謝君杰杜宇鵬龐錦闊鈕雪康吳玉玲徐守宇，3

虛擬現(xiàn)實技術在胸腰段脊髓損傷患者輪椅基礎訓練中的應用

謝君杰1杜宇鵬1龐錦闊1鈕雪康1吳玉玲2徐守宇1，3

胸腰段；脊髓損傷；虛擬現(xiàn)實；輪椅訓練

輪椅訓練是脊髓損傷（spinal cord injury，SCI）患者一項重要的康復訓練內容。因SCI造成截癱的患者不能長距離步行，由輪椅代替下肢進行移動。通過輪椅訓練，能夠強化上肢、軀干肌力，提高坐位平衡和運動功能，最重要的是可以大大提高患者操縱輪椅的技術水平,提高功能獨立性和日常生活活動能力（activity of daily life，ADL），對于他們重返社會起著非常重要的作用[1]。虛擬現(xiàn)實技術（virtual reality，VR）運用計算機和專業(yè)的軟硬件顯現(xiàn)仿真環(huán)境，實現(xiàn)在視、聽、觸、動覺等方面的虛擬互動和反饋，使用者可以在虛擬環(huán)境中完成可控的功能性運動和操作，達到功能重建目的[2]。它可以提供有意義的任務性訓練與精確的感覺回饋，確保受試者擁有真實而安全的訓練環(huán)境，并包含重復練習、成績反饋和動機維持等關鍵要素[3]。本研究運用的情景模擬與現(xiàn)實互動康復系統(tǒng)（SilverFit）是輪椅訓練的一種可視化虛擬康復，通過虛擬的場景，對患者進行不定向動態(tài)訓練。本研究主要對首次獨立使用輪椅的患者進行輪椅基礎訓練，包括：向前驅動、向后驅動、左右轉訓練等[4]，旨在通過臨床隨機對照研究觀察運用Si-lverFit進行輪椅訓練對SCI截癱患者功能獨立性的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料2011年2月—2015年10月我科收治胸腰段脊髓損傷患者36例，均為完全性脊髓損傷。病程63～104天；男31例，女5例。入選病例隨機分為治療組和對照組各18例，兩組患者一般資料（年齡、性別、病程、損傷程度）及損傷水平差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），見表1。

1.2 納入及排除標準納入標準：（1）脊髓損傷診斷標準采用美國脊柱損傷協(xié)會脊髓損傷神經(jīng)學分類國際標準（ASIA,2000）[5]，損傷節(jié)段T11～L2，均為A級；完全性損傷，S4～S5無感覺、運動功能，亦無骶殘留；（2）病情穩(wěn)定，經(jīng)骨科醫(yī)師評估脊柱穩(wěn)定性良好；（3）既往無心臟病史及高血壓病史；（4）患者坐位平衡訓練計劃已完成，能獨立坐15min以上；（5）患者首次單獨使用輪椅；（6）患者能熟悉輪椅的操作，包括：手閘操作、驅動輪椅等；（7）患者自愿進行該項臨床試驗，并簽署知情同意書。排除標準：（1）老年癡呆，有嚴重行為問題或精神錯亂者；（2）合并有認知障礙（MMSE≤24分），不能配合訓練；（3）各種疾病導致的上肢關節(jié)疼痛、活動受限；（4）各種疾病導致的發(fā)生在胸腰段的脊髓損傷，包括圓錐綜合征、馬尾綜合征等；（5）伴有重要器官（心、肺、肝、腎等）衰竭、惡性腫瘤、病情不穩(wěn)定者。

表1 兩組患者一般資料比較

表1 兩組患者一般資料比較

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1.3 方法

1.3.1 訓練方法本研究設計將輪椅訓練分為三階段：第一階段為輪椅基礎訓練，第二階段為輪椅加強訓練，第三階段為輪椅實踐訓練。兩組患者進行第一階段不定向動態(tài)輪椅基礎訓練，并均接受常規(guī)神經(jīng)內科藥物治療和物理治療。參照SilverFit設計訓練處方：3min/次，1天3次，兩次訓練之間休息2min，共14天；訓練中使用的輪椅均是普通輪椅，輪椅選擇參照國家標準（GB/T 16432-2004/ISO 9999；2002）[6]。訓練場地有效范圍為2.0m×3.0m。

