虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)聯(lián)合下肢康復(fù)機(jī)器人訓(xùn)練對(duì)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(fēng)、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(shù)的60%～70%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在過去三十年中，中國的腦卒中發(fā)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(yán)重影響患者的生存質(zhì)量[3-4]。下肢康復(fù)機(jī)器人可以幫助下肢功能障礙患者以正確步態(tài)進(jìn)行功能訓(xùn)練，將訓(xùn)練方案參數(shù)化，較傳統(tǒng)手法康復(fù)更加科學(xué)、有效[5-6]。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(virtual reality，VR)與康復(fù)機(jī)器人的融合，為腦卒中患者的康復(fù)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(jìn)行康復(fù)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(biāo)準(zhǔn)：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(biāo)準(zhǔn)[8]，經(jīng)顱腦CT或MRI檢查確診；病程≤3個(gè)月，首次發(fā)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(wěn)，溝通無障礙；單純一側(cè)運(yùn)動(dòng)功能障礙；肌張力經(jīng)改良Ashworth評(píng)定，下肢<3級(jí)。排除標(biāo)準(zhǔn)：合并嚴(yán)重心、肺、肝、腎等重要臟器功能不全；合并嚴(yán)重的并發(fā)癥(如高血壓危象、心肌梗死、心絞痛、癲癇持續(xù)發(fā)作、下肢深靜脈血栓等)；有精神癥狀、聽力障礙、認(rèn)知障礙者，即經(jīng)簡易精神狀態(tài)量表(Mini-mental state examination，MMSE)評(píng)定，評(píng)分≤22分；合并嚴(yán)重骨骼肌肉等疾?。徊荒芘浜险?。將60例患者隨機(jī)分為對(duì)照組和觀察組各30例，2組患者一般資料比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，見表1。

表1 2組患者一般資料比較

1.2 方法 對(duì)照組進(jìn)行常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練和Lokomat下肢機(jī)器人訓(xùn)練，觀察組在此基礎(chǔ)上再聯(lián)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練包括良肢位擺放、關(guān)節(jié)活動(dòng)度訓(xùn)練、肌力訓(xùn)練、翻身及轉(zhuǎn)移訓(xùn)練、平衡功能訓(xùn)練、步行訓(xùn)練、日常生活活動(dòng)能力訓(xùn)練等。由治療師根據(jù)患者肢體功能進(jìn)行訓(xùn)練，每次訓(xùn)練30 min，每天2次，每周6次，持續(xù)4周。Lokomat下肢康復(fù)機(jī)器人(瑞士Hocoma公司 Lokomat pro)訓(xùn)練：康復(fù)治療師根據(jù)患者實(shí)際情況調(diào)整訓(xùn)練參數(shù)，起始減重為自身重量的50%，引導(dǎo)力為100%，步速為1.5 km/h，根據(jù)患者情況增加訓(xùn)練難度，并根據(jù)患者下肢主動(dòng)運(yùn)動(dòng)能力進(jìn)行被動(dòng)-助動(dòng)的調(diào)整，逐漸降低引導(dǎo)力，增強(qiáng)患者步行的主動(dòng)性，但不得低于30%，逐步提高步行速度，但不高于2 km/h，訓(xùn)練時(shí)關(guān)閉虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)系統(tǒng)。每次訓(xùn)練20min，每天1次，每周6次，持續(xù)4周。觀察組在常規(guī)康復(fù)治療的基礎(chǔ)上進(jìn)行20min的Lokomat下肢康復(fù)機(jī)器人聯(lián)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)治療，每天1次，每周6次，持續(xù)4周。在Lokomat下肢康復(fù)機(jī)器人訓(xùn)練的同時(shí)，打開在跑臺(tái)前放置的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)系統(tǒng)，通過傳感器的反饋?zhàn)尰颊咴谄聊簧夏芸吹阶约旱奶摂M化身?？祻?fù)治療師根據(jù)患者下肢功能的實(shí)際情況，選擇對(duì)髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)及步態(tài)周期等方面進(jìn)行有針對(duì)性及難易不同的訓(xùn)練，例如在訓(xùn)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(zhuǎn)向和行進(jìn)速度，收集金幣、躲避障礙物(如樹木、巖石等)，直到最終完成訓(xùn)練目標(biāo)?；颊哂?xùn)練時(shí)在視覺系統(tǒng)、聽覺系統(tǒng)和主動(dòng)意識(shí)驅(qū)動(dòng)下，傳感器接收到一側(cè)下肢活動(dòng)(如擺動(dòng)相中期的主動(dòng)屈髖或者擺動(dòng)相末期的主動(dòng)伸膝)的反饋超過預(yù)設(shè)閾值時(shí)則虛擬人可向?qū)?cè)轉(zhuǎn)向，雙側(cè)下肢的反饋同時(shí)超過預(yù)設(shè)閾值越多，虛擬人行進(jìn)速度越快。在具體治療指標(biāo)設(shè)定中，設(shè)置個(gè)性化訓(xùn)練任務(wù)，訓(xùn)練難度不宜太大，這樣更容易充分調(diào)動(dòng)和維持患者的訓(xùn)練動(dòng)機(jī)和主動(dòng)參與性。訓(xùn)練過程中隨時(shí)通過軟件調(diào)整設(shè)備對(duì)患者活動(dòng)檢測的敏感性，檢測敏感性越高，訓(xùn)練任務(wù)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(zhàn)。

