基于Kinect的虚拟现实康复训练对脑卒中偏瘫患者步行功能的影响

我国每年新发的脑卒中幸存者多遗留行走困难、步行异常。步行障碍使得脑卒中患者生活质量严重下降，给个人、家庭及社会带来沉重的负担，尽早恢复步行能力是脑卒中后康复的主要目标[1]。传统的康复训练过程较枯燥乏味、训练强度难控制和效果不易评估，使得病人难以主动投入康复训练。虚拟现实训练系统使用传感器技术来监测患者全身运动，通过听觉和视觉刺激，通过反馈“赢”或“输”的成绩，增加了患者的好胜心和康复的趣味性，最大程度减少了患者对康复训练的抵触心理，激励患者更好地进行真实感强、复杂性高的训练[2]。本研究应用XBOX的Kinect系统主要由一个摄像头和一个双红外深度传感器组成，用于自动检测身体的位置和动作，并在屏幕上实时创建一个三维人体模型，患者可以使用自己的模型来控制游戏[3]。这种基于Kinect系统的游戏已经越来越多地应用于治疗临床疾病中。如老年人常见的神经系统疾病、儿童的共济失调疾病等，利用Kinect游戏有效地改善全身协调、动态平衡能力[4-5]。梁明等也发现在脑卒中患者中应用虚拟现实技术可以显著改善患侧上肢的功能[6]。因此，本研究目标是要探讨在常规康复训练的基础上增加的虚拟现实训练对脑卒中后患者步行功能的影响。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择2015年1月至2017 年1月，中山大学附属第一医院康复医学科及神经内科门诊和住院的脑卒中偏瘫患者40例(均签署知情同意书)，随机分配至实验组和对照组，每组20例，两组患者的一般资料比较，组间差异均无统计学意义(P>0.05)，见表1。

IGF-1检测使用德国西门子IMMULITE 2000分析仪及配套试剂，利用化学发光检测循环IGF-1浓度。使用美国雅培公司ARCHITECT i2000SR全自动免疫分析仪检测CEA。CEA试剂及校准品由瑞士Roche公司提供。

入选标准：①临床均符合1995 年中华医学会第四次全国脑血管病会议制定的脑卒中的诊断标准[7]；②经头颅CT 或MRI 确诊为脑梗死或脑出血，首次发病，生命体征平稳；年龄30～70 岁；病程15 d 至6月；③简易精神状态评价量表(Mini- mental State Examination,MMSE)评分≥24分；④患侧下肢的Brunnstrom功能分期不低于Ⅳ期，痉挛状态在改良Ashworth分级 2级或以下。

排除标准：①因小脑、脊髓、颅脑外伤等导致的下肢步行功能障碍者；②严重的视觉、听觉或认知言语障碍，不能配合碍；③伴有其他神经肌肉病变，如帕金森病；④近期下肢骨折或静脉血栓；⑤近期心肌梗死、充血性心力衰竭。

 

表1 两组患者一般资料比较

  

组别例数性别(例)男女年龄( x±s,岁)偏瘫侧(例)左侧右侧病程( x±s,d)实验组2011960.00±15.3281242.53±20.65 对照组20101064.87±11.3291143.52±18.53

1.2 研究方法

2组均给予常规康复训练，实验组在此基础上进行虚拟现实技术康复训练。

在治疗前、治疗4周后对两组患者进行评估，由一个不参与本研究的治疗师在干预前和干预后第四周末对所有的受试者进行评估。评估由同一名治疗师完成，评定项目包括下肢运动功能(Fugl-Meyer下肢功能评估量表)、平衡功能(Berg平衡量表)、步行能力评估(包括计时“起立-行走”测试、10 m步行测试和三维步态分析)。

