虛擬現實技術聯合下肢康復機器人訓練對缺血性腦卒中患者下肢功能及平衡能力影響的研究

胡靖然，陳小飛

腦卒中又稱中風、腦血管意外(cerebral vascular accident，CVA)，是一種急性腦血管疾病，包括缺血性和出血性卒中，其中缺血性卒中占腦卒中總數的60%～70%。據統計，在過去三十年中，中國的腦卒中發病率上升明顯快于其他國家[1-2]。腦卒中是致殘率最高的疾病之一，約80%的患者遺留不同程度的功能障礙，嚴重影響患者的生存質量[3-4]。下肢康復機器人可以幫助下肢功能障礙患者以正確步態進行功能訓練，將訓練方案參數化，較傳統手法康復更加科學、有效[5-6]。隨著科學技術的不斷發展，虛擬現實技術(virtual reality，VR)與康復機器人的融合，為腦卒中患者的康復治療提供了新的思路[6-7]。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集我院2018年12月～2020年2月進行康復治療的缺血性腦卒中下肢功能障礙患者60例，所有患者均簽署知情同意書。納入標準：符合《中國急性缺血性腦卒中診治指南》中缺血性腦卒中的診斷標準[8]，經顱腦CT或MRI檢查確診；病程≤3個月，首次發病或雖有腦卒中病史但未遺留任何功能障礙，生命體征平穩，溝通無障礙；單純一側運動功能障礙；肌張力經改良Ashworth評定，下肢<3級。排除標準：合并嚴重心、肺、肝、腎等重要臟器功能不全；合并嚴重的并發癥(如高血壓危象、心肌梗死、心絞痛、癲癇持續發作、下肢深靜脈血栓等)；有精神癥狀、聽力障礙、認知障礙者，即經簡易精神狀態量表(Mini-mental state examination，MMSE)評定，評分≤22分；合并嚴重骨骼肌肉等疾??；不能配合者。將60例患者隨機分為對照組和觀察組各30例，2組患者一般資料比較差異無統計學意義，見表1。

表1 2組患者一般資料比較

1.2 方法 對照組進行常規康復訓練和Lokomat下肢機器人訓練，觀察組在此基礎上再聯合虛擬現實技術。常規康復訓練包括良肢位擺放、關節活動度訓練、肌力訓練、翻身及轉移訓練、平衡功能訓練、步行訓練、日常生活活動能力訓練等。由治療師根據患者肢體功能進行訓練，每次訓練30 min，每天2次，每周6次，持續4周。Lokomat下肢康復機器人(瑞士Hocoma公司 Lokomat pro)訓練：康復治療師根據患者實際情況調整訓練參數，起始減重為自身重量的50%，引導力為100%，步速為1.5 km/h，根據患者情況增加訓練難度，并根據患者下肢主動運動能力進行被動-助動的調整，逐漸降低引導力，增強患者步行的主動性，但不得低于30%，逐步提高步行速度，但不高于2 km/h，訓練時關閉虛擬現實技術系統。每次訓練20min，每天1次，每周6次，持續4周。觀察組在常規康復治療的基礎上進行20min的Lokomat下肢康復機器人聯合虛擬現實技術治療，每天1次，每周6次，持續4周。在Lokomat下肢康復機器人訓練的同時，打開在跑臺前放置的虛擬現實技術系統，通過傳感器的反饋讓患者在屏幕上能看到自己的虛擬化身。康復治療師根據患者下肢功能的實際情況，選擇對髖關節、膝關節及步態周期等方面進行有針對性及難易不同的訓練，例如在訓練場景中，患者需要操縱虛擬化身在充滿金幣和障礙物的路面上行走，控制人物的轉向和行進速度，收集金幣、躲避障礙物(如樹木、巖石等)，直到最終完成訓練目標。患者訓練時在視覺系統、聽覺系統和主動意識驅動下，傳感器接收到一側下肢活動(如擺動相中期的主動屈髖或者擺動相末期的主動伸膝)的反饋超過預設閾值時則虛擬人可向對側轉向，雙側下肢的反饋同時超過預設閾值越多，虛擬人行進速度越快。在具體治療指標設定中，設置個性化訓練任務，訓練難度不宜太大，這樣更容易充分調動和維持患者的訓練動機和主動參與性。訓練過程中隨時通過軟件調整設備對患者活動檢測的敏感性，檢測敏感性越高，訓練任務更容易完成，反之則需要付出更多努力，為患者增加更多的挑戰。

1.3 評定標準 治療前和治療4周后由同一名不參與治療且對患者分組情況不知情的康復治療師分別對2組患者進行評定：①Berg平衡量表(Berg balance scale，BBS)，共14個項目，每個項目均采用 0～4分五級評分法，總分56分，得分越高，平衡功能越好。②Fugl-Meyer下肢運動功能量表(Fugl-Meyer assessment lower extremity，FMA-LE)，總分34分，每個項目0～2分，評分越高，肢體運動功能越好。③功能性步行量表(functional ambulation category，FAC)：0級為患者不能行走或在2人幫助下行走；1級為患者需在1人連續扶持下減重并維持平衡；2級為患者在1人持續或者間斷扶持下行走；3級為患者無需他人直接的身體扶持，而在監督下行走；4級為患者能在平坦地面上獨立行走，上下坡或不平路需要幫助；5級為患者能獨立行走。分級越高，步行能力越強。

2 結果

2.1 2組患者治療前后BBS、FMA-LE評分比較 治療前2組患者BBS和FMA-LE評分差異均無統計學意義。治療4周后，2組患者BBS和FMA-LE評分較治療前均明顯提高(均P<0.01)，且觀察組以上評分均更高于對照組(均P<0.05)，見表2。

