虛擬現實技術對腦卒中上肢功能影響的彌散張量成像研究

林娜，高菡璐，盧惠蘋，陳燕清，鄭軍凡，陳述榮

福州市第二總醫院，福建福州市 350007

0 引言

腦卒中具有高發病率和高致殘性，且具有年輕化的趨勢[1]，虛擬現實技術可影響腦卒中患者大腦神經可塑性，改善腦卒中患者的運動功能[2‐4]，成為研究腦卒中后功能恢復的熱點之一[5‐6]。腦白質纖維束損傷是腦卒中神經損傷的主要表現之一，彌散張量成像(dif‐fusion tensor imaging,DTⅠ)能定量評價白質纖維束的損傷程度[7]，被廣泛應用于腦血管疾病的診斷及預后[8‐9]。本研究探討虛擬現實技術對腦卒中患者上肢功能的影響，并通過DTⅠ進行評價。

1 資料與方法

1.1 一般資料

福州市第二總醫 院2021 年9 月1 日至2023 年3 月31 日收治的腦卒中患者80 例，均符合中國腦血管病疾病分類2015 中腦卒中診斷標準[10]，經顱腦CT 或MRⅠ確診首次發病。

納入標準：①病程＜ 3 個月，生命體征穩定；②病變主要位于單側內囊基底節區，并累及皮質脊髓束；③患側上肢肌力≥ Ⅱ+級，且上肢肌張力改良Ash‐worh量表分級≤ Ⅱ級；④簽署知情同意書。

排除標準：①完全性失語或嚴重認知障礙；②視覺缺陷和偏盲；③不能主動配合訓練或病情不穩定；④嚴重心、肝、腎功能不全；⑤患有其他影響功能恢復的神經和肌肉骨骼疾??；⑥各種疾病導致的上肢疼痛、活動受限，如上肢攣縮或畸形等；⑦癲癇病史；⑧體內有金屬植入物，如心臟起搏器、除顫器、金屬假牙等。

剔除與脫落標準：①患者主動要求退出；②病情加重，無法繼續試驗；③訓練過程中出現不良事件，不宜繼續治療；④不按治療要求進行康復治療。

采用SPSS 25.0 產生隨機分配序列，1∶1 分配到對照組和試驗組，每組40 例。其中，試驗組2 例不能完成隨訪；對照組1 例再次發生腦卒中，1 例發生嚴重肺部感染退出。最終兩組各38例納入研究。兩組基線資料比較無顯著性差異(P＞ 0.05)。見表1。

表1 兩組基線資料比較Table 1 Comparison of baseline data between the two groups

本研究經福州市第二總醫院醫學倫理委員會審核批準(No.2021054)。

1.2 方法

兩組均接受常規康復，包括必要的物理因子治療、針灸治療和下肢運動訓練等，以及作業療法，每次50 min，每天1 次，每周5 d，共4 周。試驗組接受作業療法20 min和虛擬現實技術康復30 min(包括Bio‐Master 虛擬現實訓練系統和Flextable 數字作業療法訓練系統各15 min)，每天1次，每周5 d，共4周。

所有患者的治療均由同一治療師完成，訓練中注意監測患者心率、血壓，若出現胸前區不適或頭暈等癥狀，及時停止訓練。

1.2.1 作業療法

作業治療師對患者進行評估后，根據患側上肢功能障礙制定治療項目，包括：上肢控制能力訓練(滾筒訓練、控球訓練、舉棒訓練等)、精細動作訓練(插釘板、擰螺絲、自助工具應用等)和日?；顒佑柧?上肢取物訓練、穿脫衣訓練、洗漱、進食等)。

1.2.2 虛擬現實

采用虛擬現實訓練設備(廣州市章和智能科技有限公司)，包括BioMaster 虛擬現實訓練系統和FlexTable數字作業療法訓練系統。

BioMaster 虛擬現實訓練系統通過可穿戴無線位置傳感器，在虛擬現實互動訓練模塊進行動作捕獲，提供靶向性運動控制訓練。治療師評定后，根據患者的運動能力選擇相應的關節部位(肩、肘或腕)、運動方向(屈曲伸展、內旋外旋、內收外展)和關節活動類型(主動訓練、被動訓練)，然后選擇訓練項目，改善肩、肘關節活動范圍的體感游戲如飛行訓練、大魚吃小魚等；改善腕關節活動范圍的如擦桌子等；改善手指活動功能如豆子顏色分類等。治療師為患者佩戴好可穿戴無線位置傳感器，面對屏幕站立或坐位，患者通過肢體移動操控虛擬物體，完成患側上肢的訓練，共15 min。