1.2.2 Xbox的Kinect虚拟现实训练 实验组在常规康复训练使用Xbox的Kinect系统进行虚拟现实训练。Kinect系统主要由摄像头、传感器和控制平台组成。传感器是一个红外摄像头，可以识别人体的位置，而控制台调控各种游戏。在用Kinect系统进行训练前，摄像头、控制台均需放置并设置好，患者离摄像头1.5～2 m距离的位置确保能被摄像头捕捉到系统中。治疗前，治疗师为患者演示和讲解基于Kinect的游戏。游戏包括：乒乓球、足球、高尔夫和滑雪。每一项运动的描述请见表2。假如患者在运动中感到任何的不适，立即停止运动。治疗师对患者进行口头鼓励，进而使患者最大限度的参与游戏。为了在训练中防止摔倒事件发生，我们采用固定在天花板的安全带对患者进行保护。患者在四周的训练中使用所有的游戏，每周换一种游戏，每天1次，每次30～40 min。

 

表2 Kinect游戏描述

  

游戏内容执行动作兵乓球要求患者使用他们的四肢或躯干握住球拍来击打虚拟的球上肢的主动活动;躯干的旋转;重心转移训练和平衡训练足球鼓励患者使用他们的下肢、颈部、头部和躯干在虚拟的球场踢球下肢的主动活动;包括髋膝踝关节的旋转以及屈伸活动高尔夫鼓励患者使用传感器在虚拟场地挥杆击打高尔夫球,需要控制挥杆的力度上肢的主动活动;躯干的旋转;重心转移训练和平衡训练滑雪鼓励患者将重心转移到左右、上下,在虚拟的雪场躲开障碍物下肢的主动活动;包括髋膝踝关节的旋转以及屈伸活动;重心转移训练和平衡训练

1.3 评估方法

1.2.1 常规康复训练 常规的物理治疗方案包括一系列的运动功能锻炼、肌肉力量练习、平衡功能训练和步态训练。治疗师会根据每一个患者的实际病情，选择神经发育促通技术和本体感受神经肌肉促进疗法作为主要的康复治疗技术，每天1次，每次30～40 min。

1.3.3 计时“起立-行走”测试 患者在一个有扶手的椅子上 (座高约45 cm，扶手高约20 cm) 由坐位独立站起，站稳后，按平时走路时的步态行走3 m，转身返回，再转身坐下。用秒表计时，起始时间从脊柱离开椅子靠背开始。共测试3 次，中间休息1 min，取平均值。患者在正式测试前可以练习1～2 次，以确保患者理解整个测试过程。

1.3.2 Berg平衡量表 包括从坐到站起等14 项与平衡相关的功能性活动，每项评分0～4 分，0 分代表无法完成动作，4分代表可正常完成动作，最高分56 分。得分越高表明平衡功能越好，得分在40分以下，提示有跌倒的危险。

由此可见,概念分析法可帮助译者准确理解法律术语原语的含义,而比较法则可用于检验目标语译文含义是否与源语含义一致。若采用贴近适用者的法律术语翻译策略,译者应特别注意在翻译时除遵循内涵对等的原则外,更应注意外延含义的对等。

1.3.1 Fugl-Meyer下肢功能评估量表 患者的下肢运动功能使用FMA下肢功能量表评定，0分代表不能完成动作，1分代表部分可以完成动作，2分代表完全可以完成动作，总分为34分。

2.3地区分布2011~2016年大庆市五区四县均有细菌性痢疾病例报告,年平均发病率前三位的是龙凤区(56.67/10万)、萨尔图区(56.26/10万)、让胡路区(55.54/10万);年平均发病率最少的是林甸县(6.38/10万)、肇州县(2.96/10万)、肇源县(2.92/10万);其余县区年平均发病率分别为红岗区(39.97/10万)、大同区(17.20/10万)、杜尔伯特县(16.13/10万)。

