虚拟现实疗法对脑卒中患者偏瘫上肢功能的影响

韩晓晓 吴龙强 何蓉　徐来 黄倩倩 蒋松鹤 郑余银

[摘要] 目的 觀察虚拟现实Wii游戏训练方案结合常规物理治疗对脑卒中患者偏瘫上肢功能的影响。 方法 选取2014年10月～2015年12月我院神经内科、康复医学科住院治疗的脑卒中偏瘫患者57例，随机分成实验1组（n=19）、实验2组（n=19）和对照组（n=19）。三组患者均给予常规药物治疗及物理治疗，实验1组另外增加虚拟现实Wii游戏训练；实验2组增加常规作业疗法，共2周。分别于治疗前后采用Fugl-Meyer评定量表（FMA-UE）和Brunnstrom分期评定上肢及手的运动功能，表面肌电图测定患者肱二、三头肌的积分肌电值，并计算相应的共同收缩率（CR），比较三组的疗效。 结果 治疗前，三组患者FMA-UE评分、Brunnstrom评分及患肘屈曲肱二头肌CR、伸展肱三头肌CR组间比较，均无明显差异（P>0.05）。治疗2周后，三组患者Brunnstrom评分、患肘屈曲肱二头肌CR组间比较，差异均无统计学意义（P>0.05）；实验1组、实验2组与对照组FMA-UE评分、患肘伸展肱三头肌CR组间比较，差异均有统计学意义（P<0.05），实验1组、实验2组均高于对照组，实验1组、实验2组FMA-UE评分、患肘伸展肱三头肌CR组间比较，差异均无统计学意义（P>0.05）。 结论 虚拟现实Wii游戏训练结合常规物理治疗能更好地提高脑卒中患者偏瘫上肢运动功能以及改善患肘屈伸运动协调性。

[关键词] 虚拟现实；脑卒中；偏瘫；上肢运动功能

[中图分类号] R743.3；R493 [文献标识码] B [文章编号] 1673-9701（2018）29-0107-05

Effect of virtual reality therapy on upper limb function in the patients with stroke complicated with hemiplegia

HAN Xiaoxiao1 WU Longqiang1，2 HE Rong1，2 XU Lai1，2 HUANG Qianqian1，2 JIANG Songhe1，2 ZHENG Yuyin1，2

1.Department of Rehabilitative Medicine， the Second Affiliated Hospital and Yuying Children's Hospital of WMU， Wenzhou 325027， China； 2.International（Cross-strait） Union of Intelligent Rehabilitation， China-USA Institute for Acupuncture and Rehabilitation of Wenzhou Medical University， Wenzhou 325027， China

[Abstract] Objective To observe the effect of virtual reality Wii game training program combined with conventional physical therapy on the upper limb function in the patients with stroke complicated with hemiplegia. Methods A total of 57 patients stroke complicated with hemiplegia who were hospitalized in the Department of Neurology and Rehabilitation Medicine in our hospital from October 2014 to December 2015 were selected and randomly divided into experimental group 1（n=19）， experimental group 2 （n=19） and control group （n=19）. Three groups of patients were given conventional medical treatment and physical therapy. Experimental group 1 was further given virtual reality Wii game training； the experimental group 2 was further given routine occupational therapy. The treatment lasted for 2 weeks. The Fugl-Meyer Rating Scale （FMA-UE） and Brunnstrom staging were used to assess the motor function of the upper limbs and hands before and after treatment. Surface electromyography was used to measure the integrated EMG of the biceps and triceps muscles of the patient， and the corresponding common shrinkage rate （CR） was calculated. The efficacy was compared among the three groups. Results Before treatment， there were no significant differences in FMA-UE score， Brunnstrom score， CR of the biceps flexion and CR of the triceps extension of the affected elbow among the three groups（P>0.05）. After 2 weeks of treatment， there was no statistically significant difference in the Brunnstrom score and CR of the biceps flexion of the affected elbow among the three groups（P>0.05）； there were statistically significant differences between the experimental group 1， the experimental group 2 and the control group in FMA-UE score， and CR of the triceps extension of the affected elbow（P<0.05）； the experimental group 1 and the experimental group 2 were higher than the control group. There were no statistically significant differences in the FMA-UE scores and CR of the triceps extension of the affected elbow between the experimental group 1 and the experimental group 2（P<0.05）. Conclusion Virtual reality Wii game training combined with conventional physical therapy can better improve the upper limb motor function in the patients with stroke complicated with hemiplegia and improve the coordination of flexion and extension of the affected elbow.

