经颅直流电刺激联合虚拟现实技术对脑梗死后上肢运动功能的影响

赵飞，谭杰文，鲍晓，刘河军

患者在脑梗死后常常出现一侧肢体运动控制功能下降，影响患者生活和社会活动的参与[1]，其中偏瘫侧上肢功能的完全或部分丧失对患者日常生活的影响尤为重要。在脑梗死后6个月，仅有少数患者部分恢复偏瘫侧上肢的灵巧性[2]。随着计算机技术和仿真医学的发展，虚拟现实技术逐步应用在脑梗死患者的康复训练中，可以增加使用者参与活动的兴趣[5]。经颅直流电刺激是一种非侵入性、低强度的调节大脑皮质神经细胞活动的技术，可以通过调节大脑皮质的兴奋性来对大脑相应功能区的可塑性进行重构，从而改善相应支配肢体的功能[6-9]。虚拟现实技术和经颅直流电刺激均为脑调控技术，分别通过不同的机制来提高上肢运动功能和促进脑功能重构，但现有的研究并没有关于两者联合运用对脑梗死后上肢运动功能的作用。因此，本研究采用经颅直流电联合虚拟现实技术对脑梗死后上肢功能障碍患者进行康复治疗并观察其疗效，进而探讨两者联合运用以改善脑卒中后上肢功能的机制。

1 对象和方法

1.1 研究对象

本研究以盘锦市人民医院康复医学科从2018年1月至2019年5月收治的93例脑梗死后上肢功能障碍患者为研究对象，根据入选标准、排除标准以及受试者本身的意愿，一共有78名受试者最后入选。入选标准：(1)CT或MRI证实的脑梗死，且为第1次发生，病程在3个月以内，年龄50～70岁；(2)单侧肢体功能障碍，偏瘫侧上肢改良Ashworth分级≤1级；(3)认知功能完整，简易智力状态检查量表(mini-mental state examination, MMSE)≥25，生命体征稳定。排除标准：(1)生命体征不稳定；(2)严重心、肝、肾功能不全；(3)脑、脊髓或其他神经损伤；(4)上肢骨折；(5)精神障碍史或抗精神病药物使用史；(6)认知障碍或无法通过任何语言或手语进行沟通。所有患者或者其监护人均签署书面知情同意书。

所有入选患者按随机数字表法被分为2组，分别为对照组(A组)和经颅直流电联合虚拟现实技术组(B组)。2组患者年龄、发病时间比较差异无统计学意义(P>0.05)，见表1。本研究通过盘锦市中心医院伦理委员会审批，伦理批号(PJSZXYY-IRB-2017)。

表1 A组和B组患者一般临床资料比较(每组n=39)

1.2 研究方法

1.2.1 A组治疗方法 患者接受常规康复治疗，包括上肢运动控制训练、肌力训练等。治疗师对所有受试者进行指导和演示，每次训练45 min，每天2次，每周5次，共4周。

1.2.2 B组治疗方法 B组在常规康复治疗的基础上加用经颅直流电和虚拟现实技术训练治疗。患者坐于安静治疗室内，使用经颅直流电刺激仪(四川省智能电子实业公司，成都)进行治疗。手部刺激电极贴在拇短展肌和第一掌骨之间(参数选择：灵敏度5 mA，扫描速度20 ms，过滤器设置3～10 kHz)，参考电极置于患肢拇指一、二指间节交汇处。用rTMS的头部碟形线圈对大脑皮层初级运动区用最大强度单脉刺激15次左右，并寻找可以引起最大运动诱发电位的位置，将其作为刺激靶点。经颅直流电刺激阳极电极放置于刺激靶点处，阴极放置于对侧对称相应区域(刺激强度1.4 mA)每天1次，每次持续25 min，每周5次，维持4周。见图1。

图1 患者经颅直流电刺激治疗示意图

虚拟现实技术采用Kinect-xbox系统。患者可以通过姿势来控制显示器中人物的动作。对于下肢功能障碍不能站立的患者，可以坐在轮椅或有靠背的椅子上进行训练。训练是以完成一定的任务为导向的，针对上肢功能和精细运动的游戏设计。患者每日完成相应的训练项目。具体如下：患者前方放置一个42英寸的屏幕，Kinect-xbox系统置于患者前方，其中摄像头捕捉患者肢体动作并投射到屏幕中。同时配备舒缓的音乐，在患者完成某个任务的时候给予相应的音乐用于鼓励。患者训练康复时在视觉系统、听觉系统和主动意识驱动下，选取可改善肩关节活动范围的游戏如摘果子、接鸡蛋、击球等。训练中可依据患者的功能情况和生命体征(如呼吸、心率等)采用间歇训练法，间歇时间长度以患者感到疲劳有所缓解为度，一般为3～5 min。训练时由1名技师协助患者调整姿势，并防止患者跌倒。患者每周训练5 d，30 min/次，运动量根据患者训练后第2天的反应做适当调整。

1.3 临床评估

基本临床资料包括年龄、性别、梗死病灶部位及发病时间。上肢功能和电生理评估包括Fugl-Meyer上肢量表(Fugl-Meyer upper-limb scale, UL-FMA)，改良Arthworth评分(modified Arshworth score，MAS)、改良Barthel指数(modified Barthel index, MBI)评定量表以及体感诱发电位测量。UL-FMA总分最高66分，若受试者不能完成某个任务则为0分，部分完成则为1分，完全完成则为2分。MAS是目前临床运用最为广泛的痉挛量表。MAS分为0、Ⅰ、Ⅰ+、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 6级，分别赋值0、1、1.5、2、3、4。MBI正常满分100分，总分大于60分，生活基本自理；41～59分，中度功能障碍，生活需要帮助；21～40分，重度功能障碍，生活依赖明显；≤20分，生活完全依赖。神经传导测量采用美敦力公司Keypoint-4，波长0.2 ms，强度20～99 mA，刺激频率1 Hz。用5 mV/D灵敏度和2 ms/D扫描速度测量运动传导。用以测量感觉诱发电位(somatosensory evoked potential, SEP)和运动诱发电位(motor evoked potential, MEP)。