1.3.4 10 m步行测试 治疗师让患者使用轻松的步伐行走10 m，记录所需要的时间。患者在测试中可以使用平时所用的辅助装置。

1.3.5 三维步态分析 采用英国Vicon系统采集患者步行时各体表标记点的运动轨迹并处理分析。患者步行的运动学数据由固定于室内墙上的6部MX13红外线摄像机捕捉患者身上的35颗反光球(直径25 mm)的运动轨迹，采样频率为100 Hz。受试者穿紧身衣，穿胶布鞋(以不影响踝关节和跖趾关节运动为度)，按系统采集软件包Plug In Gait Full Body 要求，将35 颗反光球粘贴于被检查者的全身，自上而下分别为：双侧前额外侧(太阳穴)和后枕，C7 和T10，锁骨窝和胸骨柄，右侧背部，双侧肩峰、肘关节线外侧、腕关节线内外侧和第2 掌指关节，双侧髂前上棘和髂后上棘、双下肢外侧大腿中点、膝关节线、外侧小腿中点、外踝、脚后跟和第2 跖骨头。在摄像头进行校正后，患者在地面上以常态速度和个人习惯方式平地来回步行20～30次。时间段在采集的图像中以每侧下肢从足触地到足离地一个完整的触地期作为研究范围，每例研究对象取4至5个时间段进行处理。

那么推什么？一言以蔽之，就是推进廉洁政治建设。干部清正、政府清廉、政治清明，是习近平总书记推进反腐倡廉建设思想的目标和理念。干部清正，不仅仅对执政党自身的建设和国家政权体系的建设有利，更是对整个社会风气的健康发展有重要作用。清廉是共产党领导的人民政府应有的本质特征。政治清明，是社会主义国家的内在要求。中国共产党领导广大人民群众进行民主政治建设，理应是清明的政治。

1.4 统计学分析

所有患者在治疗过程中均未出现头晕、头痛以及肢体无力等情况。

2 结 果

采用SPSS 20.0统计软件对数据进行分析。计数资料数据用卡方检验；计量资料数据用表示，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P<0.05为差异有统计意义。

2.1 下肢运动功能及平衡功能评估

治疗后，两组患者FMA-LE,BBS均得到明显改善(P<0.05)，且实验组与对照组比较，FMA-LE无明显差异(P>0.05)，BBS评分则优于对照组，有显著性差异(P<0.01)，见表3和4。

 

表3 两组治疗前后FMA-LE评分比较

  

组别例数治疗前治疗后 实验组2017.36±11.8728.02±9.76∗对照组2020.81±9.9529.45±6.32∗

注：与组内治疗前数据比较，*P<0.05

2.2 步行能力评估

治疗前后2组患者的组内比较中，TUG、10mWT、步频、步速和左右步长差均较治疗前改善，差异具有显著性意义(P<0.05) ，见表5；在组间比较中，治疗后实验组的步态功能的改善均优于同期对照组，差异均具有显著性意义(P<0.05)，见表5。

 

表4 两组治疗前后BBS评分比较

  

组别例数治疗前治疗后 实验组2037.56±2.8748.32±1.76∗#对照组2036.82±2.9539.45±2.32∗

注：与组内治疗前数据比较，*P<0.05；与同时段对照组数据比较，#P<0.01

 

表5 两组治疗前后步态参数对比

  

项目实验组治疗前治疗后 对照组治疗前治疗后 起立行走测试(s)46.22±10.2136.78±11.59∗#45.86±11.5140.98±12.43∗10 m步行测试(s)55.08±11.3645.67±13.87∗#55.76±12.5450.82±12.47∗步频(step/min)66.49±11.1178.86±9.51∗#67.90±10.0274.67±12.38∗ 步速(m/s)0.50±0.060.66±0.07∗#0.49±0.070.55±0.10∗ 左右步长差(cm)1.32±0.330.72±0.37∗#1.29±0.350.97±0.29∗

注：与组内治疗前数据比较，*P<0.05；与同时段对照组数据比较，#P<0.05

3 讨 论

脑卒中患者的常规康复训练是一个重复而枯燥的过程，研究学者Puppala提出在康复治疗过程中增加一定的游戏性，可以有效提高患者的训练积极性和引起患者的运动欲望[8]。有研究发现虚拟环境训练能显著促进卒中患者上肢运动功能和ADL能力恢复，采用MRI 技术发现患者训练时患侧的运动皮质、额叶白质及小脑的激活显著增加，推测这些大脑系统的变化可能是促进其运动功能恢复的原因之一[9]。除了上肢功能，研究还发现使用虚拟现实游戏系统训练后，脑卒中患者的平衡和下肢步行功能得到了明显改善，这和我们在本研究中使用的Kinect系统所产生的作用一样[10]。

