虚拟现实训练对脑瘫儿童平衡、大运动功能和日常生活能力的影响:系统回顾和元分析

简介

脑瘫(CP)是一种发生在胎儿或婴儿大脑的非进行性持续性综合征[1］．CP的患病率在世界范围内非常高，在早产儿或低出生体重新生儿中患病率可增加20-30倍[2］．中国约有600万儿童患有CP，而且这个数字还在以每年4.5万的速度增长[3.］．运动不全、姿势异常是CP的核心症状，约80% CP患儿有运动障碍[4］．此外，患有CP的儿童还存在认知、沟通和感知行为障碍;癫痫;等问题，极大地限制了他们的社会参与，严重影响了他们的身心健康和生活质量。

虚拟现实(VR)是指由计算机生成并可与之交互的虚拟环境。VR可以调动CP患儿的视觉、听觉、触觉、动觉等器官，使其积极参与康复锻炼。这样可以使儿童的中枢神经传导和外周运动控制协调统一，有利于儿童的康复[5］．蔡等[6]对40名CP患儿进行了为期4周的VR训练，每周5次，每次30分钟。该研究报告称，与常规康复相比，虚拟现实组的儿童表现出更好的结果。Gagliardi等[7]对16名CP患儿进行了为期4周的纵向研究，每周5次，每次30分钟，结果显示患儿的行走能力和大肌肉运动功能均有改善。但日常生活能力无明显变化。此外，最近的一项系统综述也显示，将VR训练与常规康复训练相结合，纯常规康复训练效果更好[8］．

如何改善CP患儿的运动能力、异常姿态、生活质量已成为国内外学者关注的焦点。前期meta分析表明，VR可以显著改善患儿的手部功能、平衡功能、粗大运动功能、行走功能[8-11］．本研究拟解决的主要问题是:(1)在增加新的证据后，VR训练是否能显著改善儿童的平衡和大肌肉运动功能;(2) VR训练是否能显著提高儿童的日常生活能力;(3)不同CP类型儿童VR训练的改善程度是否不同;(4)不同类型VR对CP患儿的改善是否不同;(5)不同频率、不同时段的VR训练对CP儿童是否有不同的改善。解决这些问题将为制定准确的CP儿童VR训练方案提供依据。

方法

本研究遵循了国际元分析写作指南(PRISMA[系统评价和元分析的首选报告项目]声明，用于评估医疗保健干预措施:解释和阐述)对方法选择和使用的要求。

文献检索策略

本研究由2名研究人员独立检索PubMed、Embase、The Cochrane Library、Web of Science、中国知网(CNKI)等5个数据库，寻找VR训练对CP患儿平衡、大肌肉运动功能和日常生活能力影响的随机对照试验(rct)， CNKI数据库来源仅为中国社会科学引文索引和中国科学引文数据库。各数据库的检索时间为各数据库建立后至2021年12月25日。补充措施为追踪纳入文献的相关系统综述和参考文献。检索采用主题词与自由词相结合的方法，使用布尔运算符“AND”和“OR”进行组合和连接，并经过反复预检确定。英文搜索词包括“脑瘫”、“CP”、“脑瘫儿童”、“脑瘫儿童”、“虚拟现实”、“VR”、“虚拟环境”、“视频游戏”、“临床试验”、“随机对照试验”等。给出了PubMed数据库文献检索策略的一个实例(多媒体附件1)．

纳入和排除标准

入选标准

入选标准如下:

1. 研究对象人群:临床诊断为痉挛性脑瘫的儿童;他们的种族和性别不限，年龄<16岁
2. 实验组干预措施:VR训练、VR训练结合常规康复训练或在对照组训练基础上增加VR训练
3. 对照组干预措施比较:日常身体活动、平衡训练、常规康复训练、综合康复训练等
4. 结局指标:平衡功能评分采用伯格平衡量表(BBS)和儿科平衡量表(PBS);采用大肌肉运动功能量表(GMFM)评估大肌肉运动功能，包括GMFM-66、GMFM- e和GMFM-88;采用儿童残疾量表(PEDI)和儿童功能独立量表(WeeFIM)进行日常生活能力评估。
5. 研究类型的研究设计:随机对照试验