FlexTable數字作業療法訓練系統根據患者的病情選擇不同的訓練模塊，通過感覺、聲音、畫面等多感官刺激，隨軌跡移動肢體或控制物體移動速度，進行上肢功能控制和日常生活能力訓練。作業治療師評定后，確定訓練桌高度和旋轉角度、最大訓練范圍、感興趣的游戲項目，設置訓練參數(訓練時間、難度、模式)和訓練場景(上肢協調訓練、上肢導向性訓練、手眼協調訓練、日常生活活動訓練等)?；颊咦换蛘疚?，面對顯示器，佩戴好可穿戴式無線位置傳感器，進入訓練場景進行訓練，共15 min。

1.3 評價方法

治療前、治療4 周和隨訪4 周，由同一康復評定師對患者進行功能評定；治療前和治療4 周，由同一影像醫師進行彌散張量成像(diffusion tensor imaging,DTⅠ)掃描和分析。兩者均對分組情況不知情。

1.3.1 Fugl‐Meyer 評定量表上肢部分(Fugl‐Meyer As‐sessment‐Upper Extremities,FMA‐UE)

共33 項，總分66 分。評分越高表示上肢運動功能越好[7]。

1.3.2 上肢動作研究量表(Action Research Arm Test,ARAT)

共19 個小項目，總分57 分。評分越高表示上肢運動功能越好[11]。

1.3.3 DTⅠ

采用3.0 T 磁共振成像儀(德國西門子公司)，自旋回波平面成像序列，TR 8 600 ms，TE 95 ms，FOV 25.6，矩陣128×128，視野256×256 mm，75 層，層厚2 mm，層間距0，b值0～1 000 s/mm2。

采用Neuro 3D軟件行圖像分析。分別在病灶側大腦腳和內囊后肢繪出感興趣區，面積約30 mm2，利用霍普金斯大學白質模板計算各感興趣區各向異性分數(fractional anisotropy,FA)和相對各向異性(relative an‐isotropy,RA)。每個區域測3次，取平均值。

1.4 統計學分析

采用SPSS 25.0 進行統計學分析。計數資料以頻數表示，組間比較采用χ2檢驗或非參數檢驗。計量資料符合正態分布的，以()表示，組內比較采用單因素方差分析或配對樣本t檢驗，兩兩比較采用Bon‐ferroni 檢驗，組間比較采用獨立樣本t檢驗；偏態分布的，以M(QL,QU)表述。相關性采用Pearson 相關性分析。顯著性水平α=0.05。

2 結果

2.1 FMA‐UE

治療前，兩組FMA‐UE 評分無顯著性差異(P＞0.05)。治療后，兩組FMA‐UE 評分均顯著升高(P＜0.001)，治療4周優于治療前(P＜ 0.05)，隨訪4周優于治療后4 周(P＜ 0.05)，且試驗組優于對照組(P＜0.05)。見表2。

表2 兩組治療前后FMA-UE評分比較Table 2 Comparison of FMA-UE score between the two groups

2.2 ARAT

治療前，兩組ARAT 評分無顯著性差異(P＞0.05)。治療后，兩組ARAT 評分均顯著升高(P＜0.001)，治療4周優于治療前(P＜ 0.05)，隨訪4周優于治療后4 周(P＜ 0.05)，且試驗組優于對照組(P＜0.05)。見表3。

表3 兩組治療前后ARAT評分比較Table 3 Comparison of ARAT score between the two groups

2.3 DTⅠ

治療后，兩組內囊后肢FA 和RA 均顯著升高(P＜0.001)，且試驗組優于對照組(P＜ 0.05)。大腦腳FA 和RA無明顯變化(P＞ 0.05)。見表4～表7。

表4 兩組治療前后大腦腳FA比較Table 4 Comparison of FA of cerebral peduncle between the two groups

表5 兩組治療前后內囊后肢FA比較Table 5 Comparison of FA of posterior limb of inner capsule between the two groups

表6 兩組治療前后大腦腳區RA比較Table 6 Comparison of RA of cerebral peduncle between the two groups

表7 兩組治療前后內囊后肢區RA比較Table 7 Comparison of RA of posterior limb of inner capsule between the two groups

