本研究探讨功能性作业疗法结合辅助主动或被动运动对右侧大脑半球损伤患者上肢功能的影响,并探索功能近红外光谱技术对脑功能重塑的作用。
方法文章
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本研究探讨功能性作业疗法结合辅助主动或被动运动对右侧大脑半球损伤患者上肢功能的影响,并探索功能近红外光谱技术对脑功能重塑的作用。
通过分析功能性近红外光谱成像(fNIRS),研究功能性作业疗法(FOT)联合不同类型运动对右半球脑损伤(RHD)患者上肢运动功能恢复及脑功能重塑的影响。本研究纳入北京博爱医院的32例RHD患者,随机分为两组:FOT联合被动运动组(n=16)和FOT联合辅助主动运动组(n=16)。被动运动组(FOT-PM)每次治疗接受20分钟功能性作业疗法和10分钟被动运动训练,辅助主动运动组(FOT-AAM)每次接受20分钟功能性作业疗法和10分钟辅助主动运动训练。两组均同时接受常规药物治疗及其他康复治疗。治疗频率为每日1次,每周5次,持续4周。治疗前后采用Fugl-Meyer上肢运动功能评估量表(FMA-UE)和改良Barthel指数(MBI)评估患者运动功能及日常生活活动能力(ADL)的恢复情况,并通过fNIRS分析双侧运动区的脑激活变化。研究结果表明,与FOT联合被动运动相比,FOT联合辅助主动运动在改善RHD患者上肢及手指运动功能、提升日常生活活动能力以及促进运动区脑功能重塑方面更具优势。
大脑半球损伤可导致对侧肢体的感觉和运动功能障碍1,2,3,不同程度地影响患者的运动控制能力、活动能力和功能性学习4,从而给家庭和社会带来沉重负担5。对于右侧大脑半球损伤(RHD)患者而言,其恢复速度尚不理想。然而,在大多数RHD病例中,受影响的左侧肢体作为身体的非优势侧,往往未能得到患者及照护者的充分关注。鉴于上肢和手部功能障碍会严重影响日常生活活动能力和生活质量,亟需一种更有效的方法来改善RHD患者上肢功能的康复效果6,7,8,9,10。
运动疗法是帮助患者恢复肢体功能的重要方法。对于脑损伤患者的早期康复,通常采用被动运动(PM)和辅助主动运动(AAM)训练方法。AAM 是指患者通过自身肌力与外部辅助相结合,完成特定关节的活动11。其关键在于患者主动参与辅助性康复过程。人脑激活的准备状态有助于在运动控制循环中刺激和整合运动系统。许多研究表明,AAM 可诱导神经可塑性改变,从而促进患者功能恢复12,13。
功能性近红外光谱成像(fNIRS)是一种基于光学原理的成像技术。根据光在组织中衰减程度与不同浓度的光吸收物质之间的相关性,fNIRS能够定量分析脑组织中氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白浓度的变化,从而监测大脑皮层的功能活动14。大量研究表明,fNIRS是监测大脑半球损伤后脑氧合状态及能量代谢的重要手段15,16,17。因此,fNIRS可能是研究大脑半球损伤后与上肢运动功能恢复相关的皮层变化的一种适宜监测方法。
不同感觉输入方式所产生的运动信号以及感觉皮层的调节状态存在差异18,19。被动运动与主动运动所产生的感觉刺激,与感知稳定性以及构建对自身所处环境精确表征的能力密切相关,进而指导个体的行为20。本研究旨在通过分析功能性近红外光谱(fNIRS)数据,探讨不同运动模式对中国台湾脑半球损伤患者早期上肢康复及脑激活的影响,为未来制定患者全面康复的科学策略提供依据。
本研究旨在探讨功能性电刺激联合不同类型的运动对右侧偏瘫患者上肢功能及大脑重塑的影响。我们假设,与功能性电刺激联合被动运动相比,功能性电刺激联合主动辅助运动在改善右侧偏瘫患者上肢功能和脑激活方面更为有效。