排除标准

排除标准如下:非随机对照试验;转载论文或评价质量差的论文;非中、英文文学作品;没有全文;结局指标不符合本研究要求或无法提取数据;而干预组内容不符合要求。

文献筛选与资料提取

本研究中，2名研究人员独立检索了5个数据库中的文献，并将检索到的文献批量下载到EndNote X9软件(Clarivate)中。从5个数据库中检索出所有文档后，首先在Endnote X9软件中删除重复的文档。其次，通过阅读标题和摘要进行初步筛选。第三，根据本研究的纳入和排除标准对论文进行筛选。最后，进行全文阅读以确定最终纳入的研究。

2位研究者对纳入论文的基本信息和结局指标数据进行了提取，并对研究中不清楚或缺失的数据通过邮件联系了原作者。当2位研究者提取的信息不一致时，会有第三位研究者参与讨论，以达成共识。提取的信息包括基本信息(作者、年份、国家、样本量、CP类型、患者年龄);实验特征(干预内容、单次干预时间、频率、周期);以及结果指标。研究人员通过详细阅读符合纳入标准的文章，并记录相关信息，建立一个表格。

纳入文献的质量评价

本研究使用The Cochrane Collaboration的偏倚风险评估工具(Tool for assessment Risk of Bias)，采用随机序列生成、分配隐藏、受试者和研究人员盲化、评分者盲化、结果数据不完整、选择性报告和其他偏倚7种方法对文献进行分析。将分析结果分为低风险、不清晰、高风险3种质量评价类型。这一过程由两名研究人员独立完成。如果意见不一致，第三位研究人员将加入讨论并作出决定。文献质量分为3级:A级(低风险，符合4项及以上);B级(低风险，满足2、3项);C级(低风险，符合1项或无项，可能发生偏倚)[12］．

数据分析

数据分析采用RevMan软件(版本5.3;Cochrane)，并遵循PRISMSA指南。Q统计检验(P值),我²用于检验异质性。如果研究之间存在统计学异质性(我²> 50%;P<.10)，随机效应模型将被用于元分析;否则，就会使用固定效应模型。在本研究中，大运动功能采用GMFM-66、GMFM-88和GMFM-E联合检测，日常生活能力采用PEDI和WeeFIM联合检测。因此，大肌肉运动功能和日常生活能力指标采用标准化平均差值(SMD)计算，其他指标采用平均差值(MD)计算。各组间在基线时的各项比较结果变量均无显著差异。实验结束时，我们选择干预组和对照组的量表得分作为效应量，以反映干预效果。每个效应量都给出了一个点估计值和95% CI。当P<。05,there was a significant difference between the intervention group and the control group, proving that the meta-analysis results were statistically significant. Publication bias testing was performed using Stata software (version 16.0; StataCorp) [13］．

结果

文献检索结果

共有2名研究者检索了5个数据库，包括PubMed (n=82)、Embase (n=191)、The Cochrane Library (n=147)、Web of Science (n=359)和CNKI (n=11)。共检索论文793篇，其中中文论文11篇，英文论文759篇，及3篇[14-16]从之前对其他人的系统评价中。Endnote X9软件剔除重复论文后，剩下640篇论文。随后，初筛后剩下65篇论文，全文重筛后剩下16篇论文[14-29］．结果，最终纳入16项rct，如图1．

