梁爽，鄒任玲，姜亞斌，徐秀林，胡秀枋

鏡像集成療法的上肢康復(fù)訓(xùn)練技術(shù)研究進展①

梁爽，鄒任玲，姜亞斌，徐秀林，胡秀枋

傳統(tǒng)鏡像治療作為一種有效的治療方法已廣泛應(yīng)用于臨床。鏡像集成療法技術(shù)使鏡像療法與其他技術(shù)相結(jié)合，形成虛擬現(xiàn)實游戲鏡像集成療法、功能電刺激鏡像集成療法、增強現(xiàn)實技術(shù)鏡像集成療法等，可增強任務(wù)導(dǎo)向性，提高治療效率。

鏡像療法；集成療法；上肢；虛擬現(xiàn)實；功能電刺激；增強現(xiàn)實；綜述

[本文著錄格式] 梁爽，鄒任玲，姜亞斌，等.鏡像集成療法的上肢康復(fù)訓(xùn)練技術(shù)研究進展[J].中國康復(fù)理論與實踐,2017,23 (1):59-62.

CITED AS:Liang S,Zou RL,Jiang YB,et al.Advance of mirror integrated therapy for upper limbs rehabilitation(review)[J].Zhongguo Kangfu Lilun Yu Shijian,2017,23(1):59-62.

鏡像療法(mirror visual feedback,MVF)于1995年由Ramachandran和Rogers-Ramachandran[1]首次提出并應(yīng)用在上肢康復(fù)中。該療法利用平面鏡成像原理，將健側(cè)活動通過視覺反饋誘發(fā)患側(cè)的活動，達到消除異常感覺或恢復(fù)運動功能的目的[2-3]。鏡像訓(xùn)練在改善患肢運動準確性、關(guān)節(jié)活動度、靈巧性和肢體握力方面有效[4-7]，目前用于治療幻肢痛[8-10]、復(fù)雜性區(qū)域疼痛綜合征[11-12]、腦卒中[13-15]、周圍神經(jīng)損傷[16-17]、偏側(cè)腦性癱瘓[18]、偏側(cè)空間忽略[19]等病癥，療效顯著。

上肢功能對于自我照顧至關(guān)重要，上肢功能障礙嚴重影響患者的日常生活能力；由于上肢動作精細，功能恢復(fù)難度也較大，康復(fù)效果受多種因素影響。

傳統(tǒng)的鏡像療法將鏡子放置在患肢和健肢中間，將患肢放在鏡子后面，健肢放在鏡子正面[20]。當患者同時移動雙側(cè)肢體時，會將鏡子中健肢的移動當成患肢的移動。通過鏡像訓(xùn)練中鏡像對稱的雙側(cè)上肢運動模式，使未受損傷的半腦和損傷半腦進行交互，從而誘導(dǎo)運動皮層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的重組，并促進大腦皮層神經(jīng)的可塑性[21-22]。

鏡像療法依靠鏡子的反射，受到裝置的限制，訓(xùn)練的規(guī)范性、統(tǒng)一性較難量化，直接影響臨床效果的穩(wěn)定，并且在范式創(chuàng)新上難以突破[23]。近年來，有學(xué)者將鏡像療法與任務(wù)導(dǎo)向集成，治療效果較單純鏡像療法更顯著。

