虛擬現實技術對小腦卒中患者靜態平衡功能及穩定極限范圍的影響

楊珺，彭濤，陳燕，盛揚，魏海棠，徐兆勇，黃麗

平衡是指身體重心偏離穩定位置時，四肢、軀干通過有意識或反射活動以恢復穩定的能力[1]。小腦卒中約占腦血管病的5.37%左右[2]，而平衡功能障礙是其主要的并發癥。常規訓練方法是以Bobath技術及Brunnstrom法為主[3]，但這類方法有其局限性，影響了訓練的質量。虛擬現實技術(Virtual Reality, VR)近年來逐步應用到平衡功能的康復訓練方面，收到了較好的效果[4-5]。但VR運用于小腦卒中后的平衡功能障礙的康復訓練，則研究不多。本研究旨在研究VR技術對小腦卒中患者的靜態平衡功能及穩定極限范圍的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2012年5月～2014年6月在我院康復醫學科就診的小腦卒中患者共71例，均符合1996年中華神經科學會各類腦血管疾病診斷要點中的腦卒中診斷標準[6]，并經頭顱CT或MRI診斷為小腦梗死或小腦出血，臨床以平衡功能障礙為主要表現的患者。納入標準：符合前述診斷標準，首次腦卒中發病，病程<6個月，小腦病灶等病情穩定，能在有或無輔助裝置下維持靜態站立位持續2min以上；排除標準：有明顯的認知、視覺功能障礙，感覺性失語，以及心、肺、肝、腎等限制活動的并發癥。按隨機數字表法分為2組，①觀察組36例，男21例，女15例；年齡(57.2±5.8)歲；病程(46.8±18.2)d；腦出血24例，腦梗死12例。②對照組35例，男22例，女13例；年齡(59.3±6.2)歲；病程(53.8±25.6)d；腦出血15例，腦梗死20例。2組一般資料比較差異無統計學意義。

1.2 方法 2組患者均接受常規藥物治療，對照組患者給予常規方法進行靜態平衡訓練，主要以靜態站立為主，即訓練從大支持底開始，逐步過渡到小支持底；偏離穩定的幅度由小到大；隨著患者平衡功能的改善，可改變支持底的平整度和(或)穩定性，進行難度增大的訓練。每天2次，每次30min。觀察組使用BioRescue平衡評定訓練系統(法國RM公司出產)進行靜態平衡功能訓練。訓練的一般程序為：患者睜眼，赤足站立于檢測平臺上，雙臂自然下垂于體側，雙足與肩同寬，與矢狀面呈15°夾角；在治療師的指令下，通過顯視器顯示的虛擬環境和任務，進行重心轉移和穩定極限訓練，包括：籃球入筐、城市駕車、高山滑雪、穿越人群、乘熱氣球旅行等5項。上述任務項目的實施過程由患者重心控制。重心前后移動，可使虛擬汽車、籃球、滑雪板、氣球、跑步者加減速，左右移動使虛擬汽車等左右轉彎，避讓迎面而來的障礙物，發生碰撞則扣分。系統自動設定速度、時間并記錄最終完成任務目標的成功率，一項任務結束即在顯示器上給出成績。每天2次，每次30min。2組患者訓練均持續4周。

1.3 評定標準 2組患者均在康復訓練前及康復訓練4周后，使用法國RM公司生產的BioRescue平衡功能評定訓練系統進行下述指標的測定。檢測在光線明亮、環境安靜的條件下進行。①身體壓力中心移動指標測定：患者脫鞋后雙足平放在測力板上，足跟內側之間距離為8cm，雙足外偏15°，即足的長軸(足后跟中間與第二足趾連線)與步行前進方的夾角為15°。雙上肢自然置于身體兩側，手掌朝向大腿。兩眼平視前方。分別測試患者直立睜眼60s，閉眼60s時足底壓力中心信號，收集患者直立睜眼閉眼時前后擺動有效面積、擺動路徑長度、平均擺動速度。測試過程中如有跌倒、手扶、邁步等均視為未完成[7]。②穩定極限范圍測試：患者站立于壓力板，保持身體直立，在保持不跌倒的情況下，以踝關節為支點在360°范圍內，據顯示屏上箭頭的指引，依次向前、后、左、右傾斜，使身體重心最大程度地偏離直立中心位置，得到身體中心晃動的最大面積。系統自動記錄足底重心運動軌跡，計算出穩定極限范圍(Limits of Stability, LOS)值。其含義為患者能保持平衡的身體壓力中心的最遠距離，反映人體主動平衡功能。整個測試過程中，患者雙足不能抬離測力板，且不能扶桿，否則重新足底定位及測量，連續測量2次，取其平均值[7]。

2 結果

治療4周后，2組患者在睜眼和閉眼條件下的擺動有效面積、擺動路徑長度、平均擺動速度值與治療前比較均顯著下降(均P<0.05)；2組間比較，在睜眼和閉眼條件下的平均擺動速度值無顯著差異，但觀察組擺動有效面積、擺動路徑長度值均明顯低于對照組(均P<0.05)。治療后，2組各方向LOS值均較治療前顯著增大(均P<0.05)，且觀察組高于對照組(均P<0.05)。見表1，2。

