帕金森病运动症状康复技术及装备研究进展

孙亚娟a,徐志华a,陈加俊a,刘景鑫b

吉林大学中日联谊医院 a. 神经内科三病区;b. 放射科,吉林 长春 130030

[摘 要] 康复技术在帕金森病(Parkinson’s Disease,PD)治疗过程中起到至关重要的作用其中包括康复手法及康复设备。本文系统介绍了PD运动症状的各种康复训练方法及新兴的康复医疗设备,总结了PD运动症状康复治疗的传统方法及与新兴的康复医学设备相结合的新方法,重点介绍了将神经反馈、计算机技术、人工智能的理念引入PD的康复治疗当中,体现了PD康复治疗观念的更新及进展,并指出基于人工智能、神经反馈、计算机技术的神经康复将是未来PD乃至神经康复的新方向。本文的意义在于全面系统总结了PD康复方法,更新了PD康复治疗的理念。

[关键词] 帕金森病;运动症状;康复技术;可穿戴设备;虚拟现实;人工智能

引言

帕金森病(Parkinson’s Disease,PD)是一种进行性神经系统退行性疾病,据国内外的流行病学调查研究结果显示,我国65岁以上中老年人群中,PD患病率为1700/10万,欧洲为571/10万[1-2]。随着人口老龄化程度的增加,PD患病率呈逐年增高的趋势,必将对社会及家庭带来沉重的负担。

PD的核心症状包括运动症状和非运动症状,运动症状主要包括行动迟缓、肌张力增高、静止性震颤及姿势、平衡障碍等[3]。PD的非运动症状主要包括认知功能受损、睡眠障碍、神经精神情绪症状、自主神经功能障碍、感觉障碍等。上述的PD运动症状和非运动症状均可影响PD患者的日常生活能力进而影响患者的生活质量。

PD的治疗目前仍以药物为主,康复技术虽然已被写入PD治疗的专家共识当中,但康复治疗在PD患者当中的应用仍被忽视,而康复治疗被认为可以改善PD患者多种功能障碍,提高患者生活自理能力,甚至有研究报道康复治疗可延缓疾病自身的进展[4]。本文以世界卫生组织《国际功能、残疾和健康分类》框架为指导,通过系统总结PD患者运动症状的康复内容主要包括躯体运动功能、语言功能、吞咽功能康复三大方面,对PD患者运动症状的康复治疗方法及进展进行综述,旨在提高康复治疗在PD患者治疗过程中的重要地位,引起临床医师的重视,促进PD患者的运动症状的恢复。

1 躯体运动功能康复研究

1.1 平衡训练

平衡功能训练是防止跌倒的重要且有效的手段之一,通过平衡训练可强化患者下肢和躯干的力量,使身体的灵敏度及协调性得到提高,从而提高患者的日常行走活动能力。

常规的平衡功能训练包括一些手法及特定的训练方法,早在2011年,有专家学者提出平衡训练的相关方法,如让患者双足分开站立25~30 cm,分别向前后左右移动调整重心位置;针对PD患者的慌张步态,临床康复方法有简易步态疗法、节律疗法、减重疗法、水疗、机器人康复疗法等。2011年,Mirelman等[5]提出整体摇摆训练;2014年,Caudron等[6]提出控制视觉和本体觉的平衡训练等手法,在康复训练手法基础上联合康复设备进行平衡功能训练如动力平板上的平衡任务训练[7],同样能改善患者平衡功能。

2018年, Terrens等[8]进行的一项系统性回顾研究表明,通过水上物理治疗的方法,可以改善PD患者的运动功能、平衡功能并提高日常生活能力。但关于该方法安全性及可行性的临床研究尚未进行大样本科学研究。Morberg等[9]的一项初步研究表明,高强度的体育运动有助于PD患者的运动症状及非运动症状的改善,Ribsa等[10]研究表明经过12周的运动游戏治疗,可有效提高PD患者的平衡能力并缓解疲劳症状,但这种治疗作用的疗效并不能长期维持。

Ostrovsky等[11]一项研究发现蜂毒针用于改善原发性PD患者的日常生活和运动症状,比单独用抗PD药物效果更佳。我国学者Lin等[12]的一项动物实验结果显示,电针能促进PD啮齿动物模型运动功能恢复,动物实验中发现该方法能减少多巴胺能神经元变性,在一定程度上可能延缓PD病情进展。

