基于沉浸式虛擬現(xiàn)實技術(shù)的助步車自然步行康復(fù)訓(xùn)練改善卒中患者行走能力

孔倩倩，林少英，何丹，張赫娛

步行能力損害見于約3/5 的卒中幸存者[1]，其發(fā)生與卒中導(dǎo)致的肌力及肌張力障礙、感覺異常、平衡和協(xié)調(diào)問題、認知功能下降、疲乏等因素相關(guān)[2,3]，嚴重限制了卒中患者的日常生活，增加其跌倒風(fēng)險，并對其身心健康和生活質(zhì)量產(chǎn)生重大影響[4]。

早期和持續(xù)的步行康復(fù)訓(xùn)練可有效提高卒中患者的步行能力[5]，但傳統(tǒng)訓(xùn)練方案強度及重復(fù)性較高，趣味性欠缺，部分患者在訓(xùn)練過程中難以得到有效及時的正向反饋；同時，其康復(fù)過程對康復(fù)治療師的數(shù)量、康復(fù)訓(xùn)練場地、患者的經(jīng)濟狀況及安全保障體系亦有很高的要求[6]。所以，亟需新的康復(fù)技術(shù)作為輔助治療手段以提高卒中后步行障礙的康復(fù)治療效果和依從性。

從運動學(xué)習(xí)角度看，虛擬現(xiàn)實（virtual reality，VR）技術(shù)在步行康復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用為長時程、高強度、任務(wù)導(dǎo)向、多感官正向反饋訓(xùn)練提供了可能[7]。VR 技術(shù)目前主要用于上肢功能的恢復(fù)[8]，而步行能力的康復(fù)由于受肌力、平衡、協(xié)調(diào)等多方面因素制約，發(fā)展相對滯后。一項針對65 歲以上老齡人群的隨機對照試驗中，8 周的VR 康復(fù)訓(xùn)練聯(lián)合傳統(tǒng)康復(fù)訓(xùn)練可以顯著改善參與者的下肢力量、平衡和行走能力[9]。各種VR系統(tǒng)對卒中后患者平衡、行走功能及社區(qū)獨立活動能力的恢復(fù)也有促進作用[10]。但既往研究多針對6 個月以上的卒中患者[11,12]，且采用半沉浸式VR 訓(xùn)練[13,14]，所結(jié)合的康復(fù)機器人或跑步機等設(shè)施并不是基于自然行走狀態(tài)[15,16]，且價格昂貴，不適于家用。

基于此，本研究擬進一步觀察在常規(guī)訓(xùn)練的基礎(chǔ)上聯(lián)合基于沉浸式VR技術(shù)的助步車自然步行康復(fù)訓(xùn)練對缺血性卒中患者平衡及行走能力的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料

本研究納入2019 年7 月至2021 年12 月我院收治的缺血性卒中患者40 例。入選標準：①診斷符合《缺血性卒中基層診療指南（2021）》標準[17]，有急性起病的神經(jīng)功能缺損癥狀和體征，經(jīng)頭顱CT 或MRI 證實為腦梗死；②發(fā)病3個月以內(nèi)，生命體征平穩(wěn)，意識清晰；③年齡18～70 歲；④能夠獨立行走＞10 米（依靠或不依靠輔具）[4,13]；⑤認知及言語功能正常。排除標準：①非腦血管病引起的平衡和步行功能障礙；②有顯著的視覺和聽覺功能障礙；③有精神、認知障礙及不能配合檢查；④有重要臟器功能減退或衰竭。本研究經(jīng)本院醫(yī)學(xué)倫理委員會審核批準，所有患者在入組前均簽署知情同意書。

1.2 方法

1.2.1 訓(xùn)練方法 使用隨機數(shù)表法將患者隨機分為對照組和觀察組。對照組接受言語指導(dǎo)下的常規(guī)步行訓(xùn)練，包括重心轉(zhuǎn)移訓(xùn)練、走直線訓(xùn)練、繞圈訓(xùn)練，3次/周，共4周；觀察組患者在對照組訓(xùn)練基礎(chǔ)上增加VR聯(lián)合傳感助步車自然步行康復(fù)訓(xùn)練，30 min/次，3 次/周，共4 周。2 組的訓(xùn)練各由1 位醫(yī)生指導(dǎo)。在訓(xùn)練前（第0周）和訓(xùn)練后（第4周）由1名對分組不知情的獨立評估人員進行評估。