[Key words] Virtual reality； Stroke； Hemiplegia； Upper limb motor function

中风是全球导致60岁以上老年人死亡的第二大原因，也是15～59岁人群死亡的第五大原因[1]。在中国，每年约有240万人患有新中风[2]，其中75%因中风而患有不同程度的残疾[3]。上肢是人体运动系统中最重要的组成部分之一，在人类日常生活中占据特殊而重要的地位。在正常情况下，上肢接受大量来自神经系统的支配信号，完成众多精细复杂的运动[4]。据统计，约2/3的脑卒中患者上肢遗留不同程度的功能障碍[5]，提高患者的上肢运动功能可以显著地改善患者的日常生活活动能力[6]。因以往的商用游戏系统在改善脑卒中患者上肢功能的证据仍不足[7]。本研究将具备运动控制特点的商用虚拟现实游戏系统Wii（任天堂）应用于康复训练中，观察虚拟现实Wii游戏训练方案结合常规物理治疗对脑卒中患者偏瘫上肢功能的影响。

1资料与方法

1.1一般资料

经我院伦理委员会的批准，选取2014年10月～2015年12月就诊于温州医科大学附属第二医院神经内科、康复医学科住院治疗的脑卒中患者57例。

纳入标准：①符合《中国急性脑缺血性脑卒中诊治指南2014》制定的诊断标准[8]，经头颅CT或MRI扫描确诊；②首次发病，病程6个月内，生命体征稳定；③年龄18～80岁；④上肢Brunnstrom分期评定为Ⅲ期或以上；⑤改良Ashworth痉挛量表评定肌张力≤2级；⑥简易智力状态检查量表（mini-mental state examination，MMSE）评分≥24分；⑦同意参加本研究项目，并签署知情同意书。

排除标准：①各种原因导致的上肢疼痛、活动受限，如上肢挛缩或畸形、肩关节半脱位等；②伴有重要的器官（心、肺、肝、肾等）衰竭、恶性肿瘤、病情不稳定者；③并发癫痫，未得到有效控制者；④伴有心脏起搏器或植入式心脏复律除颤器的患者。

脱落标准：①患者在研究过程中要求退出；②在研究过程中患者因病情加重，无法继续实验；③依从性差；④患者在康复训练过程中出现头痛、恶心、肢体疼痛等严重不良反应。

采用随机数字表法将57例患者分成治疗组（实验1组、实验2组）和对照组，每组19例。治疗过程中实验1组有1例脑卒中患者在治疗第7天出现上肢疼痛，未能继续完成训练；实验2组与对照组中各有1例患者因疾病出现恶化，未继续完成治疗。最终54例患者完成康复训練，每组18例患者。三组患者在一般资料等方面比较，差异均无统计学意义（P>0.05），见表1。

1.2治疗方法

三组脑卒中患者均给予常规基础药物治疗。实验1组在常规物理治疗30 min下，增加Wii游戏训练30 min，每天各1次；实验2组在常规物理治疗30 min下，再增加常规作业治疗30 min，每天各1次；对照组仅采用常规物理疗法30 min，每天1次。三组患者训练时间均为每周5 d，共2周。

1.2.1 常规物理治疗 包括上肢肩胛骨松动训练，患侧上肢主动辅助及主动训练、患侧上肢关节活动训练，床边康复物理治疗，如上肢上举运动，坐位活动，如患侧上肢负重、双侧上肢或偏瘫侧上肢肩肘关节功能活动（包括肩胛骨前伸运动）；物理因子治疗，如功能性电刺激、肌电生物反馈等。治疗师根据患者功能水平调整训练内容和强度。

1.2.2 常规作业疗法 包括运动性功能活动，如患侧上肢推磨砂板训练，患侧上肢取物及患手抓握与打开的训练，利用磁性插板、滚轮、组合套柱等工具训练关节活动度、提高肌力、协调能力，利用系纽扣、夹豆子等改善手部精细运动能力；日常生活活动能力训练，如进食、穿衣、大小便后的卫生处理、起坐、站立、床椅转移等。在治疗师的指导下，根据患者的功能水平调整训练内容和强度。

1.2.3 Wii游戏训练 Wii（任天堂）游戏设备系统主要由以下部分组成：Wii主机，CMOS红外线感应器，Remote控制器，液晶显示器。Remote控制器利用加速度传感器检测患者上肢和手的速度、加速度以及运动方向。CMOS红外线感应器可以将患者的运动轨迹捕获并投射到显示器上。Wii游戏训练方案主要有：乒乓球游戏、网球游戏、美食制作。患者的上肢运动方向包括肩关节的屈伸、内外旋、外展，肘关节的屈伸以及腕关节的旋前、旋后等。Wii游戏训练过程中，患者保持坐位，尽量为患侧上肢进行游戏互动，必要时健侧上肢可适当辅助患侧。在患者无法抓握Remote控制器的情况下，利用自制支具将控制器固定于患侧上臂。