1.3 評(píng)定標(biāo)準(zhǔn) 治療前和治療4周后由同一名不參與治療且對(duì)患者分組情況不知情的康復(fù)治療師分別對(duì)2組患者進(jìn)行評(píng)定：①Berg平衡量表(Berg balance scale，BBS)，共14個(gè)項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目均采用 0～4分五級(jí)評(píng)分法，總分56分，得分越高，平衡功能越好。②Fugl-Meyer下肢運(yùn)動(dòng)功能量表(Fugl-Meyer assessment lower extremity，F(xiàn)MA-LE)，總分34分，每個(gè)項(xiàng)目0～2分，評(píng)分越高，肢體運(yùn)動(dòng)功能越好。③功能性步行量表(functional ambulation category，F(xiàn)AC)：0級(jí)為患者不能行走或在2人幫助下行走；1級(jí)為患者需在1人連續(xù)扶持下減重并維持平衡；2級(jí)為患者在1人持續(xù)或者間斷扶持下行走；3級(jí)為患者無需他人直接的身體扶持，而在監(jiān)督下行走；4級(jí)為患者能在平坦地面上獨(dú)立行走，上下坡或不平路需要幫助；5級(jí)為患者能獨(dú)立行走。分級(jí)越高，步行能力越強(qiáng)。

2 結(jié)果

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

表2 2組患者治療前后BBS和FMA-LE評(píng)分比較 分，

2.2 2組患者治療前后FAC分級(jí)比較 治療前2組患者FAC分級(jí)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。治療4周后，2組患者FAC分級(jí)較治療前均明顯改善(均P<0.01)，且觀察組分級(jí)較對(duì)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(jí)比較 例

3 討論

心腦血管疾病是全球最為高發(fā)的一類疾病，據(jù)統(tǒng)計(jì)中國在2017年死于腦卒中的人數(shù)占總死亡人數(shù)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(nèi)的神經(jīng)元及神經(jīng)細(xì)胞長期處于缺血缺氧狀態(tài)發(fā)生壞死，導(dǎo)致其支配的相關(guān)區(qū)域功能喪失，而出現(xiàn)一系列功能障礙，如偏癱、口眼歪斜、吞咽及言語障礙等，嚴(yán)重影響患者的生存質(zhì)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(xiàn)為患側(cè)下肢無力、痙攣、協(xié)調(diào)性差、姿勢控制異常及平衡能力障礙等，是臨床康復(fù)的重點(diǎn)。

