使用任天堂Wii游戏对中风患者进行虚拟现实训练:随机对照试验

简介

中风是导致残疾的主要原因，中风患者出院后很难制定最佳的康复方案[1］．几乎85%的中风患者在中风后出现偏瘫，55%至75%的中风幸存者有运动功能障碍。南亚人(印度、巴基斯坦、斯里兰卡、孟加拉国、尼泊尔和不丹)由于心脏和代谢率降低，中风的风险更高[2，3.］．中风的治疗以药物开始[4]，而手术可能是修复血管收缩或变窄的另一种选择[5，6］．患者康复是治疗的重要组成部分。康复的主要目的是提高脑卒中患者的生活质量，使他们能够独立生活[7，8］．传统康复疗法被广泛用于帮助中风患者恢复运动功能和残疾。然而，传统技术的应用是艰巨和昂贵的，需要将病人运送到三级护理医院，特别是在巴基斯坦这样医院数量较少的国家。以游戏形式进行虚拟现实训练[9]为中风后的运动控制和神经可塑性发展提供了一个富有成效、安全且具有挑战性的学习环境。VR视频游戏鼓励患者以一种有趣的方式参与到他们的治疗性锻炼中来[10］．以往的研究发现，基于脑功能的重塑和重组，VR可以成为中风后快速功能恢复的一种很好的选择[11］．通过VR训练的观察学习，可以激活皮层中的镜像神经元。在VR训练中接受感官输入的参与者也更有可能学习所需的运动行为[12］．这种反馈有助于促进使用依赖型皮层可塑性的发展，从而改善运动控制。此外，虚拟现实训练诱导的功能改善可以显著提高参与者在新环境中的信心和自我效能。此外，VR的另一个优点是可以大大节省患者的人力和费用[13］．

中风在巴基斯坦等国家更为普遍，因为人们更倾向于使用当地的药物，如纳斯瓦、吸烟斗和嚼甲虫叶(paan)。因此，中年人群(<45岁)中风发病率较高[14-16］．这项研究的目标是患有中风的年轻人群，同时找到了具有成本效益的治疗方案。年轻中风患者的独特需求和低成本严肃游戏提供的有希望的机会将是治疗策略中有益的补充。文献中没有足够的证据来概括商业游戏对年轻中风患者上肢感觉运动功能和步态的影响。在资源匮乏的国家，需要研究VR程序与传统方法相比在上肢功能运动改善方面的有效性，以通过定向干预来降低成本和时间。本研究旨在比较VR训练与常规物理治疗对中低收入人群中风患者上肢平衡和功能的影响。本研究旨在接受或否定VR对脑卒中患者的平衡和上肢功能有显著改善的假设。

方法

研究设计和参与者

本研究为单评估者盲法随机临床试验。参与者于2018年9月至2020年12月在巴基斯坦拉合尔的Kanaan理疗和脊柱诊所通过方便抽样招募。亚急性和慢性脑卒中患者均纳入研究。纳入标准为年龄在40至60岁之间的患者，不分性别;四肢单侧受累及卒中首次发作由计算机断层扫描或磁共振成像显示为出血性或缺血性[17];医学研究委员会评分至少2分或以上;病人情况稳定，警觉，能够听从理疗师的指导。伴有不稳定心绞痛的缺血性心脏病患者、癫痫发作史、帕金森病、可能限制参与或反馈的严重失语症、可能干扰指令理解的认知精神状况、任何系统性疾病、BMI或语言能力差的患者被排除在研究之外。在数据收集前，获得每位参与者的书面知情同意。采用抽签法将受试者随机分为VR组(n=37)和常规物理治疗组(n=37) [16］．

结果测量

在干预6周前后测量所有值。采用伯格平衡量表(BBS)进行平衡评估。这是一份14个项目的清单，每个项目由5个等级的顺序量表组成，从0到4,0表示最低级别的功能，4表示最高级别的功能。56分表示功能平衡。得分小于45的人跌倒的风险更大。上肢(UEs)的Fugl-Meyer评估(FMA)工具用于评估感觉运动功能、关节范围和疼痛。FMA-UE的运动部分有33个点，用于评估运动、反射、协调和速度。每个领域包含多个项目，每个项目以3分制进行评分(0=不能执行，1=部分执行，2=完全执行)。感觉有6分，关节范围和疼痛各有12分。评分是基于对表现的直接观察。 FMA-UE is a valid and reliable tool that measures the function of upper limbs, wrists, and hands while the BBS is also a valid and reliable tool to assess balance [18，19］．

干预措施

虚拟现实培训(第一组)