1.2.4 不良反应的预防和处理 不良反应主要包括运动损伤和癫痫发作[9-10]。措施包括：为防止诱发癫痫，在康复治疗中训练室内始终保持足够的亮度，患者与显示器之间的距离保持在1.83 m以上[11]。治疗师负责全程监护患者的训练过程，并配备医师进行紧急状况处理及相关科室会诊，若患者出现头痛、恶心、肢体疼痛等不良反应，立即停止训练并进行适当的休息。

1.3 疗效评定标准

分别于治疗前、治疗2周后对三组患者即刻进行以下评定，全部评定由专人盲法进行：①简化Fugl-Meyer运动功能量表上肢部分（the Fugl-Meyer assessment for upper extremity，FMA-UE）对患者上肢功能进行评定，共33个项目，66分[12]；②Brunnstrom 6阶段评定表对患者Brunnstrom分期进行评定，为方便数据统计，相应分期计为相应分值，如Brunnstrom Ⅲ期计为3分，以此类推。③表面肌电图（surface electromyography，sEMG），通过将表面电极放置在目标肌肉表面，并同时对单块或一组、多组肌肉集合性肌电活动予以收集，记录患肘肱二头肌、肱三头肌屈、伸最大等长收缩时的积分肌电值（integrated electromyography，iEMG），由此计算相应的共同收缩率（co-contraction ratio，CR）。CR反映拮抗肌在主动收缩过程中所占比例的多少。CR（%）=拮抗肌iEMG/（主动肌iEMG+拮抗肌iEMG）[13]。

1.4 统计学方法

采用统计软件SPSS 18.0对数据进行统计学分析。计量资料以（x±s）表示。多组定量资料采用方差分析，定性资料采用χ2检验。治疗前、治疗后组内比较、组间比较采用重复测量数据的两因素多水平方差分析，以P<0.05为差异有统计学意义。

2结果

2.1三组患者治疗前后FMA-UE评分比较

治疗前，三组患者上肢FMA-UE评分组间比较，差异无统计学意义（P>0.05）。治疗后，实验1组、实验2组均高于对照组，差异有统计学意义（P<0.05），实验1组、实验2组治疗后评分组间比较，差异无统计学意义（P>0.05）。见表2。

2.2三组患者治疗前后Brunnstrom评分比较

治疗前，三组患者Brunnstrom评分组间比较，差异无统计学意义（P>0.05）。治疗后，对三组患者Brunns-trom评分组间比较，差异无统计学意义（P>0.05）。见表3。

2.3三组患者治疗前后的患肘肱二头肌屈曲CR比较

治疗前，三组患者患肘肱二头肌屈曲CR组间比较，差异无统计学意义（P>0.05）。治疗后，三组患者患肘肱二头肌屈曲CR比较，差异无统计学意义（P>0.05），见表4。

2.4三组患者治疗前后患肘伸展肱三头肌CR比较

治疗前，三组患者患肘伸展肱三头肌CR组间比较，差异无统计学意义（P>0.05）。治疗后，实验1组、实验2组的患肘伸展肱三头肌CR值均优于对照组，实验1组、实验2组治疗后患肘伸展肱三头肌CR组间比较，差异无统计学意义（P>0.05），见表5。

3讨论

虚拟现实技术已经被广泛应用于康复评定和治疗的各个方面。虚拟现实技术是一种由计算机硬件和软件产生的交互式模拟技术，使患者能够沉浸在一个类似于现实世界的情景中。虚拟现实系统分为商用设备和实验室特制设备两种，目前部分商用游戏设备系统对脑卒中偏瘫患者运动功能的影响已有相关研究。Andrea T等[14]将基于虚拟现实技术的康复训练应用于脑卒中患者的上肢康复治疗，发现虚拟现实技术能改善上肢功能，并将训练效果转移到现实生活中，从而提高患者生活质量。Yong JL等[15]利用COTS交互式电脑游戏设备对脑卒中患者进行训练，发现患者Fugl-Meyer运动功能评分、肌力指数提高，且优于传统训练。Subramanian SK等[16]設计了一个3D虚拟环境，该虚拟环境能给患者提供各种感觉反馈，用于训练脑卒中患者的上肢运动功能，结果发现，试验组肩关节外展和肘关节屈伸的改善更明显。Rojo N等[17]利用音乐导向虚拟训练，让脑卒中患者用迷你虚拟钢琴训练手部精细运动及粗大运动，4周后，患者手敲击速度加快，频率提高，手指敲击运动更流利。Tsoupikova D等[18]基于虚拟现实技术设计出一个3D互动情景，开发了一个基于爱丽丝梦游仙境的经典故事的沉浸式虚拟现实环境。搭载传感器的系统跟踪，不仅可以测量关节角度，还可以提供触觉反馈，从而可以控制虚拟的手臂和手，且重复的训练可以大大减少锻炼所需要的时间。

