虛擬現(xiàn)實(shí)聯(lián)合跑臺訓(xùn)練對腦卒中患者平衡功能和步行能力的效果

于春洋， 劉然， 趙依雙， 郭帥， 周亞楠， 李麗， 張皓

1.首都醫(yī)科大學(xué)康復(fù)醫(yī)學(xué)院，北京市 100068；2.首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院，北京市 100070；3.中國康復(fù)研究中心北京博愛醫(yī)院，北京市 100068；4.康復(fù)大學(xué)，山東青島市 266071；5.山東大學(xué)齊魯醫(yī)學(xué)院，山東濟(jì)南市 250063

0 引言

腦卒中是一種常見的腦血管疾病，其發(fā)病率、死亡率和致殘率不斷升高，被認(rèn)為是全球第二大常見死因之一[1]。2019 年，全球范圍內(nèi)腦卒中患者總?cè)藬?shù)達(dá)1 億[2]，其中約70%行走功能受到不同程度損害，不僅使得他們參與家庭、社區(qū)活動的能力受到限制，而且極大地影響他們的生活質(zhì)量，也使得患者、家庭和社會承受巨大的生理和心理負(fù)擔(dān)[3]。恢復(fù)行走能力被視為腦卒中患者最重要和最普遍的康復(fù)目標(biāo)之一[4]。

平衡功能障礙是影響腦卒中患者行走的主要因素之一，可增加摔倒的風(fēng)險，不僅引發(fā)各種不良事件，而且影響患者的康復(fù)進(jìn)程[5-6]。由于害怕摔倒，腦卒中患者的步行速度和效率會降低，根據(jù)任務(wù)目標(biāo)和環(huán)境調(diào)整步行方式的能力會下降，在進(jìn)行遠(yuǎn)距離行走、爬臺階、樓梯或斜坡，躲避障礙時會遇到困難[7]。

在腦卒中患者的步行康復(fù)方法中，跑臺訓(xùn)練作為強(qiáng)制誘導(dǎo)運(yùn)動方法被證明是一種有效的康復(fù)手段，通過進(jìn)行密集和重復(fù)的練習(xí)，在平衡、運(yùn)動功能、心血管參數(shù)方面都有改善，深受大家的認(rèn)可[8]。但是，有些患者在跑臺上行走并沒有真正提高他們的社區(qū)步行能力，面對復(fù)雜的生活環(huán)境，他們?nèi)匀淮绮诫y行。隨著科技的進(jìn)步，為解決這一難題，科學(xué)家利用計算機(jī)模擬個性化豐富的、可操控性的訓(xùn)練環(huán)境，多任務(wù)的互動反饋，在腦卒中康復(fù)領(lǐng)域中應(yīng)用越來越廣泛[9-10]。有研究發(fā)現(xiàn)，在跑臺中增加非沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)組件，可以改善老年人平衡功能，降低跌倒發(fā)生率[11]。但一些相關(guān)研究存在試驗(yàn)方法的缺陷，試驗(yàn)組比對照組獲得額外虛擬現(xiàn)實(shí)跑臺的練習(xí)時間，對照組沒有受到同等時間的訓(xùn)練，很難確定差異是由虛擬現(xiàn)實(shí)干預(yù)本身還是由在治療中花費(fèi)的額外時間產(chǎn)生的[12]。

本試驗(yàn)采用主動控制干預(yù)的治療(即單獨(dú)進(jìn)行跑臺訓(xùn)練)，使試驗(yàn)更加嚴(yán)謹(jǐn)，探討虛擬現(xiàn)實(shí)跑臺對腦卒中患者平衡姿勢控制以及步行能力的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料

2022 年3 月至2023 年3 月首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院康復(fù)科腦卒中住院患者40例，均符合《中國急性缺血性腦卒中診治指南2018》卒中的診斷標(biāo)準(zhǔn)[13]，且經(jīng)頭顱CT或MRI影像學(xué)檢查確診。

