基于超声影像对不同频率、时间电针治疗中风后足下垂病人的效应分析

足下垂是常见的脑卒中后遗症之一，主要表现为足背曲时困难，行走时拖曳患侧，落地时足尖先触及地面。目前认为该功能障碍的发生主要是由于小腿的前肌群和外侧肌群麻痹，而小腿后肌群痉挛牵拉所引起[1]。中枢神经系统损伤所致的偏瘫肢体功能障碍在现阶段有许多康复治疗方法，而传统中医通过“循经取穴”刺激相应的穴位对偏瘫肢体功能障碍的改善已取得共识[2]。电针是在传统针刺基础上结合电脉冲刺激，实现持续穴位刺激，并引起穴位周边肌肉被动收缩，加强机体的肌肉张力，从而改善肢体局部肌肉功能状态[3]。但现有研究对于电针频率、时间等参数的选择缺乏规范标准。超声影像分析可定量评估肌肉功能状态[4]。相比于表面肌电信号(sEMG)和磁共振成像(MRI)，超声影像有易分析、简便等优势，并且可同步实时采集。超声检查可清晰显示肌肉的形态和结构，其参数(羽状角、肌肉厚度和肌纤维长度等)能够反映肌肉肌腱的生物力学变化[5]。本研究以中风后足下垂病人为研究对象，给予为期2周的不同频率、时间的电针治疗，记录治疗前后临床评估及超声检查技术中胫骨前肌的肌肉形态结构参数，探讨临床评估及肌肉参数改变与不同频率、时间电针治疗的关系，评估不同频率、时间电针的治疗效果，为电针治疗中参数选择提供客观、科学依据。

1 资料与方法

1.1 纳入标准 ①年龄30～75岁；②病情：初次、单侧中风(2周到半年)或虽既往有发作但未遗留神经功能障碍；③偏瘫侧下肢背屈受限或明显足跖屈畸形；④偏瘫侧下肢运动功能评定Brunnstrom分期 3～4期；⑤病人生命体征平稳，意识清楚。排除标准：①小脑或双侧脑损害；②偏瘫侧下肢踝关节显著挛缩(改良Ashworth分级≥3级)；③严重偏侧忽略、失用或明显认知功能障碍及意识水平下降致不能配合治疗者；④严重并发症，包括神经性、心血管性及精神性问题等，及其他因素致生命体征不平稳；⑤支架植入、起搏器植入或体内有其他金属异物植入者；⑥既往有下肢外伤或其他疾病致下肢神经受损或肌力下降者。若受试者出现以下情况则脱落：①治疗过程中发生不良反应等不适而不能完成整个治疗过程者；②采集过程中因病人主观原因不能听从指令导致超声影像模糊无法进行数据统计者。按照上述标准进行筛选，选取2015年6月—2016年12月广东医学院附属南山医院康复医学科收治的脑卒中恢复期足下垂住院病人34例(入组受试者中1例因试验治疗周期中出现新发不适、1例因超声影像不清晰致数据混乱无法分析均脱落，最终共32例完成试验)。将入选病人随机分为A组、B组、C组、D组，每组8例。4组病人年龄、性别、病变性质、病程等一般资料比较，差异无统计学意义(P>0.05)，具有可比性。详见表1。

表1 4组病人一般资料比较

注：4组各项比较，P>0.05

1.2 治疗方法 病人均接受常规药物治疗及其他康复治疗(主要包括物理训练、作业治疗训练、理疗等)等基础治疗。电针治疗时病人取仰卧位，选用2寸不锈钢毫针针刺患肢的足三里、阳陵泉两个穴位，足三里、阳陵泉直刺1.5～2.0寸，得气后使用G6805-B型电针仪连接足三里-阳陵泉一组穴位电极，以足三里为刺激电极，阳陵泉为参考电极。A组：2 Hz、10 min；B组：2 Hz、20 min；C组：10 Hz、10 min；D组：10 Hz、20 min。波形：连续脉冲矩形波；标准刺激强度：根据病人不同的耐受情况，选择病人达到感觉阈及痛阈之间4/5刺激强度为实验用强度[6]。例如：某受试者感觉到电流刺激时的强度为1.2 mA，感觉到疼痛的刺激强度为2.2 mA，则选取的强度为1.2+(2.2-1.2)×4/5=2.0 mA。针刺治疗2周。