本研究中患者在与Wii游戏互动时，系统可以不仅可以提供相应的言语和音乐刺激，感觉、策略和游戏成绩的反馈亦可增加外界信息刺激。此外，虚拟现实技术还可以模拟现实世界环境，使患者身临其境，有助于增强患者的主动运动的积极性。中枢神经系统可塑性[19]，研究发现，反复的运动训练以及反馈可以促进患者中枢神经系统的重建，外界的信息刺激及患者错误的运动行为会通过精确的反馈显示出来[20]，Subramanian SK等[16]通过研究发现脑卒中患者的训练量与运动功能的改善程度呈正相关。

如何定量地评价脑卒中患者神经肌肉的功能状态及其康复效果，是目前康复医学基础研究和临床应用的重要课题。人体的关节运动通过主动肌和拮抗肌的收缩形成，正常情况下，当人体的主动肌收缩时，中枢神经系统会调节拮抗肌做适当的离心收缩或放松。中枢神经系统可以自动调节主动肌和拮抗肌的协调性[21]，调整主动肌和拮抗肌的活动以适应外周环境变化时所需的动作需求。脑卒中患者由于大脑皮质脊髓束下行抑制作用减弱，外周反射性兴奋增强，当肢体进行抗阻运动或主动用力时，会诱发患侧肌群不自主的肌张力增高或出现运动反应[22]。CR的高低反映出拮抗肌在主动肌的收缩过程中所占比例的多少，表现出主动肌与拮抗肌之间的协调性。目前比较理想的检测手段是用表面肌电图来反映CR，不仅可以定量反映肌肉功能状态，还可以反映主动肌和拮抗肌在运动控制中的活动情况[23]。

本研究发现，治疗后三组患者Brunnstrom评分、患肘屈曲肱二头肌CR组间比较，差异均无统计学意义（P>0.05）；实验1组、实验2组与对照组FMA-UE评分、患肘伸展肱三头肌CR组间比较，差异均有统计学意义（P<0.05），实验1组、实验2组均高于对照组，实验1组、实验2组FMA-UE评分、患肘伸展肱三头肌CR组间比较，差异均无统计学意义（P>0.05）。这些结果表明，虚拟现实Wii游戏训练及常规康复治疗均能更好地改善患肘屈伸运动的协调性，而虚拟现实Wii游戏训练结合常规物理治疗与常规作业治疗结合常规物理治疗对患侧上肢运动功能的影响差异无统计学意义。同时提示，脑卒中偏瘫患者在进行上肢运动功能康复训练时，除增强肌肉的肌力、耐力外，还应注重抑制上肢屈肌痉挛，以提高患侧上肢运动控制能力。

另外，在本研究的结果中，治疗后三组患者Bru-nnstrom评分组间比较，差异无统计学意义，可能缘于本实验干预时间较短，导致Brunnstrom分期评定的敏感性下降。治疗后实验1组、实验2组各项指标组间比较差异均无统计学意义，可能缘于以下几个原因：首先，本研究样本量较小，导致结果的准确性可能受到影响；其次，干预时间较短（2周），Wii游戏训练效果未能得到充分体现；再次，游戏的针对性欠佳，为了完成训练，患者往往会采取种种代偿运动策略导致运动效果大打折扣。

本研究中接受Wii游戏训练的脑卒中偏瘫患者训练动机水平可能高于接受常规物理疗法和常规物理作业及仅接受常规物理疗法的患者，今后的研究将对三组的研究样本量进行扩大，并对动机因素进行控制，同时在一段较长的时间内随访观察，以进一步观察Wii游戏训练对脑卒中患者上肢功能的远期疗效。另外，科學技术的进步及对科学研究的投入使近几年对脑卒中的神经康复疗法得到迅猛发展，虚拟现实作为一种新的治疗方式在改善患者下肢运动功能方面正受到越来越多的关注，今后的研究将会对基于虚拟现实的康复训练对脑卒中偏瘫患者的下肢运动功能的影响进行相关研究，随着技术不断完善和改进，相信能为脑卒中患者带来更多的希望。

[参考文献]

[1] World Heart Federation. http：//www.world-heart-federation.org/cardiovascular-health/stroke.

