虚拟现实同步减重训练脑梗死患者可改善下肢运动功能

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2014.07.026

中国组织工程研究 ›› 2014, Vol. 18 ›› Issue (7): 1143-1148.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2014.07.026

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虚拟现实同步减重训练脑梗死患者可改善下肢运动功能

肖湘^{1, 2}，毛玉瑢¹，赵江莉¹，李乐¹，徐光青¹，黄东锋¹

1中山大学附属第一医院康复医学科，广东省广州市 510080
2深圳市第五人民医院(罗湖人民医院)康复医学科，广东省深圳市 518001

修回日期:2013-12-04 出版日期:2014-02-12 发布日期:2014-02-12
通讯作者: 黄东锋，教授，博士生导师，中山大学附属第一医院康复医学科，广东省广州市 510080
作者简介:肖湘，女，1976年生，湖南省益阳市人，汉族，2012年中山大学毕业，博士，主治医师，主要从事神经康复的研究。
基金资助:
国家自然科学基金(30973165)

Virtual reality-enhanced body weight-supported treadmill training improved lower limb motor function in patients with cerebral infarction

Xiao Xiang^{1, 2}, Mao Yu-rong¹, Zhao Jiang-li¹, Li Le¹, Xu Guang-qing¹, Huang Dong-feng¹

1Department of Rehabilitation Medicine, First Affiliated Hospital of Sun Yat-sen University, Guangzhou 510080, Guangdong Province, China
2Department of Rehabilitation Medicine, Shenzhen Fifth People’s Hospital (Shenzhen Luohu People’s Hospital), Shenzhen 518001, Guangdong Province, China

Revised:2013-12-04 Online:2014-02-12 Published:2014-02-12
Contact: Huang Dong-feng, Professor, Doctoral supervisor, Department of Rehabilitation Medicine, First Affiliated Hospital of Sun Yat-sen University, Guangzhou 510080, Guangdong Province, China
About author:Xiao Xiang, M.D., Attending physician, Department of Rehabilitation Medicine, First Affiliated Hospital of Sun Yat-sen University, Guangzhou 510080, Guangdong Province, China; Department of Rehabilitation Medicine, Shenzhen Fifth People’s Hospital (Shenzhen Luohu People’s Hospital), Shenzhen 518001, Guangdong Province, China
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China, No. 30973165

摘要/Abstract

摘要：

背景：脑卒中患者多有步行功能障碍，虚拟现实同步减重训练开始运用于脑梗死患者的步态训练。
目的：评估虚拟现实同步减重训练对亚急性期脑梗死患者下肢运动功能的影响。
方法：20例起病3个月内的脑梗死患者随机分配至实验组(虚拟现实同步减重训练)和常规组(常规物理治疗)。在3周步态训练前后各做一次三维步态并进行下肢运动功能评估。对以下参数进行训练前后组内和组间对比：步行速度、步调、步行时间、单腿支撑时间(%)、双腿支撑时间(%)、摆动时间、步长、步幅、下肢各关节活动度、功能性步行分类、下肢Fugl-Meyer评分和Brunel平衡评分。
结果与结论：训练前两组患者的性别、年龄、病程、偏瘫侧、步行速度、功能性步行分类、下肢Fugl-Meyer评分和Brunel平衡评分差异无显著性(P > 0.05)。训练后两组患者的下肢Fugl-Meyer评分和功能性步行分类均有改善(P < 0.05)。实验组在步行速度、步调、患侧步行时间、健侧步行时间、患侧单腿支撑时间、患侧摆动时间、健侧摆动时间、步幅、患侧步长和健侧步长的改善方面较常规组有优势。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

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关键词: 组织构建, 组织工程, 脑梗死, 减重, 虚拟现实, 运动, 下肢, 步态, 平板, 国家自然科学基金

Abstract:

BACKGROUND: Most stroke patients affected walking dysfunction. Virtual reality-enhanced body weight-supported treadmill training has been proposed as a strategy for gait training of cerebral infarction subjects.
OBJECTIVE: To evaluate the effectiveness of virtual reality-enhanced body weight-supported treadmill training on lower limb motor function in subacute cerebral infarction patients.
METHODS: Twenty cerebral infarction patients (within 3 months of onset) were randomly divided into experiment group (virtual reality-enhanced body weight-supported treadmill training) and control group (conventional physiotherapy). Three-dimensional gait analysis in lower limb motor function was carried out before and after 3-week gait training. Intergroup and intragroup comparisons in the following parameters were done before and after training: walking speed, cadence, step time, single limb support time (%), double limb support time (%), nonparetic swing (%), step length, pace, range of motion in the lower limb, functional ambulation category, Fugl-Meyer Assessment of the lower limbs and Brunel Balance Assessment.
RESULTS AND CONCLUSION: No significant differences in patient’s gender, age, course of disease, affected. side, walking speed, functional ambulation category, Fugl-Meyer Assessment of the lower limbs and Brunel Balance Assessment were detected between the two groups before training (P > 0.05). Fugl-Meyer Assessment and functional ambulation category were improved in patients of the two groups after training (P < 0.05). The improvement in walking speed, cadence, step time in affected side, step time in healthy side, single limb support time in affected side (%), nonparetic swing (%), pace, step lengths in affected and healthy sides were better in the experimental group than those in the control group.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

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Key words: infarction, gait, lower extremity, exercise test, subacute

中图分类号:

R318

肖湘，毛玉瑢，赵江莉，李乐，徐光青，黄东锋 . 虚拟现实同步减重训练脑梗死患者可改善下肢运动功能[J]. 中国组织工程研究, 2014, 18(7): 1143-1148.

Xiao Xiang, Mao Yu-rong, Zhao Jiang-li, Li Le, Xu Guang-qing, Huang Dong-feng . Virtual reality-enhanced body weight-supported treadmill training improved lower limb motor function in patients with cerebral infarction[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2014, 18(7): 1143-1148.

图/表（结果） 2

2.1 纳入患者一般资料分析 两组患者训练前的临床特征(表1)。

2.2 纳入患者随访分析情况 两组患者均完成了训练，并在训练前后进行了三维步态分析和各项量表评估，试验过程中无脱失，20例患者均进入结果分析。

2.3 实验组的训练参数 实验组有6名患者训练开始时双下肢可负重，无需减重，其余患者训练开始时减重比为10%-30%，所有患者在训练结束时双下肢均可负重，不需要减重。训练开始时平板速度为(0.78±0.44) mile/h，所有患者均完成了训练，训练结束时平板速度为(1.61± 0.50) mile/h。1名患者诉训练中间有头晕，所有患者均未出现心悸、胸闷、呕吐等不良反应。

2.4 患者训练前后下肢Fugl-Meyer评分、Brunel平衡评分和功能性步行分类的变化情况 训练前两组患者的下肢Fugl-Meyer评分、Brunel平衡评分和功能性步行分类差异无显著性意义(P > 0.05)。训练后两组患者的下肢Fugl-Meyer评分和功能性步行分类均较训练前增高(P < 0.05)。训练后两组患者的下肢Fugl-Meyer评分、Brunel平衡评分和功能性步行分类差异无显著性意义(P > 0.05，表2)。

2.5 患者训练前后步态参数的变化情况 训练前两组患者步调、患侧步行时间、健侧步行时间、双腿支撑时间(%)、步幅、健侧步长、患侧步长、双侧髋、踝关节活动度、健侧膝关节活动度和10 m步行速度差异无显著性(P > 0.05)。实验组患侧单腿支撑时间(%)、健侧单腿支撑时间(%)、患侧摆动时间(%)、患侧摆动时间(%)、健侧摆动时间(%)、患侧膝关节活动度均小于常规组(P < 0.05)。实验组训练后步调、患侧单腿支撑时间(%)、健侧摆动时间(%)、步幅、健侧步长、患侧步长和10 m步行速度较训练前增高(P < 0.05)，患侧步行时间、健侧步行时间较训练前缩短(P < 0.05)。常规组训练后所有步态参数与训练前比较，差异无显著性意义(P > 0.05，表3)。

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引言

脑卒中多伴有程度不同的后遗症，包括运动障碍、言语障碍、学习记忆下降和空间识别及认知能力减低，严重影响患者生存质量，加大经济和社会负担^[1-2]。有资料表明脑卒中患者进行运动训练不仅在训练的当时能使神经系统功能活动发生短暂的变化，而且还能起到锻炼和加强大脑皮质的活动能力的作用，使神经系统的兴奋性和反应性都大为改善；运动可促使大脑皮质厚度增加，蛋白质含量增加及新的血管生成^[3-5]。