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纳入研究的基本特征

共纳入16篇文章，代表16项rct，更具体地说，5篇中文文章和11篇英文文章。出版期限为2013年至2021年，出版国家为中国、土耳其、印度和韩国。共纳入513例CP患儿，CP类型包括痉挛性偏瘫和痉挛性双瘫。实验组的干预措施包括虚拟限时训练、VR训练与常规康复训练相结合等;对照组的干预包括日常体育活动和定期康复训练。VR训练干预时间15 ~ 60分钟，频率2 ~ 6次/周，周期3 ~ 12周。（多媒体附件2)．

纳入文献的质量评价

本研究共纳入16项rct，其偏倚风险显示在多媒体．16个rct均描述了随机序列的生成，其中6个rct [14,17,19,21,23,24]描述的分配隐瞒方法，6个随机对照试验[18-23]对研究人员和受试者采用盲法，6个随机对照试验[17,19-21,23,24]对评分者采用了盲法，所有16个rct均有完整的数据，没有选择性地报告。

荟萃分析结果

VR对CP患儿平衡功能的影响

6个rct共126例CP患儿参加了VR训练，并采用PBS评分法进行相关评分，见图2．异质性检验结果(我²= 33%;P=.19)表示各研究间不存在统计学异质性，故采用固定效应模型进行分析。meta分析结果显示，VR训练能够改善CP患儿PBS评分(MD 2.06, 95% CI 1.15-2.97;P<.001)，表明与对照组相比，VR训练可以显著改善CP患儿的平衡功能。

在3个rct中，共有123例CP患儿参加了VR训练，并采用BBS评价进行了相关评分，如图图3．异质性测试结果(我²= 67%;P=.05)表明各研究间存在统计学异质性;因此，采用随机效应模型进行分析。meta分析结果显示，VR训练能够改善CP患儿BBS评分(MD 3.66, 95% CI 0.29-7.02;P=.03)，表明VR训练能明显改善CP患儿的平衡功能。由于本次分析只纳入了3篇论文，故未进行敏感性分析。

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VR对CP患儿大肌肉运动功能的影响

在7个rct中，共有236例CP患儿参加了VR训练，以了解其大肌肉运动功能的影响，如图所示图4．异质性测试结果(我²= 5%;P=.39)表示各研究之间不存在统计学异质性，故采用固定效应模型进行分析。meta分析结果显示，VR训练可改善CP患儿的大肌肉运动功能(SMD 0.60, 95% CI 0.34-0.87;P<.001)，表明与对照组相比，VR训练可以显著改善CP儿童的大肌肉运动功能。

根据CP类型、训练频率和周期进行的亚组分析如图所示表1．CP类型分为偏瘫、双瘫和其他类型，结果显示，与对照组相比，VR训练仅显著改善偏瘫患儿的大肌肉运动功能(P<措施)。将训练频率分为≤4天/周和>4天/周，结果显示，与对照组相比，VR训练>4天/周明显改善CP患儿的大肌肉运动功能(P<措施)。训练时间分为<6周和≥6周，结果显示，与对照组相比，两组CP患儿的大肌肉运动功能均有明显改善(P<措施一个ndP=。002,respectively).

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VR对CP患儿日常生活能力的影响

来自7个rct的274名CP儿童参与了VR训练对CP儿童日常生活能力的影响研究，如图图5．异质性检验结果(我²= 64%;P=.01)表示各研究间存在统计学异质性，故采用随机效应模型进行分析。meta分析结果显示，VR训练并没有改善CP患儿的日常生活能力(SMD为0.37,95% CI为-0.04 ~ 0.78;P=.08)，表明与对照组相比，VR训练对CP患儿的日常生活能力没有影响，在提高CP患儿的日常生活能力方面没有优势。

为了探索异质性的来源，通过连续剔除研究进行敏感性分析(见表2)．排除Acar等后[14]，异质性无明显变化(SMD 0.45, 95% CI 0.07-0.89;P=.02)，表明与对照组相比，VR训练对CP患儿的日常生活能力有显著影响。在排除Atasavun Uysal等[24] （我²= 36%;P=.16)，采用固定效应模型进行分析(SMD 0.55, 95% CI 0.30-0.81;P=.001)，表明与对照组相比，VR训练显著提高了CP患儿的日常生活能力。在排除其他研究后，异质性无明显变化P效应量均大于0.05。因此，Atasavun Uysal等人[24可能是异质性的一个来源。