1.3 评估方法 将研究对象随机分组，首先由评估者进行临床评估[Fugl-Meyer评分、主动关节活动度(AROM)]和B型超声检查。评估结束后受试者开始按上述随机分组方案接受治疗。治疗结束后再次由评关估者进行临床评估和超声检查。其中超声检查在2周治疗期间每隔1 d进行1次。超声检查时受试者踝节保持中立位(病人取仰卧位，膝关节屈曲，大、小腿及小腿与足之间均呈90°)，选取胫前肌肌腹中点，约平腓骨小头至外踝尖连线之间中点处。踝关节中立位时胫前肌中点的超声矢状位图像见图1。使用超声探头(频率8.5 MHz)垂直于肌表，轻触皮肤表面，不能下压皮肤以免影响肌肉形态。基于超声影像分析，测出踝关节中立位时静息状态下的羽状角(α)、肌纤维长度(Fl)和最大等长收缩时羽状角(α)、肌纤维长度(Fl)(其中羽状角依据Revoting Hough变换从超声图像序列中自动计算，肌纤维长度依据公式计算得出[7])、胫前肌肌肉横截面积(S)。其中α表示羽状角，Fl代表肌纤维长度。肌纤维长度(FI)=y1+y2+n1(见图2)[8-9]。胫前肌横截面积计算方法：使用photoshop可知选取位置所占像素(X像素)；图片总像素为640×480=307 200；图片所选位置的面积占总面积的比例为X/307 200；图片的总面积为S=3.7×3.7 cm2；所选区域面积S1=XS/307 200。超声横断位图象见图3。

图1 踝关节中立位时胫前肌中点的超声矢状位图像

图2 超声分析指标示意图

图3 踝关节中立位时胫前肌中点超声横断位图像

1.4 统计学处理 所有试验数据采用统计软件SPSS 20.0进行统计学处理。计量资料用散点图表示，经过曲线拟合建立各病人患侧胫前肌横截面积y值随时间变化的曲线回归方程，计算各曲线回归方程达到平台期时对应时间点xt；计算患侧xt的95%可信区间，各组病人治疗前后比较选用配对样本t检验；组间均数比较选用方差分析。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 4组病人肌纤维长度变化情况比较 4组病人最大等长收缩时的肌纤维长度在治疗2周后与治疗前比较均存在不同程度的缩短，且与治疗前相比差异均有统计学意义(P<0.05)，证明电针能提高中风后足下垂病人的胫骨前肌肌肉收缩能力；且治疗效果与时间有关，10 min优于20 min，但与频率关系不大，2 Hz与10 Hz之间比较差异无统计学意义(P>0.05)。静息状态下的肌纤维长度在治疗2周后与治疗前比较差异无统计学意义(P>0.05)。详见表2。

表2 4组治疗前后肌纤维长度比较(±s)

与B组治疗后最大等长收缩时比较，1)P<0.05；与D组治疗后最大等长收缩时比较，2)P<0.05

2.2 4组羽状角变化比较 4组病人治疗后最大等长收缩时的羽状角与治疗前比较均有不同程度增加，差异均有统计学意义(P<0.05)，证明电针能提高中风后足下垂病人的肌肉收缩能力；且治疗效果与时间有关，10 min优于20 min，与频率关系不大，2 Hz与10 Hz之间比较差异无统计学意义。治疗后静息状态下的羽状角与治疗前比较差异无统计学意义(P>0.05)。详见表3。

表3 4组羽状角变化结果比较(±s)

与B组治疗后最大等长收缩时比较，1)P<0.05；与D组治疗后最大等长收缩时比较，2)P<0.05

2.3 4组横截面积随时间变化结果 对y(横截面积)随x(时间)的改变描记散点图，通过曲线拟合，建立回归方程。可以得出在2周内患侧肢体胫前肌最大等长收缩时横截面积随时间变化趋势呈现出先上升、后下降或者趋于水平的规律，且最终的横截面积水平较治疗初始时有所升高(P<0.05)。计算得出其出现下降或趋于水平位时对应时间点xt(d)。同样方法分别计算出各病人xt值：可计算出其95%可信区间分别为：A组(8.22，10.01)d，B组(9.40，11.90)d，C组(8.10，9.77)d，D组(9.96，11.88)d。

2.4 4组临床评估结果比较 4组Fugl-Meyer评分及AROM在治疗后均较治疗前存在不同程度的增加，差异均有统计学意义(P<0.05)，证明电针可有效提高中风后足下垂病人运动能力及主动关节活动度，且治疗效果与时间有关，10 min优于20 min，但与频率关系不大，2 Hz与10 Hz之间比较差异无统计学意义(P>0.05)。详见表4、表5。

表4 4组Fugl-Meyer评分比较(±s) 分

与本组治疗前比较，1)P<0.05；与B组比较，2)P<0.05；与D组比较，3)P<0.05

表5 4组AROM比较(±s)

与本组治疗前比较，1)P<0.05；与B组比较，2)P<0.05；与D组比较，3)P<0.05

3 讨 论

足下垂是脑卒中后常见的下肢功能障碍，主要由于小腿前肌群麻痹和小腿后肌群痉挛牵拉引起[10]，而小腿前屈肌群主要在于胫骨前肌。电针是传统针刺疗法与现代物理医学中电刺激相结合产生的一种新的治疗方法，其在针刺穴位治疗的同时，对部分针刺穴位进

