刘远文，潘翠环，叶正茂，胡楠，罗丽娟，陈艳

虚拟现实机器手对脑卒中患者手运动功能及日常生活活动的效果①

刘远文1,2，潘翠环1，叶正茂1，胡楠1，罗丽娟1，陈艳1

目的探讨虚拟现实机器手对脑卒中患者手运动功能障碍的疗效，以及对日常生活活动能力的影响。方法2015年6月至2016年6月，32例脑卒中手运动功能障碍患者分为实验组(n=16)和对照组(n=16)。实验组予虚拟现实机器手训练和手部基础康复训练，对照组予手部基础康复训练，共4周。治疗前后采用Fugl-Meyer评定(FMA)的手指、腕运动部分和改良Barthel指数(MBI)进行评定。结果实验组治疗后FMA、MBI总分及各亚项评分明显提高(Z＞3.45,t＞3.45,P＜0.01)。对照组治疗后FMA总分、手指、腕，MBI进食、穿衣、修饰共6项评分高于治疗前(Z＞2.07,t＞4.18,P＜0.05)。治疗后，实验组FMA、MBI总分及各亚项评分高于对照组(Z＞2.14,t＞3.20,P＜0.05)。结论虚拟现实机器手训练可进一步改善脑卒中患者的手功能和日常生活活动能力。

脑卒中；手功能障碍；虚拟现实机器手；日常生活活动；康复

[本文著录格式] 刘远文，潘翠环，叶正茂，等.虚拟现实机器手对脑卒中患者手运动功能及日常生活活动的效果[J].中国康复理论与实践,2017,23(1):19-22.

CITED AS:Liu YW,Pan CH,Ye ZM,et al.Effect of virtual reality robotic hand on hand motor function and activities of daily living in patients after stroke[J].Zhongguo Kangfu Lilun Yu Shijian,2017,23(1):19-22.

手功能障碍是脑卒中患者常见后遗症之一，功能恢复较下肢困难；且因健手代偿，手功能康复不被重视，影响疗效[1]。Balamurugan等[2]的研究表明，只有15%的脑卒中患者手功能可以恢复一半左右，仅3%的患者可以恢复原来的70%以上。发病6个月后，仍有约65%脑卒中患者存在手功能障碍，严重影响日常生活活动及社会回归[3]。目前，针对脑卒中后手功能障碍的康复治疗方法虽种类繁多[4-6]，但治疗效果并不理想[7]。传统的手功能康复训练主要采用神经生理学疗法(如Bobath法、Rood法等)以及辅助器具对脑卒中患者进行治疗，治疗过程单调枯燥，易使患者丧失训练兴趣和信心，不仅难以实现高强度及重复性训练，而且卫生成本高[8]。

近年来，随着康复机器手和虚拟技术的发展，机器手辅助训练技术逐渐应用于临床[9]，但目前大多数康复机器手未集成传感器技术，不能实时反馈康复训练时的各种运动数据信息[10]。本研究采用的设备可实时反馈患手运动信息，结合虚拟情景技术实现虚拟现实手功能训练。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择2015年6月至2016年6月在广州医科大学附属第二医院神经科、康复科就诊的脑卒中手功能障碍患者32例。

纳入标准：①临床确诊脑卒中导致的手功能障碍，Brunnstrom分期Ⅱ～Ⅲ期；②首次发病，病程1～8个月，或既往有脑卒中病史但上肢功能完全恢复；③年龄35～70岁；④意识清楚，依从性好，能清晰表达训练感受；⑤同意参加本临床实验，并已签署知情同意书。

排除标准：①对本设备所用金属、高分子材料或异物过敏；②患肢先天或本次发病前因其他原因导致畸形、解剖不正常、存在骨骼变异、关节功能不全；③并发癫痫，病情未得到有效控制；④并发其他系统严重疾病，如严重心肺功能不全等；⑤上肢肘部以下存在局部皮肤感染或破损；⑥试验前1个月参加过其他临床试验。

脱落标准：①出现不良反应、严重并发症等，不宜继续接受实验；②依从性差；③自行退出或未完成整个实验过程。

对入选患者按入组先后进行编号，单号入对照组，双号入实验组，并结合不平衡最小指数原则，两组各16例。试验过程中患者无不良反应等情况，无病例脱落。实验组脑梗死13例，脑出血3例；对照组脑梗死11例，脑出血5例。两组间性别、年龄、发病侧别无显著性差异(P＞0.05)。见表1。