1.2.2 基于VR 的步態(tài)康復(fù)系統(tǒng)和靜平衡檢測系統(tǒng)本研究所采用VR步態(tài)康復(fù)系統(tǒng)包括：①一臺可升降傳感助步器，用于采集患者行走當(dāng)中的生命體征和步態(tài)數(shù)據(jù)，并在患者在行走不穩(wěn)時給予支撐；②標準化商用VR設(shè)備HTC Vive Pro，包含1個頭顯、2個手持控制器和4個HTC獨立定位器；③基于VR技術(shù)的步行康復(fù)訓(xùn)練場景（圖1），包括：基礎(chǔ)動作練習(xí)、基本路徑訓(xùn)練、過馬路訓(xùn)練。其中，基礎(chǔ)動作練習(xí)主要用于熟悉場景和設(shè)備；路徑訓(xùn)練中為患者指定固定訓(xùn)練路徑（直線、S型、L型和O型路徑），可在訓(xùn)練時針對患者步速偏差、重心偏移、步距的不對稱性等問題給予實時提醒；過馬路訓(xùn)練以日常生活典型場景為訓(xùn)練環(huán)境，患者需自行規(guī)劃路線，躲避行人和障礙物，根據(jù)紅綠燈的提示在斑馬線處橫穿馬路，最終到達目的地。④靜平衡檢測儀通過測壓元件測量壓力中心，采集患者不同姿態(tài)站立時的靜平衡數(shù)據(jù)[18]。

圖1 基于VR的步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練場景

1.2.3 觀察指標和評價標準 收集所有患者的臨床資料，并由2名臨床醫(yī)生進行神經(jīng)系統(tǒng)體格檢查，完善頭頸部CTA及顱腦MRI檢查。

所有患者治療前后均有平衡及行走能力的評估。主要包括：①通過Barthel 指數(shù)（Barthel Index，BI）評估患者的日常生活能力[19]；②通過Tinetti 平衡和步態(tài)量表（Tinetti Balance and Gait，TGS）評估患者的平衡和步態(tài)情況[20]；③通過10 米步行試驗（10 Meter Walk Test，10MMT）評估患者的步行速度[9]；④通過Romberg試驗[21]和平衡檢測儀[18,22,23]評估患者站立時的靜平衡能力；⑤通過傳感助步車采集步態(tài)信息以評估患者行走過程中重心控制能力：主要包括步幅和重心各向偏移量[23]；⑥記錄研究中不良反應(yīng)和治療失敗次數(shù)，作為治療安全性指標。

1.3 統(tǒng)計學(xué)處理

2 結(jié)果

2.1 人口學(xué)資料

入組的40 例缺血性卒中患者，納入對照組21 例，觀察組19例；2組一般資料差異無統(tǒng)計學(xué)意義，見表1。

表1 2組人口學(xué)資料比較[(±s)或例或例(%)]

組別對照組觀察組P值例數(shù)21 19年齡/歲55.10±2.33 49.74±2.74 0.142男/女8/13 11/8 0.342身高/cm 160.90±1.42 164.50±1.74 0.113體質(zhì)量/kg 61.86±2.21 61.79±2.20 0.983高血壓13(61.90)13(68.42)0.748糖尿病8(38.10)9(47.37)0.750發(fā)病時間/d 8.19±0.85 8.53±0.81 0.778

2.2 平衡能力改善情況

Romberg 試驗檢驗患者平衡能力的結(jié)果顯示：訓(xùn)練前，對照組2例患者睜閉眼均發(fā)生搖晃，2例患者在閉眼時發(fā)生搖晃；觀察組3例患者睜閉眼時發(fā)生搖晃，2 例患者在閉眼時發(fā)生搖晃。訓(xùn)練后，所有患者完成Romberg動作時均未發(fā)生搖晃。