排除Atasavun Uysal等人[24]， 6个rct共250例CP患儿参加了日常生活能力的VR训练，详见图6．异质性检验结果(我²= 36%;P=.16)表示各研究间不存在统计学异质性，故采用固定效应模型进行分析。meta分析结果显示，VR训练显著改善CP患儿的日常生活能力(SMD 0.55, 95% CI 0.30-0.81;P<.001)，说明与对照组相比，VR训练能够显著提高CP患儿的日常生活能力。

对虚拟现实系统类型、训练频率和训练周期进行了子组分析表3．VR系统的类型分为Wii(任天堂)、Kinect(微软)和其他类型。结果显示，与对照组相比，只有Kinect系统能显著提高CP患儿的日常生活能力(P<措施)。此外，“其他类型”只有1项研究，因此不具有代表性。将训练频率分为≤4天/周和>4天/周，结果表明，与对照组相比，两组患儿的日常活动量均有明显改善(P=。02一个ndP<措施,respectively). The training period was divided into ≤6 weeks and >6 weeks, and the results showed that, compared to the control group, VR training for >6 weeks significantly improved the daily activities of children with CP (P= .005)。

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发表偏倚检验

由于本研究中使用的BBS指标有限，仅采用Begg漏斗图测试PBS、大肌肉运动功能和日常生活能力指标。PBS试验结果为Z= 0.75 (P_r>|z| =。45);大肌肉运动功能测试结果为Z= 0.9 (P_r>|z| = .37点);日常生活能力测试结果为Z= 1.50 (P_r>|z| = 13)。因此，本研究不存在发表偏倚(多媒体附件4)．

讨论

主要研究结果

VR技术是一种新型的实用技术;它集成了计算机软硬件、人工智能、传感、仿真等科学技术，为用户提供身临其境的感觉，并可为用户提供与虚拟物体交互的能力。目前，VR技术已广泛应用于医学领域，促进患者快速康复[20.-32］．

平衡功能在很多方面依赖于中枢神经系统。CP患儿除了中枢神经系统损伤外，还会出现骨骼畸形、小腿三头肌痉挛、一侧肌肉张力增加、内翻足等，严重影响CP患儿的平衡能力[33,34］．VR训练可使儿童在站立状态下主动完成髋屈曲、外展、外旋等动作，有利于平衡功能的提高。VR训练还可以提供有目的的任务，并给予感官反馈，有利于神经功能的恢复——这反过来又改善了平衡功能[35］．本研究采用PBS和BBS对CP患儿的平衡功能进行评估，结果显示，与对照组相比，VR训练可以显著改善CP患儿的平衡功能，这与以往的研究一致。Jaume-i-Capó等[36]对9例成年CP患者进行了为期24周的VR游戏训练，结果显示患者的平衡功能明显改善。Jelsma等人[37]对14例CP患儿进行VR训练(任天堂Wii Fit)，每次25分钟，每周4次，持续3周，结果显示CP患儿的平衡和行走功能明显改善。Pourazar等[38]对10名CP患儿进行了20次VR训练，结果显示实验组的平衡功能较对照组有明显改善。