Delabary等[13]的一项META分析关于舞蹈对于PD患者运动功能康复研究表明,舞蹈可以改善患者的运动参数和患者的活动能力。

1.2 虚拟现实技术

近年来,虚拟现实(Virtual Reality,VR)技术越来越多被应用于神经系统疾病康复治疗领域,VR技术可提供精准的功能测评、辅助、长程监控、训练等作用。国内外已有大量的随机双盲对照研究探讨虚拟康复技术用于PD运动症状的康复训练。Albiol等[14]的研究表明,经过虚拟康复系统治疗的PD患者,在任何位置的平衡功能均较治疗前明显改善,从而降低了跌倒的风险,患者在治疗过程中适应性好,并有愉悦的体验。国内也有学者研究探讨VR平衡游戏训练在PD患者平衡障碍的康复作用,经过VR平衡游戏训练4周,分别进行Berg平衡量表、计时“起立-行走”测试、改良Barthel指数、静态跌倒风险指数、姿势稳定极限性、动态跌倒风险指数评价进行评价,结果显示治疗组各项评分均显著优于对照组,治疗组平均跌倒次数显著低于对照组[15]

针对PD患者的步态异常,VR技术可应用于步态训练,以增加患者的协调性及躯体稳定性,进而改善日常生活能力。近期研究显示,通过VR康复,较常规训练可以更好改善PD患者步态速度、跨步长度及节奏[5-7]。可见,虚拟康复训练可以改善PD患者各种运动症状。

1.3 可穿戴设备

Asakawa等[16]提出利用新兴的计算机技术,设计一种可穿戴设备,通常包括加速度计、陀螺仪或二者的组合,可穿戴设备的主要用途是测量简单症状,如震颤或步态异常、平衡等,位于指端或膝关节的感受器收集以上数据传送到治疗终端,如经皮左旋多巴或者是DBS,使PD的治疗更加精准,可能为PD的诊断及治疗带来突破性的变革[17-18]

1.4 机器人助手

机器人助手应用于PD患者康复治疗的概念由来已久,研究显示机器人助手有助于PD患者的步态训练,可以改善步态协调性,降低冻结步态的发作次数[19-20],提高移动运动的能力[21],支持髋关节[22],上肢功能障碍恢复[23],机器人步态训练具有长期、稳定、定量的运动输入,实时反馈,保证训练的一致性和持续性,实现训练方案及康复评估参数化,从而保证训练效果。Scaletta 等[22]和Voviculescu等[23]研发了利用可调钢筋束的刚度生成髋关节扭矩从而降低PD患者的肌肉活动需求。Huen等[24]研发了一种可穿戴式机器人,用于测量和降低震颤幅度,协助识别PD患者日常生活的行为活动。

2 言语功能障碍的康复研究

言语和沟通能力的改变在PD患者较为常见,一项关于PD语言及沟通障碍的研究显示,188名受访者中92%的患者至少呈现一种与言语功能障碍有关的症状[25],最常见的症状是声音微弱、找词困难、发音不准确及谈话中的脱题[26]。常规的语言训练包括舌及嘴唇的运动、自主发声、提高音量、训练韵律、提高语速、呼吸控制等方面的训练[27]

音乐是人类本性的一部分,它也与语言的进化有着语言学上的联系。在过去的几年里,越来越多的证据表明唱歌和音乐疗法可以改善不同神经系统疾病的沟通能力(但不仅如此)。在神经康复中合理使用声音和音乐的原因之一是有可能刺激涉及情绪处理和运动控制的大脑区域,如前顶叶网络[28]。唱歌是一项需要同时整合听觉和感觉等思维活动的多模式活动,其通过何种机制改善达到改善言语障碍目前尚不明确。一方面可能是唱歌时发声运动减慢,可以减少发声运动对左侧大脑球的依赖,唱歌具有一定的节律,这可能也作为一种听觉上的刺激提示可以改善发声运动。

在常规语言康复治疗的基础上,借助新兴的康复设备可更好地改善PD患者言语障碍。便携式数字变频听觉反馈设备通过计算机可编程芯片来采集患者的声音,再进行变频、适当的音量转换、位移延迟等后期处理,患者通过接受处理后的声音、自身反馈,就可以在不依赖语言治疗师的情况下,通过自身训练改善和提高PD患者的发声质量,提高言语交流能力[29]

