應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)平衡訓(xùn)練技術(shù)對(duì)腦卒中后平衡功能改善的臨床療效觀察研究.pdf

1、背景:
　　中國(guó)每年新發(fā)腦卒中患者約200萬(wàn)人，在發(fā)病人群中70％～80％的腦卒中患者多因病后殘疾而不能獨(dú)立生活，平衡功能障礙是腦卒中后患者常見(jiàn)的功能障礙之一。卒中后偏癱患者由于高位中樞病變失去了對(duì)低位中樞的控制，出現(xiàn)平衡反射功能的失調(diào)，感覺(jué)、運(yùn)動(dòng)、肌張力及肌群間的協(xié)調(diào)能力喪失，無(wú)法維持正常的姿勢(shì)控制，主要表現(xiàn)在身體重心的偏移，患側(cè)肢體的負(fù)重能力、穩(wěn)定性不同程度的減退。而卒中患者出院后將面臨更復(fù)雜的社會(huì)環(huán)境，諸如戶(hù)外步行、上下斜坡

2、、樓梯、障礙物等都對(duì)患者的平衡功能有一定要求，其平衡功能障礙將嚴(yán)重影響患者的康復(fù)及生活質(zhì)量。Horak等認(rèn)為人體平衡功能是基于靈活的、功能性的運(yùn)動(dòng)技能，通過(guò)訓(xùn)練可以提高平衡控制能力。腦卒中后平衡能力訓(xùn)練是康復(fù)治療的重要內(nèi)容，也是預(yù)防、降低腦卒中患者跌倒風(fēng)險(xiǎn)的重要因素。為了在傳統(tǒng)的治療方式上有所創(chuàng)新，在解放治療師雙手的同時(shí)提高訓(xùn)練的效率，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為20世紀(jì)后的新型技術(shù)被引入康復(fù)治療領(lǐng)域。
　　1965年，Ivan Suther

3、land發(fā)表了論文題目為“The Ultimate Display”。文中指出，應(yīng)將電腦顯示屏作為“一個(gè)觀察虛擬世界(Virtual World)的窗口”，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠使該窗口中的景象、聲音、事件和行為非常逼真。隨后人們開(kāi)始針對(duì)這一理論構(gòu)想開(kāi)始進(jìn)行創(chuàng)新改革，80年代初Jaron Lanier首次提出了“虛擬現(xiàn)實(shí)”(Virtual Reality，VR)一詞，也稱(chēng)為靈境技術(shù)或者人工環(huán)境，屬于電腦所建構(gòu)出來(lái)的一種新的、具有三維空間的虛擬用

4、戶(hù)界面。所謂虛擬現(xiàn)實(shí)即使用戶(hù)可以置身于系統(tǒng)設(shè)置的三維環(huán)境中，通過(guò)系統(tǒng)模擬現(xiàn)實(shí)提供的視、聽(tīng)、觸、嗅、味覺(jué)等方面的感受，讓使用者就像身臨其境一般，可以及時(shí)、的觀察三維空間里的事物。根據(jù)使用者不同的角度或位置變化，計(jì)算機(jī)進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算后將精確的三維世界影像傳回產(chǎn)生臨場(chǎng)感。它強(qiáng)調(diào)了人在虛擬系統(tǒng)中的主導(dǎo)作用，屬于跨學(xué)科的綜合集成技術(shù)，涉及計(jì)算機(jī)仿真、人工智能、觸覺(jué)及力覺(jué)反饋傳感技術(shù)、寬視野顯示技術(shù)、三維計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、對(duì)使用者眼和四肢的跟蹤技術(shù)、

5、網(wǎng)絡(luò)并行處理等的現(xiàn)代高新技術(shù)，是一種由計(jì)算機(jī)輔助生成的高技術(shù)模擬系統(tǒng)。
　　對(duì)比傳統(tǒng)康復(fù)方法虛擬現(xiàn)實(shí)擁有許多優(yōu)勢(shì):①安全性:模擬真實(shí)場(chǎng)景，使患者不用外出到正式環(huán)境中亦可在熟悉的環(huán)境進(jìn)行訓(xùn)練，簡(jiǎn)化的訓(xùn)練任務(wù)減少了在真實(shí)環(huán)境中錯(cuò)誤操作可能導(dǎo)致的危險(xiǎn)，許多日常生活活動(dòng)訓(xùn)練系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)想來(lái)源于此。②反饋性:虛擬情景及訓(xùn)練過(guò)程中可以提供多種形式的反饋信息，包括視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)的反饋，訓(xùn)練中動(dòng)作完成度的即時(shí)反饋（訓(xùn)練過(guò)程錄像或數(shù)據(jù)并回看）、階