1.2 方法

实验组予虚拟现实机器手训练和手部基础康复训练，对照组采用手部基础康复训练。每周5次，共4周。

表1 两组年龄、性别、发病侧别比较

1.2.1 虚拟现实机器手训练

虚拟现实机器手主要由电脑主机、机器手(左右各一)、支撑座及配件组成。

治疗师登记患者信息并帮助其穿戴好机器手，记录电极贴于患指指伸肌和指屈肌区域，参考电极置于尺骨鹰嘴。训练前评估患手拇指、其余四指和全指肌电信号，包括基线、伸肌和屈肌。嘱患者完全放松患手，测得基线肌电信号，最大程度屈指和伸指，采集屈肌和伸肌的肌电峰值。根据评估结果设定训练过程中的肌电阈值。

对患手为BrunnstromⅡ、Ⅲ期患者分别给予一触即发模式和持续触发模式训练。一触即发模式包括钓鱼、快艇等虚拟游戏训练。患手稍微屈曲，达到预设肌电阈值即触发钓鱼及快艇比赛按钮。持续触发模式包括大丰收等虚拟游戏训练。患手腕屈伸肌需准确地持续收缩，并保持一定的活动范围方能取得大丰收等比赛胜利。

训练过程中，治疗师根据游戏任务模式对患者运动方式进行口头指导，训练难度、强度由易到难，循序渐进。每次30 min，每天1次。

1.2.2 手部基础康复训练

主要采用Rood技术和低频电刺激。前者包括触觉刺激、温度刺激、牵拉肌肉轻叩手背肌腱和手掌肌腹、挤压训练等，每次30～40 min，每天1次；后者电极置于腕伸肌群运动点，每次15～20 min，每天1次。

1.3 评估方法

治疗前后，由一名不知道分组情况的治疗师对患者进行评估。选用Fugl-Meyer评定量表(Fugl-Meyer Assessment,FMA)和改良Barthel指数(modified Barthel index,MBI)部分内容，其中FMA包括手指、腕2项，MBI包括进食、修饰、穿衣、洗澡、转移等与手功能密切相关的5项。

1.4 统计学分析

采用SPSS 19.0软件进行分析。计数资料采用χ2检验，计量资料组间比较采用独立样本t检验或独立样本非参数秩和检验，组内比较采用配对样本t检验或配对样本非参数秩和检验。显著性水平α=0.05。

2 结果

治疗前，两组FMA、MBI总分及各项评分无显著性差异(P＞0.05)。治疗后，实验组FMA、MBI总分及各项评分均明显升高(P＜0.01)；对照组FMA总分和各项评分，MBI进食、穿衣、修饰评分升高(P＜0.05)，MBI总分、洗澡、转移评分无显著性差异(P＞0.05)。实验组FMA、MBI总分及各亚评分均高于对照组(P＜0.05)。见表2～表10。

表2 两组治疗前后FMA手指评分比较

表3 两组治疗前后FMA腕评分比较

表4 两组治疗前后FMA总分比较

表5 两组治疗前后MBI进食评分比较

表6 两组治疗前后MBI穿衣评分比较

表7 两组治疗前后MBI修饰评分比较

表8 两组治疗前后MBI洗澡评分比较

表9 两组治疗前后MBI转移评分比较

表10 两组治疗前后MBI总分比较

3 讨论

手是人体最灵活的器官之一，需要执行大量功能性任务，其正常功能的实现依赖完整的神经支配。机器手辅助训练技术利用神经控制原理，刺激诱导手部运动，并遵循大量、重复、密集性康复训练的原则，促使中枢神经系统达到正向永久性的可塑性变化，是一种较为先进的康复治疗技术[11]。Merians等[12]研究表明，机器手辅助训练技术对脑卒中后手功能障碍患者的手指运动速度、力度和协调性方面有一定效果。

虚拟现实机器手的评估系统融合表面肌电信号采集技术，采集患手屈肌和伸肌的肌电信号。训练内容根据运动再学习理论设计，患者在机器手的帮助下，在计算机虚拟环境中执行不同形式和难度的任务，重新学习正常的运动模式和问题解决策略。

本研究显示，虚拟现实机器手训练可显著改善患者手功能障碍及日常生活活动能力。可能原因是虚拟现实机器手利用表面肌电信号控制机器手的运动，利用虚拟游戏情景技术指导患手训练，从而改善患手运动功能[13]；患者在虚拟游戏任务中的成功体验可以增强其康复信心，也更加愿意尝试功能性活动，从而将训练中所习得的技能类化到日常生活活动中[14]。本研究显示，常规的手部基础康复训练能一定程度上改善脑卒中患者的手功能障碍，但对洗澡、转移等需肩、肘、腕、指等多关节协调完成的活动，难以达到满意的治疗效果[15]。此外，传统康复训练过程缺乏客观定量反馈，患者无法观察到功能的细微改善，参与性不高[16]。