納入標(biāo)準(zhǔn)：①年齡≥ 18 歲；②首次腦卒中，且存在一側(cè)肢體功能障礙；③發(fā)病時間為1～6 個月；④Brunnstrom 分期下肢分期≥ 4 期，在獨(dú)立、1 人幫助或扶拐的情況下，能站立并輔助步行超過12 m。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①生命體征不穩(wěn)定；②聽力障礙、視力障礙、無法配合康復(fù)評定和治療；③認(rèn)知功能障礙，蒙特利爾認(rèn)知評估量表(Montreal Cognitive Assessmen, MoCA)評分≤ 22 分；④由周圍神經(jīng)病變或顱腦外傷引起下肢步行功能障礙或有下肢骨折等影響下肢功能恢復(fù)的神經(jīng)肌肉骨骼病變，或既往有顱腦疾病遺留下肢步行功能障礙。

脫落標(biāo)準(zhǔn)：①訓(xùn)練時患者出現(xiàn)不適，不能完成虛擬現(xiàn)實(shí)跑臺訓(xùn)練；②因不可抗力導(dǎo)致數(shù)據(jù)記錄不完整，資料不準(zhǔn)確；③依從性差，不愿意參與試驗(yàn)；④未完成2周康復(fù)訓(xùn)練。

采用隨機(jī)數(shù)字表法分為對照組和試驗(yàn)組，每組20例。兩組基線資料比較均無顯著性差異(P＞ 0.05)。見表1。本研究經(jīng)首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會審核批準(zhǔn)(No.KY2021-195-02)，所有受試者均知情并簽署知情同意書。

表1 兩組基線資料比較Table 1 Comparison of baseline data between two groups

1.2 方法

兩組均接受常規(guī)康復(fù)治療。對照組輔以普通跑臺步行訓(xùn)練，試驗(yàn)組輔以虛擬現(xiàn)實(shí)跑臺步行訓(xùn)練。每天2次，每周5 d，連續(xù)2周。

1.2.1 常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練

包括神經(jīng)發(fā)育治療，肌力、平衡功能、負(fù)重、上肢功能和日常生活活動能力等訓(xùn)練，每次40 min。

1.2.2 普通跑臺訓(xùn)練

采用PHYSIORUN 普通跑臺(德國PHYSIOMED公司)進(jìn)行訓(xùn)練。使用跑臺時，電視屏幕處于關(guān)閉狀態(tài)。初始速度為0.6 km/h，根據(jù)患者情況，逐漸增加跑臺速度，最高不超過2.0 km/h，每次20 min。

1.2.3 虛擬現(xiàn)實(shí)跑臺訓(xùn)練

采用虛擬現(xiàn)實(shí)軟件系統(tǒng)(德國ZEBRIS 公司)，惠普電視屏幕和惠普筆記本電腦將虛擬現(xiàn)實(shí)的場景展現(xiàn)在跑臺前面。使用跑臺時，打開跑臺前放置的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，屏幕上會出現(xiàn)患者的腳印；啟動跑臺，患者行走在跑臺上，其中的風(fēng)景跟隨其前進(jìn)而變化。患者與情景進(jìn)行互動，根據(jù)情況作出反饋，調(diào)整身體姿勢、平衡。初始速度為0.6 km/h，根據(jù)患者情況，逐漸增加跑臺速度，最高不超過2.0 km/h，每次20 min。

所有患者在訓(xùn)練過程中，穿著不支持任何體重的安全帶。此外安裝緊急停止裝置，提升受試者的安全性。

1.3 評定方法

治療前和治療2 周后，分別進(jìn)行以下評估。評估由2 位對分組不知情的物理治療師進(jìn)行，并且在試驗(yàn)開始前對評估標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一性進(jìn)行培訓(xùn)。

1.3.1 Berg平衡量表(Berg Balance Scale, BBS)

BBS 包括14 項(xiàng)評估動作，每項(xiàng)動作0～4 分，滿分56分。＜ 40分，平衡功能有障礙，有跌倒風(fēng)險[14]。

1.3.2 計時起立-行走測試(Timed "Up and Go" Test,TUGT)

患者坐在有扶手帶靠背的椅子上，雙手放在扶手上。測試者發(fā)出開始指令，患者起身，開始計時。測試中，不能給予額外的肢體幫助，向前行走3 m 后，圍繞事先做好的標(biāo)志物，轉(zhuǎn)一圈后走回椅子，臀部接觸椅面時停止計時。計算所用時間[15]。

1.3.3 平衡功能測試

采用Physiorun 虛擬現(xiàn)實(shí)跑臺(德國PHYSIOMED公司)進(jìn)行測試。患者站在測試平臺上，目視前方，適應(yīng)30 s后，收集患者睜眼站立10 s的足底壓力數(shù)據(jù)。計算壓力中心(center of pressure, COP)包絡(luò)橢圓面積[16]和運(yùn)動平均速度[17]。

