上肢癱瘓肢體康復(fù)訓(xùn)練的刺激電極貼附“處方”設(shè)計(jì)

李紫瑄 王海鵬 盛滟鴻 陸宇雷

摘 要：針對(duì)癱瘓肢體電刺激康復(fù)訓(xùn)練中尋找個(gè)體體表的電極定位貼附較困難問題，文章提出了使用基于經(jīng)穴部位國家標(biāo)準(zhǔn)的刺激位點(diǎn)定位方法來確定上肢手腕部各康復(fù)動(dòng)作對(duì)應(yīng)的刺激位點(diǎn)。該定位方法采用“骨度”折量寸定位法先預(yù)先為每個(gè)人定義“寸”的概念，即將個(gè)體的肘橫紋至腕掌紋長度定位12“寸”對(duì)應(yīng)于其實(shí)際前臂長度。因此將電極貼附位置中的個(gè)體差異轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的“寸”，從而使最后得到的基于“寸”為單位的刺激位點(diǎn)位置，并進(jìn)行與中醫(yī)穴位的關(guān)聯(lián)對(duì)比研究，從而更具有指導(dǎo)和參考意義，即稱之為醫(yī)學(xué)中的“處方”。文章使用雙通道“肢動(dòng)儀”進(jìn)行刺激實(shí)驗(yàn)，并確定了指伸、指屈、腕伸、腕屈、尺偏、橈偏、旋前和旋后八個(gè)動(dòng)作以“寸”為單位的“處方”設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：運(yùn)動(dòng)功能重建；肌電橋；功能性電刺激；中醫(yī)穴位

中圖分類號(hào)：R318.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）01-0034-04

Abstract： In view of the difficulty in finding the electrode location on the body surface of the paralyzed limbs during the rehabilitation training by electrical stimulation， in this paper， a method based on the national standard of acupoint location is proposed to locate the stimulation sites corresponding to the rehabilitation actions of the upper extremities and wrists. In this method， the concept of "inch" is defined for each person in advance using the method of "bony size". That is to say， 12 "inches" of the length from elbow stripe to carpal print correspond to the actual length of forearm. Therefore， the individual difference in the electrode attachment position is converted into the standard "inch"， so that the final "inch"-based stimulation point is obtained， and the correlation study with the traditional Chinese medicine acupoints is carried out. Thus， it is more instructive and referential. It is called "prescription" in medicine. In this paper， the stimulation experiment was carried out using a two-channel "limb motion instrument"， and the "prescription" design of the eight movements of finger extension， finger flexion， wrist extension， wrist flexion， ulnar deviation， radial deviation， pronation and supination was designed in the unit of "inch".

Keywords： motor function reconstruction； myoelectric bridge； functional electrical stimulation； acupoints of traditional Chinese medicine

1 概述

癱瘓是指人神經(jīng)系統(tǒng)受損傷而導(dǎo)致的單一或多肌肉感覺和運(yùn)動(dòng)功能的喪失。在癱瘓肢體運(yùn)動(dòng)功能重建方面，上肢的運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)對(duì)于患者的正常生活具有重要意義，并且上肢手部精細(xì)動(dòng)作功能的康復(fù)要遠(yuǎn)比下肢粗大動(dòng)作需要更長的時(shí)間，面臨更大的困難[1]。傳統(tǒng)的癱瘓肢體康復(fù)治療方法主要包括藥物治療和工程學(xué)方法康復(fù)治療，在工程學(xué)方法中主要有外骨骼、神經(jīng)假體、功能性電激（FES， Functional Electrical Stimulation）等方法[2]。外骨骼與神經(jīng)假體價(jià)格昂貴且通常為功能取代，對(duì)肢體本身并沒有功能康復(fù)作用；普通的功能性電刺激僅僅是簡(jiǎn)單的人工編碼刺激信號(hào)使肢體被動(dòng)重復(fù)動(dòng)作，訓(xùn)練者往往無法主動(dòng)參與其中只能起到防止肌肉萎縮的作用。

