虚拟现实技术对脑卒中后偏瘫步态影响的临床研究

发布时间：2020-03-16 06:18

【摘要】：1.研究背景近年来,脑卒中发病率逐年上升,是中老年人的常见病、多发病,具有极高致残率和死亡率,成为危害人类健康的主要疾病之一。其发病原因主要是脑血管硬化后脑内动脉狭窄、血栓形成堵塞或血管破裂出血,造成急性脑循环障碍,导致一过性或永久性脑组织和中枢神经系统的损伤,继而出现肢体瘫痪或言语、吞咽、认知以及大小便功能障碍等症状,甚至导致患者死亡。研究指出,至少有1/2患者遗留不同程度的躯体功能障碍,生活质量受到严重影响,也给患者及其家庭和社会带来沉重负担。人类中枢神经系统含大量的神经突触,但处于活化使用状态的突触所占比例较少,在脑卒中发生后的数周至数月内,大脑皮层会进行结构功能重塑和调整,且在发病后早期即已出现,所以脑卒中后功能恢复或改善的主要机制就是大脑的可塑性。因此,在脑卒中发病早期进行肢体运动功能康复治疗,对中枢神经系统的重塑起到了积极而深远的作用。偏瘫步态是脑卒中后遗症中最主要的症状之一,典型偏瘫步态表现为：行走过程中因下肢伸肌和外展肌群肌张力增高,而踝背伸无力,引起膝关节屈曲协调性下降、踝关节背伸受限及足内翻或下垂,造成患下肢相对过长,进而形成划圈样步态。其特点有步行不对称性及耗能增加、稳定性下降等。对步行能力的恢复,是提高患者自理能力以及改善生存质量的关键。而Holden等最先运用VR对脑卒中后偏瘫患者进行康复训练,研究显示由“虚拟老师”指导训练的患者,康复治疗进展明显提高。虚拟现实(Virtual reality, VR)技术为脑卒中患者提供了动机维持、重复训练以及结果反馈等3个重要的技术手段。通过VR实现在视觉、触觉、听觉甚至运动方面的虚拟交互和反馈,使患者在仿真的虚拟环境中,体验式的完成可控制的运动或操作,以达到重建或恢复功能的目的。能够为进行运动康复治疗的患者提供每次训练结果和成绩的反馈,有利于提高患者对治疗结果的知晓感。虚拟现实技术应用在康复训练最主要的目的之一就是希望改变传统治疗的单一重复、枯燥乏味的治疗模式,以虚拟游戏的形式,为患者提供生动有趣的治疗场景和训练项目,例如具有厨房、蔬菜的家居模式,或者打飞机、大鱼吃小鱼等紧跟娱乐潮流的游戏,能够适应不同年龄段的患者。这些游戏项目可以让患者在轻松的气氛下进行训练,寓治疗于游戏,虚拟现实的动画和游戏场景,能够刺激患者提高主动参与的兴趣,游戏结果的反馈又能提供患者对训练的认识和效果的反馈。其特点主要有：①场景真实、内容丰富：虚拟现实最主要的技术就是仿真,尤其结合三维动画,可以模拟出真实的和现实生活基本接近的游戏环境,所能提供的信息反馈是普通游戏无法比及的；②画面清晰、色彩丰富：色彩丰富多样,能够通过视觉有效刺激神经系统,能让患者提高治疗的注意力；③目的明确、奖惩有趣：设计成游戏的训练模式,就是希望通过其明确的目标、清晰的任务取向式的方法,促使患者以竞技的心态参与治疗训练。每完成一项任务后将有相应的奖励提示,鼓励患者再接再厉,若未能达到目标,则会给予患者反馈及虚拟的惩罚,这样可以使患者觉得生动有趣,在成就感得到满足的同时愿意持续训练,以取得更好的成绩；④变化多样、难易适中：游戏的模式和难易程度,是根据患者功能受限的程度进行设定的,同时可以根据功能改善的情况而逐渐提高难度,这样避免了单一和枯燥,更易让患者集中注意力；⑤环境舒适、轻松开心：音乐可以舒缓人的情绪,所以游戏配合了音乐、动画、音效、语言提示等技术,为患者提供舒适、放松的环境,这也是配合心理治疗的手段之一。步态分析是研究步行规律的检查方法,希望通过生物力学、运动学以分析步态异常的关键环境及其影响因素,应用于临床上,指导康复评估和治疗,也利于临床诊断、疗效评估及机理研究等。 2.目的脑卒中易造成姿势控制能力下降,影响运动功能,导致步行困难。相关研究认为虚拟现实技术可以提供有意义的任务性训练和精确的感觉回馈。本研究希望透过虚拟现实技术以刺激患者的姿势控制反应,并利用步态分析系统分析步态参数,观察VR技术对脑卒中后患者偏瘫步态的影响。 3.对象与方法 3.1研究对象选择2013年5月-11月在广州南方医科大学珠江医院康复医学科进行康复治疗的脑卒中后偏瘫患者30例,其中男性17例、女性13例；右侧偏瘫17例,左侧偏瘫13例。