AR體感運動結(jié)合對側(cè)控制型功能性電刺激治療青少年特發(fā)性脊柱側(cè)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(fā)性脊柱側(cè)彎（adolescent idiopathic scoliosis，AIS）是嚴(yán)重影響青少年身心健康的脊柱疾病之一，發(fā)病率為3%～5%[1]。經(jīng)多年臨床驗證，施羅斯運動治療脊柱側(cè)彎療效確切，可通過自主牽伸、側(cè)方移動和旋轉(zhuǎn)成角呼吸等方法幫助患者矯正脊柱[2-3]。但傳統(tǒng)的施羅斯矯正運動普遍存在枯燥、反復(fù)、情景交互不足的特點，青少年患者長時間練習(xí)后會出現(xiàn)消極、懈怠、無法集中注意力等問題，導(dǎo)致最終的訓(xùn)練效果不如預(yù)期理想。再加上患者自身反應(yīng)感知能力的不同以及自我認(rèn)知力的限制，在家自主訓(xùn)練不能保證高質(zhì)量完成，從而也無法保證治療的穩(wěn)定性和持續(xù)性。研究表明，對側(cè)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(dǎo)通路的興奮性[4-5]。但單純的CCFES為即時效應(yīng)，作用短暫，無法保證治療的穩(wěn)定性和持續(xù)性[6-8]。而單一的康復(fù)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(xùn)練模式有局限性[9-12]。增強現(xiàn)實（augmented reality，AR）體感技術(shù)結(jié)合了增強現(xiàn)實視頻圖像合成技術(shù)和體感交互動作識別技術(shù)，可以將患者人體與數(shù)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(xiàn)實環(huán)境來激活青少年患者大腦的鏡像神經(jīng)元，促使大腦發(fā)生可塑性改變和功能重組[16-19]。本研究基于AR體感技術(shù)實施個性化施羅斯運動，并聯(lián)合CCFES形成信息傳遞的閉合回路以實現(xiàn)對神經(jīng)中樞的主被動協(xié)同刺激，并探索其在AIS患者中的應(yīng)用效果。

1 對象和方法

1.1 對象 選取浙江醫(yī)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(guī)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(shù)、是否帶矯形支具等一般資料比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（均P＞0.05），見表1。納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）AIS的診斷符合《中國整脊常見病診療指南》相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[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(cè)彎、胸/腰段側(cè)彎或腰段側(cè)彎；（5）基本認(rèn)知功能正常，無心理障礙和皮膚?。唬?）治療期間不接受其他方法治療，如手術(shù)等。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）先天性或任何其他明確病因引起的繼發(fā)性脊柱側(cè)彎；（2）合并嚴(yán)重的心腦血管疾病；（3）體質(zhì)嚴(yán)重虛弱；（4）Cobb角＞30°或手術(shù)指征明確而不宜非手術(shù)治療者。本研究經(jīng)本院醫(yī)學(xué)倫理委員會審查通過[批準(zhǔn)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(jù)《中國青少年脊柱側(cè)凸篩查臨床實踐指南及路徑指引》[5]，結(jié)合專家咨詢，兼顧患者自主康復(fù)需求，制訂AR體感運動結(jié)合CCFES干預(yù)方案，見表2。應(yīng)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(tài)測評系統(tǒng)構(gòu)建一種低成本的AR體感運動刺激康復(fù)平臺（包括個人信息管理、人體姿態(tài)數(shù)據(jù)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(shè)備使用波蘭Luna公司的Vast康復(fù)情景互動評估與訓(xùn)練系統(tǒng)；生物刺激反饋儀使用南京偉思醫(yī)療科技股份有限責(zé)任公司的S430生物刺激反饋儀，參數(shù)設(shè)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(xù)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(fù)治療師講解AR體感運動干預(yù)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(guī)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(jù)頂椎定位在胸椎、胸腰段向脊柱側(cè)凸相反方向運動，定位在腰段向脊柱側(cè)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(lián)合CCFES干預(yù)方案

1.3 觀察指標(biāo) 觀察并比較3組患者治療前及治療4、8周后軀干旋轉(zhuǎn)角、Cobb角、冠狀面軀干偏移距離、頂椎偏移距離。（1）軀干旋轉(zhuǎn)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(yī)者觀察其背部兩側(cè)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(cè)凸中向脊柱側(cè)凸凹側(cè)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(xù)表2