2.4 相關性分析

兩組內囊后肢FA 治療前后差值(ΔFA)與FMA‐UE治療前后差值(ΔFMA‐UE)之間呈正相關(P＜ 0.05)，RA 治療前后差值(ΔRA)與ΔFMA‐UE 無明顯相關(P＞0.05)。試驗組內囊后肢ΔFA 與ARAT 治療前后差值(ΔARAT)相關(P＜ 0.01)，其余指標與ΔARAT 不相關(P＞ 0.05)。見表8～表9。

表8 兩組不同部位ΔFA、ΔRA與ΔFMA-UE的相關性Table 8 Correlation of ΔFA and ΔRA to ΔFMA-UE

表9 兩組不同部位ΔFA、ΔRA與ΔARAT的相關性Table 8 Correlation of ΔFA and ΔRA to ΔARAT

3 討論

腦卒中是一種嚴重危害人類健康的疾病，嚴重影響日常生活活動[12]。上肢功能是影響腦卒中患者的日常生活能力的主要因素，是腦卒中后康復的主要目標之一。

虛擬現實技術利用計算機和傳感器模擬逼真的場景，可以使患者獲得全面和直觀的感受，并在模擬場景中完成可控的功能性運動和操作[13]。該技術有助于維持患者的機動水平和積極性，使枯燥單調的訓練變得輕松有趣[14‐15]，在腦卒中患者上肢功能康復方面得到越來越多的應用[16‐17]。本研究顯示，虛擬現實技術支持下的康復訓練對改善腦卒中后上肢運動功能療效更佳，與此前研究一致[18‐19]。虛擬現實技術具有重復訓練、成績反饋和動機維持3 個特點[20‐21]，增加運動誘導的神經可塑性[22]，促進運動通路腦皮質功能重組，更好地改善肢體運動功能[23‐24]。

本研究顯示，4 周隨訪時，試驗組FMA‐UE 和ARAT 評分優于對照組，提示虛擬現實技術能更好幫助患者將學習到的技能運用到現實生活中。虛擬現實技術模擬真實的生活場景，提供有目的的任務性訓練，患者回歸家庭可以更好地將訓練內容應用于生活實踐，使上肢功能得到進一步強化[25]。

DTⅠ通過測定水分子的各向異性和彌散張量，探測組織的微結構，FA 為水分子各向異性成分與整個彌散張量的比值，反映白質纖維的完整性[26]。FA下降表明纖維結構完整性受損，對判定腦白質纖維束微結構損傷程度有很高的敏感性[27]，病灶區FA 升高與運動功能恢復程度有關[28‐30]。RA 反映水分子擴散的各向異性成分與各向同性成分的比值，可作為FA 的有效補充。運動功能初始損傷程度和長期預后都取決于皮質脊髓束(corticospinal tract,CST)的損傷程度以及其替代運動纖維束的完整性[31]。CST 的神經纖維數量與上肢運動功能的恢復相關[32‐33]。DTⅠ可評估CST 纖維束的完整性。本研究顯示，康復后，內囊后肢CST 結構完整性得到改善，而大腦腳無明顯改變，這可能因為大腦腳遠離病灶區，錐體束發生華勒氏變性。張麗華等[34]發現，腦卒中患者康復訓練8 周后，病灶側內囊后肢FA 較康復前提高，而大腦腳和腦橋FA 康復前后均無顯著性差異，與本研究結果基本一致。凌晴等[35]發現，康復后放射冠FA 有顯著性差異，內囊和大腦腳FA 無顯著性差異，與本研究結果不一致。目前關于CST 不同層面FA 變化的研究結論并不一致，可能與康復治療方案、病種類型、病灶部位、病程和治療時間等因素相關，需要進一步研究。

本研究結合FMA‐UE 和ARAT 評估DTⅠ與上肢運動功能的相關性，結果顯示，內囊后肢ΔFA 與ΔFMA‐UE 呈正相關，試驗組內囊后肢ΔFA 與ΔARAT呈正相關。劉建華等[36]發現，常規康復3周后，病灶、大腦腳和內囊后肢FA 的變化與FMA‐UE 評分變化相關，以內囊后肢最顯著。卓麗萍等[11]發現，腦卒中患者康復訓練后放射冠區、內囊后肢FA 與運動功能呈正相關，且內囊后肢的修復與上肢功能關系更緊密。本研究中，ΔFA 與上肢功能關系僅限于FMA‐UE，與ARAT的相關性不確定。

本研究未細化腦卒中類型，CST 層面選取較少，DTⅠ參數不夠豐富，尚需進一步深入研究。

4 結論

虛擬現實技術有助于改善腦卒中患者上肢功能，可能與內囊后肢CST功能恢復有關。

利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突。