随机分为实验组和对照组各15例,两组均给予基本药物+常规康复治疗,实验组加用虚拟现实治疗。基本资料经统计学比较,显示受试者在年龄、性别、身高于组间差异无显著性(P0.05),实验组和对照组的患者病情在颅内病变性质(梗塞或出血)、病程时间(周)、下肢功能障碍侧等参数间差异无显著性(P0.05),具有可比性。入选标准：入组患者诊断符合1995年中华医学会第四次脑血管病学术会议修订的《各类脑血管疾病诊断要点》,并经头颅CT或MR检查后临床明确诊断为脑梗塞或脑出血；并符合：①生命体征平稳；②首次发病,且病程8个月；③存在偏瘫步态；④无严重认知功能障碍及精神疾病；⑤患下肢Brunnstrom分期在Ⅱ期以上、改良Ashworth分期Ⅱ级以下；⑥在独立或扶拐下步行超过12m。排除标准：①病情不稳定；②严重言语及认知功能障碍；③由小脑、脊髓、周围神经病变或颅脑外伤引起下肢步行功能障碍；④有下肢骨折等影响下肢功能恢复的神经肌肉骨骼病变；⑤既往有颅脑疾病遗留下肢步行功能障碍。 3.2治疗方案：两组患者均以神经系统的药物治疗为基础,随机分配到对照组和实验组。对照组：常规康复治疗,由治疗师进行肌力和耐力训练、平行杆内步行训练、助行器或扶拐步行训练等康复治疗。时间：30分钟/次,1次/天,每周6天,疗程2周。实验组：常规康复治疗基础上,增加VR治疗,但不做传统步态训练。治疗时患下肢佩戴感应器,治疗前方放置36寸电脑屏幕,配有水果认知、生活工具认知、大鱼吃小鱼、飞行模拟以及森林漫步等场景,通过水果认知、生活工具认知等场景中进行活动度训练,通过大鱼吃小鱼、飞行模拟的场景进行肌力和耐力训练,通过音乐背景下的森林踏步练习进行步态训练。时间：45分钟/次,1次/天,每周6天,疗程2周。 3.3评估方法：采用广州市章和电气设备有限公司型号为GaitWatch的三维步态分析和训练系统进行步态分析测定。首先准备7个传感器,分别固定在患者骶部、大腿前侧、小腿内侧和足背部等较为平坦处。由于特制的传感器中含有陀螺仪、加速度计等惯性测量模块以及高性能嵌入式微处理器DSP数据采集处理模块,所以,为了确保数据采集的精确性,必须牢固绑定传感器,并要求患者在安静、免受干扰的环境中尽量直线行走至少12m。随后将系统硬件数据采样频率调整为500Hz,并实时同步采集患者的步行资料,分析患者从骨盆、髋、膝到踝关节在矢、冠和垂直面上运动的数据,通过三维模拟还原患者步态,并及时将数据传送到电脑中进行步态时空参数的分析和评估。评测指标：测试结束后,记录患者步行的时空、时相参数及步行过程中患下肢关节活动角度,并计算出偏瘫步态不对称性指数及患健侧支撑相比值,进行相关的分析和比对。 3.4统计学分析采用SPSS13.0统计软件对实验数据进行统计学分析。计量资料采用均数±标准差表示；组间比较采用独立样本t检验；组内比较采用配对t检验。以P0.05提示差异具有统计学意义。 4.结果脑卒中偏瘫患者接受VR治疗2周后,其步速、步频、步幅提高,步宽缩小,同时步行周期和双支撑相百分比缩短,而患侧摆动相和健侧摆动相百分提高,而且偏瘫患者在健侧支撑相比值、步态不对称性指数皆有明显下降(P0.05)。 VR治疗2周后患者步行中患侧髋关节最大伸展角度、膝关节最大屈曲角度较治疗前明显改善(P0.05) 5.结论通过本次临床研究,说明基于VR技术的康复治疗能明显改善脑卒中偏瘫患者的步态时空、时相参数和步行中关节活动角度,对提高步态稳定性、改善步行能力、提高运动功能康复有积极的治疗效果。患者在虚拟仿真的环境中进行运动康复治疗,有效改善步行稳定性和对称性,提高步行能力,主要与VR可以带来真实感觉反馈和增强大脑皮质的可塑性有关,趣味性和任务性训练相结合,避免了传统康复治疗过程中的枯燥乏味、单一重复的训练模式,有效克服传统康复治疗的局限性和单一性,提高患者治疗的积极性、主动性和参与性,促使其更快更好的回归社会和家庭。 VR技术若能与传统康复治疗相结合,有助于提高治疗效果、改善脑卒中患者步行能力和日常生活能力。
【学位授予单位】：南方医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R743.3

【参考文献】