腦卒中偏癱患者上肢運動功能的生物力學機制研究

《腦卒中偏癱患者上肢運動功能的生物力學機制研究》是依託北京大學，由黃真擔任負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：腦卒中偏癱患者上肢運動功能的生物力學機制研究
• 項目負責人：黃真
• 依託單位：北京大學
• 項目類別：面上項目

項目摘要

腦卒中是導致運動殘疾的主要疾病，功能恢復主要依賴康復治療。以生物力學為核心的運動再學習理論有效地指導了運動康復治療方案的制定。但是，由於上肢生物力學特徵複雜，目前相關研究未能揭示患者實際狀態下上肢三維運動中多關節運動相關肌群間的協調水平及與運動實時同步對應的生物力學機制，致使上肢功能康復率較低。本課題擬在申請者前期相關研究和運動再學習方面研究積累的基礎上，結合中科院研究生院研發的我國第一個人體運動捕獲系統和同步陣列式高精度肌電採集和分析技術，突破方法學上的瓶頸，研究腦卒中患者上肢夠物技能多關節三維運動相關肌肉狀態及肌群間協調機制，揭示影響功能恢復的關鍵性生物力學特徵，並建立數位化特徵度量系統，為臨床分析功能康復的關鍵性限制因素提供依據，更科學地最佳化治療，動態定量監測療效及判斷預後，使運動再學習理論上升到數位化高度。研究成果將為建立新一代數字康復分類系統提供關鍵信息，使之更為廣泛地惠及患者。

結題摘要

本項目旨在研究腦卒中患者上肢夠物過程中的相關運動學和肌電特徵，揭示異常運動模式機制及影響功能的關鍵性生物力學特徵，以期建立數位化特徵度量系統，為功能康復提供依據。 研究中對腦卒中患者和健康人在上肢前屈夠物的三維動態過程中，套用自主研發的運動捕獲系統和表面肌電儀對多關節的運動信息和相關肌群的表面肌電信號進行了同步採集，並通過數學建模篩選和分析，形成了特徵性參數。運動學參數主要包括：最大運動角度、角度分散度、運動平均速度、軀幹扭轉度及速度熵。表面肌電採用時域分析了肌肉做功分布及肌群間做功比，並通過非負性矩陣分解計算的方法得到了肌肉協同（Muscle Synergies）的特徵性變數。結果發現患者的特徵性參數均與健康人有顯著性差異，且與臨床評測Fugl-meyer量表有顯著相關性。運動學參數定量反映了患者對運動軌跡的控制能力減弱，且出現軀幹代償，所代表的運動質量差異客觀量化地反映了患者功能障礙的嚴重程度。肌電信號分析發現患者三角肌前組/斜方肌做功比顯著低於健康人，需要斜方肌共同做功來完成前屈動作，且肌電特徵與運動學間存在顯著對應關係。這表明臨床所見的偏癱患者的運動表現可能是由於主縮肌力弱而出現的代償性異常運動模式。對肱二頭肌/肱三頭肌做功比的分析表明，儘管患側上肢主動伸肘時做功比出現變小的拐點，但整體顯著高於健康人，說明屈曲協同模式的持續存在。由此，本項目提出了肌肉協同的分析方法，它是為了解決上肢運動中多自由度問題而提出的諸多模型之一，直接反應中樞神經系統的運動控制變化。結果形成3個特徵分量，病情越輕，其協同模式與正常對照越相似，呈保留模式，且與臨床評估Fugl-meyer或Brunnstrom分期一直，能定量地直接反應中樞控制的變化。本項目研究結果為腦卒中偏癱患者上肢異常功能提供了生物力學機制依據，提出了運動學、表面肌電和協同模式等一系列數字指標及其測量方法，為運動功能評估的數位化、智慧型化提供了關鍵技術，為康復治療提供了指導性思路和制訂方案的依據。