1 虛擬現(xiàn)實游戲鏡像集成療法

2010年，Sato等[24]開發(fā)一個虛擬現(xiàn)實鏡像視覺反饋系統(tǒng)，并將其應(yīng)用于復(fù)雜區(qū)域性疼痛綜合征的治療，可同時進行手腕和手指功能的訓(xùn)練。該系統(tǒng)包括一臺計算機、用于獲取手部動作數(shù)據(jù)的CyberGlove數(shù)據(jù)手套、用于跟蹤手臂移動方向和位置的FASTRAK運動跟蹤定位系統(tǒng)、一臺顯示器及一個虛擬訓(xùn)練游戲系統(tǒng)(virtual environment,VE)。使用時，用戶坐在桌子前面，雙手置于屏幕前，健側(cè)手穿戴CyberGlove手套，患側(cè)穿戴FASTRAK系統(tǒng)，根據(jù)顯示屏上的圖像，由患側(cè)手臂控制VE中虛擬手臂移動，到達相應(yīng)位置后，由健側(cè)手控制抓取物品，再由患側(cè)手臂控制VE中的虛擬手臂移動到另一個位置，由健側(cè)手控制放置物品。該系統(tǒng)的控制方式與傳統(tǒng)鏡像療法很不相同，但基礎(chǔ)原理相似。Kenji Sato等對5例患有復(fù)雜區(qū)域性疼痛綜合征的患者進行臨床測試，視覺模擬評分(Visual Analog Scale,VAS)顯示，患者疼痛程度較訓(xùn)練前有明顯改善，其中4例疼痛減少50%，且手指靈活度也有明顯改善。

2016年，Beom等[25]設(shè)計一個可以實時運動的兩軸機器人，用于腦卒中后偏癱康復(fù)。該機器人在傳統(tǒng)的鏡像療法中加入可實時運動的機械臂，一只帶有3個AHRS傳感器的機械臂裝置用于健側(cè)，另一只包括2個無刷直流電機和機器人外骨骼機械臂用于患側(cè)。當健側(cè)移動時，AHRS傳感器將信號轉(zhuǎn)換成坐標信號，經(jīng)過計算機的計算轉(zhuǎn)換成扭力，傳遞給機器人外骨骼；患側(cè)手臂的外骨骼對患側(cè)手臂的移動進行扭力補償，使患側(cè)手臂和健側(cè)手臂做到同時同步移動，完成4個虛擬現(xiàn)實游戲(球進洞、足球游戲、點跟隨和推動杯子)。健側(cè)和患側(cè)的同步延遲約0.04～0.4 s。Beom等將該系統(tǒng)用于1例60歲的慢性右側(cè)基底神經(jīng)節(jié)出血患者進行測試，結(jié)果顯示，患者Fugl-Meyer運動功能評定量表(Fugl-Meyer Assessment,FMA)上肢部分增加，肘屈曲的改良Ashworth量表(modified Ashworth Scale,MAS)分級下降，左手測捏握力值明顯提高。這款可實時運動的兩軸機器人對偏癱后的上肢功能康復(fù)有效，但無法鍛煉手腕和手指功能。

有證據(jù)表明，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以改善腦卒中患者的運動功能[26]，提高患者的參與度和訓(xùn)練積極性，使患者提高治療強度[27]。上述兩種設(shè)備都加入了游戲模塊，同時都使用傳感器對健側(cè)手臂的移動位置進行定位捕捉?；趥鞲衅鞯亩ㄎ桓櫦夹g(shù)目前已較為成熟，檢測到的數(shù)據(jù)實時性好，且準確性強，符合鏡像治療的要求。第一種設(shè)備使用傳感器數(shù)據(jù)手套，這種設(shè)備可以準確識別手勢、記錄位置，但價格較昂貴，且穿戴式會給患者造成不適；第二種設(shè)備使用磁傳感器，可以實現(xiàn)動態(tài)實時跟蹤，但容易受到金屬物質(zhì)或電磁場的干擾。