對照組訓練場地分左區(qū)和右區(qū)，并用線段及點來表示（見圖1）。其中線段OA、DE各為3.0m和2.0m，點O為線段DE中點；在線段OA三等分點上標記字母：B、C，并以其中一點為中點作線段OA的垂直虛線，長2m，每0.5m作一個點，記0.5m或1.0m，如圖中點F，稱右區(qū)B 0.5。訓練前，治療師告知患者訓練方法和目的，并要求其訓練時保持自身平衡。訓練時，患者操控輪椅處于起點O處，治療師位于其左側，保護患者；患者聽口令完成任務，如：治療師發(fā)出口令“左區(qū)C 1.0”，隨即，患者操控輪椅快速、平穩(wěn)地到達目標處；當患者完成一次任務后，治療師發(fā)出下一個口令，減少任務間隔；每次訓練，治療師記錄患者完成目標數(shù)，并取3次訓練平均值。

圖1 訓練場地分區(qū)圖示

治療組運用情景模擬與現(xiàn)實互動康復系統(tǒng)動態(tài)輪椅訓練模式進行不定向動態(tài)輪椅訓練。訓練在SilverFit治療室中進行，并只允許治療師和患者進入，避免干擾。訓練前，治療師告知患者訓練方法和目的，并要求其訓練時保持自身平衡?；颊咛幱谥付ㄎ恢茫嫦驍z像頭；治療師處于攝像范圍之外。本系統(tǒng)通過自身配置的攝像頭紅外感應裝置定位患者位置及運動；在訓練中，顯示器中剪刀代表操控輪椅的患者，花朵代表目標物；當患者通過視覺線索操控輪椅朝目標物行進，顯示器中剪刀同時向花朵移動，當?shù)竭_花朵時，花朵被剪刀剪掉，隨即在任意位置出現(xiàn)新花朵，開始新的剪花任務。時間到，系統(tǒng)顯示患者剪花的數(shù)目，治療師及時記錄，并取3次訓練平均值（見圖2）。

圖2 情景模擬與現(xiàn)實互動康復系統(tǒng)圖像

1.3.2 評定方法治療前后采用SilverFit、功能獨立性測量（FIM）[7]進行評分，評定均由專人進行。（1）運用SilverFit評定患者3min內剪花的數(shù)目，進行3次，取平均值。（2）FIM量表包括六方面的功能，總分126分。本研究同時另選用其中的第Ⅲ項（轉移）、第Ⅳ項（行走）進行評分，總分35分。

1.3.3 統(tǒng)計學方法應用SPSS13.0統(tǒng)計軟件進行統(tǒng)計處理，計數(shù)資料采用χ2檢驗，計量資料用表示，采用配對樣本t檢驗，P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

治療前兩組患者剪花數(shù)、FIM評分差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。經(jīng)過14天的訓練，兩組患者的剪花數(shù)、FIM評分均有提高，治療前后評分比較差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），治療組高于對照組（P＜0.05）。見表2～4。

表2 兩組患者剪花數(shù)比較

表2 兩組患者剪花數(shù)比較

注：與治療前比較，*P<0.05；與對照組比較，△P<0.05

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表3 兩組患者FIM評分比較

表3 兩組患者FIM評分比較

注：與治療前比較，*P<0.05；與對照組比較，△P<0.05；FIM：功能獨立性測量

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表4 兩組患者FIM-Ⅲ、Ⅳ評分

表4 兩組患者FIM-Ⅲ、Ⅳ評分

注：與治療前比較，*P<0.05；與對照組比較，△P<0.05；FIM：功能獨立性測量

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3 討論

脊髓損傷（SCI）的發(fā)生存在著地區(qū)及時期的差異性[8]，西方國家以交通事故傷、暴力傷、運動傷、跌傷為主。在我國，隨著經(jīng)濟水平和機動車保有量的提高，交通事故成為脊髓損傷的主要原因之一[9]。Sekh-on等[10]認為，在胸腰段脊髓較頸段脊髓更容易發(fā)生損傷，導致截癱，下肢留有不同程度的功能障礙，不能獨立長距離步行，輪椅是患者日常生活中必不可少的重要代步工具。因此，加強患者輪椅訓練尤其重要。