1.4 统计学处理

数据分析使用SPSS for Windows version 20.0。本研究数据符合正态分布。计量资料比较分别采用两独立样本的t检验和配对t检验；等级资料比较采用秩和检验。P<0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 患者运动功能评分比较

2组患者在干预前UL-FMA、MAS、MBI评分比较差异无统计学意义(P>0.05)。在第4周结束时，干预组UL-FMA、MAS、MBI评分与对照组比较差异有统计学意义(P<0.05)。见表2。

表2 A组和B组干预前后患者运动功能评分比较(x±s，每组n=39)

2.2 2组患者体感诱发电位比较

2组患者在干预前SEP和MEP比较差异无统计学意义(P>0.05)。在第4周结束时，干预组SEP和MEP与对照组比较差异有统计学意义(P<0.05)。见表3和表4。

表3 A组和B组干预前后潜伏期和峰值时SEP比较(x±s，每组n=39)

表4 A组和B组干预前后潜伏期和峰值时MEP比较(x±s，每组n=39)

3 讨论

脑梗死后上肢功能障碍表现为屈肌痉挛、肌力下降和运动控制能力减弱。本研究发现，经颅直流电刺激和虚拟现实技术联合干预后，患者上肢运动控制能力以及日常生活能力均得到明显提高，能够降低痉挛。

已有文献报道，采用经颅直流电刺激或者虚拟现实技术对脑梗死后上肢功能恢复均有改善作用。有研究显示，经颅直流电联合上肢机器人训练可以明显改善脑卒中后患者上肢功能[10]。Dahdah等[11]通过针对不同功能障碍的患者开发出相应的虚拟现实软件，可以使得患者有目的地训练各种肢体动作，增加康复效率。Jang等[12]探讨应用虚拟现实技术前后脑卒中恢复期患者脑部不同fMRI图像的对比，研究发现在虚拟现实技术干预前，患者双侧初级感觉运动皮层、患侧或健侧的辅助运动区被激活；在虚拟现实技术干预后，患者这些激活区域消失，而健侧的初级感觉运动皮层主要被激活，运动控制功能也得到很大改善。Wang等[13]利用虚拟现实技术来干预脑卒中后患者上肢精细功能和粗大功能，结果发现干预后患者Wolf运动功能评定较干预前有明显改善。

本研究中78例患者的梗死部位均位于基底节区，大部分患者患有高血压或糖尿病或两者均有，2组患者治疗前临床资料对比均差异无统计学意义。39例患者进行经颅直流电联合虚拟现实技术进行干预，并在干预前后采用Fugl-Meyer上肢功能量表、改良Arshworth痉挛量表、改良Barthel指数量表对患者的运动功能进行评估，采用感觉和运动诱发电位对患者神经传导进行评估。结果发现，经颅直流电刺激联合虚拟现实技术和常规康复训练治疗均可以改善脑梗死后患者上肢功能，患者上肢FMA评分明显提高，上肢肌张力下降，日常生活功能得到明显改善，且患者的电生理检查如感觉诱发电位和运动诱发电位在干预后潜伏期缩短、峰值增高，较干预前有明显改善。但在干预4周后，B组患者较A组患者可以更有效改善脑梗死后上肢功能和神经传导功能。这可能与经颅直流电联合虚拟现实技术的作用机制有关系。经颅直流电刺激治疗可以通过持续低直流电刺激相应大脑皮层，调节大脑血管舒缩功能和血流动力学；调节脑功能可塑性，促进脑功能重构和调控，从而改善患者偏瘫侧肢体运动控制能力[14-19]。虚拟现实技术是一种可以逼真模拟真实环境的、由计算机创建的仿真系统，用户可以通过姿势和虚拟环境进行互动，进而可以完成一系列任务。在康复训练中，患者可以通过完成由计算机设定一系列指定任务(由易到难，逐步递进)，并给予相应音乐刺激鼓励。虚拟现实技术有极大的趣味性，可以有效提高患者的主观能动性，增加康复效率[20-21]。两者治疗方法联合应用，可以更好地促进脑重构和神经修复，机制可能为以下几方面：(1)两者作用互相叠加，互为补充。经颅直流电刺激是从中枢向周围进行刺激，而虚拟现实技术是由周围向中枢进行刺激，两者作用形成一个循环。(2)虚拟现实技术可以提高患者的主观能动性，降低康复训练过程中的枯燥感，患者更加积极主动参与康复训练。(3)经颅直流电直接作用于脑部相关功能区，直接刺激相关神经元产生放电，促进脑重构。在研究中发现，神经传导和运动功能改善相一致，两者均证明经过干预后相关脑部功能区发生功能重构和神经激活。

综上所述，脑梗死后经颅直流电刺激联合虚拟现实技术可以更加有效改善脑梗死上肢功能，提高患者的主观能动性，增加康复效果。但本研究还存在以下不足之处：(1)样本量较小，会导致统计有偏差；(2)没有设立单独的经颅直流电和虚拟现实技术干预组；(3)随访时间只有4周，没有在干预后进行更长时间的随访。