2 功能電刺激(functional electrical stimulation,FES)鏡像集成療法

2014年Kim等[28]設(shè)計一款將鏡像訓(xùn)練和生物反饋FES (BF-FES)相集成的儀器，用于腦卒中后上肢功能康復(fù)。儀器的硬件包括一面鏡子、一個表面肌電信號探測儀、一臺筆記本電腦、一臺輸出控制器和一臺功能性電刺激儀。使用時，患者患側(cè)置于鏡子后，將表面肌電信號探測儀連接到身體兩側(cè)收縮肌肉凸起部位3 cm處，以及身體兩側(cè)肘關(guān)節(jié)彎曲時肌肉凸起部位2 cm處，患者按規(guī)定動作進行運動，探測到的表面肌電信號實時傳遞到電腦上的接收裝置中，當檢測到的表面肌電信號值超過預(yù)先設(shè)定的閾值時，F(xiàn)ES會對患側(cè)電刺激5 s；當檢測到的表面肌電信號未超過預(yù)先設(shè)定的閾值時，F(xiàn)ES不工作。所以當患者進行鏡像訓(xùn)練時，健側(cè)手執(zhí)行相應(yīng)動作時觸發(fā)FES，對患側(cè)相應(yīng)部分肌肉進行電刺激，從而達到康復(fù)的目的。Kim等對33例腦卒中患者用該儀器治療，與單純使用鏡像療法的患者相比，患者徒手肌力、抓取力量、活動范圍和腦卒中患者生活質(zhì)量評估明顯提高，MAS無明顯變化。

2014年Lin等[29]設(shè)計一款與FES相集成的鏡像治療裝置。該裝置使用網(wǎng)格手套進行FES，并在傳統(tǒng)的鏡盒裝置上進行了一些改進。使用前，先對患者的痙攣情況進行評級。使用時，患者患側(cè)穿戴網(wǎng)格手套，進行傳統(tǒng)鏡像訓(xùn)練治療，同時網(wǎng)格手套根據(jù)患者的痙攣情況給予不同強度、不同時間的FES。Lin等對該裝置進行了臨床測試，結(jié)果表明，鏡像治療與FES相集成的治療方式與傳統(tǒng)鏡像治療相比，患者手部運動功能有所提高，患手的靈活程度、自主移動和移動速度都有所提高。

FES是一種上肢康復(fù)的有效手段。大量臨床研究證明[30-31]，電刺激能顯著改善腦卒中患者的肢體功能，提高患者的生活自理能力，明顯降低致殘率。上述第一種設(shè)備使用表面肌電信號進行定位，將FES與鏡像療法相集成，鏡像地實現(xiàn)肌電生物反饋。有大量的研究表明[32-33]，肌電生物反饋技術(shù)有助于偏癱患者肢體功能的康復(fù)。因此這是一種很有效的上肢運動康復(fù)的方法。但表面肌電信號本身較微弱，容易受到干擾，依賴后期信號處理技術(shù)。為了實現(xiàn)穩(wěn)定的功能，還需要進一步研究。

3 增強現(xiàn)實技術(shù)鏡像集成療法

2015年Hoermann等[34]提出一種鏡像訓(xùn)練和增強反饋技術(shù)相集成的腦卒中康復(fù)設(shè)備。該設(shè)備由電腦、顯示屏、顯示屏支架、Senz3D攝像頭、攝像頭支架和一塊足夠大的藍布組成。顯示屏支架將顯示屏放置在用戶面前，將用戶的視線擋??；攝像頭安裝在屏幕后面、用戶手部的正上方；攝像頭通過標準相機架固定在桌子上；藍色的布要能夠覆蓋攝像頭能拍攝到的全部區(qū)域。訓(xùn)練時，用戶將健側(cè)手臂放在桌子上，被屏幕遮擋，顯示屏中只有鏡像處理后患側(cè)方向的手可以看到，仿佛患側(cè)手正在運動。Hoermann等對5例患者進行臨床測試，結(jié)果表明，其中3例患者的手功能、FMA上肢評分、MAS評分明顯提高，手指的痙攣情況也有改善，但手腕痙攣沒有改善，兩例患者感受到上肢功能恢復(fù)。

使用計算機視覺動作捕獲的鏡像療法是一種新方法，屬于增強現(xiàn)實的范疇。這項技術(shù)直接通過攝像機捕捉患者手部的位置和動作，真實感很強，且無需其他穿戴設(shè)備，不會造成患者的異樣感；設(shè)備簡單，便于移動和攜帶，成本低廉，具有很廣闊的研究空間。但該項技術(shù)目前還無法適應(yīng)所有的個體，容易受到環(huán)境干擾；患者的手掌大小、膚色、手型變化都會使手勢識別困難。目前還屬于實驗室研發(fā)階段。