本研究是一项单盲随机对照试验,已获中国康复研究中心伦理委员会(CRRC-IEC-RF-SC-005-01)批准,并在中国临床试验注册中心注册(MR-11-23-023832)。
1. 参与者
2. 随机化与分组
3. 干预措施
4. 评估
5. 统计学
基线
2021年10月至2023年6月期间,我们共招募了35名患者,其中32名最终完成了研究;试验期间未发生任何不良事件。
关于两组患者的临床症状(表1),实验组和对照组的平均年龄分别为53.19 ± 10.72岁和55.88 ± 12.32岁(P = 0.515)。两组在性别、疾病类型、上肢Fugl-Meyer评分(FMA-UL)或改良Barthel指数(MBI)评分方面均无显著差异(P > 0.05)。干预前,两组所有患者的腕手Fugl-Meyer评分(FMA-WH)均为0分。
FMA-UL 具有重要的临床意义,可有效且可靠地评估脑损伤患者上肢功能的受累情况。FMA-UL 共包含 33 项上肢评估项目,每项单向评分标准为:完全完成得 2 分,部分完成得 1 分,未完成得 0 分。上肢运动功能总分为 66 分。作为 FMA-UL 的一个子类别,腕-手量表(FMA-WH)包含 12 个项目,总分最高为 24 分。
重复测量方差分析结果显示,组别对FMA-UL评分的主效应显著,F = 5.564,p = 0.030,ɳ2p = 0.214;时间的主效应显著,F = 34.716,p < 0.001,ɳ2p = 0.831;组别与时间的交互效应显著,F = 5.554,p = 0.030,ɳ2p = 0.256。(表2)
组间对 FMA-WH 评分的主效应显著,F = 8.817,p = 0.006,ɳ2p = 0.227;时间主效应显著,F = 13.357,p = 0.001,ɳ2p = 0.308;时间和组间的交互效应显著,F = 8.817,p = 0.006,ɳ2p = 0.227。(表 2)。
改良巴氏指数被广泛用于评估个体执行日常活动的能力,可衡量一个人完成十项基本日常活动的能力。巴氏指数的总分为100分,分数越高,表明患者进行日常生活活动的能力越强。
组别对 MBI 评分的主效应显著,F = 8.512,p = 0.007,ɳ2p = 0.221;时间的主效应显著,F = 588.559,p < 0.001,ɳ2p = 0.952;组别与时间的交互效应显著,F = 10.425,p = 0.003,ɳ2p = 0.258。(表 2)。
积分值是指任务执行期间血氧信号的积分,反映了任务过程中血流动力学反应的幅度。重心值是指在整个任务期间血氧信号变化区域中心的垂直线所对应的时间(s),是反映任务全程时间进程变化的指标,代表了血流动力学反应的速度27。
干预前,两组的积分值或质心值之间均无显著差异(图5A,P > 0.05)。干预后,对照组(CG)受试者右侧半球的积分值为0.20 ± 0.32,实验组(EG)受试者右侧半球的积分值为-0.06 ± 0.24,两组总体均值之间存在显著差异(t=-2.489,d=0.92,P = 0.020,P < 0.025视为具有统计学意义)(表3)。干预后,对照组受试者左侧半球的积分值为0.18 ± 0.32,实验组受试者左侧半球的积分值为-0.04 ± 0.26,两组总体均值之间无显著差异(t=-1.975,P=0.059,d=0.75)。干预后,两组之间的质心值无显著差异(P > 0.025)(图5B)。