6、段性治療結(jié)束后訓(xùn)練結(jié)果量化處理，前后對(duì)比，客觀反映進(jìn)步情況。③趣味性:多個(gè)虛擬場(chǎng)景以及游戲可供選擇，使枯燥單調(diào)的運(yùn)動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練過(guò)程更輕松、更有趣和更容易。③個(gè)性化:虛擬現(xiàn)實(shí)允許用戶(hù)進(jìn)行個(gè)性化設(shè)置，將運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練、心理治療及功能測(cè)評(píng)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，針對(duì)患者個(gè)人的實(shí)際情況制定恰當(dāng)?shù)目祻?fù)訓(xùn)練計(jì)劃。④良好交互性:患者能以自然方式與具有多種感官刺激的虛擬環(huán)境中的對(duì)象進(jìn)行互動(dòng)交流，讓參與感提升，提高患者訓(xùn)練積極性與自主控制意識(shí)。⑤真實(shí)性:虛擬的環(huán)境越逼真

7、越容易帶來(lái)身臨其境的感覺(jué)，讓患者自然融入訓(xùn)練環(huán)境中。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提供了重復(fù)練習(xí)、成績(jī)反饋和維持動(dòng)機(jī)3個(gè)關(guān)鍵要素的技術(shù)手段。大量研究結(jié)果表明，患者能在虛擬環(huán)境中學(xué)會(huì)運(yùn)動(dòng)技能，并能將習(xí)得的運(yùn)動(dòng)技能遷移到現(xiàn)實(shí)世界的真實(shí)環(huán)境中。
　　目的:
　　腦卒中患者由于中樞神經(jīng)系統(tǒng)受損，喪失對(duì)低位神經(jīng)系統(tǒng)的支配能力，常見(jiàn)肌張力增高、平衡反應(yīng)減弱和肌群間相互協(xié)調(diào)能力喪失，導(dǎo)致平衡功能障礙。而平衡功能的缺失使得患病后患者行走能力下降、跌到風(fēng)險(xiǎn)增加

8、，甚至于無(wú)法坐穩(wěn)或單獨(dú)站立。有研究證明虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)卒中后平衡功能恢復(fù)有促進(jìn)作用。本研究的目的是觀察虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)訓(xùn)練對(duì)腦卒中后平衡功能障礙患者的功能改善情況，并與傳統(tǒng)康復(fù)手段對(duì)比其為期2周的康復(fù)治療效果。
　　對(duì)象與方法:
　　選取2014年5月～2014年12月南方醫(yī)科大學(xué)珠江醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科、神經(jīng)外科、神經(jīng)內(nèi)科住院腦卒中患者40例。隨機(jī)分為試驗(yàn)組與對(duì)照組各20例。實(shí)驗(yàn)組男性12例，女性8例，年齡25～78歲，平均46.31

9、±17.61歲，病程15～85天，平均50.00±10.02天;對(duì)照組男性14例，女性6例，年齡26～74歲，平均43.92±12.00歲，病程21～90天，平均45.00±12.04天。
　　患者隨機(jī)分為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組各20例，兩組患者一般資料經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析無(wú)顯著性差異(P＞0.05)，具有可比性。每例患者入組前進(jìn)行Brunnstrom分期、肌力等評(píng)估，訓(xùn)練前1天第一次評(píng)估，治療結(jié)束后再評(píng)估1次。采用Berg平衡量表(Berg B

10、alance Scale，BBS)、Holden步行功能分類(lèi)、“起立-行走”計(jì)時(shí)測(cè)試(Timed Up and Go test，TUG)來(lái)評(píng)定兩組平衡功能。BioFlex姿勢(shì)控制評(píng)估與訓(xùn)練系統(tǒng)觀察指標(biāo)包括:①軌跡長(zhǎng)度:它反映的是在整個(gè)測(cè)量的周期范圍內(nèi)人體重心移動(dòng)的總距離，即人的動(dòng)搖程度，其值越小提示穩(wěn)定性越好;②軌跡外周面積:重心移動(dòng)軌跡包圍成的所有多邊形表面積的總和，它直觀地反映了人體晃動(dòng)的重心走過(guò)的區(qū)域范圍，其值越小提示穩(wěn)定性越好;

11、③軌跡移動(dòng)速度:由軌跡長(zhǎng)度除以單位時(shí)間所得到的重心移動(dòng)速度，它也從側(cè)面反映人體重心轉(zhuǎn)移程度，其數(shù)值越小提示穩(wěn)定性越好。
　　兩組患者均以神經(jīng)系統(tǒng)藥物治療為基礎(chǔ)，結(jié)合常規(guī)康復(fù)療法包括:物理治療(30min)、作業(yè)治療(40min)及言語(yǔ)治療（按照患者治療需求）等隨機(jī)分配到對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組。對(duì)照組:予傳統(tǒng)的平衡功能訓(xùn)練，包括左右、前后重心轉(zhuǎn)移動(dòng)作，利用訓(xùn)練球、平行杠、平衡板等進(jìn)行站立位平衡訓(xùn)練。每次訓(xùn)練30min，1次/d，6d/周，療