行脉冲电刺激，从而起到持续刺激作用的一种方法。已有大量实验证明，电针对偏瘫病人下肢运动功能的恢复有明显的作用，且优于单纯的针刺疗法，既有穴位刺激的作用，又兼具电刺激治疗的优点，具有简单、实用、疗效好的特点[11]，符合电刺激治疗的范围。有研究发现，利用功能性电刺激疗法刺激腓总神经和胫前肌运动点可引起踝关节背屈，加快步行周期[12]。最新研究表明，低频电子脉冲刺激患侧腓总神经、胫前肌并同步进行步行训练后，病人足下垂症状可得到改善，步行能力显著提高[13-14]。结合中医学的针刺经络理论，

认为电针刺激腓总神经、胫前肌可改善足下垂症状。本研究中，刺激的穴位阳陵泉、足三里分别是腓总神经在腓骨小头旁经过位置和胫前肌肌腹附近位置，可以视为对腓总神经及胫前肌进行电刺激的治疗方法。

电针是在传统针灸治疗的基础上结合电脉冲而来的有效治疗手段，但在现代康复学里并不被认可，其认为电针在操作中涉及的多项参数无明确统一标准，存在一定缺陷[15]。国家标准对电针参数的定义为：电针仪输出的脉冲波形、脉冲幅度、脉冲宽度、频率、脉冲输出模式的数字描述，而目前大多文献只包含了少数以上内容，因此导致治疗全面性较差，明确性不强。因此，明确电针治疗的量效关系对实现电针治疗的国际化有重要的意义。电针的治疗效果主要与取穴、留针时间、波形、频率等因素有关。首先，关于取穴，本研究选取足三里与阳陵泉作为特定穴符合“辨证取穴”，其解剖部位紧邻胫前肌和腓总神经，可对胫前肌起直接刺激作用，因此是中风后足下垂的优势治疗穴位。其次，关于留针时间，有研究人员统计我国1999年—2009年相关报道，对其进行研究整理后发现，留针时间在1～60 min，其中最普遍的留针时间为30 min，其后依次为60 min、5 min、20 min、10 min、1 min、45 min、15 min[16]。侯良芹等[17]通过观察隔区一氧化氮合酶(NOS)阳性神经元的变化，认为电针留针时间延长至15 min才引起隔区NOS表达增强，不同电针时程机体的反应性不同。但不同的病症对于刺激时间有着不同的应答要求。本研究通过超声评估胫骨前肌的肌肉结构参数以明确中风后足下垂病人持续电刺激的治疗周期。现阶段临床中最常用的波形主要有3种：疏密波、断续波，连续波。研究发现不同的波形也会对病人的刺激强度和作用产生不同的影响[18]。有研究指出，疏密波能够达到兴奋骨骼肌的作用，使肌肉不断收缩，而连续波则与疏密波相反，连续波能够缓解肌肉的紧张状态，达到舒缓肌肉痉挛的目的。而在其他研究中则发现低频连续波能够提升病人肌肉组织的兴奋能力，短时兴奋肌肉，长时抑制感觉神经和运动神经。本研究选用低频连续波，延续前期临床研究试验，旨在兴奋中风后麻痹的胫骨前肌，亦为临床中风偏瘫病人针灸治疗常规选择。关于电针频率，有许多文献认为中风后痉挛的病人在肌肉痉挛期间肌张力增高、肌肉高度收缩时期不可进行过分刺激，应该采用低频率进行治疗。如金荣疆等[19]研究发现，电针阳陵泉时选用的频率为100 Hz，波形为连续波，结果发现，小鼠的运动神经元存在过度兴奋，且会出现对抗作用。王芗斌等[20]研究发现，对于中风后肌痉挛病人电针100 Hz与50 Hz的频率下，腓肠肌和股直肌的控制率要明显好于2 Hz，且疗效非常显著。可知采用高频率电针治疗在中风后偏瘫病人肢体痉挛的缓解中具有非常显著的效果，反之，对于中风后肌张力不高的病人，高频会抑制肌肉的兴奋，因此，本研究选用低频率电刺激，以提高周围神经的兴奋性，加强胫骨前肌的收缩力。但在文献检索中未发现低频之间是否有治疗差异，因此选取2 Hz和10 Hz组以探讨频率间的治疗差异。