VR训练，为儿童提供与现实世界相似的CP环境，给予视觉、听觉和动觉的刺激和互动;激活大脑特定的运动区域;增加运动皮层的血流量;并促进皮层神经和皮层组织的改善和重组。因此，儿童的运动功能可以得到补偿和激活，运动功能得到改善[39］．此外，VR训练需要孩子们完成跑步、跳跃等动作，以提高他们的运动功能。本研究采用GMFM对CP患儿的大运动功能进行评估，结果显示，与对照组相比，VR训练能够显著改善CP患儿的大运动功能。这些发现与之前的研究一致。柯兰芝·格列柯等[40]对CP患儿进行VR训练结合持续经颅直流电刺激，发现粗运动功能和步态明显改善。Burdea等[41]对CP患儿进行了VR训练，每周3次，持续12周，发现CP患儿的运动障碍有明显改善。此外，也有研究表明，VR训练有利于CP患儿大肌肉运动功能的改善[42］．本研究结果显示，VR训练仅对偏瘫儿童的大肌肉运动功能有显著改善，对双瘫儿童则无明显改善，这可能与所涉及的研究有限有关。

本研究采用WeeFIM和PEDI对CP患儿的日常生活能力进行评价，结果显示各研究之间存在显著异质性，与对照组相比，VR训练并没有显著提高CP患儿的日常生活能力。为减少研究间的异质性，敏感性分析采用逐次剔除研究的方法，结果表明异质性来自Atasavun Uysal等[24］．再次阅读全文后，推测主要原因是PEDI评分方法使用原始分数而非规范分数，导致各研究间异质性过大。去除并结合效应量后发现，与对照组相比，VR训练组显著提高了儿童的日常生活能力，这与以往的研究一致。塔拉克西等[23]每周对15名CP患儿进行两次VR训练，每次20分钟，持续12周，结果显示，与对照组相比，VR训练组患儿的日常生活能力有了明显提高。你等人43]对患有CP的儿童进行了VR训练，发现与自我进食和穿衣有关的大脑皮层得到了改善。VR训练可以提高CP儿童的日常生活能力，原因如下:VR训练提供的虚拟环境可以与现实世界高度一致，有利于调动CP儿童的所有器官，将CP儿童获得的技能转移到日常生活中;而VR训练可以提供多种感官刺激和反馈信息，比传统康复更加新颖。因此，儿童更积极地参与康复训练，依从性更高，使周围神经-中枢神经-周围神经传导通路的连接更加频繁。所有这些改善都有利于CP患儿的康复[44,45］．本研究表明Kinect系统对儿童日常生活能力的提升效果更为明显，而Wii系统对儿童日常生活能力的提升效果不明显。这一发现可能是由于Kinect系统比Wii系统更丰富，感官刺激更明显，人机交互更自然方便。此外，本研究结果表明，训练周期越长，CP患儿大肌肉运动功能和日常生活能力的改善效果越好，因此，在今后的研究中，应延长CP患儿康复训练时间。

我们的研究发现VR可以改善CP患儿的平衡功能和大肌肉运动功能，这与以往的研究一致。去除异质性较高的文献后[24]，结果显示VR可以提高儿童的日常生活能力，这也与之前的研究相似。此外，我们的研究还发现，VR系统的类型、CP的类型以及训练时间都会影响儿童的康复。

限制

这项研究只包括中文和英文文学;纳入的指标仅限于GMFM、BBS和PBS;在亚组分析中，几个组的研究数量相对较少，因此得出的结论有一定的局限性。VR培训内容多样;定期康复的内容不一致;训练的持续时间、频率和周期也不同，这也可能是研究异质性的原因。本研究纳入的部分文献没有明确是否使用了分配隐瞒，是否对研究人员或被试进行了盲法，是否对评估人员进行了盲法，因此研究结果可能存在偏差。

结论

meta分析结果显示，与对照组相比，VR训练显著改善了CP患儿的平衡功能和大肌肉运动功能，但对CP患儿社会功能的影响仍存在争议。因此，建议今后开展更多高质量、高数量的rct，进一步证实VR训练对CP患儿平衡功能、大肌肉运动功能、日常生活能力的治疗效果，为临床试验提供更坚实的证据。因此，我们建议未来开展更多高质量的大样本rct，进一步证实VR训练对CP患儿平衡能力、大肌肉运动功能、日常生活能力的疗效，为临床实践提供更可靠的证据。