虚拟现实技术联合上肢康复机器人对脑卒中患者上肢功能恢复的影响

胡永林 肖玉华 华永萍 陆安民 陆海冬 黄 杨 宋新建

上肢功能障碍是脑卒中最为常见的临床表现之一。康复训练目前是卒中后运动功能恢复的常见治疗方法，据文献报道，即使经过高强度的康复训练，脑卒中患者中仍有55%～75%存在上肢功能障碍，严重影响患者的生活质量[1]。近年来，随着人工智能领域的快速发展，虚拟现实（virtual reality，VR）技术和机器人技术已逐渐应用于康复医学领域，其智能化的人机交互和场景模拟为患者的功能恢复带来了新的机遇。有研究发现，VR 技术、康复机器人对脑卒中后运动功能障碍、认知障碍、感觉功能障碍等均有治疗作用[2-4]。基于此，本研究将探讨VR 技术结合上肢康复机器人对脑卒中患者上肢功能恢复的影响，旨在为脑卒中患者的临床康复探寻更优化的治疗方案。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取2019 年8 月至2020 年8 月在江苏省南通市第二人民医院康复医学科、神经内科住院治疗的65 例脑卒中患者，采用随机数字表法将其分成VR 组22 例，机器人组22 例和联合组21例。本研究经江苏省南通市第二人民医院伦理委员会批准执行，审批号：科研（2020）伦审（011）号。

1.2 纳入标准 （1）病情、生命体征稳定；（2）符合中国脑血管疾病分类（2015）制定的诊断标准[5]；（3）经头颅CT 或MRI 确诊，首次发病，病程1 个月以上；（4）年龄45～75 岁；（5）单侧肢体功能障碍，上肢及手Brunnstrom 分期[6]Ⅲ期及以上，改良Ashworth 分级[7]2级及以下，肌力2 级及以上；（6）能积极配合评估、治疗，并签署知情同意书。

1.3 排除标准 （1）瘫痪侧上肢、手存在外伤性疾病的患者；（2）严重的周围神经损伤、骨关节疾病等影响上肢活动的患者；（3）伴有严重认知障碍、抑郁等精神疾病患者；（4）合并有严重心血管系统、呼吸系统等疾病的患者；（5）拒绝配合训练的患者。

1.4 剔除及脱落标准 （1）在治疗过程中出现严重不良事件、新发卒中、相关并发症的患者；（2）未按治疗方案完成治疗者；（3）未能在规定时间内完成治疗中途退出的患者。

2 方 法

2.1 治疗方法 三组患者均接受稳定血压、营养神经等常规药物治疗和常规康复训练，常规康复训练包括关节活动度训练、坐站训练、平衡训练、Bobath握手上举训练、患侧下肢负重训练、上下楼梯训练、步行训练、作业治疗等[8]。每次30 min，每天2 次，每周6 次，共治疗4 周。在此基础上，VR 组加用VR 训练，30 min/次，1 次/d，每周6 次；机器人组加用上肢康复机器人训练，30 min/次，1 次/d，每周6 次；联合组进行VR 和上肢康复机器人联合训练，每项训练15 min，1 次/d，每周6 次，三组均持续治疗4 周。

VR 训练：采用常州钱璟公司生产的C-ZYK-02主动运动综合康复训练系统，选择上肢运动模块（包括搭桥游戏、接苹果、穿越隧道、保护小虫、动作达人等）进行虚拟现实训练。

上肢康复机器人训练：采用傅利叶智能上肢康复机器人Fourier M2，选择ROM 训练、辅助运动和日常生活训练模式，进行肩、肘、腕多关节运动训练，包括肩关节屈伸、外展、内收，肘关节屈伸，前臂旋前、旋后以及手部抓握训练等。

2.2 观察指标 观察三组患者治疗前、治疗4 周后上肢运动功能和日常生活活动能力。

2.2.1 上肢运动功能 采用Fugl-Meyer 运动功能量表上肢部分（Fugl-Meyer Assessment-Upper Extremities，FMA-UE）和中文版上肢动作研究量表（Chinese version of Action Research Arm Test，C-ARAT）进行运动功能评定。FMA-UE 量表共33 项，每项2 分，总分66 分，分值越高代表功能越好[9]。C-ARAT 量表包括肩肘屈伸下的抓、握、捏和粗大运动四个方面，共19 项，每项3 分，总分57 分，分值越高代表功能越好[10]。

2.2.2 日常生活活动能力 采用改良的Barthel 指数（Modified Barthel Index，MBI）进行日常生活活动能力评定。MBI 量表包括进食、修饰、洗澡、穿衣、大小便控制、如厕、转移、行走、上下楼梯等内容，总分100 分，分数越高，表示自理能力越强[11]。

2.3 统计学方法 应用SPSS 25.0 软件对本研究数据进行分析，计数资料采用χ2检验；符合正态分布的计量资料采用均数±标准差（）表示，各组间比较采用方差分析，组间两两比较采用LSD 检验，组内比较采用配对t 检验，P＜0.05 表示差异有统计学意义。

