生物力学方法在针刺治疗脑卒中上肢功能障碍中的应用进展

摘要：脑卒中患者上肢功能较下肢功能而言恢复更为缓慢，这一直是康复医学领域的研究热点。针刺为中医特色疗法，配合现代康复治疗临床疗效显著。生物力学方法为脑卒中上肢功能障碍临床评估和干预的客观、可靠技术，将运动学、动力学测量与肌电信号相结合，为解锁靶向损伤特异性治疗提供了新的见解。总结分析生物力学在针刺治疗脑卒中上肢功能障碍中的研究现状，为未来工作中需要解决的挑战和问题提供新的视角，以更好地理解生物力学方法在针刺治疗脑卒中上肢功能康复评定领域的发展与机遇。

关键词：脑卒中；生物力学；针刺；上肢功能；动力学测量

脑卒中又称中风，具有高发病率、高复发率、高病残率、高病死率和高经济负担的特点[1]。其中，约80%急性中风患者存在上肢运动功能障碍，包括运动、协调、感觉和灵活性丧失，50%～60%患者治疗6个月后仍有持续的上肢功能受损[2]。持续手臂损伤和功能丧失往往导致患者生活质量下降，这也是中风最令人痛苦的长期后果之一。改善中风后上肢功能为临床研究重点[3]。早期康复治疗可以在关键时期利用神经可塑性维持和改善患者上肢运动功能，提高患者生活质量[4～5]。中医治疗脑卒中后上肢功能障碍首选针刺疗法，尤其是针对中风急性期后的治疗。针刺治疗主要以疏通经络、益气活血为基本治则[6～7]。当前临床主要采用Fugl-Meyer评分、Ashworth或改良Ashworth量表、Barthel指数等评估 患者日常运动功能。虽然这些量表的有效性和可靠性已经在临床应用中得到验证，但具有一定的主观性以及上下界限效应，降低了量表的敏感度[8]。结合生物力学（运动学、动力学）与神经电生理（肌电图、脑电图）客观评估脑卒中患者运动功能，可为针刺治疗效果评估提供可靠且敏感的量化指标，促进机器人和人工智能设备在中风后功能障碍临床治疗实践中的应用。

1运动学评估

脑卒中患者通常会表现出异常的运动模式，如上肢运动不协调以及身体为完成任务而进行的代偿运动[9]。临床评估运动功能时，在区分运动恢复和运动补偿方面存在一定局限性。运动恢复指受损结构的生理运动模式恢复。代偿运动是指通过适应运动模式来完成任务的能力。如何选择适当的干预措施需要基于运动恢复还是代偿的评估效果。因此，将运动学分析结果与临床评估相结合，有助于区分运动恢复和代偿性运动模式，并且运动学分析与脑卒中试验中的其他临床测量指标具有良好的相关性。运动学分析常用的测量方法包括三维运动捕捉系统、惯性传感器、外骨骼机器人装备等。主要的观察指标包括运动速度、时间、距离和关节角度等。评估运动质量的参数则可分为运动平滑性、效率、控制策略、准确性、活动范围等。

活动范围是衡量一个或多个关节活动程度的指标，常用的测量方法包括外骨骼机器装置、三维运动捕捉系统、惯性传感器等。其中，外骨骼装置的惯性和重量可能会影响肩、肘和手的协同耦合，容易影响运动学结果评估，多用于治疗过程中训练任务的辅助评估。主要的测量指标包括肩、肘、腕关节以及躯干的运动角度。通过关节活动角度和范围，可以描述运动任务的空间位置，从而评估代偿性运动策略。王子豪等[10]基于互动式头针结合上肢外骨骼机器人探讨对脑卒中患者上肢功能的影响，发现与对照组相比，治疗组量表评分、上肢运动功能、上肢执行功能性任务能力以及日常生活活动能力提升均更为显著。李杰等[11]观察针刺联合早期肩肱节律训练对脑卒中后肩痛患者疼痛控制、关节活动及生活质量的影响，发现治疗后两组前屈、后伸、外展、内旋、外旋活动度均显著提高，且观察组显著高于对照组。

脑卒中上肢功能损伤的运动学测量指标，通常都会和临床量表进行比较和相关性分析，从而相互验证康复评估的有效性。其中，Fugl-Meyer上肢功能评分与运动的时间、平滑度、峰值速度以及肘关节伸展和肩关节屈曲有显著相关性。因此，将运动学的客观指标与临床量表评估相结合，可以有效评估脑卒中上肢功能的损伤程度以及康复效果。但在临床应用过程中，需要注意不同测量设备与评估任务、受试者特征以及针刺治疗方案之间的适配性，应针对不同受试者的评估任务选择合适的客观测量指标。

