AR體感運動結合對側控制型功能性電刺激治療青少年特發性脊柱側彎效果觀察

湯洋 林堅 劉曉林 張麗娟 夏婉 奚陳平

青少年特發性脊柱側彎（adolescent idiopathic scoliosis，AIS）是嚴重影響青少年身心健康的脊柱疾病之一，發病率為3%～5%[1]。經多年臨床驗證，施羅斯運動治療脊柱側彎療效確切，可通過自主牽伸、側方移動和旋轉成角呼吸等方法幫助患者矯正脊柱[2-3]。但傳統的施羅斯矯正運動普遍存在枯燥、反復、情景交互不足的特點，青少年患者長時間練習后會出現消極、懈怠、無法集中注意力等問題，導致最終的訓練效果不如預期理想。再加上患者自身反應感知能力的不同以及自我認知力的限制，在家自主訓練不能保證高質量完成，從而也無法保證治療的穩定性和持續性。研究表明，對側控制型功能性電刺激（contralaterally controlled functional electrical stimulation，CCFES）能促進對稱運動時靶肌群收縮強度，以及半球運動傳導通路的興奮性[4-5]。但單純的CCFES為即時效應，作用短暫，無法保證治療的穩定性和持續性[6-8]。而單一的康復運動和單一的功能電刺激均只能完成單一的主動或被動刺激，訓練模式有局限性[9-12]。增強現實（augmented reality，AR）體感技術結合了增強現實視頻圖像合成技術和體感交互動作識別技術，可以將患者人體與數字信息形成的虛擬事物相疊加[13-15]，通過運動可視化營造沉浸式虛擬現實環境來激活青少年患者大腦的鏡像神經元，促使大腦發生可塑性改變和功能重組[16-19]。本研究基于AR體感技術實施個性化施羅斯運動，并聯合CCFES形成信息傳遞的閉合回路以實現對神經中樞的主被動協同刺激，并探索其在AIS患者中的應用效果。

1 對象和方法

1.1 對象 選取浙江醫院2020年1月至2021年7月收治的121例AIS患者為研究對象，其中采取AR+CCFES治療 41例（AR+CCFES組），單純AR體感運動治療38例（AR組），常規施羅斯運動治療42例（對照組）。3組患者性別、年齡、病程、病變部位、每天家庭運動時間、Risser指數、是否帶矯形支具等一般資料比較，差異均無統計學意義（均P＞0.05），見表1。納入標準：（1）AIS的診斷符合《中國整脊常見病診療指南》相關標準[8]；（2）Cobb 角＞10°且＜30°；（3）年齡 8～18歲；（4）脊柱全長X線檢查示有胸段側彎、胸/腰段側彎或腰段側彎；（5）基本認知功能正常，無心理障礙和皮膚病；（6）治療期間不接受其他方法治療，如手術等。排除標準：（1）先天性或任何其他明確病因引起的繼發性脊柱側彎；（2）合并嚴重的心腦血管疾病；（3）體質嚴重虛弱；（4）Cobb角＞30°或手術指征明確而不宜非手術治療者。本研究經本院醫學倫理委員會審查通過[批準文號：2021 臨審第 20（J）]；所有患者或家屬簽署知情同意書。

表1 3組患者一般資料比較

1.2 治療方法 （1）AR+CCFES組：依據《中國青少年脊柱側凸篩查臨床實踐指南及路徑指引》[5]，結合專家咨詢，兼顧患者自主康復需求，制訂AR體感運動結合CCFES干預方案，見表2。應用Kinect體感控制器、生物刺激反饋儀電腦和DIERS三維脊柱及身體姿態測評系統構建一種低成本的AR體感運動刺激康復平臺（包括個人信息管理、人體姿態數據采集、AR體感運動、CCFES等4個功能模塊）治療8周。AR體感運動設備使用波蘭Luna公司的Vast康復情景互動評估與訓練系統；生物刺激反饋儀使用南京偉思醫療科技股份有限責任公司的S430生物刺激反饋儀，參數設置：輸出電流頻率 60 Hz，強度 0～60 μmA，脈沖寬度 200 μS，波升/波降為1 s/1 s，每次持續時間控制在20 min左右。（2）AR組：僅予以AR體感運動治療8周。康復治療師講解AR體感運動干預方法與技巧、時間、注意事項等，并進行操作演示。動作以施羅斯運動為主，種類、時長與AR+CCFES組相同，但不作CCFES。（3）對照組：僅予以常規施羅斯運動治療，動作主要有彈力帶肩部反向牽引、門柄運動、扶把運動、肌肉圓柱運動、池塘上的青蛙運動等。運動方向根據頂椎定位在胸椎、胸腰段向脊柱側凸相反方向運動，定位在腰段向脊柱側凸相同方向運動。治療時間 1 h/次，1次/d，5 d/周，共 8周。

表2 AR體感運動聯合CCFES干預方案

1.3 觀察指標 觀察并比較3組患者治療前及治療4、8周后軀干旋轉角、Cobb角、冠狀面軀干偏移距離、頂椎偏移距離。（1）軀干旋轉角：使用Adam試驗方法測量。囑患者兩腳并立，自然站立，雙手合十，緩慢彎腰，醫者觀察其背部兩側肌肉平衡，并用Scoliometer測量角度；（2）Cobb角：在上端椎的椎體上緣、下端椎的椎體下緣各劃一橫線（上、下端椎為側凸中向脊柱側凸凹側傾斜度最大的椎體），兩橫線各作一垂直線，這兩條垂直線的交角，即Cobb角。（3）冠狀面軀干偏移距離：第7頸椎垂直線與骶骨中垂線的距離[14-15]；（4）頂椎偏移距離：頂椎或椎間隙中心垂直線與骶骨中垂線的距離。