平衡檢測儀對患者靜平衡能力的檢測結(jié)果（表2）顯示，2組訓(xùn)練前靜平衡能力差異無統(tǒng)計學(xué)意義。訓(xùn)練后，①對照組在雙足站立+雙手叉腰/前伸+睜眼動作下，重心總移動速率及垂直移動速率較訓(xùn)練前明顯改善（P＜0.05）；在雙足站立+雙手叉腰+閉眼動作下，重心垂直移動速率較訓(xùn)練前改善（P＜0.05）；雙足站立+雙臂前伸+睜眼動作下，重心總移動速率、垂直移動速率較訓(xùn)練前改善（P＜0.05）；在雙足站立+雙臂前伸+閉眼動作下，重心總移動速率、垂直移動速率、水平移動振幅及重心覆蓋面積均較訓(xùn)練前明顯改善（P＜0.01）；②觀察組患者，除雙足站立+雙臂前伸+閉眼動作下，重心垂直移動振幅較訓(xùn)練前無改善，其余動作重心總移動速率、水平移動速率、水平移動振幅、垂直移動速率、重心覆蓋面積均較訓(xùn)練前改善（P＜0.01）；③2 組患者訓(xùn)練后，在睜眼情況下，觀察組患者雙手叉腰時重心水平移動振幅和重心覆蓋面積較對照組顯著減少（P＜0.05）；而雙臂前伸時，重心總移動速率和垂直移動速率較對照組顯著減少（P＜0.03）。

表2 觀察組和對照組訓(xùn)練4周平衡數(shù)據(jù)

2.3 行走功能和日常生活能力改善情況

TGS 評估患者的平衡和步行功能改變結(jié)果顯示，康復(fù)訓(xùn)練后，2 組的平衡和步態(tài)能力均高于訓(xùn)練前（P＜0.01），但2 組間的改善程度差異無統(tǒng)計學(xué)意義。進一步，10MWT監(jiān)測結(jié)果顯示，康復(fù)訓(xùn)練前，對照組和觀察組患者的步行速度分別為（0.67±0.03）m/s 和（0.66±0.02）m/s，提示2組患者均有社區(qū)步行能力的受限?？祻?fù)訓(xùn)練后，對照組和觀察組患者的步行速度提高為（0.75±0.02）m/s 和（0.75±0.01）m/s，均高于訓(xùn)練前（P＜0.05、0.01）。最后，BI 評估發(fā)現(xiàn)2 組訓(xùn)練后日常生活能力均較訓(xùn)練前明顯改善（P＜0.01），但2 組間步行和日常生活能力的改善程度差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），見表3。

表3 2組訓(xùn)練4周行走及日常生活能力

通過傳感助步車采集患者的步態(tài)信息分析結(jié)果顯示，2 組的平均步幅在訓(xùn)練后均有所提高（P＜0.05、0.01），但2 組間差異無統(tǒng)計學(xué)意義。直線行走過程中患者重心向右偏移量在訓(xùn)練后較前縮短，且觀察組縮短程度更明顯（P＜0.05）。觀察組訓(xùn)練后重心向上偏移量較訓(xùn)練前也有所縮短（P＜0.01），見表3。

在訓(xùn)練過程中，2組患者無跌倒及卒中進展發(fā)生。觀察組出現(xiàn)頭暈4 例、疲勞4 例、視物重影1 例、頭痛1例；對照組出現(xiàn)頭暈2 例、疲勞7 例，惡心1 例、腰痛2例。休息后均可緩解，無患者因不良反應(yīng)終止訓(xùn)練。

3 討論

平衡與步行能力的恢復(fù)是提高卒中患者生活質(zhì)量的基礎(chǔ)，也是康復(fù)治療的重點[24]。盡管大多數(shù)研究表明基于VR的步行康復(fù)訓(xùn)練是傳統(tǒng)訓(xùn)練方式的有益補充，但是這些研究中VR接口多基于機器人和跑步機等設(shè)施[25]。而研究報道基于自然行走的訓(xùn)練對于恢復(fù)步態(tài)的對稱性和運動能力有更明顯的作用[26]。因此，本研究的目的是比較基于VR技術(shù)的助步車自然步行康復(fù)訓(xùn)練與傳統(tǒng)步行訓(xùn)練對卒中患者行走能力恢復(fù)的影響。結(jié)果提示4 周的傳統(tǒng)步態(tài)訓(xùn)練聯(lián)合基于沉浸式VR 技術(shù)的助步車自然步行康復(fù)訓(xùn)練能有效提高卒中患者靜止和運動時的重心控制能力，改善患者的行走和日常生活能力，與既往急性和亞急性卒中患者無法從VR訓(xùn)練獲益的觀點不同[27]。