2动力学评估

动力学测量同样作为临床辅助评估工具，与运动学测量结合可为运动质量评估提供更细致的数据。脑卒中上肢功能的动力学分析常用的测量方法包括力学传感器、等速肌力测试仪、外骨骼机器人装备等，主要的观察指标包括运动过程中力与时间比、力峰值数、做功和关节力矩等[12～13]。其中，等速肌力测试可以评定关节的肌力情况，提供峰力矩、峰力矩比值、峰力矩角度、力矩加速能、总功等多项评价指标[14]。利用等速肌力测试可以反映慢性轻中度脑卒中偏瘫患者肌力训练前后的变化情况。赵青青等[15]分析脑卒中患者患侧和健侧上肢肩关节和腕关节周围肌力特征，发现与健侧和健康对照组相比，脑卒中受试者患侧肩屈伸肌、肩内收外展肌和腕屈伸肌的峰力矩、总功和平均功率均显著下降，并且患侧肩和腕关节周围肌群的等速肌力下降与Fugl-Meyer上肢功能评分有显著正相关性。宋凡等[16]则将等速肌力测试应用于肌肉痉挛的评定。使用等速肌力测试系统在量化评估肌肉功能方面具有优势，但受限于仪器自由度，不能完成相应日常功能任务的运动评估，结合机器人及传感器的应用可以更好地评估脑卒中患者上肢关节运动功能[17]。

脑卒中上肢功能损伤的动力学测量指标多集中在肌力、力矩和功率方面，但由于等速肌力测试仪以及外骨骼机器人装备限制，评估任务相对而言比较固定。对于较为复杂的日常运动任务，不能通过测力台或其他压力传感器进行更为精确的逆向动力学推导关节力矩等信息。因此，在对针刺治疗脑卒中上肢功能的康复评定中，可以开发更为便捷的测量设备，并将动力学指标与运动学表现相结合，更有效地评估患者运动功能损伤部位与康复效果。

3肌电图评估

运动学和动力学测量已经为脑卒中患者上肢功能分析提供许多信息，但无法明确神经肌肉性能损伤的具体来源，通常需要采用神经电生理技术，如肌电图、脑电图、近红外检查等，作为生物力学方法的补充量化神经肌肉激活表现，有助于研究中风的影响及其损伤的潜在机制，为临床更加精准地评估与治疗提供客观依据。并且，机器人辅助设备的开发也依赖于使用肌电信号来分析患者的运动意图，从而进行精确调整。

肌电图主要包括针刺肌电图、表面肌电图以及高密度矩阵式表面肌电图等。针刺肌电图主要通过记录肌肉和神经冲动或诱发产生的电信号来检查神经损伤。表面肌电图是记录表层肌肉收缩引起的电生理活动，多与运动学数据同步采集分析，广泛用于临床评估和神经康复[18]。高密度矩阵式表面肌电图则使用更高密度通道的阵列/矩阵电极研究肌肉局部的细微电生理活动和神经传导速度、运动单元放电等。常规表面肌电图的信号处理方法主要有时域分析和频域分析，时域分析通过峰值（最高振幅）、平均肌电值（单位时间内振幅的平均）、积分肌电值（单位时间内曲线下面积的总和）、均方根值（原始信号进行均方根处理）等指标，反映单位时间内所采集肌肉部位运动单元的激活数量，可以体现肌肉在单位时间内的收缩特性，从而评估手与上肢肌肉痉挛状态。频域分析则利用傅里叶转换，获得肌电信号的频谱或功率谱，通过中位频率（功率谱面积等分点对应的频率）、平均频率（频率的平均值），反映表面肌电信号在不同频率分量的变化，是临床判别肌肉疲劳程度的常用指标。李雪萍等[19]通过让中风患者做握拳和伸指的动作，记录前臂屈伸肌群平均肌电值来观察康复治疗前后的改变，发现表面肌电信号能够动态反映治疗前后前臂肌群的改善情况。董春雪等[20]通过观察针刺联合川平法治疗脑卒中后上肢功能障碍的疗效及对电生理特征的影响，发现针刺联合川平法能够有效提高患者上肢及手部主要肌群的最大收缩时肌电信号界限值，改善患者上肢及手部肌肉的收缩能力，从而显著提升患者的上肢和手部运动功能，降低上肢肌张力，改善患者的日常生活质量。

表面肌电图方法评估针刺治疗脑卒中上肢运动功能提供更加精确的诊断和策略，但是患者上肢功能损伤严重程度、病变部位等病理因素可能影响肌肉激活的表达，并且分析肌电信号的实验方案和方法各不相同，需要制定标准实验方案和最佳信号处理方法来增加表面肌电图在临床实践中的影响。未来可以发展多模态或多参数方法，加深对肌电信号处理的认识，探索结合深度学习等方法，实现对多关节复杂运动的精确、实时和长时间预测。

4结论与展望

生物力学测量方法已成功并广泛应用于脑卒中患者上肢功能的康复评定方面，运动学、动力学、表面肌电信号参数与临床量表也具有较强相关性。这种主客观方法结合可以有效评估脑卒中患者上肢功能，为临床诊疗提供了科学依据。结合可靠的生物力学与神经电生理指标评估卒中患者上肢功能，可为针刺治疗脑卒中上肢功能障碍提供更客观的数据，促进针刺疗法的推广与应用。

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