續表2

1.4 統計學處理 采用SPSS 26.0統計軟件。計量資料以表示，多組間比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用LSD-t檢驗；組內各時點比較采用重復測量數據的方差分析。計數資料組間比較采用χ2檢驗。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 3組患者治療前后軀干旋轉角比較 3組患者治療前軀干旋轉角比較，差異無統計學意義（P＞0.05）；治療4、8周后，3組患者軀干旋轉角均明顯減小，其中AR+CCFES組明顯小于AR組、對照組，差異均有統計學意義（均 P＜0.05），見表 3。

表3 3組患者治療前后軀干旋轉角比較（°）

2.2 3組患者治療前后Cobb角比較 3組患者治療前Cobb角比較，差異無統計學意義（P＞0.05）；治療4、8周后，3組患者Cobb角均明顯減小，其中AR+CCFES組明顯小于AR組、對照組，差異均有統計學意義（均 P＜0.05），見表 4。

表4 3組患者治療前后Cobb角比較（°）

2.3 3組患者治療前后冠狀面軀干偏移距離比較 3組患者治療前冠狀面軀干偏移距離比較，差異無統計學意義（P＞0.05）；治療 4、8周后，3組患者冠狀面軀干偏移距離均明顯縮短，其中AR+CCFES組明顯短于AR組、對照組，差異均有統計學意義（均P＜0.05），見表5。

表5 3組患者治療前后冠狀面軀干偏移距離比較（mm）

2.4 3組患者治療前后頂椎偏移距離比較 3組患者治療前頂椎偏移距離比較，差異無統計學意義（P＞0.05）；治療4、8周后，3組患者頂椎偏移距離均明顯縮短，其中AR+CCFES組明顯短于AR組、對照組，差異均有統計學意義（均P＜0.05），見表6。

表6 3組患者治療前后頂椎偏移距離比較（mm）

3 討論

人體姿勢控制的多感覺輸入與空間定位是由大腦通過整合來自不同感覺系統的信息而構建，如果腦部接收到的多種感覺輸入不一致，將會直接導致腦對于機體相對空間定位的誤差，從而出現腦功能失調代償形成的脊柱側彎形態[20]。因此在治療過程中，脊柱兩側的感覺輸入通路同樣非常重要。施羅斯運動療法主要是通過側移運動和旋轉呼吸來達到矯正的效果，但對神經通路的感覺刺激相對不足。AR體感運動強調人體姿勢的正確控制以及本體感覺系統的再訓練。治療師和虛擬治療師的共同作用提供了更加具體的感覺反饋機制，能幫助患者在運動中建立相對均衡的感覺通路。而CCFES能幫助患者建立運動神經和感覺神經反饋，同步產生一個運動控制的強烈感知覺信號，更好地激發凸側的肌纖維，加強凸側椎旁肌肌肉力量，均衡椎旁肌兩側肌電活動和脊柱兩側的感覺輸入。AR體感運動能充分利用患者和環境的關系，將主被動運動交互進環境中，強化感覺刺激。主動的AR體感運動結合被動的CCFES，構建了人體完整的主被動閉環系統。基于身體的感覺和運動體驗以及其與環境的互動，當感覺輸入的問題和中樞整合的能力均調整好，功能輸出時發生脊柱問題的可能性就會降低。

本研究結果顯示，AR+CCFES能增強側彎患者動作的正性反饋，強化動作整體的控制，強調定點定時的呼吸維持，幫助側彎患者在三維平面進行矯正，治療后軀干旋轉角、Cobb角、冠狀面軀干偏移距離、頂椎偏移距離等指標均明顯降低；且AR+CCFES組明顯優于AR組、對照組。AIS患者兩側椎旁肌纖維種類和數量具有不對稱性，凹側Ⅰ型肌纖維數量減少而Ⅱ型肌纖維數量較多，肌肉收縮快且易疲勞，凸側Ⅰ型肌纖維明顯增多，但Ⅱ型肌纖維數量減少，總體而言，凸側肌肉力量明顯減弱。應用AR體感運動聯合CCFES能增加凸側Ⅱ型肌纖維數量，有效提高脊柱兩側肌電波幅的均衡性。王長純等[10]應用運動療法結合電刺激效果明顯，與本研究結果一致。此外，治療4、8周后，AR組略優于對照組。通過施羅斯運動引導患者參與虛擬空間體感互動，可以使本來枯燥、難以堅持的矯正動作變得容易、可持續，特別是呼吸運動的可視化和浸入式環境刺激。可見，AR+CCFES在AIS患者中的應用效果良好。筆者分析原因主要有以下兩個方面：（1）AR+CCFES能有效矯正患者的呼吸運動，從而促進脊柱的三維矯正。在施羅斯運動療法中，需要治療師指導患者進行姿勢矯正和呼吸時機的把握，而呼吸時機的把握是訓練難點[21-23]。但CCFES能很好地解決這個問題。另外，脊柱側彎患者存在椎旁肌兩側肌電活動不對稱、肌力不均衡等問題，而CCFES能利用對側的肌電信號強度來進行再平衡，從而達到脊柱的動態平衡。（2）AR+CCFES能提高脊柱側彎患者自主康復依從性。AIS患者恐懼、焦慮、疲乏、不自信的情緒往往導致自主康復訓練效果不理想，患者依從性大大降低[24-25]。在AR技術的支持下，強化動作挑戰性和及時反饋性，同時采用虛擬治療師和現實治療師的雙結合等方式，均能幫助患者最大化地調動感覺運動刺激，從而提高患者自主康復訓練的依從性。

綜上所述，AR體感運動結合CCFES在AIS患者中的應用效果良好，在脊柱兩側運動均衡性方面具有明顯優勢。