組別時間項目擺動有效面積(mm2)擺動路徑長度(cm)平均擺動速度(cm/s)觀察組治療前睜眼211.28±10.7959.86±8.211.20±0.32(n=36)閉眼431.71±12.64109.75±9.611.89±0.67治療后睜眼143.23±12.49ab36.14±7.75ab0.88±0.38a閉眼289.26±11.42ab63.44±9.15ab1.35±0.53a對照組治療前睜眼224.73±12.1961.86±6.721.09±0.58(n=35)閉眼419.16±10.81103.11±8.551.76±0.93治療后睜眼182.61±12.49a42.15±7.22a0.97±0.64a閉眼342.26±15.47a80.18±6.75a1.36±0.69a

與治療前比較，aP<0.05；與對照組比較，bP<0.05

組別時間左方右方前方后方觀察組治療前1291.1±103.51302.5±210.71810.2±123.9726.2±19.6(n=36)治療后3203.0±165.7ab3127.3±108.4ab4117.5±208.2ab1762.6±119.8ab對照組治療前1314.4±112.41247.8±150.21796.4±146.1694.6±25.4(n=35)治療后2293.8±156.3a2439.2±124.4a3377.3±123.9a1249.5±131.4a

與治療前比較，aP<0.05；與對照組比較，bP<0.05

3 討論

生理條件下，軀體平衡變化的信息由前庭器官感知，經前庭神經和前庭核傳入小腦，小腦據此發出對軀體平衡的調節沖動，通過前庭脊髓束和網狀脊髓束保持身體平衡[8]。小腦卒中后，頭部及骨盆的穩定性降低，軀干及四肢協調性下降，重心偏離中線，整個重心控制不良，從而出現姿態不穩，跌倒等平衡功能異常[9]。

小腦卒中后的平衡訓練，傳統方法多為站立訓練和運動控制等，但許多患者認為其既無趣味性，又無明確的目的性，導致訓練的積極性和依從性下降[10]。從而影響了訓練的效果和效率。VR是一種新興的康復治療技術，具有如下特點：可以提供多種治療場景和刺激;可以根據患者的實際情況構建不同難度的康復訓練虛擬環境；同樣的場景和任務可以重復進行；提供實時反饋,提高患者對結果的知曉感；能給患者提供極富真實性的虛擬環境，增加任務的趣味性，提高患者參與康復的積極性和主動性[11]。

本研究顯示，常規方法和VR技術對改善小腦卒中患者的平衡功能都有效；同時，與常規方法相比，使用VR技術訓練后，小腦卒中患者的靜態平衡功能指標(擺動有效面積、擺動路徑長度)及穩定極限范圍的改善更為顯著。其機制可能是：①VR強化了感覺輸入。維持平衡的一個重要因素是適當的感覺輸入。有研究顯示，在穩定的支撐面上，本體覺、前庭覺和視覺對平衡功能的權重影響分別為70%、20%和10%[12]。Horlings等[13]的研究提示，VR場景是一種視覺干擾，會降低姿勢的穩定性。Yen等[14]的研究顯示，在本體感覺和視覺輸入均不可靠的情況下，增加VR技術的平衡訓練能夠顯著提高前庭覺信息的中樞組織和整合能力，從而提高患者的姿勢穩定性。本研究中的高山滑雪等項目訓練時，當視覺信息受到干擾后，患者為了調整、控制姿勢，反射性地強化了姿勢平衡的感覺補償機制，同時重心左右移動時患者頭部也需要跟隨身體進行左右移動，可以強化前庭覺的刺激，從而改善了靜態平衡功能。②VR提供雙重任務訓練并融合了強制運動療法。本研究中患者使用汽車駕駛等訓練項目時，其注意力需同時分配到姿勢維持和跟蹤目標兩個方面；訓練中的目標物在屏幕上出現的位置是隨機的，即該項任務屬于不定任務。這就意味著受訓者的注意力要在兩項任務間不停轉換。有資料表明，不定雙重任務的平衡訓練效果要優于固定雙重任務[15]。滑雪繞障礙物等項目讓患者主動運動，類似強制運動療法的應用，而強制運動療法可以提升患者的平衡功能[16]。但VR憑借其良好的游戲性和娛樂性，患者訓練時不會覺得枯燥，這又有別于強制運動療法。③VR融合了視覺反饋和任務導向訓練。VR技術中涉及到穩定極限訓練(在限定的時間內重心移動到數個不同方向的顯示屏上的目標)項目，融合了視覺反饋和任務導向兩種元素。首先，VR為患者提供實時的視覺反饋，患者從屏幕上目標移動的軌跡可以獲知自己重心的移動軌跡。增加的視覺信息可以幫助患者獲知自身在空間里的定位及運動方向，對身體重心的視覺反饋可以讓患者在靜態和活動狀態下整合軀體感覺和視覺信息[17]。 其次，該項訓練為患者設置了具體的任務和目標，在完成任務過程中，患者不斷得到結果的反饋，促使運動模式不斷調整，形成優化的神經網絡和運動程序，從而促進了平衡功能的提高[18]。

綜上所述，小腦卒中患者在VR的環境中進行康復訓練，可以有效地提高平衡功能，主要與VR可以帶來真實感覺反饋和增強神經系統功能的可塑性有關，其任務性訓練和趣味性相結合，避免了傳統康復治療過程中的枯燥乏味、單一重復的訓練模式，提高了患者訓練的主動性和依從性，最終提高了康復訓練的效率。

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