神经反馈是一种基于大脑活动自我调节的生物反馈形式,旨在提高人的心理和行为能力。Kearney等[30]进行的一项研究评估使用语言提示和游戏化的增强视觉反馈来解决PD患者在言语过程中的发音障碍的新方法。在治疗过程中,4/5的参与者表现出视觉反馈对舌头发音工作空间的有益作用。以上研究表明,除了语言提示外,使用增强视觉反馈方法对可改善PD患者的发音功能[31-32]

重复经颅磁刺激(repetitive Transcranial Magnetic Stimulation,rTMS)[33]是利用电磁感应原理,磁场穿过颅骨在颅内产生感应电流,电流刺激大脑皮层神经元,达到提高或降低神经元兴奋性的目的,而达到治疗作用的一种技术,该方法具有操作简单、无痛苦、无副损伤等优势。rTMS早期被美国FDA批准用于治疗抑郁症,近年来,随着研究的深入,有学者将其用于治疗PD的运动症状及语言障碍的康复治疗。Dias等[34]用频率5 Hz rTMS刺激大脑初级皮质运动区(M1区),结果表明经颅磁刺激治疗可以明显改善患者发声的音频及音量及声强。rTMS刺激额叶皮质可以有效调控中脑边缘和中脑纹状体的多巴胺能系统,这种通过改变皮质、皮质下神经元兴奋性进而间接改善基底核功能的作用可能是其能够改善言语功能的作用机制。

目前,仍较少有关应用rTMS治疗PD患者言语障碍的临床研究,由于均处于研究阶段,故目前尚缺乏统一的治疗时参数,如刺激位点、刺激频率、波形、刺激时间等数据。但rTMS用于PD的语言康复可能是未来的新方向。

3 吞咽功能障碍的康复研究

吞咽障碍在PD患者中是一种常见的症状。早在2005年Monte等[35]即提出PD可能出现吞咽障碍,严重的吞咽障碍可导致患者药物难以摄入、营养不良、社交障碍、焦虑抑郁,增加误吸致吸入性肺炎的风险,是PD患者死亡的主要病因。

强化语音训练可加强患者吞咽器官的感知能力[36]。提高患者吞咽肌肉运动的速度及协调性,语音训练对吞咽功能障碍康复越来越受到重视。

Athukorala等[37]一项关于吞咽技能培训的研究发现,患者每天接受10次吞咽技能培训,重点是通过视觉反馈提高吞咽过程中肌肉收缩的精确度。在这一队列中,基于技能的培训方法产生了功能性、生物力学和吞咽相关的生活质量改善,这表明这一新方法对PD患者吞咽困难康复的有效性具有有力的证据。

此外,有学者提出喉部表面电刺激可能对吞咽障碍存在正相的作用,但也有类似实验表明该方法似乎无确切作用,Sackley等[38]研究提出Lee Silverman声音疗法对吞咽障碍有效,但目前尚缺乏大样本数据支持。

4 总结及展望

PD最突出的症状主要是运动障碍、言语障碍及吞咽障碍等运动症状,上述症状严重影响患者日常生活能力,降低患者生活质量,PD的治疗目前仍以药物治疗为主,然而康复治疗在PD的治疗过程中扮演非常重要的角色,甚至可能起到延缓疾病进展、对PD有一定修饰的作用。传统的康复技术以康复手法为主,存在一定的局限性。随着计算机技术的日新月异,人工智能被广泛应用于PD的康复领域。人工智能技术、可穿戴设备、机器人助手等新兴技术被应用于PD的康复治疗领域,预示着PD的康复治疗即将进入新的时代,未来会使更多的PD患者受益。

[参考文献]

[1] 刘疏影,陈彪.帕金森病流行现状[J].中国现代神经疾病杂志,2016,16(2):98-101.

[2] Pringsheim T,Jettej N,Frolikis A,et al.The prevalence of Parkinson’s disease: a systematic review and meta-analysis[J].Mov Disord.2014,29(13):1583-1590.

[3] 孟莉.帕金森病非运动症状分析[D].石家庄:河北医科大学,2012.

[4] 宋鲁平,王强.帕金森病康复中国专家共识[J].中国康复理论与实践,2018,24(7):745-752.

[5] Mirelman A,Maidan I,Herman T,et al.Virtual reality for gait training: Can it induce motor learning to enhance complex walking and reduce fall risk in patients with Parkinson’s disease?[J].J Gerontol A,2011,66(2):234-240.

[6] Caudron S,Guerraz M,Eusebio A,et al.Evaluation of a visual biofeedback on the postural control in Parkinson’s disease[J].Neurophysiol Clin,2014,44(1):77-86.