步行功能障碍是影响脑卒中患者日常生活活动能力的重要因素，步行能力的恢复是脑卒中康复的最基本内容和目标^[6]。过去传统康复观念认为脑卒中后3-6个月是功能恢复的最佳时期，超过此时期患者的功能恢复会进入一个平台期，进展很缓慢或停止，肢体运动障碍的情况也趋于稳定，不容易被改变。步行速度、步长、步调的减少是脑卒中患者步态的主要特点^[7-8]，独立生活能力几乎等同于步行能力^[3]，因而脑卒中的康复通常以步态训练为基础。

平板训练是一种专项重复性训练，可改善脑卒中患者的步行速度和步行姿势^[9-10]。减重支持平板训练(body weight support treadmill training，BWSTT)运用减重吊带系统转移患者的部分体重，使偏瘫患者在疾病早期即可开始步态训练，对下肢运动功能的疗效优于普通平板训练^[6]。虚拟现实(virtual reality，VR)系统由计算机、输入输出设备和开发软件环境组成，模拟外界环境对人的感官刺激，使用户沉浸到虚拟的环境中。虚拟现实技术与减重支持平板训练结合即为虚拟现实同步减重步态训练(virtual reality-enhanced body weight-supported treadmill training, VR+BWSTT)。虚拟现实系统运行的速度与活动平板速度相匹配，使简单的重复性训练转换为有目的、有趣味性的训练^[11-13]。

作者前期研究报告显示VR+BWSTT和常规物理治疗均可改善脑卒中患者的步行速度和单腿支撑时间不对称性，而VR+BWSTT还可改善步长不对称性和患侧髋关节最大后伸角度^[14]。试验进一步评估VR+BWSTT和常规物理治疗对亚急性期脑梗死患者下肢运动功能的疗效。作者课题组临床试验观察减重平板步行训练对早期脑卒中偏瘫患者下肢动力学的影响^[15]，认为减重平板步行训练能促进早期脑卒中患者下肢运动功能恢复，提高偏瘫侧下肢地面反作用力，增强患侧肢体负重能力及地面推进力，同时还能改善脑卒中偏瘫患者下肢异常运动模式。

本次临床实验已获得中山大学附属第一医院伦理委员会的批准。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

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材料方法

设计：回顾性病例分析。

时间及地点：于2009年10月至2012年6月在中山大学附属第一医院完成。

对象：选择住院的脑梗死患者20例做临床观察，所有受试患者均为右利足。

诊断标准：均符合2010年中华医学会神经病学分会急性缺血性脑卒中诊治指南的标准，即运用平扫CT或标准MRI对脑部病变检查^[16]。

纳入标准：①年龄40-80岁。②首次发生的单侧皮质或皮质下脑梗死(经头颅MRI或CT确诊)。③10 m步行时间异常^[17]。④病程≤3个月。⑤生命体征平稳。⑥1人帮助或拄拐杖时能够步行10 m以上。

排除标准：①小脑、脑干梗死。②四肢瘫痪。③意识障碍。④呼吸衰竭或充血性心力衰竭。⑤帕金森病。⑥近期心肌梗死。⑦近期下肢骨折。⑧近期下肢深静脉血栓。⑨既往有脑卒中病史且遗留步行功能障碍者。

方法：

分组：将以上患者随机均分配为两组(n=10)，实验组采用VR+BWSTT，常规组采用常规物理治疗。两组患者基线资料比较，差异无显著性意义。

评估和康复方案：

功能评定：患者以舒适的步行速度在步态训练前后使用Vicon Nexus系统(英国VICON公司)各进行1次三维步态分析。同时检测10 m步行速度、功能性步行分类、下肢Fugl-Meyer评分和Brunel平衡评分^[18-19]。

干预实验方案：两组患者均训练3周，每周5次，共15次。常规组每次进行常规主动运动1 h。内容包括：肌力训练、徒手牵伸、躯干平衡、转移、平地步态训练以及上下楼梯训练等。实验组每次在平板上训练的时间为20- 40 min，加上间隔休息时间共1 h。患者做平板训练时，同时观看前行移动的各种虚拟现实社区场景。根据患者的步行功能设定初始的减重比，实验中患者初始的减重比为0-30%。训练开始后，治疗师尽快降低减重比，使患者能完全负重训练。平板速度从0.5-0.9 mile/h开始，每次训练在保证较好的步行姿势的前提下尽量加快步行速度。

主要观察指标：①三维步态分析检测到的步态时间、空间参数。②平衡功能。③功能性步行分类评估患者步行的独立程度。④下肢Fugl-Meyer评分综合评估下肢运动平衡功能。

统计学分析：采用SPSS 15.0统计软件进行分析，计量资料用x(_)±s表示。两组间的比较采用t 检验，训练前后的比较采用配对t 检验。计数资料比较采用χ²检验，设P < 0.05为差异有显著性意义。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

