recoveriX脑机接口脑卒中康复系统讨论会议——关于脑卒中患者康复情况与软件特点的讨论

脑机接口社区

发布于 2023-02-13 16:43:01

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发布于 2023-02-13 16:43:01

脑机接口(BCI)系统作为康复工具，可帮助亚急性和慢性中风患者恢复上肢运动。最近的研究表明BCI-FES-avatar康复系统(recoveriX，g.tec medical engineering GmbH, Austria)治疗比传统康复治疗有更好的效果。BCI与功能电刺激(FES)和虚拟现实(VR)等技术相结合，可以在患者执行治疗任务时，通过改进的运动想象(MI)时的实时信号检测，诱导神经可塑性，从而恢复神经功能。

recoveriX康复系统可以检测到患者手部动作的想象是否正确，并让患者知道这些动作想象是否正确。例如，如果病人想象一次正确的左手运动，那么显示器上的一只卡通手会模仿这个运动，同时肌肉刺激器(FES)可帮助左手运动。这样，当病人正确地执行想象动作时，系统会给他奖励性的反馈。看到卡通人物的手移动，同时也感觉自己的手移动，可以帮助激励患者，鼓励他们的大脑重新学习运动功能。

recoveriX 康复训练系统原理

第一部分

中风(脑卒中)患者在接受上肢与下肢的康复治疗的进展

该患者是一名55岁的男性，距离中风(脑卒中)发作的时间点已有5年零3个月之久。该患者的卒中区为大脑皮层与皮层下部(Cortex + Subcortex)，该病情使得他的左侧肢体的运动功能受到了严重的限制。

该患者接受了为期24个月的持续特定化的recoveriX康复治疗。患者主要接受了三段对于特定肢体部位的康复治疗。值得强调的是，其中最后一段时间的对于下肢的康复治疗阶段是患者依据疗效与自身康复情况主动地向研究人员们提出的。这意味着，患者不仅对于这类康复过程是秉承着一种积极向上地态度，而且还对recoveriX康复系统地治疗原理与效果给予了肯定。这非常值得重视。

患者首先接受地是上肢康复治疗。该治疗阶段地前后都有进行专业的相关评估。在第12个月左右开始对下肢的运动功能进行康复。该治疗阶段比较复杂，在治疗前期进行的两次评估，在治疗后期又进行了不同时间间隔的功能评测。第三阶段则是患者志愿要求的对与下肢的再次康复训练阶段，该阶段在训练前后各进行了一次评估。

下图为不同时间段对患者上肢的Fugl-Meyer评估。在对手部的训练阶段，前后的评估分数有非常明显的变化，从15增长至26。在第一段训练后与腿部训练前的一段时间呈现出一定程度的下降趋势。但在进行腿部运动想象训练时与结束腿部运动想象训练后，又出现了明显的分数增长趋，且持续时间较长。随在第三段的腿部运动想象训练时，上肢的评分没有变化，但依然处于一个较高的分数上。通过这两年的训练，针对上肢运动功能的评估总共增加了10 (增加了15%)。

最重要的一点是，该三段训练，只有第一段是专门对上肢的运动想象的训练，在之后的两段训练中，只针对下肢进行了recoveriX运动想象训练。这种现象的背后隐藏着一些非常积极的因素有待研究与思考。其次，该患者的大拇指的运动能力得到显著提高。

同理，在下图中反应的则是在各个阶段得到的对下肢的评估分数的变化。最终由24增长到28 (增加了12%)。

下图为在针对下肢训练期间的“Timed Up and Go”(按照指令从椅子上站立，向正前方行走3m并转身返回后坐下)所用时间的记录与对比。从整体上来看，所用时间是越来越少的。从起初的14.0s下降至最后的10.6s。总共24%的变化，这是一个非常明显的变化。同样也是对康复疗效的正面反馈。另外，在每次的训练过程前后变化差值是最明显的，这也说明基于运动想象的康复疗效是非常明显的。