本研究進一步發(fā)現(xiàn)，在步幅、步速以及步行和日常生活能力量表的評估中，2組訓(xùn)練方案對平衡和行走功能的改善程度類似。其原因包括：①本研究所采用的VR訓(xùn)練方案和傳統(tǒng)步行訓(xùn)練方案原理相似，可能導(dǎo)致類似的訓(xùn)練效果[9]。②在VR環(huán)境中，自然行走的速度下降，步幅縮短[28]，縮小了本研究中的組間差異。③傳統(tǒng)康復(fù)量表不夠敏感。因此，當(dāng)使用平衡檢測儀和傳感助步車檢測患者靜平衡和行走中的重心控制能力時，部分指標提示觀察組康復(fù)效率更高（P＜0.05），支持將其作為傳統(tǒng)康復(fù)訓(xùn)練的有益補充。這也與meta分析顯示非自然行走狀態(tài)下，基于VR的平衡和步態(tài)訓(xùn)練仍然優(yōu)于傳統(tǒng)康復(fù)措施的研究結(jié)果相一致[29]。

在本研究中，我們自主開發(fā)了基于自然行走的VR步行訓(xùn)練系統(tǒng)來滿足特定的需求：①訓(xùn)練環(huán)境從簡單的路徑訓(xùn)練，到復(fù)雜的認知-步態(tài)綜合訓(xùn)練，每個任務(wù)具有廣泛、可調(diào)節(jié)的難度范圍，符合神經(jīng)系統(tǒng)可塑性的建立原則[30]；②卒中患者站立或行走時重心控制能力下降是步行障礙的成因之一[31]。因此，本VR系統(tǒng)針對患者訓(xùn)練中重心變化給予可視化提醒，結(jié)果發(fā)現(xiàn)訓(xùn)練后觀察組站立或行走時重心偏移程度顯著小于對照組。③認知-步態(tài)雙任務(wù)執(zhí)行能力與卒中患者能否順利回歸社會有密切關(guān)系。既往有研究通過VR康復(fù)游戲訓(xùn)練患者的雙任務(wù)執(zhí)行能力，例如虛擬健身、滑雪游戲、障礙物躲避游戲、球類游戲等[32]，發(fā)現(xiàn)其較傳統(tǒng)康復(fù)訓(xùn)練能更加有效的改善患者的平衡、步頻和步速。本研究的訓(xùn)練任務(wù)在借鑒既往游戲思維的基礎(chǔ)上，通過更加日常的過馬路場景，幫助患者進行更加安全實用的雙任務(wù)步態(tài)和社區(qū)訓(xùn)練[23]。④盡管本研究入組的患者已具備獨立行走能力，但為了增加獨立訓(xùn)練的安全性，我們采用了傳感助步車進行輔助行走。據(jù)報道，卒中后早期大腦可塑性和結(jié)構(gòu)重組能力更高[33]，因此傳感助步車的引入有助于患者更早投入步行康復(fù)訓(xùn)練，以獲得更好的療效。

本研究存在一定局限性：①樣本量相對較小。②治療師和患者無法對治療分組保持絕對盲法。為減少偏倚，本研究中評估人員對分組情況并不了解。同時，我們在傳統(tǒng)步行康復(fù)訓(xùn)練中選取了與VR系統(tǒng)相似的行走路徑，并延長了訓(xùn)練時間，以更好地控制偏倚。③沒有提供隨訪數(shù)據(jù)，無法觀察訓(xùn)練的長期效果。

綜上，本研究發(fā)現(xiàn)卒中后早期聯(lián)合基于沉浸式VR技術(shù)的助步車自然步行康復(fù)訓(xùn)練有助于恢復(fù)輕型卒中患者的平衡和步行能力。建議未來擴大樣本量，以探索沉浸式虛擬現(xiàn)實的更多應(yīng)用。