虚拟现实机器手将手部功能康复训练与虚拟游戏相结合，同时加入肌电信号采集设备来收集患手运动信息，患者可通过视听信号进行反复调控训练，有意识地调节肌电输出，达到控制自身活动的目的。肌电信号评估数据量化并可保存，有利于治疗师掌握患手的功能状态，并设计强度相当的训练内容，可随时调整治疗方案。虚拟现实机器手使用自由度可调的五根独立手指辅助患者训练，可实现腕关节及手指单关节和多关节活动，增加手指各关节的协调性，逐渐提高患手肌力和耐力[17]。虚拟现实机器手辅助患手反复训练，可引起接受训练的身体部位在皮质的支配区域扩大，传导兴奋的神经回路传递效率提高，有利于建立新的神经回路和正常运动程序，从而补偿和改善运动功能[18-20]。虚拟现实机器手可提供视觉、听觉、本体感觉等反馈，训练过程富有趣味性，可让患者获得成功的感官体验并调动其训练积极性，提高康复信心，并主动参与训练过程，完成功能性任务[21]。此外，虚拟现实机器手可强化患者在训练中的正确行为，使其在训练中所学的技能更好地迁移运用实际生活中去，从而提高其日常生活能力[22-23]。家属或陪伴者在旁激励患者训练，分享其中的乐趣，并及时对患者的表现给予表扬和鼓励，可让患者体验到自我价值的存在，使其情绪更加稳定，从而提高训练效果。

但虚拟现实机器手系统没有根据患者年龄、职业、兴趣爱好等因素进行训练内容分类；训练素材单调且无法进行系统更新；没有对手指关节力矩、角度、速度等参数进行实时精确的控制；体积过大，不便携带，且安全性和舒适性有待提高。

总体来说，虚拟现实机器手可显著改善其手功能，有一定的临床推广价值。本研究评估指标少，反映手运动功能状态尚不精确；样本量较小，未做到双盲，实验组和治疗组总治疗时间不同，影响了对疗效的评估，有待进一步改进。虚拟现实机器手的疗效持续时间，仍需后期进行深入探讨。

[1]刘鹏,陈少贞,江沁,等.基于动作分析的强化性分离运动对脑卒中患者上肢功能及日常活活动能力的影响[J].中国康复医学杂志,2007, 22(6):521-523.

[2]Balamurugan J,Raja PA,Mahil A,et al.Bilateral object exploration training to improve the hand function in stroke subjects[J].J Int Med Res,2013,2(3):479-486.

[3]姜荣荣,陈艳,潘翠环.脑卒中后上肢和手运动功能康复评定的研究进展[J].中国康复理论与实践,2015,21(10):1173-1177.

[4]王维,马跃文,杨巍.镜像疗法对脑卒中偏瘫患者上肢功能和手功能的影响[J].大连医科大学学报,2013,35(6):600-602.

[5]李芳华,刘靖,刘艳,等.运动针灸疗法对偏瘫患者手功能障碍恢复的临床观察[J].针灸临床杂志,2012,28(8):36-37.

[6]由丽,饶江,刘莉,等.作业疗法改善脑卒中后偏侧感觉障碍及手功能的效果[J].中国康复理论与实践,2012,18(7):638-639.

[7]Luke C,Dodd KJ,Brock K.Outcomes of the Bobath concept on upper limb recovery following stroke[J].Clin Rehabil,2004,18(8):888-898.

[8]逄锦熙,倪克锋.脑卒中后手功能障碍的康复治疗进展[J].中国现代医生,2015,53(13):143-146.

[9]Forrester LW,Roy A,Krebs HI,et al.Ankle training with a robotic device improves hemiparetic gait after a stroke[J].Neurorehabil Neural Repair,2011,25(4):369-377.

[10]李海丽,谢叻,魏盛凯,等.手功能康复机器人技术[J].机械设计与研究,2014,30(1):24-28.

[11]乐趣,屈云.脑卒中后偏瘫侧手部运动功能康复技术进展[J].中国康复医学杂志,2012,27(11):1084-1086.

[12]Merians AS,Fluet GG,Qiu Q,et al.Robotically facilitated virtual rehabilitation of arm transport integrated with finger movement in persons with hemiparesis[J].J Neuroeng Rehabil,2011,8(1):175-179.

[13]Fischer HC,Stubblefield K,Kline T,et al.Hand rehabilitation following stroke:a pilot study of assisted finger extension training in a virtual environment[J].Top Stroke Rehabil,2007,14(1):1-12.