[7] Griffin HJ,Greenlaw R,Limousin P,et al.The effect of real and virtual visual cues on walking in Parkinson’s disease[J].J Neurol,2011,258(6):991-1000.

[8] Terrens AF,Soh SE,Morgan PE.The efficacy and feasibility of aquatic physiotherapy for people with Parkinson’s disease: a systematic review[J].Disabil Rehabil,2018,40(24):2847-2856.

[9] Morberg BM,Jensen J,Bode M,et al.The impact of high intensity physical training on motor and non-motor symptoms in patients with Parkinson’s disease (PIP): a preliminary study[J].NeuroRehabilitation,2014,35(2):291-298.

[10] Ribsa CG,Silva la DA,Correa MR,et al.Effectiveness of exergaming in improving functional balance, fatigue and quality of life in Parkinson’s disease: a pilot randomized controlled trial[J].Parkinsonism Relat Disord,2017,(38):13-18.

[11] Ostrovsky D,Ehrlich A.Bee venom acupuncture in addition to anti-Parkinsonian medications may improve activities of daily living and motor symptoms more than medication alone in idiopathic Parkinson’s disease[J].Explore (NY),2019,15(1):71-73.

[12] Lin JG,Chen CJ,Yang HB,et al.Electroacupuncture promotes recovery of motor function and reduces dopaminergic neuron degeneration in rodent models of parkinsonon alonase[J].Int J Mol Sci,2017,18(9):1846.

[13] Delabary MDS,Komeroski IG,Monteiro EP,et al.Effects of dance practice on functional mobility, motor symptoms and quality of life in people with Parkinson’s disease: A systematic review with meta-analysis[J].Aging Clin Exp Res,2017,30(7):1-9.

[14] Albiol PS,Gil GJA,Mumoz TMT,et al.The effect of balance training on postural control in patients with Parkinsonitydisease using a virtual rehabilitation system[J].Method Inform Med,2017,56(2):138-144.

[15] 林志诚,陈阿贞,江一静.虚拟现实平衡游戏训练对帕金森病患者平衡功能的效果[J].中国康复理论与实践,2016,22(9):1059-1063.

[16] Asakawa T,Sugiyama K,Nozaki T,et al.Can the latest computerized technologies revolutionize conventional assessment tools and therapies for a neurological disease? The example of parkinson’s disease[J].Neurol Med Chir,2019,59(3):69-78.

[17] 冯涛,王拥军,李伟,等.急性阶梯式左旋多巴试验的建立和随访诊断评价[J].中华老年心脑血管病杂志,2008,10(12):924-927.

[18] Sanchez FÁ,Elshehabi M,Godinho C,et al.New methods for the assessment of Parkinson’s disease (2005 to 2015): a systematic review[J].Mov Disord,2016,31(9):1283-1292.

[19] Picelli A,Melotti C,Origano F,et al.Robot-assisted gait training versus equal intensity treadmill training in patients with mild to moderate Parkinson’s disease: a randomized controlled trial[J].Clin Park Relat Disord,2013,19(6):605-610.

[20] Picelli A,Melotti C,Origano F,et al.Robot-assisted gait training in patients with Parkinson disease: a randomized controlled trial[J].Neurorehabil Neural Repair,2012,26(4):353-361.

[21] Cifuentes CA,Frizera A.Human-Robot Interaction for Assisting Human Locomotion[M].Berlin:Springer,2016:17-31.

[22] Scaletta T,Komada S,Oboe R.Development of a human assistive robot to support hip joint movement during sit-to-stand using non-linear springs[J].IEEJ J Ind Appl,2016,5(3):261-266.

[23] Voviculescu I,Cameron S,Zabarauskas M,et al.Towards Robot-Assisted Rehabilitation of Upper Limb Dysfunction[M].Berlin:Springer,2016:347-355.

[24] Huen D,Liu J,Lo B.An integrated wearable robot for tremor suppression with context aware sensing[A].2016 IEEE 13th International Conference on Wearable and Implantable Body Sensor Networks (BSN)[C].California:IEEE,2016:312-317.

[25] Schalling E,Johansson K,Hartelius L.Speech and communication changes reported by people with Parkinson’s disease[J]. Folia Phoniatr Logo,2017,69(3):131-141.

[26] Sapir S,Ramig L,Fox C.Speech and swallowing disorders in Parkinson disease[J].Curr Opin Otolaryngo,2008,16(3):205-210.

