復訓練系統(tǒng)，為患者的治療創(chuàng)建了更貼近生活環(huán)境的狀態(tài)，患者通過完成真實的操作來訓練其偏癱上肢的功能，在訓練中學得的技能可更好的應用于日常生活中，進而提高其生活自理能力。

CST主要控制骨骼肌的隨意運動，DTI和DTT技術可以無創(chuàng)性地顯示人體中腦纖維束的走形和形態(tài)，通過選擇性地對大腦中CST進行三維重建，直觀地顯示其形態(tài)、完整性、方向性，通過對病灶及周圍的正常組織彌散對比，判斷其與運動功能連接的完整性。本研究綜合利用了DTI和DTT技術，并在匹配軟件的加持下，研究CST的纖維數量與對應肢體運動功能恢復方面的關系，使我們更直觀地了解皮質激活興奮與皮質下結構完整性的關系。結果顯示，2組患者在康復治療3周后，患側CST神經纖維數量均較前增多，提示治療后可能存在神經重組或代償?？祻陀柧?周后2組患者患側CST神經纖維數量對比差異無統(tǒng)計學意義，造成此結果的可能因素有：①腦梗死造成中樞神經系統(tǒng)損傷，其生長恢復的速度較為緩慢；②腦梗死造成的神經損傷恢復可能由健側或周圍皮質代償，并且其恢復速度與損傷的程度相關[14-15]。研究結果顯示，患側FMA-UE評分與患側CST的神經纖維數量成正相關，提示早期腦梗死患者CST神經纖維數量與上肢運動功能恢復情況具有相關性，即患者CST神經纖維數量越多，該患者上肢運動功能分級越高，預后越好，FMA-UE評分可較好地評估早期腦梗死患者上肢運動功能恢復情況。

本研究應用VR技術，配合AR環(huán)境的融入，增強了患者訓練的主動性和針對性，結合常規(guī)康復療法，更能增強腦梗死患者上肢運動能力。此外，經治療后，實驗組患者患側CST神經纖維數量均較前有所增多，與腦梗死患者運動功能量表評估呈正相關，可通過DTI技術分析早期腦梗死患者運動能力變化情況。由于本研究康復治療具有特殊性，樣本量較少，混雜因素較多，可能會對實驗結果造成一定程度的誤差，在今后的研究中，還將進一步追加樣本的數量，不斷改進VR/AR康復訓練系統(tǒng)，使其更具人性化及貼合試驗設計，提高試驗的準確性。