[14]Gu GM,Chang PH,Sohn MK,et al.Design of a Novel 1 DOF Hand Rehabilitation Robot for activities of daily living(ADL)training of stroke patients[J].Int J Control,2010,16(9):833-839.

[15]Yoo DH,Kim SY.Effects of upper limb robot-assisted therapy in the rehabilitation of stroke patients[J].J Phys Ther Sci,2015,27(3): 677-679.

[16]Kutner NG,Zhang R,Butler AJ,et al.Quality-of-life change associated with robotic-assisted therapy to improve hand motor function in patients with subacute stroke:a randomized clinical trial[J].Phys Ther, 2010,90(4):493-504.

[17]Tong KY,Ho SK,Pang PK,et al.An intention driven hand functions task training robotic system[J].Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc, 2010,2010:3406-3409.

[18]Liepert J,Bauder H,Wolfgang HR,et al.Treatment-induced cortical reorganization after stroke in humans[J].Stroke,2000,31(6): 1210-1216.

[19]付桢,胡楠,潘翠环,等.脑卒中患者手运动功能康复的功能磁共振成像研究进展[J].中国康复理论与实践,2015,21(11):1277-1281.

[20]You SH,Jang SH,Kim YH,et al.Virtual reality-induced cortical reorganization and associated locomotor recovery in chronic stroke:an experimenter-blind randomized study[J].Stroke,2005,36(6):1166-1171.

[21]梁明,窦祖林,王清辉,等.虚拟现实技术在脑卒中患者偏瘫上肢功能康复中的应用[J].中国康复医学杂志,2013,28(2):114-118.

[22]Lee YY,Lin KC,Cheng HJ,et al.Effects of combining robot-assisted therapy with neuromuscular electrical stimulation on motor impairment,motor and daily function,and quality of life in patients with chronic stroke:a double-blinded randomized controlled trial[J].J Neuroeng Rehabil,2014,12(1):1-10.

[23]Srikesavan CS,Shay B,Robinson DB,et al.Task-oriented training with computer gaming in people with rheumatoid arthritisor osteoarthritis of the hand:study protocol of a randomized controlled pilot trial[J]. Trials,2013,14:69.

Effect of Virtual Reality Robotic Hand on Hand Motor Function and Activities of Daily Living of Patients after Stroke

LIU Yuan-wen1,2,PAN Cui-huan1,YE Zheng-mao1,HU Nan1,LUO Li-juan1,CHEN Yan1
1.The Second Affiliated Hospital of Guangzhou Medical University,Guangzhou,Guangdong 510260,China;2. Department of Rehabilitation Therapy,Guangzhou Medical University,Guangzhou,Guangdong 511436,China

PAN Cui-huan.E-mail:pancuihuan@126.com

ObjectiveTo observe the effect of virtual reality robotic hand on hand motor function and activities of daily living of patients after stroke.MethodsFrom June,2015 to June,2016,32 patients with hand motor dysfunction were assigned into experimental group (n=16)and control group(n=16).The experimental group received training with virtual reality robotic hand and hand based rehabilitation, while the control group received hand based rehabilitation only,for four weeks.They were evaluated with Fugl-Meyer Assessment(FMA) of fingers and wrists and modified Barthel index(MBI)before and after treatment.ResultsThe total score and the scores of items of FMA and MBI improved after treatment in the experimental group(Z＞3.45 ort＞3.45,P＜0.01).The total score and the scores of the finger,wrist of FMA,and the scores of the eating,dressing and grooming of MBI improved in the control group(Z＞2.07 ort＞4.18,P＜0.05).The total scores and scores of the items of FMA and MBI improved more in the experimental group than in the control group(Z＞2.14 ort＞3.20,P＜0.05).ConclusionVirtual reality robotic hand training can promote the recovery of hand function and activities of daily living in patients after stroke.

stroke;hand dysfunction;virtual reality robotic hand;activities of daily living;rehabilitation

10.3969/j.issn.1006-9771.2017.01.005

R743.3

A

1006-9771(2017)01-0019-04

2016-09-17

2016-12-02)

2014年广东省学位与研究生教改项目(No.52010107-168)。

1.广州医科大学附属第二医院康复医学科，广东广州市510260；2.广州医科大学康复治疗学系，广东广州市511436。作者简介：刘远文(1990-)，男，汉族，广东河源市人，硕士研究生，主要研究方向：康复医学与理疗学。通讯作者：潘翠环，女，汉族，广东广州市人，教授，主任医师，硕士研究生导师。E-mail:pancuihuan@126.com。