[27] Darling WM,Huber JE.The impact of expiratory muscle strength training on speech breathing in individuals with parkinson’s disease: a preliminary study[J].Am J Speech Lang Pathol,2017,26(4):1159-1166.

[28] Leonardi S,Cacciola A,Deluca R,et al.The role of music therapy in rehabilitation: Improving aphasia and beyond[J].Int J Neurosci,2018,128(1):90-99.

[29] Berra E,Ee Lcco R,Avenali M,et al.Body weight support combined with treadmill in the rehabilitation of parkinsonian gait: a review of literature and new data from a controlled study[J].Front Neurol,2018,9:1066.

[30] Kearney E,Haworth B,Scholl J,et al.Treating speech movement hypokinesia in parkinson’s disease: Does movement size matter?[J].J Speech Lang Hear Res,2018,61(11):2703-2721.

[31] Lavermicacca V,Dellomonaco AR,Tedesco A,et al.Neurofeedback in Parkinson’s disease: Technologies in speech and language therapy[J].Recenti Prog Med,2018,109(2):130-132.

[32] Yorkston K,Baylor C,Britton D.Speech Versus Speaking:The experiences of people with Parkinson’s disease and implications for intervention[J].Am J Speech Lang Pathol,2017,26(2):561-568.

[33] Gadenz CD,De CT,Capobianco DM,et al.Effects of repetitive transcranial magnetic stimulation in the rehabilitation of communication and deglutition disorders: Systematic review of randomized controlled trials[J].Folia Phoniatr Logo,2015,67(2):97-105.

[34] Dias AE,Barbosa ER,Coracini K,et al.Effects of repetitive transcranial magnetic stimulation on voice and speech in Parkinson’s disease[J].Acta Neurol Scand,2006,113(2):92-99.

[35] Monte FS,Silva-Júnior FP da,Braga-Neto P,et al.Swallowing abnormalities and dyskinesia in Parkinson’s disease[J].Mov Disord,2005,20(4):457-462.

[36] Luchesi,Karen F,Satoshi K,et al.Dysphagia progression and swallowing management in Parkinson’s disease: an observational study[J].Braz J Otorhinolar,2015,81(1):24-30.

[37] Athukorala RP,Jones RD,Sella O.Skill training for swallowing rehabilitation in patients with Parkinson’s disease[J].Arch Phys Med Rehabil,2014,95(7):1374-1382.

[38] Sackley CM,Smith CH,Rick CE,et al.Lee silverman voice treatment versus standard speech and language therapy versus control in Parkinson’s disease: A pilot randomised controlled trial (PD COMM pilot)[J].Pilot Feasibility Stud,2018,4(1):30.

Research Progress on Rehabilitation and Equipment of Motor Symptoms in Parkinson’s Disease

SUN Yajuana, XU Zhihuaa, CHEN Jiajuna, LIU Jingxinb
a. Department of the Third Ward of Neurology; b. Department of Radiology, China-Japan Union Hospital of Jilin University,Changchun Jilin 130030, China

Abstract: Rehabilitation technology plays an important role in the treatment of Parkinson’s disease (PD), including rehabilitation techniques and rehabilitation equipment. This article introduced the various rehabilitation training methods and the history and status of rehabilitation equipment for PD. Summarized the traditional methods of rehabilitation therapy for PD and new methods combined with emerging rehabilitation medical equipment. This article focused on the introduction of the concepts of neurofeedback,computer technology, and artificial intelligence into the rehabilitation of PD, reflecting the renewal and progress of the concept of rehabilitation therapy for PD. It was pointed out that neurological rehabilitation based on artificial intelligence, neural feedback and computer technology would soon be the new direction of PD and even neurological rehabilitation. The significance of this paper is to comprehensively and systematically summarize the rehabilitation methods of PD and update the concept of rehabilitation treatment of PD.

Key words: Parkinson’s disease; motor symptoms; rehabilitation technology; equipment; wearable device; virtual reality; artificial intelligence

收稿日期:2019-06-11

基金项目:国家重点研发计划(2018YFC1315604);吉林大学高层次科技创新团队建设项目(2017TD-27);吉林省省校共建项目(SXGJXX2017-5)。

通信作者:刘景鑫,教授,主要研究方向为医学影像质量控制、创新成像技术及智能精准影像学。

通信作者邮箱:liujingxin@126.com

[中图分类号] R742.5

[文献标识码] A

doi:10.3969/j.issn.1674-1633.2020.03.040

[文章编号] 1674-1633(2020)03-0152-04