鑒于上述方法針對(duì)癱瘓患者肢體運(yùn)動(dòng)功能的重建遇到的困難，東南大學(xué)王志功和呂曉迎兩位教授領(lǐng)導(dǎo)課題組提出了基于通信原理與肌電（EMG， Electromyographic）信號(hào)控制的癱瘓肢體運(yùn)動(dòng)功能重建方法[3]。通過受控肢體與控制肢體運(yùn)動(dòng)EMG信號(hào)之間在空間、時(shí)間和編碼三方面的對(duì)應(yīng)關(guān)系，處理控制側(cè)肢體EMG信號(hào)后轉(zhuǎn)化成適當(dāng)?shù)腇ES脈沖以實(shí)現(xiàn)受控側(cè)肢體運(yùn)動(dòng)功能的重建[2]。由于該方法實(shí)現(xiàn)時(shí)是在健康肢體和癱瘓肢體的對(duì)應(yīng)主動(dòng)肌之間構(gòu)建一個(gè)“通信系統(tǒng)橋”用于傳遞信息，所以稱該方法為“肌電橋”，并開發(fā)出無創(chuàng)的“雙通道癱瘓肢體功能重建儀”，簡(jiǎn)稱“肢動(dòng)儀”[4]。通過使用雙通道“肢動(dòng)儀”在腦卒中急性期、亞急性期偏癱患者上肢康復(fù)臨床對(duì)照實(shí)驗(yàn)表明“肌電橋”對(duì)于偏癱病人上肢運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)是有效的[5]。但要在個(gè)體上實(shí)現(xiàn)癱瘓肢體的多自由度受控動(dòng)作，需要發(fā)現(xiàn)刺激電極在個(gè)體體表的電極定位貼附方法，研究如何快速、準(zhǔn)確的貼附刺激電極在受控者上肢從而完成對(duì)應(yīng)康復(fù)訓(xùn)練動(dòng)作具有重要意義。

本文提出了使用基于經(jīng)穴部位國家標(biāo)準(zhǔn)的刺激位點(diǎn)定位方法來確定上肢手腕部各康復(fù)動(dòng)作對(duì)應(yīng)的刺激位點(diǎn)。該定位方法采用“骨度”折量寸定位法先預(yù)先為每個(gè)人定義“寸”的概念，即將個(gè)體的肘橫紋至腕掌紋長度定位12“寸”對(duì)應(yīng)于其實(shí)際前臂長度。因此將電極貼附位置中的個(gè)體差異轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的“寸”，從而使最后得到的基于“寸”為單位的刺激位點(diǎn)位置，并進(jìn)行與中醫(yī)穴位的關(guān)聯(lián)對(duì)比研究，從而更具有指導(dǎo)和參考意義，即稱之為醫(yī)學(xué)中的“處方”。本文使用雙通道“肢動(dòng)儀”進(jìn)行刺激實(shí)驗(yàn)，并確定了指伸、指屈、腕伸、腕屈、尺偏、橈偏、旋前和旋后八個(gè)動(dòng)作以“寸”為單位的“處方”設(shè)計(jì)。

2 受試者與方法

2.1 受試者

本次實(shí)驗(yàn)共招募6名健康受試者（3名男性，3名女性，年齡21.2 1.9歲）參加本研究。每個(gè)受試者要求在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行前24小時(shí)之內(nèi)不能做劇烈運(yùn)動(dòng)，并且所有受試者在參加本研究實(shí)驗(yàn)前均已簽署知情同意書。

2.2 基于中醫(yī)“寸”的上肢坐標(biāo)系建立

構(gòu)建前臂坐標(biāo)系如圖1所示。按照中醫(yī)學(xué)中所講的單位“寸”，將前臂旋后姿勢(shì)的橈骨遠(yuǎn)端手腕褶皺的末端被定義為起源，內(nèi)側(cè)遠(yuǎn)端手腕褶皺為正x軸（D-E-F-G），背側(cè)手腕褶皺朝向尺骨莖突為負(fù)x軸（H-A-B-C），以及連接手腕折痕和垂直于手腕折痕的肘部折痕作為正y軸的線。正負(fù)x軸等間距分成8段（A-G），正y軸根據(jù)前述個(gè)體的肘橫紋至腕掌紋長度等分成12“寸”，然后構(gòu)建目標(biāo)刺激位點(diǎn)陣列，點(diǎn)與點(diǎn)間距為1“寸”。

2.3 手腕部動(dòng)作位點(diǎn)測(cè)定方法

從中醫(yī)穴位來看，整個(gè)上肢部分可細(xì)分為大經(jīng)脈之間的不同區(qū)域，這些區(qū)域由不同的神經(jīng)分支支配[6，7]。實(shí)驗(yàn)前期發(fā)現(xiàn)，體表電極面積越小，對(duì)前臂下半部分穴位的選擇性和靈敏程度越高；體表電極面積越大，對(duì)前臂上半部分穴位的選擇性和靈敏程度越高。為了提高刺激選擇性，故在此采用直徑為2.3cm圓形水凝膠電極，進(jìn)行陣列式刺激尋找單個(gè)手指屈的刺激位點(diǎn)，并將4×4cm2方形水凝膠電極置于肘部鷹突處作為參考電極。刺激器采用雙通道“肢動(dòng)儀”，工作模式為普通模式，刺激參數(shù)為50Hz雙相非對(duì)稱平衡脈沖。根據(jù)前期臨床科學(xué)研究得出非對(duì)稱的電荷平衡刺激脈沖刺激選擇性好，適合小肌肉群刺激。故本實(shí)驗(yàn)中刺激波形采用1：4的正負(fù)雙相脈沖刺激波形，示意圖如圖2所示，刺激時(shí)長為1s。