4 其他技術(shù)鏡像集成療法

2015年Lee等[35]設(shè)計一款數(shù)字鏡治療系統(tǒng)，用于腦卒中上肢偏癱康復(fù)。該系統(tǒng)硬件設(shè)備包括一臺計算機、一臺高清攝像頭以及一個治療桌。治療桌上分為鏡像區(qū)域和運動區(qū)域，鏡像區(qū)域上放置一塊高清液晶顯示屏。使用時，患者坐在治療桌前，將健側(cè)手臂置于桌子的運動區(qū)域，患側(cè)手臂置于高清顯示器下方，使患者看不到患側(cè)手臂?；颊呓?cè)手臂的運動圖像被高清攝像頭捕捉到，傳送給電腦，經(jīng)計算機鏡像處理后再傳送給高清顯示器顯示。Lee等選取18名健康成年志愿者對數(shù)字鏡治療系統(tǒng)進行測試，結(jié)果表明鏡像神經(jīng)元系統(tǒng)皮質(zhì)激活情況顯著增強。這款數(shù)字鏡像治療系統(tǒng)的訓(xùn)練方式與傳統(tǒng)的鏡像治療并無差異，只是將傳統(tǒng)鏡面換成顯示器，使患者獲得更好的視覺角度，但在治療效果上并未有明顯提高。

5 結(jié)論

鏡像集成療法是一種需要患者高度參與的一種有效的治療方法。上述的增強現(xiàn)實技術(shù)鏡像集成療法，效果依賴于鏡像治療，所以很大程度取決于患者主觀參與度。

虛擬現(xiàn)實游戲鏡像集成療法和FES鏡像集成療法采用其他技術(shù)與鏡像治療相輔相成，共同促進提高治療效率；虛擬現(xiàn)實游戲集成鏡像集成療法系統(tǒng)中的虛擬游戲，可以鍛煉患者患側(cè)手臂的移動，同時增加患者的積極性，提高患者的主觀參與度，與鏡像治療相輔相成，提高治療效率；FES集成的儀器在鏡像治療時，使患側(cè)手臂鏡像跟隨健側(cè)手臂移動，使患者患側(cè)手臂的運動與患者在鏡子中看到的一致，視覺效果更真實，治療更有效。

鏡像療法在臨床上有巨大的應(yīng)用價值，但它也有一定的局限性。其技術(shù)原理決定了進行鏡像治療的患者應(yīng)為單側(cè)癱瘓，另一側(cè)應(yīng)具備一定的運動能力，沒有明顯的骨科或風濕性疾病的并發(fā)癥，且患者應(yīng)具備充分的認知能力去理解和應(yīng)用運動指令。鏡像集成療法可以在一定程度上降低傳統(tǒng)鏡像療法的局限性。

目前鏡像治療集成的技術(shù)還屬于應(yīng)用初級階段，但有非常高的臨床價值。其中利用傳感器在鏡像治療中加入虛擬游戲的技術(shù)目前正在起步階段，而虛擬游戲多樣，可針對患者病情為患者定制個性化、治療全面化的方案，將促使鏡像集成進一步發(fā)展。虛擬現(xiàn)實游戲鏡像集成療法是今后發(fā)展的新趨勢。

[1]Ramachandran VS,Rogers-Ramachandran D,Cobb S.Touching the phantom limb[J].Nature,l995,377(6549):489-490.

[2]王峻瑤,黃真.鏡像視覺反饋及其在康復(fù)醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用進展[J].中華物理醫(yī)學(xué)與康復(fù)雜志,2012,34(1):70-73.

[3]Dohole C,Püllen J,Nakaten A,et al.Mirror therapy promotes recovery from severe hemiparesis:a randomized controlled trial[J].Neurorehabil Neural Repair,2009,23(3):209-217.

[4]Altschuler EL,Wisdom SB,Stone L,et al.Rehabilitation of hemiparesis after stroke with a mirror[J].Lancet,1999,353 (9169):2035-2036.