Wii配有一个控制台，适配器，红外传感器条，2个无线双节棍，遥控器腕带，传感器条，Wii平衡板，和Wii运动套件。Wii Sports(网球和拳击)，Wii平衡板和Wii Cooking Mama游戏是主要使用的游戏。根据参与者的能力，训练的复杂性和强度随着游戏的更高级别而增加。治疗师站在参与者身后提供保护和支持，如果参与者需要避免摔倒，他们可以抓住扶手[20.］．该组患者每周3天，每次1小时，持续6周。

常规物理治疗(第二组)

其中包括针对紧绷肌肉(如肩部、肘部和腕屈肌)的拉伸运动。每个肌肉群都是上肢加强锻炼的目标。根据患者情况施加和增加手动阻力。该组患者接受1小时的治疗，每周3天，为期6周。

样本大小

采用样本量软件计算样本量[21，22］．使用的采样技术是方便的采样，统计幂为80%，∂=0.5。在干预期间，招募了76名参与者，预期辍学率为(10%)。1例患者因不符合标准被排除，1例患者因个人原因离开。干预期间，每组均有3例失访，见图1．

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伦理批准

研究方案已获得拉合尔大学伦理委员会批准(批准IRB-UOL-FAHS/373-III/2018)。

随机化

符合条件的参与者最初由研究助理筛选。所有参与者都被要求签署知情同意书。随后，由盲法独立评估员在基线时对参与者进行评估，并进行随机分组。随机分组采用抽签法。患者由训练有素的理疗师进行分配的干预。干预6周后，由盲法独立评估员进行另一项评估。

统计分析

采用SPSS 22.0 (IBM Corp)软件进行统计分析。所有结果测量均采用描述性统计。为检验数据的正态性，进行Shapiro-Wilk检验。数据呈正态分布，故采用参数检验。一个独立的t测试用于比较组间数据，而配对t组内分析采用Test。统计显著性设为P< . 05。

结果

数据是正态分布的。VR训练组的平均年龄为51.56岁(SD 7.199岁)，常规物理治疗组的平均年龄为51.35岁(SD 5.783岁)。VR训练组平均身高为1.68 (SD 0.11)米，常规物理治疗组平均身高为1.69 (SD 0.09)米。VR训练组的平均体重为86.50 (SD 11.41) Kg，而常规物理治疗组的平均体重为86.35 (SD 11.7) Kg表1．

两组治疗后BBS值比较，差异有统计学意义P<措施。治疗后VR训练组的平衡增加幅度更大，与常规物理治疗组(平均26.94,SD 6.46)相比，VR训练组的平均值为36.62 (SD 7.76)表2．VR训练组运动功能FMA评分的平均值为49.71 (SD 10.03)，常规物理治疗组为33.47 (SD 11.07)， VR组的FMA评分在临床上更为显著。两组患者感觉的FMA评分无显著差异P= .19。两组患者的关节疼痛和关节范围的FMA有显著差异P<措施一个s shown in表2．配对样本t用检验比较各治疗组内的数值。

讨论

主要研究结果

这项研究的目的是比较VR训练和常规物理治疗两种技术对中风患者上肢平衡和功能的影响。虚拟训练是一种现代技术，由于其价格低廉，而且患者在家也可以轻松使用，因此现在更受欢迎。VR训练改善了平衡、疼痛、活动范围和上肢的运动功能。然而，对感觉没有显著影响。

本研究在组间分析中对平衡的改善有显著效果。与常规物理治疗组(平均26.94,SD 6.46)相比，VR组治疗后平衡的平均值为36.62 (SD 7.76)。Jeon等人进行的一项研究也发现了类似的结果[23]，表明与单独使用VR相比，VR结合平衡训练对中风患者有显著改善。Aramaki等人进行的另一项研究[24]表明，VR训练改善了平衡和上肢功能，并改善了中风患者的生活质量，他们还报告说，与传统治疗相比，VR在改善动态平衡方面更有效。具体而言，行走平衡是中风患者表现最不佳的活动，改善行走平衡对中风患者有很大帮助。大多数患者认为在闲暇时间玩游戏是一种有趣的活动。常规物理治疗对患者来说有些无聊，也不那么有吸引力[11］．本研究结果将有助于治疗师将VR技术应用于中风患者的康复治疗。患者尝试使用他的肌肉，因此，与大脑的协调得到改善。大多数体位肌都处于直立状态。相反，常规物理治疗有些被动，因此改善缓慢。治疗方案应以体位肌为目标。有时，中风直接影响患者管理周围环境的能力。所以，当你不确定自己在周围环境中的位置时，很难保持平衡。25-27］．本研究证明VR可提高脑卒中患者的功能独立性。