Kinect系统提供了一个沉浸式的环境，使参与者可以在有趣的、逼真的环境中完成训练，并可以调整练习强度和时间，治疗效果明显优于目前常见的临床康复训练[11]。Kinect虚拟训练系统还包含反馈系统，反馈系统可以让患者清晰的了解肢体功能的实际状况来帮助患者完成既定的训练任务。虚拟游戏训练还通过不断鼓励患者集中注意力来增加运动学习能力和效果[13]。本研究中的游戏训练内容包括患者下肢活动、平衡功能等方面的训练。这些游戏需要患者具有主动积极的兴趣来参与运动，患者需要主动的用患侧进行臀部、膝部或踝部的训练，同时也要和上肢进行协调活动，从而达到既定的康复训练的目的。国外研究发现，在传统康复训练的基础上增加虚拟游戏训练，比单独进行传统康复训练能够更有效地改善脑卒中偏瘫患者的动态平衡功能和功能性步行能力[10-12]。但是这些研究只是使用评估量表和功能性步行能力来测量训练的效果，缺少客观直接的步态功能参数评价。本研究除了应用Fugl-Meyer下肢功能评估量表和berg平衡量表，还应用了三维步态系统分析来评估步行功能的改善。

除了前往乡村宣传和推送儿童图书馆服务外，学校、工厂和社区服务所也是赫文斯经常走访的地方。美国早期的工厂雇佣了大量童工，这些儿童被剥夺了读书的权利，赫文斯到工厂宣传和输送图书馆服务就是为了让他们享受到图书馆的服务。作为美国社会福利机构的一种，社区服务所内聚集着大量经济贫困、受教育程度低的居民以及新移民，赫文斯通过在社区服务所中设立图书馆，将家庭贫困的儿童群体纳入到图书馆服务体系中。

本研究结果显示，两组组的FMA-LE评分、BBS评分均高于治疗前；实验组的BBS评分提高明显。本研究中FMA-LE的功能改善主要体现在分离运动上。Wüest等研究发现使用了12周、包含5种游戏的虚拟训练方法来对老年人进行平衡功能干预，发现虚拟训练明显可以改善老年人的平衡功能和TUG得分[15]，这和我们的研究结果相符合。脑梗死偏瘫患者的大脑高级中枢发生病变破坏了正常神经突触联系，低位中枢不再受到控制，从而出现了肌肉力量及肌群间相互协调收缩功能丧失、机体平衡功能失调等症状，患者的下肢运动功能受损[14]。基于Kinect体感交互技术虚拟现实游戏可以实现使用者和虚拟环境的自然交互，从而可以集合空间视觉、知觉运动、任务概念、运动控制、反馈信息等因素来对提高脑梗死患者姿势控制和平衡功能[16]。

脑卒中偏瘫患者的步行功能障碍，常表现为左右步长不对称，步行速度缓慢，步长、步频的减少。本研究结果显示两组患者步速、步频、左右步长差均较前改善，且实验组疗效更为明显。过去研究也证实，虚拟现实技术在脑卒中患者步态康复中的应用有效[17]。通过Kinect系统的训练，能在患者康复的过程中形成信息传递的封闭回路，从而完成对受损神经的主动被动协同刺激，能促进神经的重塑，以提高患者步态参数[18]。林玲等[19]的fMRI研究发现虚拟现实可能通过激活并建立前额叶皮质与各运动皮质的神经连接来帮助加快运动功能的恢复。综上所述，本研究实现了将Kinect虚拟现实游戏系统应用于临床的康复训练，实验结果表明对比常规康复运动训练，基于Kinect虚拟现实的康复训练更有助于改善脑卒中偏瘫患者的步行功能，值得临床进一步的推广及应用。

⑦Keynes J．M．，The Collected Writings of John Maynard Keynes，Vol．25，Activities 1940 ～1944．

参考文献

[1] Kelly-Hayes M,Beiser A,Kase CS,et al. The influence of gender and age on disability following ischemic stroke: the Framingham study.[J] Stroke Cerebrovasc Dis,2003,12(3):119-126

[2] Bao X,Mao Y,Lin Q,et al. Mechanism of Kinect-based virtual reality training for motor functional recovery of upper limbs after subacute stroke. Neural Regen Res 2013;8:2904-2913.