3 结果

3.1 三组脑卒中上肢功能障碍患者一般资料比较经过4 周的治疗，VR 组脱落2 例，机器人组退出2例，联合组脱落1 例，最终三组患者各有20 例纳入研究。三组患者的性别、年龄、卒中类型、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，见表1。

表1 三组脑卒中上肢功能障碍患者一般资料

3.2 三组脑卒中上肢功能障碍患者治疗前后FMAUE、C-ARAT 和MBI 评分比较 三组患者治疗前的FMA-UE、C-ARAT 和MBI 评分比较，差异无统计学意义（P＞0.05）；治疗4 周后，三组患者FMA-UE、CARAT 和MBI 评分较治疗前均有所改善（P＜0.05），组间比较，三组患者的上述评分，联合组和机器人组均较VR 组有显著改善（P＜0.05），且联合组优于机器人组，差异有统计学意义（P＜0.05）。见表2。

表2 三组脑卒中上肢功能障碍患者FMA-UE、C-ARAT和MBI 评分比较（分，）

表2 三组脑卒中上肢功能障碍患者FMA-UE、C-ARAT和MBI 评分比较（分，）

注：VR 组予常规药物治疗、常规康复训练联合VR 训练；机器人组予常规药物治疗、常规康复训练联合上肢康复机器人训练；联合组予常规药物治疗、常规康复训练联合VR 和上肢康复机器人训练；FMA-UE 为Fugl-Meyer 运动功能量表；C-ARAT 为中文版上肢动作研究量表；MBI 为改良的Barthel 指数；与同组治疗前比较，aP＜0.05；与VR 组治疗后比较，bP＜0.05；与机器人组治疗后比较，cP＜0.05

4 讨论

脑卒中患者上肢功能障碍常表现为肌肉力量和肌张力异常，关节运动控制能力降低等。有文献报道，大约85%的卒中患者有不同程度的上肢瘫痪，其中30%～60%的患者在发病6 个月后仍有上肢瘫痪，25%的患者在发病5 年后仍遗留有严重上肢瘫痪[12]。另外，上肢的关节活动受限、异常的肌张力、肩痛、肿胀等情况又严重阻碍了患者的上肢功能恢复。

VR 技术是一种由计算机系统产生的模拟环境，用户可以通过各种传感器设备集成视觉、听觉、触觉和本体感系统的多感官刺激，融入到该环境中进行交互，使用户具有身临其境的感觉，具有交互、联想和沉浸等特点。赵一瑾等[13]采用VR 技术对脑卒中上肢功能障碍患者进行4 周的康复训练，结果发现患者的FMA-UE 评分、偏瘫上肢功能测试-香港版（FTHUE-HK）分级、BI 评分均较优于传统作业治疗组。此外，VR 技术还可改善脑卒中患者的认知功能、平衡功能等，但其治疗作用机制仍需要进一步研究探讨[2]。

上肢康复机器人是融合了智能力反馈、智能评估等技术的智能化设备。该类设备可通过计算机屏幕、触觉感应系统来增加感觉输入，计算机系统向患者展示虚拟场景和导向性任务，患者通过肢体附着的机械部件进行助力、抗阻等运动训练，从而恢复其运动功能[14]。胡洁等[15]报道，脑卒中患者进行4 周的上肢康复机器人训练后，FMA-UE 评分和肩关节前屈、水平内收、水平外展主动关节活动度均较传统康复训练显著改善。

本研究结果显示，经过4 周的相应治疗后，三组患者FMA-UE、C-ARAT 和MBI 评分均显著高于治疗前，且联合组治疗后的FMA-UE、C-ARAT 和MBI评分优于VR 组和机器人组，表明VR 训练和上肢康复机器人训练均可改善脑卒中患者的上肢运动功能和日常生活活动能力，且上肢康复机器人和VR 联合训练效果更佳。其机制可能有以下三点：（1）VR 技术可使患者在富有真实感的虚拟环境中进行有效的多方向、多角度的关节活动训练、运动控制训练、日常生活模拟训练，趣味性高，患者依从性好，但部分患者早期可能需要治疗师辅助才能进行训练；（2）上肢康复机器人依靠肢体附着的机械部件可为患者提供高剂量、高强度、高重复性、有针对性的被动、助力、主动、抗阻训练，但是缺乏多方向、大范围的关节运动和运动控制；（3）联合组将VR 技术和上肢康复机器人联合使用，使得两者作用互补，进而有效改善脑卒中患者上肢运动功能。本研究中，机器人组疗效优于VR 组，其原因可能是本研究选择的患者绝大多数功能障碍明显，前期需要一定的被动、助力训练，才能有效完成VR 训练，致使VR 组患者训练量不足，从而影响其功能恢复。

综上所述，虚拟现实技术联合上肢康复机器人训练可明显改善脑卒中患者上肢运动功能和日常生活活动能力，促进其功能恢复，但由于本研究样本量少，观察时间短，且未与fMRI 等技术联合使用，无法了解脑卒中患者脑功能的恢复机制，故此方法的长期效果和作用机制仍需进一步探讨与研究。