[5]Stevens JA,Stoykov MEP.Using motor imagery in the rehabilitation of hemiparesis[J].Arch Phys Med Rehabil,2003,84(7): 1090-1092.

[6]Stevens JA,Stoykov MEP.Simulation of bilateral movement training through mirror reflection:a case report demonstrating an occupational therapy technique for hemiparesis[J].Top Stroke Rehabil,2004,11(1):59-66.

[7]Sathian K,Greenspan AI,Wolf SL.Doing it with mirrors:a case study of a novel approach to neurorehabilitation[J].Neurorehabil Neural Repair,2000,14(1):73-76.

[8]Seidel S,Kasprian G,Sycha T,et al.Mirror therapy forphantom limb pain-a systematic review[J].Wien Klin Wochenschr,2009,121(13-14):440-444.

[9]Hagenberg A,Carpenter C.Mirror visual feedback for phantom pain:international experience on modalities and adverse effects discussed by an expert panel:a Delphi study[J].PM R, 2014,6(8):708-715.

[10]Foell J,Bekrater-Bodmarm R,Diers M,et al.Mirror therapy for phantom limb pain:Brain changes and the role of body representation[J].Eur J Pain,2014,18(5):729-739.

[11]Sato K,Fukumori S,Matsusaki T,et al.Nonimmersive virtual reality mirror visual feedback therapy and its application for the treatment of complex regional pain syndrome:an open-label pilot study[J].Pain Med,2010,11(4):622-629.

[12]Cacchio A,de Blasis E,Necozione S,et al.Mirror therapy for chronic complex regional pain syndrome type 1 and stroke[J]. N Engl J Med,2009,361(6):634-636.

[13]Thieme H,Mehrholz J,Pohl M,et al.Mirror therapy for improving motor function after stroke[J].Cochrane Database Syst Rev,2012,3(1):CD008449.

[14]Avanzino L,Raffo A,Pelosin E,et al.Training based on mirrorvisual feedback influences transcallosal communication[J]. Eur JNeurosci,2014,40(3):2581-2588.

[15]Michielsen ME,Smits M,Ribbers GM,et al.The neuronalcorrelates of mirror therapy:an fMRI study on mirror induced visual illusions in patients with stroke[J].J Neurol Neurosurg Psychiatry,2011,82(4):393-398.

[16]Selles RW,Schreuders TA,Stam HJ.Mirror therapy in patientswith causalgia(complex regional pain syndrome type(II) following peripheral nerve injury:two cases[J].J Rehabil Med,2008,40(4):312-314.

[17]Aggarwal NK.Mirror therapy for facial paralysis in traditional South Asian Islamic medicine[J].Hist Neurosci,2013,22 (1):1-5.

[18]Auld ML,Russo R,Moseley GL,et al.Determination of interventionsfor upper extremity tactile impairment in childrenwith cerebral palsy:a systematic review[J].Dev Med Child Neurol, 2014,56(9):815-832.

[19]Pandian JD,Arora R,Kaur P,et al.Mirror therapy in unilateral neglect after stroke(MUST trial)[J].Neurology,2014,83 (11):1012-1017.

[20]沈芳,王晶,曾明.鏡像療法在腦卒中偏癱患者上肢運動功能康復(fù)中應(yīng)用的研究進展[J].中國康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志,2016,31(5): 590-593.

[21]Kim H,Miller LM,Fedulow I,et al.Kinematic data analysis for post-stroke patients following bilateral versus unilateral rehabilitation with an upper limb wearable robotic system[J]. IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng,2013,21(2):153-164.

[22]Cauraugh JH,Summers JJ.Neural plasticity and bilateral movements:A rehabilitation approach for chronic stroke[J]. Prog Neurobiol,2013,75(5):309-320.

[23]丁力,賈杰.“鏡像療法”作為一種康復(fù)治療技術(shù)的新進展[J].中國康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志,2015,30(5):509-512.