骨骼肌的收缩是人体功能运动的基础，对其结构参数的评估对指导康复治疗有着重要的作用。肌电图技术(EMG)是最早出现的肌肉评估技术，其作用是在肌肉静止和收缩时采集生物电信号，但其易受外环境的影响，如肌肉类型、电极位置等[21]。相较于肌电图，二维超声可采集更加丰富的功能结构参数，如横截面积、肌纤维长度、羽状角[22]，并且可同步实时采集肌肉收缩过程中的参数，因此是当前应用最佳的评估工具。羽状角是肌束与深层筋膜之间所形成的角度，决定了肌肉发力收缩组织的启动数目，当肌肉发力能力越大，收缩组织启动越多，羽状角角度也越大[23]。并且随着年龄的增长，羽状角也会增加，然后在一定年龄后保持稳定不再发生显著变化[24]。对于肌肉肌力而言，横截面积是评价其最有意义的参数，并且其不受年龄和训练的限制，在发力时每单位的横截面积产生的力量基本相同，肌肉的横截面积越大，肌力也越大[25-26]。肌肉横截面积还与肌纤维长度和羽状角相关，有学者采集腓肠肌从静止到收缩的过程，发现当腓肠肌完全收缩

时，横截面积增加了35%，同时肌纤维长度也缩短了35%，而羽状角是原来的2倍[27]。肌纤维长度是肌纤维与深层筋膜和浅层筋膜之间交点的连线，在肌肉活动过程肌纤维可缩短，同时将深层筋膜拉向运动中心，产生肌肉收缩，因此是重要的肌肉结构参数。既往已有实验证明，随着肌肉收缩的过程，肌肉的羽状角和肌纤维长度出现统计学意义上的变化[28]。因此，通过测量肌肉不同状态下的横截面积、肌纤维长度、羽状角，可以很好地反映肌肉的功能状态。由于肌肉收缩过程中会有关节角度的改变，这会影响肌肉结构参数的分析，而在等长收缩时，肌肉长度不变，只出现张力的变化，可以排除关节角度变化对其的影响[29]，因此，本研究在病人等长收缩的状态下进行超声影像采集。

本研究基于超声影像分析中风后足下垂病人胫骨前肌的结构功能参数，发现4组病人的羽状角及肌纤维长度在静息状态时并未随着天数的改变而出现统计学意义上的改变，与部分研究结果[30]一致。也就是说中风后病人背屈肌力的降低主要由于中枢性损害，不能激活大量运动单位，导致肌肉收缩困难，而背屈肌肉的结构并无过多的变化，因此加用电刺激对中风后足下垂病人的功能恢复有着重要的临床意义。在最大等长收缩时，各组病人的羽状角、肌纤维长度均较静息状态有显著的改变，并且羽状角角度较治疗前变大(P<0.05)，肌纤维长度较治疗前变短(P<0.05)，这说明电针治疗可提高病人的胫骨前肌肌肉背屈能力，改善下肢的运动能力。同时结合临床评估(踝背伸AROM测量、下肢简化Fugl-Meyer评分量表)结果发现，电针治疗效果与时间有关，与频率关系不大，且10 min优于20 min。这主要考虑与肌肉疲劳有关，本课题组在前期研究中发现，单次治疗最优时间在开始治疗后5.25～6.67 min内，超过这个时间后肌纤维对外界刺激敏感性下降，肌肉内部三磷酸腺苷(ATP)浓度下降，导致肌肉的反应速度降低，肌纤维收缩速度减慢，所以属于无效刺激，甚至加重疲劳而不利于功能恢复。在本研究中，采集最大等长收缩时胫骨前肌的横截面积，通过曲线拟合，发现随着电针治疗天数改变，肌肉横截面积呈现先升高再降低，或者先升高后水平的一种趋势。通过计算得出各拐点时间点(xt)。在xt之前，肌肉横截面积随着治疗天数的增加而增加，表示肌肉的电刺激治疗效应呈治疗效果；在xt之后，肌肉横截面积出现下降或者趋于水平，表示此后肌肉的电刺激治疗效应无治疗作用。这可能是因为治疗的累积效应，在持续治疗一定天数后由于肌肉疲劳等原因，病人的肌肉功能暂时到达一个平台期，此后的治疗不再对功能恢复有所增益，甚至可能加重肌肉疲劳，并且由于患侧因失神经支配及长期制动，组织液回流受阻，肌肉废用，导致肌纤维化学物质成分改变，肌纤维反应性降低，活动能力下降，相对更容易产生肌疲劳[31]，从而影响治疗效果。说明电针治疗可提高中风后足下垂病人的运动功能，改善关节活动能力，治疗效果与电针治疗的时间有关，10 min优于20 min。最大等长收缩时胫骨前肌的肌肉结构参数(羽状角、肌纤维长度、横截面积)均较静息时改变。为临床治疗中风后足下垂电针参数的选择提供了超声影像学的证据，也为今后对电针治疗中风后足下垂的临床应用提供了新的理论基础和研究思路。

由于受研究条件所限，本研究亦存在一些问题。因研究时间受限，纳入的病例数偏少，在进行曲线拟合过程及容许区间计算过程中，对结果的准确性有一定影响，需进一步进行大样本的临床研究。