[3] Davaasambuu E,Chiang CC,Chiang JY,et al. A Microsoft Kinect based virtual rehabilitation system. In: The 5th International Conference FITAT. Ulaanbaatar,Mongolia: 2012:44-50.

[4] Garcia JA,Felix Navarro K,Schoene D,et al. Exergames for the elderly: towards an embedded Kinect-based clinical test of falls risk. Stud Health Technol Inform 2012;178: 51-57.

[5] Ilg W,Schatton C,Schicks J,et al. Video game-based coordinative training improves ataxia in children with degenerative ataxia. Neurology 2012;79:2056-2060.

[6] 梁明,窦祖林,王清辉,等. 虚拟现实技术在脑卒中患者偏瘫上肢功能康复中的应用[J]. 中国康复医学杂志,2013,28(2): 114-118.

[7] 全国第四届脑血管病学术会议。各类脑血管疾病诊断要点[J].中华神经科杂志，1996,29:379-380.

[8] K.Puppala. Games for Physical Rehabilitation[C].IEEE International Conference on Computational Intelligence,2011,376-371.

[9] Orihuela-Espina F,Fernandez del Castillo I,Palafox L,et al. Neural reorganization accompanying upper limb motor rehabilnation from stroke with virtual reality-based gesture therapy [J]. Top Stroke Rehabil,2013,20(3): 197-209.

[10] Song GB,Park EC. Effect of virtual reality games on stroke patients' balance,gait,depression,and interpersonal relationships[J].J PhysTher Sci. 2015 Jul;27(7):2057-60

[11] Mirelman A,Patritti BL,Bonato P,et al. Effects of virtual reality training on gait biomechanics of individuals post-stroke [J]. Gait Posture,2010,31(4) :433-437.

[12] Cho KH,Lee KJ,Song CH. Virtual-reality balance training with a video-game system improves dynamic balance in chronic stroke patients [J]. Tohoku J Exp Med,2012,228(1): 69-74.

[13] Walker ML,Ringleb SI,Maihafer GC,et al. Virtual reality-enhanced partial body weight-supported treadmill training poststroke: feasibility and effectiveness in 6 subjects. Arch Phys Med Rehabil 2010;91:115-122.

[14] Byun SD,Jung TD,Kim CH,et al. Effects of the sliding rehabilitation machine on balance and gait in chronic stroke patients-a controlled clinical trial [J]. ClinRehabil,2011 25(5):408-415.

[15] Wüest S,Borghese NA,Pirovano M,et al. Usability and effects of an exergame-based balance training program. Games Health J 2014;3:106-114

[16] Cho SL,Ku J,Cho YK,et al. Development of virtual reality proprioceptive rehabilitation system for stroke patients [J]. Comput Methods Programs Biomed,2014,113(1): 258-265.

[17] Corbetta D,Imeri F,Gatti R. Rehabilitation that incorporates virtual reality is more effective than standard rehabilitation for improving walking speed,balance and mobility after stroke: a systematic review [J]. J Physiother,2015,61(3): 117-124.

[18] Yang YR,Tsai MP,Chuang TY,et al. Virtual reality-based training improves community ambulation in individuals with stroke: a randomized controlled trial. Gait Posture 2008;28:201-206.

[19] 林玲,江利,肖湘,等. 虚拟现实结合减重平板训练对脑卒中患者步行功能恢复的作用和机制: 纵向功能磁共振研究[J]. 中国医学计算机成像杂志,2014,20: 313-317.