12、程2周。實(shí)驗(yàn)組:在常規(guī)康復(fù)治療的基礎(chǔ)上（不參與傳統(tǒng)平衡訓(xùn)練）運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)對(duì)患者進(jìn)行站位平衡功能訓(xùn)練，包括重心保持訓(xùn)練、重心前后、左右轉(zhuǎn)移訓(xùn)練、間斷性單足負(fù)重訓(xùn)練、踩臺(tái)階訓(xùn)練等，但不做傳統(tǒng)平衡訓(xùn)練。BioFlex姿勢(shì)控制評(píng)估與訓(xùn)練系統(tǒng)的硬件組件包括一個(gè)大屏液晶顯示器、電腦主機(jī)、雙杠型平衡臺(tái)板及壓力采集板，軟件系統(tǒng)采用該公司自主研發(fā)的虛擬現(xiàn)實(shí)游戲。系統(tǒng)主機(jī)與壓力采集板之間通過(guò)智能數(shù)據(jù)采集器建立聯(lián)系。登錄平衡評(píng)估及訓(xùn)練系統(tǒng)，當(dāng)患者站立在壓

13、力采集板上，其重心分布及移動(dòng)軌跡直接顯示在評(píng)估界面上，在訓(xùn)練界面直接提供受訓(xùn)者視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)反饋。在我們的研究中，采用了以下游戲進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)平衡訓(xùn)練:飛行游戲、大魚(yú)吃小魚(yú)、鳳凰飛翔及采蘑菇游戲。訓(xùn)練過(guò)程中病人站立在壓力面板上，利用自身重心轉(zhuǎn)移控制游戲目標(biāo)按指示路線完成任務(wù)?；颊哒玖⑽幌逻M(jìn)行，每次訓(xùn)練30min（不包括設(shè)置和休息時(shí)間），1次/d，6d/周，療程2周。訓(xùn)練過(guò)程中鼓勵(lì)受試者不斷增加挑戰(zhàn)級(jí)別，提高參與積極性的同時(shí)改善每項(xiàng)活動(dòng)的重心及

14、姿勢(shì)控制能力。訓(xùn)練安排在一個(gè)獨(dú)立安靜的房間，以確保受試者的注意力集中。為了防止受試者在訓(xùn)練中摔傷或發(fā)生其他意外，治療師就站在受試者身后，并及時(shí)予以言語(yǔ)或肢體的輔助。
　　結(jié)果:
　　訓(xùn)練前兩組腦卒中患者的性別、年齡、身高、病程天數(shù)、偏癱側(cè)、病變部位及MMSE等情況均無(wú)明顯差異(P＞0.05)。治療后兩組BBS及TUG評(píng)分均較治療前顯著提高(P＜0.05)，比較兩組的時(shí)候，試驗(yàn)組的BBS和TUG參數(shù)提升均明顯優(yōu)于對(duì)照組(P＜0

15、.05)。而Holden步行功能均未見(jiàn)明顯改善(P＞0.05)?；颊咄瓿?周虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練后，在睜眼60秒及閉眼10秒的狀態(tài)下，軌跡外周面積、軌跡長(zhǎng)度及軌跡移動(dòng)速度較治療前明顯改善(P＜0.05)，且試驗(yàn)組比對(duì)照組改善效果更為明顯(P＜0.05)。
　　結(jié)論:
　　在本次研究中我們運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)早期卒中后患者進(jìn)行評(píng)估功能訓(xùn)練，經(jīng)過(guò)2周的訓(xùn)練后，實(shí)驗(yàn)組在BBS、TUG比對(duì)照組明顯提高，證明患者動(dòng)態(tài)平衡功能恢復(fù)較好。通過(guò)虛擬現(xiàn)

16、實(shí)系統(tǒng)游戲的仿真性和趣味性，使得參與者在訓(xùn)練過(guò)程中保持了更大的積極性和主動(dòng)性，同時(shí)在靜態(tài)平衡訓(xùn)練的過(guò)程中也表現(xiàn)出更多的耐心。經(jīng)過(guò)階段訓(xùn)練后，實(shí)驗(yàn)組在60秒睜眼及10秒閉眼狀態(tài)下身體重心移動(dòng)軌跡長(zhǎng)度、軌跡移動(dòng)速度、軌跡外周面積均有明顯改善(P＜0.05)，且無(wú)論從BBS、TUG還是平衡板測(cè)試結(jié)果，實(shí)驗(yàn)組改善明顯優(yōu)于對(duì)照組(P＜0.05)。這些結(jié)果表明，虛擬現(xiàn)實(shí)的平衡功能訓(xùn)練效果都優(yōu)于傳統(tǒng)平衡治療方式。本次研究證明了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用于腦卒中