然后用于確定刺激點(diǎn)的位置的遍歷任務(wù)從每個(gè)對(duì)象的前臂坐標(biāo)系中的坐標(biāo)原點(diǎn)開始。陰極（刺激電極）電流以8mA強(qiáng)度開始。在確保受試者實(shí)驗(yàn)任務(wù)期間前臂位置沒有改變，同時(shí)沒有不適的情況前提下，調(diào)整刺激強(qiáng)度和陰極電極沿格點(diǎn)位置移動(dòng)。每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)被刺激兩次以確定哪些手指處于運(yùn)動(dòng)中以及哪種類型的運(yùn)動(dòng)。最終確定沒有刺痛、肌肉疼痛或不適的網(wǎng)格點(diǎn)作為刺激點(diǎn)。在其他前臂位置進(jìn)行了相同的遍歷任務(wù)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 基于“寸”手腕部動(dòng)作運(yùn)動(dòng)位點(diǎn)測(cè)定圖

將6名受試者依次進(jìn)行手腕部動(dòng)作位點(diǎn)測(cè)定實(shí)驗(yàn)，刺激的目標(biāo)動(dòng)作分別是腕伸、腕屈、指伸、指屈、尺偏、橈偏、旋前和旋后等動(dòng)作。然后根據(jù)得到的動(dòng)作位點(diǎn)按照事先建立好基于中醫(yī)“寸”的上肢坐標(biāo)系作圖，如圖3所示列出了受試者分別在腕伸、腕屈、指伸、指屈這四個(gè)動(dòng)作時(shí)的測(cè)得的最佳動(dòng)作運(yùn)動(dòng)位點(diǎn)。以圖3中為（a）和（b）腕伸動(dòng)作為例，可以看到腕伸刺激位點(diǎn)多集中在手前臂背側(cè)，在手臂內(nèi)側(cè)有少量位點(diǎn)也可刺激實(shí)現(xiàn)腕伸動(dòng)作。而圖3（c）和（d）對(duì)應(yīng)位點(diǎn)位置被測(cè)定為實(shí)現(xiàn)腕屈動(dòng)作的刺激位點(diǎn)，分布在前臂內(nèi)外兩側(cè)靠近拇指端。從圖中也可以得到腕伸和腕屈動(dòng)作有相互交叉的動(dòng)作位點(diǎn)。圖3（e）和（f）是手指伸的動(dòng)作位點(diǎn)示意圖，圖3（g）和（h）是手指屈的動(dòng)作位點(diǎn)。為了更加清晰的展示手指伸/指屈的動(dòng)作位點(diǎn)，圖4將1名受試者每個(gè)手指指屈的動(dòng)作位點(diǎn)進(jìn)行分別標(biāo)注。圖中從上到下依次為拇指、食指、中指、無名指和小指的指屈動(dòng)作位點(diǎn)分布圖。

3.2 基于“寸”手腕部動(dòng)作運(yùn)動(dòng)位點(diǎn)測(cè)定與穴位的關(guān)聯(lián)比對(duì)研究

結(jié)合基于“寸”手腕部動(dòng)作運(yùn)動(dòng)位點(diǎn)分布圖，本文與中醫(yī)穴位在人體的分布標(biāo)準(zhǔn)位置進(jìn)行關(guān)聯(lián)對(duì)比研究，得到了手腕部運(yùn)動(dòng)位點(diǎn)與中醫(yī)人體穴位的關(guān)聯(lián)研究結(jié)果，如表1所示。上述手腕部動(dòng)作位點(diǎn)與人體對(duì)應(yīng)穴位都有一定關(guān)聯(lián)，根據(jù)6位受試者的刺激位點(diǎn)分布，可以得到除指伸、尺偏和橈偏動(dòng)作與對(duì)應(yīng)的穴位有2寸范圍，其余動(dòng)作位點(diǎn)與對(duì)應(yīng)穴位的距離均在一“寸”范圍內(nèi)。由于指伸/指屈動(dòng)作包括五指的動(dòng)作，所以對(duì)應(yīng)的刺激位點(diǎn)和穴位較多。旋前和旋后同樣也有較多的刺激位點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的穴位，因而位點(diǎn)與穴位的距離也較大。最后，在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)使肘屈動(dòng)作的刺激位點(diǎn)與曲池穴直接對(duì)應(yīng)。

4 結(jié)論

本文針對(duì)癱瘓肢體電刺激康復(fù)訓(xùn)練中尋找個(gè)體體表的電極定位貼附較困難問題，提出了使用基于經(jīng)穴部位國家標(biāo)準(zhǔn)的刺激位點(diǎn)定位方法來確定上肢手腕部各康復(fù)動(dòng)作對(duì)應(yīng)的刺激位點(diǎn)，并通過與中醫(yī)穴位的關(guān)聯(lián)對(duì)比研究得到基于穴位的電極位置貼附“處方”，從而加快在使用電刺激時(shí)進(jìn)行上肢癱瘓肢體康復(fù)訓(xùn)練時(shí)的電極貼附效率和準(zhǔn)確率，具有重要臨床指導(dǎo)意義。

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