1.3.4 步態(tài)參數(shù)

采用Zebris 步態(tài)系統(tǒng)測量。患者立于跑臺上，跟隨跑臺步行，跑步機(jī)速度增加至患者舒適速度時，繼續(xù)步行30 s。記錄步長、步幅和步寬等參數(shù)。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 23.0 進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。計量資料符合正態(tài)分布，以(±s)表示，組內(nèi)比較采用配對樣本t檢驗(yàn)，組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。顯著性水平α= 0.05。

2 結(jié)果

所有患者均完成試驗(yàn)，治療期間沒有發(fā)生不良反應(yīng)。

2.1 BBS評分

治療前，兩組BBS 評分均無顯著性差異(P＞0.05)；治療后，兩組BBS 評分均明顯增加(P＜ 0.01)，且試驗(yàn)組明顯優(yōu)于對照組(P＜ 0.01)。見表2。

表2 兩組治療前后BBS評分比較Table 2 Comparison of BBS score between two groups pre and post treatment

2.2 TUGT時間

治療前，兩組TUGT 時間均無顯著性差異(P＞0.05)；治療后，兩組TUGT 時間均明顯縮短(P＜0.01)，且試驗(yàn)組明顯短于對照組(P＜ 0.01)。見表3。

表3 兩組治療前后TUGT時間比較Table 3 Comparison of TUGT time between two groups pre and post treatment 單位：s

2.3 包絡(luò)橢圓面積

治療前后，兩組包絡(luò)橢圓面積均無顯著性差異(P＞ 0.05)。見表4。

表4 兩組治療前后包絡(luò)橢圓面積比較Table 4 Comparison of enveloping ellipse area between two groups pre and post treatment 單位：mm2

2.4 COP運(yùn)動平均速度

治療前后，兩組COP運(yùn)動平均速度均無顯著性差異(P＞ 0.05)。見表5。

表5 兩組治療前后COP運(yùn)動平均速度比較Table 5 Comparison of mean velocity of COP between two groups pre and post treatment 單位：mm/s

2.5 步態(tài)參數(shù)

治療前，兩組步長和步幅均無顯著性差異(P＞0.05)；治療后，試驗(yàn)組步長和步幅明顯改善(P＜0.01)，但兩組間比較均無顯著性差異(P＞ 0.05)。治療前后兩組步寬均無顯著性差異(P＞ 0.05)。見表6～表8。

表6 兩組治療前后步長比較Table 6 Comparison of step length between two groups pre and post treatment 單位：cm

表7 兩組治療前后步幅比較Table 7 Comparison of stride length between two groups pre and post treatment 單位：cm

表8 兩組治療前后步寬比較Table 8 Comparison of stride width between two groups pre and post treatment 單位：cm

3 討論

本研究顯示，虛擬現(xiàn)實(shí)聯(lián)合跑臺訓(xùn)練后，患者平衡功能提高，這與既往研究報道結(jié)果一致。Zhang等[18]指出，虛擬現(xiàn)實(shí)治療在提高患者平衡測試上有優(yōu)勢。虛擬現(xiàn)實(shí)與傳統(tǒng)療法結(jié)合可以改善腦卒中患者平衡和步態(tài)質(zhì)量[19]。動態(tài)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境對受試者平衡穩(wěn)定性產(chǎn)生干擾，從而影響姿勢控制，是由視覺與本體感覺和前庭感覺之間產(chǎn)生感覺沖突所導(dǎo)致[20]。虛擬現(xiàn)實(shí)可以更大程度上刺激患者，獲得維持平衡和姿勢的新的運(yùn)動和感覺能力，這是應(yīng)對不斷變化的環(huán)境所必需的能力，這種訓(xùn)練可以直接提高穩(wěn)定性和平衡功能[21]。

本研究中，關(guān)于站立位靜態(tài)平衡的相關(guān)數(shù)據(jù)(包絡(luò)橢圓面積、COP 運(yùn)動平均速度)，兩組之間均無顯著性差異。Yang等[22]也發(fā)現(xiàn)，動態(tài)平衡學(xué)習(xí)的姿勢控制技能對維持靜態(tài)平衡作用不明顯。但也可能是由于本研究訓(xùn)練時間較短導(dǎo)致。