1.4 統(tǒng)計學(xué)處理 采用SPSS 26.0統(tǒng)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(nèi)各時點比較采用重復(fù)測量數(shù)據(jù)的方差分析。計數(shù)資料組間比較采用χ2檢驗。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 3組患者治療前后軀干旋轉(zhuǎn)角比較 3組患者治療前軀干旋轉(zhuǎn)角比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）；治療4、8周后，3組患者軀干旋轉(zhuǎn)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(tǒng)計學(xué)意義（均 P＜0.05），見表 3。

表3 3組患者治療前后軀干旋轉(zhuǎn)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(tǒng)計學(xué)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(tǒng)計學(xué)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(tǒng)計學(xué)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(tǒng)計學(xué)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(tǒng)計學(xué)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(tǒng)計學(xué)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(tǒng)的信息而構(gòu)建，如果腦部接收到的多種感覺輸入不一致，將會直接導(dǎo)致腦對于機體相對空間定位的誤差，從而出現(xiàn)腦功能失調(diào)代償形成的脊柱側(cè)彎形態(tài)[20]。因此在治療過程中，脊柱兩側(cè)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(cè)移運動和旋轉(zhuǎn)呼吸來達到矯正的效果，但對神經(jīng)通路的感覺刺激相對不足。AR體感運動強調(diào)人體姿勢的正確控制以及本體感覺系統(tǒng)的再訓(xùn)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(jīng)和感覺神經(jīng)反饋，同步產(chǎn)生一個運動控制的強烈感知覺信號，更好地激發(fā)凸側(cè)的肌纖維，加強凸側(cè)椎旁肌肌肉力量，均衡椎旁肌兩側(cè)肌電活動和脊柱兩側(cè)的感覺輸入。AR體感運動能充分利用患者和環(huán)境的關(guān)系，將主被動運動交互進環(huán)境中，強化感覺刺激。主動的AR體感運動結(jié)合被動的CCFES，構(gòu)建了人體完整的主被動閉環(huán)系統(tǒng)?；谏眢w的感覺和運動體驗以及其與環(huán)境的互動，當(dāng)感覺輸入的問題和中樞整合的能力均調(diào)整好，功能輸出時發(fā)生脊柱問題的可能性就會降低。

本研究結(jié)果顯示，AR+CCFES能增強側(cè)彎患者動作的正性反饋，強化動作整體的控制，強調(diào)定點定時的呼吸維持，幫助側(cè)彎患者在三維平面進行矯正，治療后軀干旋轉(zhuǎn)角、Cobb角、冠狀面軀干偏移距離、頂椎偏移距離等指標(biāo)均明顯降低；且AR+CCFES組明顯優(yōu)于AR組、對照組。AIS患者兩側(cè)椎旁肌纖維種類和數(shù)量具有不對稱性，凹側(cè)Ⅰ型肌纖維數(shù)量減少而Ⅱ型肌纖維數(shù)量較多，肌肉收縮快且易疲勞，凸側(cè)Ⅰ型肌纖維明顯增多，但Ⅱ型肌纖維數(shù)量減少，總體而言，凸側(cè)肌肉力量明顯減弱。應(yīng)用AR體感運動聯(lián)合CCFES能增加凸側(cè)Ⅱ型肌纖維數(shù)量，有效提高脊柱兩側(cè)肌電波幅的均衡性。王長純等[10]應(yīng)用運動療法結(jié)合電刺激效果明顯，與本研究結(jié)果一致。此外，治療4、8周后，AR組略優(yōu)于對照組。通過施羅斯運動引導(dǎo)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(xù)，特別是呼吸運動的可視化和浸入式環(huán)境刺激。可見，AR+CCFES在AIS患者中的應(yīng)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(dǎo)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(xùn)練難點[21-23]。但CCFES能很好地解決這個問題。另外，脊柱側(cè)彎患者存在椎旁肌兩側(cè)肌電活動不對稱、肌力不均衡等問題，而CCFES能利用對側(cè)的肌電信號強度來進行再平衡，從而達到脊柱的動態(tài)平衡。（2）AR+CCFES能提高脊柱側(cè)彎患者自主康復(fù)依從性。AIS患者恐懼、焦慮、疲乏、不自信的情緒往往導(dǎo)致自主康復(fù)訓(xùn)練效果不理想，患者依從性大大降低[24-25]。在AR技術(shù)的支持下，強化動作挑戰(zhàn)性和及時反饋性，同時采用虛擬治療師和現(xiàn)實治療師的雙結(jié)合等方式，均能幫助患者最大化地調(diào)動感覺運動刺激，從而提高患者自主康復(fù)訓(xùn)練的依從性。

綜上所述，AR體感運動結(jié)合CCFES在AIS患者中的應(yīng)用效果良好，在脊柱兩側(cè)運動均衡性方面具有明顯優(yōu)勢。