[24]Sato K,Fukumori S,Matsusaki T,et al.Nonimmersive virtual reality mirror visual feedback therapy and its application for the treatment of complex regional pain syndrome:an open-label pilot study[J].Pain Med,2010,11(4):622-629.

[25]Beom J,Koh S,Nam HS,et al.Robotic mirror therapy system for functional recovery of hemiplegic arms[J].J Vis Exp, 2016,114:e54521.

[26]Laver KE,George S,Thomas S,et al.Virtual reality for stroke rehabilitation[J].Eur J Phys Rehabil Med,2012,48(3): 523-530.

[27]Norine F,Shelialah P,Katherine S,et al.Are recommendations regarding inpatient therapy intensity following acute stroke really evidence-based?[J].Top Stroke Rehabil,2012,19 (2):96-103.

[28]Kim JH,Lee BH.Mirror therapy combined with biofeedback functional electrical stimulation for motor recovery of upper extremities after stroke:a pilot randomized controlled trial[J]. Occup Ther Int,2015,22(2):51-60.

[29]Lin KC,Huang PC,Chen YT,et al.Combining afferent stimulation and mirrortherapy for rehabilitating motor function,motor control,ambulation,and dailyfunctions after stroke[J]. Neurorehabil Neural Repair,2014,28(2):153-162.

[30]Kilgore KL,Peckham PH,Keith MW,et al.Durability of implanted electrodes and leads in an upper limb neuron prosthesis[J].J Rehabil Res Dev,2003,40(6):457-468.

[31]Weingarden H,Ring H.Functional electrical stimulation inducedneural changes and recovery after stroke[J].Eura Medicophys,2006,42(2):87-90.

[32]侯紅,王彤,李奇.生物反饋訓(xùn)練改善腦損傷偏癱患者握力的臨床觀察[J].中華物理醫(yī)學(xué)與康復(fù)雜志,2011,33(2):53-55.

[33]向桃,羅倫,伍明全,等.肌電生物反饋療法對腦卒中偏癱患者腕背伸功能影響的臨床研究[J].華西醫(yī)學(xué),2010,25(4): 705-706.

[34]Hoermann S,Schmidt H,Ferreira DSL,et al.Computerized mirror therapy with augmented reflection technology for stroke rehabilitation:A feasibility study in a rehabilitation center[C]. InternationalConferenceon VirtualRehabilitation,2015: 199-206.

[35]Lee HM,Li PC,Fan SC.Delayed mirror visual feedback presented using a novel mirror therapy system enhances cortical activation in healthy adults[J].Neuroeng Rehabil,2015,12(1): 56.

Advance of Mirror Integrated Therapy for Upper Limbs Rehabilitation(review)

LIANG Shuang,ZOU Ren-ling,JIANG Ya-bin,XU Xiu-lin,HU Xiu-fang
University of Shanghai for Science and Technology School of Medical Instrument and Food Engineering,Shanghai 200093,China

ZOU Ren-ling.E-mail:zourenling@163.com

Mirror therapy has been widely used in practice as an effective rehabilitaiton method.Mirror integrated therapy combined mirror therapy with some other technologies,such as virtual reality,functional electrical stimulation,augmented reality,etc.,to enhance the task orientation,and improve the efficiency of treatment.

mirror therapy;integrated therapy;upper limb;virtual reality;functional electrical stimulation;augmented reality;review

10.3969/j.issn.1006-9771.2017.01.014

R496

A

1006-9771(2017)01-0059-04

2016-12-01

2016-12-29)

上海市科學(xué)技術(shù)委員會科研計劃項目(No.14441905100)。

上海理工大學(xué)醫(yī)療器械與食品學(xué)院，上海市200093。作者簡介：梁爽(1993-)，女，漢族，內(nèi)蒙古呼倫貝爾市人，碩士研究生，主要研究方向：康復(fù)醫(yī)療器械。通訊作者：鄒任玲(1971-)，女，副教授，碩士研究生導(dǎo)師。E-mail:zourenling@163.com。