基于沉浸式虛擬現實技術的助步車自然步行康復訓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]，其發生與卒中導致的肌力及肌張力障礙、感覺異常、平衡和協調問題、認知功能下降、疲乏等因素相關[2,3]，嚴重限制了卒中患者的日常生活，增加其跌倒風險，并對其身心健康和生活質量產生重大影響[4]。

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

從運動學習角度看，虛擬現實（virtual reality，VR）技術在步行康復領域的應用為長時程、高強度、任務導向、多感官正向反饋訓練提供了可能[7]。VR 技術目前主要用于上肢功能的恢復[8]，而步行能力的康復由于受肌力、平衡、協調等多方面因素制約，發展相對滯后。一項針對65 歲以上老齡人群的隨機對照試驗中，8 周的VR 康復訓練聯合傳統康復訓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系統對卒中后患者平衡、行走功能及社區獨立活動能力的恢復也有促進作用[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 訓練[13,14]，所結合的康復機器人或跑步機等設施并不是基于自然行走狀態[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訓練的基礎上聯合基于沉浸式VR技術的助步車自然步行康復訓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]，有急性起病的神經功能缺損癥狀和體征，經頭顱CT 或MRI 證實為腦梗死；②發病3個月以內，生命體征平穩，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。本研究經本院醫學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 訓練方法 使用隨機數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下的常規步行訓練，包括重心轉移訓練、走直線訓練、繞圈訓練，3次/周，共4周；觀察組患者在對照組訓練基礎上增加VR聯合傳感助步車自然步行康復訓練，30 min/次，3 次/周，共4 周。2 組的訓練各由1 位醫生指導。在訓練前（第0周）和訓練后（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 的步態康復系統和靜平衡檢測系統本研究所采用VR步態康復系統包括：①一臺可升降傳感助步器，用于采集患者行走當中的生命體征和步態數據，并在患者在行走不穩時給予支撐；②標準化商用VR設備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技術的步行康復訓練場景（圖1），包括：基礎動作練習、基本路徑訓練、過馬路訓練。其中，基礎動作練習主要用于熟悉場景和設備；路徑訓練中為患者指定固定訓練路徑（直線、S型、L型和O型路徑），可在訓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；過馬路訓練以日常生活典型場景為訓練環境，患者需自行規劃路線，躲避行人和障礙物，根據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，采集患者不同姿態站立時的靜平衡數據[18]。

圖1 基于VR的步態康復訓練場景

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名臨床醫生進行神經系統體格檢查，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（Barthel Index，BI）評估患者的日常生活能力[19]；②通過Tinetti 平衡和步態量表（Tinetti Balance and Gait，TGS）評估患者的平衡和步態情況[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和治療失敗次數，作為治療安全性指標。

1.3 統計學處理

2 結果

2.1 人口學資料

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計學意義，見表1。

表1 2組人口學資料比較[(±s)或例或例(%)]

組別對照組觀察組P值例數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果顯示：訓練前，對照組2例患者睜閉眼均發生搖晃，2例患者在閉眼時發生搖晃；觀察組3例患者睜閉眼時發生搖晃，2 例患者在閉眼時發生搖晃。訓練后，所有患者完成Romberg動作時均未發生搖晃。

平衡檢測儀對患者靜平衡能力的檢測結果（表2）顯示，2組訓練前靜平衡能力差異無統計學意義。訓練后，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練前改善（P＜0.01）；③2 組患者訓練后，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 觀察組和對照組訓練4周平衡數據

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果顯示，康復訓練后，2 組的平衡和步態能力均高于訓練前（P＜0.01），但2 組間的改善程度差異無統計學意義。進一步，10MWT監測結果顯示，康復訓練前，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組患者均有社區步行能力的受限?？祻陀柧毢?，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，均高于訓練前（P＜0.05、0.01）。最后，BI 評估發現2 組訓練后日常生活能力均較訓練前明顯改善（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計學意義（P＞0.05），見表3。

表3 2組訓練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信息分析結果顯示，2 組的平均步幅在訓練后均有所提高（P＜0.05、0.01），但2 組間差異無統計學意義。直線行走過程中患者重心向右偏移量在訓練后較前縮短，且觀察組縮短程度更明顯（P＜0.05）。觀察組訓練后重心向上偏移量較訓練前也有所縮短（P＜0.01），見表3。

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

3 討論

平衡與步行能力的恢復是提高卒中患者生活質量的基礎，也是康復治療的重點[24]。盡管大多數研究表明基于VR的步行康復訓練是傳統訓練方式的有益補充，但是這些研究中VR接口多基于機器人和跑步機等設施[25]。而研究報道基于自然行走的訓練對于恢復步態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技術的助步車自然步行康復訓練與傳統步行訓練對卒中患者行走能力恢復的影響。結果提示4 周的傳統步態訓練聯合基于沉浸式VR 技術的助步車自然步行康復訓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訓練獲益的觀點不同[27]。

本研究進一步發現，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訓練方案和傳統步行訓練方案原理相似，可能導致類似的訓練效果[9]。②在VR環境中，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傳統康復量表不夠敏感。因此，當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效率更高（P＜0.05），支持將其作為傳統康復訓練的有益補充。這也與meta分析顯示非自然行走狀態下，基于VR的平衡和步態訓練仍然優于傳統康復措施的研究結果相一致[29]。

在本研究中，我們自主開發了基于自然行走的VR步行訓練系統來滿足特定的需求：①訓練環境從簡單的路徑訓練，到復雜的認知-步態綜合訓練，每個任務具有廣泛、可調節的難度范圍，符合神經系統可塑性的建立原則[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系統針對患者訓練中重心變化給予可視化提醒，結果發現訓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-步態雙任務執行能力與卒中患者能否順利回歸社會有密切關系。既往有研究通過VR康復游戲訓練患者的雙任務執行能力，例如虛擬健身、滑雪游戲、障礙物躲避游戲、球類游戲等[32]，發現其較傳統康復訓練能更加有效的改善患者的平衡、步頻和步速。本研究的訓練任務在借鑒既往游戲思維的基礎上，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步態和社區訓練[23]。④盡管本研究入組的患者已具備獨立行走能力，但為了增加獨立訓練的安全性，我們采用了傳感助步車進行輔助行走。據報道，卒中后早期大腦可塑性和結構重組能力更高[33]，因此傳感助步車的引入有助于患者更早投入步行康復訓練，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，我們在傳統步行康復訓練中選取了與VR系統相似的行走路徑，并延長了訓練時間，以更好地控制偏倚。③沒有提供隨訪數據，無法觀察訓練的長期效果。

綜上，本研究發現卒中后早期聯合基于沉浸式VR技術的助步車自然步行康復訓練有助于恢復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實的更多應用。