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讨论

功能性步行分类评估患者步行功能的独立程度，下肢Fugl-Meyer评分评估患者的下肢运动功能和平衡协调能力，实验显示两组患者训练后该两项量表均有改善，即下肢整体运动功能有进步^[20-21]。但VR+BWSTT在改善步态的时间、空间参数方面较常规物理治疗有优势。

有实验证实，减重可增加肢体前进的动力，增加脑卒中患者的步行速度、步长和步幅^[22-23]。平板训练也可改善脑卒中患者的步行速度、步调、患侧步行时间、健侧步行时间、健侧步长、患侧步长和健侧单腿支撑时间^{[4, 24]}。减重支持平板训练可以调整步态的承重、步幅和平衡。在进行该训练时，患者采用重复和有节律的步幅。步行速度通常是评估步行功能的最重要指标^[25]。步行速度由步幅和步调决定。患腿功能恢复，其前进的动力增加，可带动健腿增加健侧步长，因而实验组训练后健侧步长和患侧步长均增加，步幅相应增加。VR+BWSTT使双侧步行时间均减少，导致步调增加^[26]。所以实验组步行速度的增加与步幅、步调的增加均有关，这与Patterson等^[27]关于平板训练的研究结论完全一致。前期研究^[8]显示VR+BWSTT和常规物理治疗均可改善脑卒中患者的步行速度^[8]，但前期研究样本量小且有脑出血患者，与本研究对象不完全一致。

患侧单腿支撑时间增加与步行速度增高也有相关性^[28]。平板训练使髋关节在站立相伸展，延长患侧单腿支撑期的时间。减重也可减少与负重相关肌肉的负担，延长患侧单腿支撑时间，健侧摆动时间相应地增加^[29-30]。常规组患侧单腿支撑时间(%)无改善与其治疗前该参数较高有关。刘晓冬等^[31]对照分析了48例常规训练和减重平板步行患者的临床效果，减重平板步行患者在常规训练基础上进行减重平板步行训练，在此间分三阶段强化患者负重、膝踝控制、屈髋和踝背伸能力，结果Motricity index中下肢肌力积分、Berg平衡量表、Fugl-Meyer运动功能量表、Barthel指数均好于常规训练患者，但10米最大步行速度、步长、步调以及步态评分较差，不如常规训练患者。

虚拟现实提供丰富的训练环境，提高患者训练的趣味性，并提供训练反馈，可改善脑卒中患者的步行速度、步调、步行时间、步幅和步长^[32]。Mirelman等^[33]的研究显示虚拟现实训练可改善脑卒中患者的膝关节和踝关节活动度，而不能增大髋关节活动度。国内学者杨雨洁等^[34]系统评价虚拟现实技术对脑卒中患者上下肢运动功能康复的效果，纳入20篇文献，其中上肢运动功能相关13篇，下肢运动功能相关7篇。通过Jadad评分，低质量16篇，高质量4篇。通过Meta分析认为虚拟现实技术能明显改善脑卒中后患者上肢运动功能，但对于脑卒中患者下肢运动功能的恢复无明显疗效。本实验中实验组患者训练后踝关节和膝关节活动度无改善可能与本研究的虚拟现实训练场景和任务的设置与Mirelman等的差异较大有关，且训练前患者踝关节活动度较好有关。

减重系统和虚拟现实系统均可改善患者平衡功能^[35-37]。有研究显示虚拟现实与平板结合可改善脑卒中患者的步行速度和平衡功能^{[7, 38]}。本研究中实验组患者的平衡功能改善无显著性与患者在训练前平衡功能较好有关(Brunel平衡评分满分为14分，有天花板效应)。

卒中后尽早康复训练可促进皮层功能重组，获得更好的疗效^[39]。训练有针对性、丰富的训练环境和高强度重复训练是运动功能康复的关键^[40]。VR+BWSTT较好地结合了以上要素，因而其在脑卒中后早期应用可使下肢运动功能康复疗效最大化^[41-42]。

试验显示VR+BWSTT在改善亚急性期脑梗死患者的步行速度、步调、步行时间、患侧单腿支撑时间(%)、健侧摆动时间(%)、步幅和步长方面较常规物理治疗有优势。

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中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

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虚拟现实同步减重训练脑梗死患者可改善下肢运动功能

Virtual reality-enhanced body weight-supported treadmill training improved lower limb motor function in patients with cerebral infarction

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