目前，常規(guī)的康復(fù)治療技術(shù)包括肌力訓(xùn)練、平衡功能訓(xùn)練、步行訓(xùn)練、作業(yè)治療等，能輔助患者進(jìn)行早期功能恢復(fù)，另外Bobath技術(shù)、Brunnstrom技術(shù)及反復(fù)促通療法等手法治療技術(shù)的應(yīng)用，在改善并整合下肢支撐能力，恢復(fù)患者穩(wěn)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(duì)照組與觀察組均采用了常規(guī)康復(fù)治療作為患者的基礎(chǔ)性治療。Lokomat是世界上第一臺(tái)將下肢機(jī)械外骨骼與醫(yī)用跑臺(tái)結(jié)合起來的康復(fù)治療機(jī)器人，具有動(dòng)態(tài)減重和步態(tài)矯正系統(tǒng)，可為患者提供模擬正常生理步態(tài)的康復(fù)訓(xùn)練。同時(shí)，康復(fù)治療師可根據(jù)患者的實(shí)際情況實(shí)時(shí)調(diào)整下肢負(fù)重、關(guān)節(jié)屈伸角度、機(jī)械腿引導(dǎo)力、步行速度等參數(shù)及患者的治療時(shí)間，為患者制定個(gè)性化的訓(xùn)練方案，更好地解決平衡、邁步及負(fù)重等問題[12-14]。本研究對(duì)照組采用常規(guī)康復(fù)治療結(jié)合下肢機(jī)器人訓(xùn)練，治療后患者的BBS、FMA-LE評(píng)分及FAC等級(jí)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(jié)果相似，國內(nèi)外諸多研究顯示，下肢康復(fù)機(jī)器人對(duì)患者平衡能力、運(yùn)動(dòng)功能及步行能力的改善均有明顯意義，可作為常規(guī)康復(fù)治療的輔助治療手段[4,13-16]。Bruni等[14]認(rèn)為，使用機(jī)器人技術(shù)可以對(duì)腦卒中患者的步態(tài)康復(fù)結(jié)果產(chǎn)生積極影響。溫金亞[16]認(rèn)為，腦卒中偏癱患者實(shí)施下肢康復(fù)機(jī)器人結(jié)合常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練能夠有效提升下肢肌力，利于恢復(fù)平衡功能與下肢運(yùn)動(dòng)功能。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是集先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感與測量技術(shù)、仿真技術(shù)和微電子技術(shù)于一體的新興技術(shù)，其與康復(fù)設(shè)備相結(jié)合，有助于康復(fù)訓(xùn)練過程中的重復(fù)練習(xí)、效果反饋和動(dòng)機(jī)維持，是現(xiàn)代先進(jìn)康復(fù)技術(shù)的新選擇。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的三個(gè)基本特征為沉浸、交互和想象，它可以使患者融入到虛擬環(huán)境中，與其中的虛擬對(duì)象進(jìn)行交流及相互作用，安全、趣味性強(qiáng)，反饋形式多樣、重復(fù)性好，使患者在康復(fù)過程中變被動(dòng)為主動(dòng)，它與下肢機(jī)器人訓(xùn)練相結(jié)合對(duì)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(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)慢性腦卒中患者功能的影響做了系統(tǒng)性評(píng)價(jià)和Meta分析，結(jié)果顯示虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)腦卒中患者下肢肌肉張力、肌肉力量、關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍、步態(tài)、平衡及運(yùn)動(dòng)的改善均有明顯效果。Park等[22]進(jìn)行了一項(xiàng)虛擬現(xiàn)實(shí)和聽覺刺激的機(jī)器人輔助步態(tài)訓(xùn)練對(duì)腦卒中患者平衡和步態(tài)能力影響的隨機(jī)對(duì)照實(shí)驗(yàn)，評(píng)價(jià)內(nèi)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(xiàn)實(shí)機(jī)器人組較聽覺刺激機(jī)器人組FMA-LE評(píng)分提高更為明顯，較常規(guī)康復(fù)治療組BBS、TUGT、10MWT和FMA-LE評(píng)分提高均更為明顯，說明虛擬現(xiàn)實(shí)機(jī)器人輔助步態(tài)訓(xùn)練更有助于患者平衡及步行能力的改善。Bergmann等[23]的研究結(jié)果顯示，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠增強(qiáng)亞急性腦卒中步行障礙患者的機(jī)器人輔助訓(xùn)練效果，能夠增強(qiáng)動(dòng)力，延長訓(xùn)練時(shí)間，是腦卒中患者步態(tài)康復(fù)訓(xùn)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(guī)治療組、康復(fù)機(jī)器人組和虛擬現(xiàn)實(shí)機(jī)器人組3組，分別進(jìn)行常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練、常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練聯(lián)合機(jī)器人訓(xùn)練、常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練和機(jī)器人訓(xùn)練聯(lián)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，結(jié)果顯示，下肢康復(fù)機(jī)器人聯(lián)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能有效改善腦卒中患者的平衡能力、下肢運(yùn)動(dòng)功能、卒中后運(yùn)動(dòng)功能和步行能力。本研究結(jié)果顯示，在常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練及下肢機(jī)器人訓(xùn)練基礎(chǔ)上聯(lián)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)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(duì)照組更顯著，這與國內(nèi)外學(xué)者的研究結(jié)果一致[4,21-23]。

綜上所述，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能為缺血性腦卒中患者在康復(fù)治療過程中提供身臨其境的環(huán)境體驗(yàn)，提高患者的積極性與主動(dòng)性，對(duì)下肢功能及平衡能力的改善有促進(jìn)作用，值得推廣。本研究樣本量小，治療時(shí)間短，存在一定局限性，仍需加大樣本量、延長治療時(shí)間、進(jìn)行長期隨訪等進(jìn)一步深入研究。