本研究顯示，虛擬現(xiàn)實(shí)聯(lián)合跑臺訓(xùn)練后，患者步長，步幅改善明顯。再次驗(yàn)證Kim 等[23]提出的平衡功能以及功能性移動與步態(tài)方面是正相關(guān)的理論，平衡功能的提高也會有助于步態(tài)的改善。Galperin 等[24]也發(fā)現(xiàn)，虛擬現(xiàn)實(shí)跑臺訓(xùn)練可以提高多發(fā)性硬化患者步行能力。Mirelman 等[25]指出，在實(shí)驗(yàn)室和社區(qū)中，使用機(jī)器人設(shè)備結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)對慢性偏癱患者進(jìn)行訓(xùn)練，比單獨(dú)使用機(jī)器人訓(xùn)練更好，能夠大幅度提高行走能力，在虛擬環(huán)境中的步行訓(xùn)練比單純重復(fù)運(yùn)動效果更好。

虛擬現(xiàn)實(shí)是利用計算機(jī)生成的三維虛擬環(huán)境，具有成本低、趣味性強(qiáng)、便捷和安全等優(yōu)點(diǎn)，其沉浸式的體驗(yàn)，可提高患者的參與度和積極性[3,26]。虛擬現(xiàn)實(shí)跑臺基于運(yùn)動學(xué)習(xí)和神經(jīng)可塑性的理論，提供以目標(biāo)為導(dǎo)向的、重復(fù)的、多樣化的練習(xí)，并根據(jù)患者的能力進(jìn)行調(diào)整。虛擬現(xiàn)實(shí)跑臺訓(xùn)練可提高缺血性腦卒中患者運(yùn)動能力、平衡功能、步行能力和日常生活活動能 力[27-28]。Slobounov 等[29]利用腦電圖研 究2D 與3D 虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的大腦皮質(zhì)活動機(jī)制，發(fā)現(xiàn)患者在執(zhí)行認(rèn)知運(yùn)動的雙任務(wù)期間，處在完全沉浸式的虛擬環(huán)境中，需要更多的大腦和感官資源。Gavgani 等[30]利用經(jīng)顱多普勒和近紅外光譜評估正常人乘坐虛擬現(xiàn)實(shí)過山車對腦血流動力的影響，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過虛擬現(xiàn)實(shí)干預(yù)后兩側(cè)大腦半球頂顳區(qū)一些通道的氧合血紅蛋白濃度顯著增加，部分皮質(zhì)區(qū)域的血流灌注增加。豐富環(huán)境能夠多方面促進(jìn)突觸可塑性，從而有利于神經(jīng)再生：促進(jìn)與突觸可塑性相關(guān)的蛋白(包括突觸前膜和突觸后膜的支架蛋白)充分表達(dá)；上調(diào)神經(jīng)營養(yǎng)因子；通過影響N-甲基-D-天冬氨酸受體通道的開放性，加快海馬CA3 區(qū)學(xué)習(xí)依賴性長時程增強(qiáng)過程[31-32]。Xiao 等[33]利用功能磁共振，研究亞急性期腦卒中患者接受虛擬現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)跑步機(jī)訓(xùn)練后的皮質(zhì)重組，發(fā)現(xiàn)治療后損傷半球的初級感覺運(yùn)動皮質(zhì)和雙側(cè)輔助運(yùn)動區(qū)激活增加，受損半球初級感覺運(yùn)動皮質(zhì)的變化與10 m步行時間的改善顯著相關(guān)。綜上所述，增加皮質(zhì)區(qū)域的募集和激活，可能是虛擬現(xiàn)實(shí)聯(lián)合跑臺訓(xùn)練誘導(dǎo)腦卒中患者步態(tài)功能恢復(fù)的機(jī)制之一[34]。

本研究還存在一些局限性。首先，單中心試驗(yàn)，樣本量較小，隨機(jī)性較差，本研究結(jié)論需要在更大的樣本范圍內(nèi)進(jìn)一步驗(yàn)證。其次，本研究的訓(xùn)練時間僅為2 周，未來需要更長時間的隨訪，以評估虛擬現(xiàn)實(shí)聯(lián)合跑臺訓(xùn)練的長期效果。

4 結(jié)論

虛擬現(xiàn)實(shí)聯(lián)合跑臺訓(xùn)練有助于提高腦卒中患者的平衡功能和步行能力。

利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突。