同时，研究者们还对患者进行了“10 Meter Walk Test”，测量了患者按照自己所选择的正常速度行走10m所用时间，与以最快速度走完10m距离所用的时间。对于患者在“正常速度”下走完10m的情况，所用时间由8.2s降至6.1s，有26%的显著提升。这也意味着患者的正常行走速度越来越快，下肢功能得到了显著改善。同样的趋势在最快行走速度进行的测试中也体现了出来，并且也有0.7s (14%)的明显改善。

第二部分

recoveriX运动想象康复系统的介绍

内容：

·对于下肢的运动的基于运动想象的康复治疗

·基于qEEG的中风(脑卒中)生物标记

·recoveriX可对格林-巴利综合症的改善

·对recoveriX报告的解读

·显著性与准确性的差别

·理想的FES电刺激器放置位置与参数设置

·在Frontiers出版的面向年轻人的科普文章

1. 对于下肢的运动的基于运动想象的康复治疗

在进行训练的前后，都要对患者的情况进行多项详细的评估。比如通过Barthel指数反应此时患者日常生活时的能力等；通过一系列的运动特征评测，对患者当时的认知能力、肌肉情况、平衡能力、行动姿态等特征进行评估。其中最主要的措施是对不同速度条件下的“10米步行测试”评估。以反应患者凭借下肢的行走能力与姿态情况。

下图是研究人员根据20位相关受试者以最快速度进行10m步行测试的评估数据汇总与分析。从时间与速度两方面来看，数据的最值与平均值均得到改善。尤其在速度层面上，最小临床重要差异值(Minimal Clinically Important Difference，MCID)达到了0.1m/s以上。

2. 基于qEEG的中风(脑卒中)生物标记

qEEG(quantitative EEG，qEEG)可以让研究者更容易地去量化活动时大脑的变化。这些定量的变化可以非常好地反应在特定活动任务下大脑神经元之间地变化。因此，这些相应特征就可用于生物标记物。在该会议中，研究人员就recoveriX运动想象康复系统地机制，提出了三种针对于分析中风(脑卒中)患者执行运动任务时地大脑活动：左右运动区域的大脑对称指数(Brain Symmetry Index，BSI)；单侧性系数(Laterality Coefficient，LC)，即通过ERD和ERS地变化表示；对频谱成分的分析(Delta[1~4 Hz]，Theta[4~8 Hz]，Alpha[8~12 Hz]，Beta[12~30 Hz])。这些生物标记物都可很好地用于中风(脑卒中)的诊断与预后分析。

3. recoveriX可对格林-巴利综合症的改善

格林-巴利综合症(Guillain Barre Syndrome，GBS)是周围神经髓鞘和轴突成分的急性损伤所引起的。该案例中的患者在最初时期(康复训练前)，将双手平放在左面上时，无法将手指抬起或做出其他明显的运动动作，并且肌肉处于不自然状态(如上图中左侧照片中左手的平放姿态与其食指的摆放姿态)。经过21次的recoveriX运动想象康复训练后，该患者的运动想象准确率在不断地升高，并且变化显著。在最后地采访照片中(上图中右侧照片)可明显观察其双手及其手指地摆放姿态变得自然。在后续地采访中，该患者还展示了当时地运动能力恢复情况。

4. 对recoveriX报告的解读

在每次患者训练结束之后，recoveriX系统都会根据本次训练中采集与分析的信心进行展示与总结。并赋予2D可视化的图谱，便于更直观的进行评判。

其中包含本次训练中的每一训练小节的运动想象-FES训练准确率的变化趋势、FES电刺激器的相应参数设置、最大准确率出现时间区域、ERD与ERS的2D展示图与映射在大脑俯视图下的情况与更详细的运动想象准确率变化趋势图。

随后，研究人员就上图recoveriX报告给出的ERD/ERS图进行了更进一步的解读(如下图)。

图中的第一行展示的是在进行右手的运动想象任务时大脑的C3与C4区域的事件相关电位变化。第二行则是左手任务的。根据运动想象的大脑活动原理(EEG信号中μ与β节律的频谱变化)，当执行右手的运动想象任务时，大脑左侧的C3区域发生事件相关去同步(ERD)电位变化，由浅绿至蓝色表示程度加深。大脑右侧的C4区域发生事件相关同步(ERS)电位变化，由橙色至红色表示程度加深。对应区域的颜色深度与占比例的大小表示者ERD/ERS的强度。