图1:受试者招募流程图。 共招募了35名受试者,其中2名不符合纳入要求,1名因疫情退出,最终共纳入32名受试者。 请点击此处查看该图的放大版本。

图 2:不同运动模式下的上肢康复训练。(A、B)EG 进行主动手部康复训练。(C)CG 进行被动手部康复训练。请点击此处查看该图的放大版本。

图3:光源与探测器的排列及位置。 红色圆圈代表光源,蓝色圆圈代表探测器,两者之间的连线表示光束路径。 请点击此处查看该图的放大版本。

图4:任务范式。 采用静息(15 s)-任务(30 s)-静息(15 s)作为测试单元,共重复5次。 请点击此处查看该图的放大版本。

图5:散点图显示两组患者右半球质心值与积分值的分布情况。(A) 干预前。(B) 干预后。 请点击此处查看该图的放大版本。
| 变量 | PM (n = 16) | AAM (n = 16) | p 值 |
| 性别(男/女) | 9/7 | 8/8 | 1 |
| 年龄(岁,均值 ± 标准差) | 53.19 ± 10.72 | 55.88 ± 12.32 | 0.515 |
| 类型(出血性/缺血性) | 9/7 | 6/10 | 0.479 |
表1:受试者特征。 FMA:Fugl-Meyer评估;MBI:改良Barthel指数;PM:被动运动;AAM:辅助主动运动;FOT:功能性作业治疗。
| 评估指标 | 主效应(组间) | 主效应(时间) | 交互效应(组别 × 时间) | ||||||
| F | P值 | η²p | F | P值 | η²p | F | P值 | η²p | |
| FMA-UL | 5.564 | 0.03 | 0.214 | 34.716 | <0.001 | 0.831 | 5.554 | 0.03 | 0.256 |
| FMA-WH | 8.817 | 0.006 | 0.227 | 13.357 | 0.001 | 0.308 | 8.817 | 0.006 | 0.227 |
| MBI | 8.512 | 0.007 | 0.221 | 588.559 | <0.001 | 0.952 | 10.425 | 0.003 | 0.258 |
表2:对FMA-UL、FMA-WH和MBI的组别、时间及交互效应进行重复测量双因素方差分析的结果。
| 辅助主动运动组 | 被动运动组 | |||||
| 均值 ± 标准差 | 均值 ± 标准差 | t 值 | P 值 | Cohen’s d | ||
| 积分值 | 左侧 | -0.04 ± 0.26 | 0.18 ± 0.32 | -1.975 | 0.059 | 0.75 |
| 右侧 | -0.06 ± 0.24 | 0.20 ± 0.32 | -2.489 | 0.02 | 0.92 | |
| 重心值 | 左侧 | 13.03 ± 10.45 | 11.54 ± 9.13 | 0.396 | 0.695 | 0.15 |
| 右侧 | 11.04 ± 12.00 | 12.58 ± 10.98 | -0.351 | 0.728 | 0.13 |
表3:干预后两组之间 fNIRS 数据的比较。
本研究通过近红外光谱技术,探讨了在不同运动模式下,功能性电刺激(FOT)结合上肢功能训练对风湿性心脏病(RHD)患者早期康复的影响。FOT可帮助患者被动活动僵硬的上肢,为后续训练奠定基础。其关键在于由健侧手引导患侧手完成有目的、有意义且具实用性的功能任务,尽可能使用日常生活中的实物,并模拟真实场景28。这种方法能够激发患者治疗的积极性,并最大限度地促进患者的主动运动。AAM的核心要点是患者的运动由健侧肢体和手驱动,同时患侧肢体和手进行自发性的主动尝试,这是其与被动运动最重要的区别。康复设备为患者提供实时的视觉和触觉反馈,在康复训练中实现了中枢神经系统与外周之间的闭环交互29。
康复任务的训练不涉及复杂技术,但在使用功能性近红外光谱(fNIRS)评估患者时需注意诸多事项。为确保获得良好的fNIRS信号并防止运动伪影干扰测试结果,我们通常在受试者前方的桌面上放置头部固定架。调节桌面高度,使受试者的下巴可舒适地 resting 在头部固定架上,以减少运动过程中的头部晃动。此外,头皮上的油脂会影响光学信号;因此,实验前我们使用吸油纸擦拭患者头部,以保证信号质量。根据以往经验,我们还发现降低自然光和噪声的影响有助于提升fNIRS信号的采集效果;因此,所有数据均在黑暗且安静的环境中采集30。
既往研究表明,镜像疗法(MT)可有效改善卒中后手指的灵活性31,尤其适用于亚急性期患者的上肢康复32,因此在恢复运动功能及提高大脑半球损伤后日常生活活动能力方面具有广阔前景33,34,35,36。当患者移动未受影响的上肢时,镜面形成的视觉错觉被患者感知为患侧手的运动,从而增强视觉和躯体感觉皮层区域的活动,提高患者的注意力,并降低单侧忽略的发生可能性37,38。通过这种方式,患者可有意识地更频繁地使用患侧肢体39。在传统镜像疗法的基础上,本研究通过AAM设备直接对患侧肢体提供本体感觉刺激和视觉反馈,减少了因患手本体感觉与视觉信息不同步所引起的不适感40,因而较传统镜像疗法展现出更广泛的治疗潜力。我们的训练设备操作简便,安全性高,可通过点击关闭按钮立即终止训练,以避免测试过程中可能出现的紧急情况。此外,一些研究已证实,镜像疗法可通过调节M1区的兴奋性,促进卒中后大脑半球间平衡的正常化。在后续研究中,我们将采用功能性近红外光谱技术(fNIRS)评估大脑皮层的静息态功能连接,进一步验证右侧半球损伤(RHD)患者治疗后的大脑半球变化41。
本研究存在若干局限性。首先,近红外光谱检测所选用的任务范式为被动式,而大脑激活在主动运动中可能更为显著。因此,主动尝试的任务范式可能比被动运动更为合适。其次,本研究仅监测了初级运动皮层(M1)区域,但镜像疗法(MT)还会增强与注意力分配和认知控制相关脑区的神经活动,通过加强运动控制中的认知作用来促进运动功能的恢复42;因此,监测前额叶的血流动力学变化也可能十分必要。此外,由于住院患者治疗方案较多,每日仅进行了10分钟的手功能康复训练。未来应延长训练时间,以更充分地探索康复效果。还需开展随访研究,以观察此类训练的长期效应。今后有望通过大样本、多中心的研究,为早期RHD患者提供最适宜的康复策略。
作者声明,本研究是在不存在任何可能被解释为潜在利益冲突的商业或财务关系的情况下进行的。
本研究由中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金(2019CZ-11)和中国康复研究中心项目(编号:2021zx-Q5)资助。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 手部主被动康复训练仪 | Soft Robot Technology Co., Ltd. | H1000 | FOT-AAM 团体训练/FOT-PM 团体训练 |
| 近红外脑功能成像系统 | Shimadzu (China) Co.,Ltd. | LIGHTNIRS | 评估 |