[2] Wang W，Jiang B，Sun H，et al. Prevalence，Incidence，and Mortality of Stroke in China Clinical Perspective： Results from a Nationwide Population-Based Survey of 480687 Adults[J]. Circulation，2017，135（8）：759.

[3] Jing S，Guo Y，Wang X，et al. mHealth For Aging China： Opportunities and Challenges[J]. Aging Dis，2016，7（1）：53-67.

[4] Barbero M，Merletti R，Rainoldi A. Atlas of Muscle Innervation Zones[M]. Springer Milan，2012.

[5] Beebe JA，Lang CE. Active Range of Motion predicts Upper Extremity Function Three months post-stroke[J]. Stroke：A Journal of Cerebral Circulation，2009，40（5）：1772.

[6] Cho KH，Lee WH. Virtual walking training program using a real-world video recording for patients with chronic stroke：a pilot study[J]. Am J Phys Med Rehabil，2013， 92（5）：371-380.

[7] Thomson K，Pollock A，Bugge C，et al. Commercial gaming devices for stroke upper limb rehabilitation：a survey of current practice[J]. International Journal of Stroke，2015，9（4）：1.

[8] 中华医学会神经病学分会. 中国急性缺血性脑卒中诊治指南2014[J]. 中华神经科杂志，2015，48（4）：246-257.

[9] Fisher RS，Harding G，Erba G，et al. Photic-and pattern-induced seizures：a review for the Epilepsy Foundation of America Working Group[J]. Epilepsia，2005，46（9）：1426-1441.

[10] Bonis J. Acute Wiiitis[J]. New England Journal of Medicine，2007，356（23）：2431.

[11] Saposnik G，Teasell R，Mamdani M，et al. Effectiveness of virtual reality using Wii gaming technology in stroke rehabilitation：a pilot randomized clinical trial and proof of principle.[J]. Stroke，2010，41（7）：1477.

[12] Sullivan KJ，Tilson JK，Cen SY，et al. Fugl-Meyer assessment of sensorimotor function after stroke：standardized training procedure for clinical practice and clinical trials[J]. Stroke，2011，42（2）：427.

[13] Hammond MC，Fitts SS，Kraft GH，et al. Co-contraction in the hemiparetic forearm：quantitative EMG evaluation[J].Arch Phys Med Rehabil，1988，69（5）：348-351.

[14] Andrea T，Mauro D，Laura V，et al. Virtual reality for the rehabilitation of the upper limb motor function after stroke：a prospective controlled trial[J]. Journal of Neuroengineering & Rehabilitation，2013，10（1）：85.

[15] Yong JL，Soon YT，Xu D，et al. A feasibility study using interactive commercial off-the-shelf computer gaming in upper limb rehabilitation in patients after stroke[J]. Journal of Rehabilitation Medicine，2010，42（42）：437-441.

[16] Subramanian SK，Louren？觭o CB，Chilingaryan G，et al. Arm motor recovery using a virtual reality intervention in chronic stroke： randomized control trial[J]. Neurorehabilitation & Neural Repair，2013，27（1）：13.

[17] Rojo N，Amengual J，Juncadella M，et al. Music-Supported Therapy induces plasticity in the sensorimotor cortex in chronic stroke：A single-case study using multimodal imaging（fMRI-TMS）[J]. Brain Injury，2011，25（7-8）：787.

[18] Tsoupikova D，Stoykov N S，Corrigan M，et al. Virtual Immersion for Post-Stroke Hand Rehabilitation Therapy[J]. Annals of Biomedical Engineering，2015，43（2）：467-477.

[19] Warraich Z，Kleim JA. Neural plasticity：the biological substrate for neurorehabilitation[J]. Pm & R，2010，2（12）：S208-S219.

[20] Merians AS，Fluet GG，Qiu Q，et al. Learning in a virtual environment using haptic systems for movement re-education：can this medium be used for remodeling other behaviors and actions？[J]. Journal of Diabetes Science & Technology，2011，5（2）：301-308.

[21] Brown SH，Cooke JD. Initial agonist burst duration depends on movement amplitude[J]. Experimental Brain Research，1984，55（3）：523-527.

[22] Gracies JM. Pathophysiology of spastic paresis. II：Emergence of muscle overactivity[J]. Muscle & Nerve，2005， 31（5）：552-571.

[23] 齊瑞，严隽陶，房敏，等. 脑卒中偏瘫患者肱二、三头肌表面肌电特征的研究[J]. 中华物理医学与康复杂志，2006，28（6）：399-401.

（收稿日期：2018-05-02）