在这项研究中，两组在运动功能水平上的FMA都有积极的改善。本研究脑卒中患者在VR组治疗后运动功能评分的平均值为49.71 (SD 10.03)，而常规物理治疗组治疗后运动功能评分的平均值为33.47 (SD 11.07)，明显高于基线，表明VR训练社区相对于常规物理治疗组有临床意义的提高。Maier等人[28]调查了与传统治疗相比，VR训练是否有利于上肢运动恢复。Levin和Demers进行的一项综述[12]也得出结论，VR训练对改善中风康复患者上肢平衡和运动功能有显著效果。

在虚拟训练中，上肢的运动功能得到了改善，因为该系统提供了额外的空间转换和不耦合的手眼运动;它还增强了运动控制，创造了一个娱乐的环境，进一步激励患者。重复运动改善运动学习和患者的功能和解剖重组[29］．

研究显示，脑卒中患者使用VR后感觉效果不显著，与常规物理治疗组(平均8.44,SD 2.5)相比，VR组治疗后的均值为8.44 (SD 1.99)。叶等人进行的一项研究[17]表明，VR系统有助于促进功能性运动和运动控制，如捏捏和抓取活动，并取得了显著的效果，但我们的感觉控制患者强烈希望长期使用它。Serrada等人进行的另一项研究[30.]强调了感觉训练，但关于中风患者感觉障碍的证据有限。需要进一步的评估来分析主动感觉训练的有效性。需要强有力的方法和高水平的研究来衡量感觉康复的结果。这个很大程度上被忽视的话题是中风康复的一个重要组成部分。

这项研究显示VR组的关节活动范围有显著的结果。与常规物理治疗组(mean 14.56, SD 4.13)相比，VR组治疗后的平均值为18.18 (SD 3.71)。akkakin等人的一项研究[31]指出，动态VR训练可以改善脑卒中患者的UE运动功能和活动范围。Huang等人进行的另一项研究[32]表明，VR训练可以改善手部的精细运动和活动范围，并促进协调，这支持了我们的研究结果。

Choi和Paik [33]的研究结果表明，基于VR手游的上肢康复程序在常规治疗的基础上有显著效果，是UE康复的良好工具，说明通过VR训练可实现脑卒中患者的关节活动范围。不同的视觉和听觉声音使患者参与活动，患者花更多的时间进行活动。这就产生了一种互动的欲望，最后，实现了期望的关节运动[33]，类似于动态VR，每天一次以上的重复训练可以显著改善肩部屈曲、外展外旋和肘关节外伸。

研究结果显示，脑卒中后VR治疗组在改善疼痛方面有显著效果，其平均值为19.62 (SD 2.86)，而常规物理治疗组的平均值为14.62 (SD 4.00)。Shahrbanian等人的一项研究[34表明，与传统疗法相比，VR训练有助于疼痛管理。鲍威尔和西蒙兹进行的一项研究[35]提示肌肉骨骼疼痛导致活动受限，但VR训练可以改善疼痛并提高运动速度，这也支持了我们的研究结果。

Triberti等人在2014年进行的另一项研究[36VR训练改善了疼痛。它是一种分散注意力和止痛的工具，并创造了一个环境，让患者沉浸在一个3D计算机生成的环境中。这种令人愉快和丰富多彩的环境转移了人们对有害刺激的注意力。它提供了一种心理效果，减少焦虑，并促进积极的情绪，使患者感到放松，体验较少的疼痛[36］．

VR对神经可塑性有很大的神经生物学影响，可导致灰质体积的提高，认知效率的提高，以及脑电图β波浓度的提高。创新的脑机接口通过直接影响大脑不同皮层区域引起的电活动来辅助VR的临床应用，以确保对连接的游戏设备的有效控制。健康的人可能会使用VR作为讲故事的工具来重写自己的故事，作为自我完善和个人成长综合过程的一部分[37，38］．

这项研究有一些局限性，因为虚拟现实训练在巴基斯坦是一项相对较新的技术，这就是为什么尽管它在高收入国家被广泛用于康复，但患者仍然面临熟悉的困难。本试验中使用的结果指标很少，因此我们建议在未来的试验中使用更多的结果指标。该试验没有进行长期随访评估以检查持续效果。这些局限性需要在未来的研究中加以解决。

结论

在本研究中，VR训练是改善平衡、感觉运动功能、关节范围和上肢疼痛的有效方法。常规的物理治疗是有益的，但VR训练可以更有针对性。这项研究在中风康复领域有很大的潜力，因为它证明了低成本技术可以为常规治疗提供额外的好处。此外，还需要进一步的随机对照试验来发现VR对脑卒中患者不同职业表现的影响。