表2 2組患者治療前后BBS和FMA-LE評分比較 分，

2.2 2組患者治療前后FAC分級比較 治療前2組患者FAC分級差異無統計學意義。治療4周后，2組患者FAC分級較治療前均明顯改善(均P<0.01)，且觀察組分級較對照組改善更顯著(P<0.05)，見表3。

表3 2組患者治療前后FAC分級比較 例

3 討論

心腦血管疾病是全球最為高發的一類疾病，據統計中國在2017年死于腦卒中的人數占總死亡人數的20.19%，居各類疾病之首[1-2]。另外，腦卒中也是致殘率最高的一類疾病，缺血性腦卒中患者由于腦組織內的神經元及神經細胞長期處于缺血缺氧狀態發生壞死，導致其支配的相關區域功能喪失，而出現一系列功能障礙，如偏癱、口眼歪斜、吞咽及言語障礙等，嚴重影響患者的生存質量[3]。步行障礙是腦卒中患者最為常見的功能障礙之一，表現為患側下肢無力、痙攣、協調性差、姿勢控制異常及平衡能力障礙等，是臨床康復的重點。

目前，常規的康復治療技術包括肌力訓練、平衡功能訓練、步行訓練、作業治療等，能輔助患者進行早期功能恢復，另外Bobath技術、Brunnstrom技術及反復促通療法等手法治療技術的應用，在改善并整合下肢支撐能力，恢復患者穩定的立體平衡及步行能力等方面也取得了一定的臨床療效[9-11]。本研究對照組與觀察組均采用了常規康復治療作為患者的基礎性治療。Lokomat是世界上第一臺將下肢機械外骨骼與醫用跑臺結合起來的康復治療機器人，具有動態減重和步態矯正系統，可為患者提供模擬正常生理步態的康復訓練。同時，康復治療師可根據患者的實際情況實時調整下肢負重、關節屈伸角度、機械腿引導力、步行速度等參數及患者的治療時間，為患者制定個性化的訓練方案，更好地解決平衡、邁步及負重等問題[12-14]。本研究對照組采用常規康復治療結合下肢機器人訓練，治療后患者的BBS、FMA-LE評分及FAC等級均提高，說明在治療后患者的下肢功能及平衡能力較治療前均有改善。與本研究結果相似，國內外諸多研究顯示，下肢康復機器人對患者平衡能力、運動功能及步行能力的改善均有明顯意義，可作為常規康復治療的輔助治療手段[4,13-16]。Bruni等[14]認為，使用機器人技術可以對腦卒中患者的步態康復結果產生積極影響。溫金亞[16]認為，腦卒中偏癱患者實施下肢康復機器人結合常規康復訓練能夠有效提升下肢肌力，利于恢復平衡功能與下肢運動功能。

虛擬現實技術是集先進的計算機技術、傳感與測量技術、仿真技術和微電子技術于一體的新興技術，其與康復設備相結合，有助于康復訓練過程中的重復練習、效果反饋和動機維持，是現代先進康復技術的新選擇。虛擬現實技術的三個基本特征為沉浸、交互和想象，它可以使患者融入到虛擬環境中，與其中的虛擬對象進行交流及相互作用，安全、趣味性強，反饋形式多樣、重復性好，使患者在康復過程中變被動為主動，它與下肢機器人訓練相結合對患者下肢功能的改善起到了積極作用[4,6-7,17-20]。Lee等[21]對虛擬現實技術對慢性腦卒中患者功能的影響做了系統性評價和Meta分析，結果顯示虛擬現實技術對腦卒中患者下肢肌肉張力、肌肉力量、關節活動范圍、步態、平衡及運動的改善均有明顯效果。Park等[22]進行了一項虛擬現實和聽覺刺激的機器人輔助步態訓練對腦卒中患者平衡和步態能力影響的隨機對照實驗，評價內容包括BBS、FMA-LE、起立步行測試(Time Up & Go Test，TUGT)及10米步行能力測試(10 meters walking test，10 MWT)等，治療后虛擬現實機器人組較聽覺刺激機器人組FMA-LE評分提高更為明顯，較常規康復治療組BBS、TUGT、10MWT和FMA-LE評分提高均更為明顯，說明虛擬現實機器人輔助步態訓練更有助于患者平衡及步行能力的改善。Bergmann等[23]的研究結果顯示，虛擬現實技術能夠增強亞急性腦卒中步行障礙患者的機器人輔助訓練效果，能夠增強動力，延長訓練時間，是腦卒中患者步態康復訓練中一種有前景的治療方法。路芳等[4]將腦卒中患者分為常規治療組、康復機器人組和虛擬現實機器人組3組，分別進行常規康復訓練、常規康復訓練聯合機器人訓練、常規康復訓練和機器人訓練聯合虛擬現實技術，結果顯示，下肢康復機器人聯合虛擬現實技術能有效改善腦卒中患者的平衡能力、下肢運動功能、卒中后運動功能和步行能力。本研究結果顯示，在常規康復訓練及下肢機器人訓練基礎上聯合虛擬現實技術能有效提高腦卒中患者的下肢功能及平衡能力，且效果較對照組更顯著，這與國內外學者的研究結果一致[4,21-23]。

綜上所述，虛擬現實技術能為缺血性腦卒中患者在康復治療過程中提供身臨其境的環境體驗，提高患者的積極性與主動性，對下肢功能及平衡能力的改善有促進作用，值得推廣。本研究樣本量小，治療時間短，存在一定局限性，仍需加大樣本量、延長治療時間、進行長期隨訪等進一步深入研究。