本研究設計將輪椅訓練分為三階段：第一階段為輪椅基礎訓練，包括向前驅動、向后驅動、左右轉訓練等；第二階段為輪椅加強訓練，包括前輪翹起行走及旋轉訓練、上下斜坡和跨越障礙訓練等；第三階段為輪椅實踐訓練，包括過馬路、上下馬路鑲邊石、進出無障礙公廁等。輪椅訓練不僅包括對患者的技巧訓練，還包括對其心理訓練和體能訓練[11]。其中，場地缺少是影響輪椅訓練的重要因素，很多訓練項目往往因場地條件的限制而無法充分地進行。虛擬現(xiàn)實技術因具有沉浸性、交互性及想象性被廣泛應用于輪椅訓練。目前，利用虛擬現(xiàn)實技術研制輪椅仿真平臺的項目有虛擬現(xiàn)實輪椅體驗系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實輪椅使用訓練系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實康復輪椅系統(tǒng)等[11]。本研究使用的SilverFit實現(xiàn)了患者操控輪椅的可視化虛擬訓練，不僅解決了輪椅訓練受場地制約的問題，更可以模擬出真實的場景，提高患者訓練的積極性，能對患者進行心理訓練和體能訓練，而且該系統(tǒng)軟件還可以作為評估和訓練軟件，甚至是一款簡單的游戲軟件。

虛擬現(xiàn)實訓練具有現(xiàn)實環(huán)境所不具備的多重優(yōu)勢。將虛擬現(xiàn)實技術應用至康復醫(yī)療領域，可有效解決傳統(tǒng)康復訓練方法的局限性。本研究中，對兩組患者進行14天的輪椅基礎訓練，兩組的剪花數(shù)和FIM評分均獲得提高，且治療后治療組與對照組比較，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。這些結果表明，進行場地輪椅訓練能促進患者對操縱輪椅的技巧和經(jīng)驗的積累，提升患者操控輪椅的能力，提高患者日常生活活動能力，而治療組運用SilverFit進行輪椅訓練能更好地提升患者操控輪椅的能力，更有效地提高患者功能獨立性，療效明顯優(yōu)于對照組。

康復治療的機制包括重復、反饋和動機3個關鍵環(huán)節(jié)[12]。現(xiàn)代動作控制與動作學習理論認為，人類所有動作都具有任務取向特點，是人對環(huán)境或條件變化所作出的反應[13]。治療中，在不同環(huán)境下通過有意義的動作訓練和感覺回饋刺激，促進患者系統(tǒng)整合，從而取得較好的康復療效。SilverFit能提供視覺、聽覺及位置感覺等反饋，患者漫游在虛擬情景中，通過熒屏中的動畫，不斷糾正訓練中的錯誤動作，建立正確行為。在每次完成剪花時，系統(tǒng)都會發(fā)出歡快的聲音以鼓勵患者，使其獲得成功的愉悅體驗并激發(fā)其訓練的積極性。SilverFit模擬真實的鄉(xiāng)間小道環(huán)境，讓患者有身臨其境感，對患者進行心理訓練，并提高了患者訓練的興趣。在本研究中，治療組訓練的積極性明顯高于對照組。運用SilverFit患者操控輪椅完成剪花來訓練其對輪椅的操縱，加強患者技巧訓練和體能訓練，經(jīng)過訓練患者更能將學到的技能運用到現(xiàn)實生活中去，更有效地提高患者功能獨立性。這種可視化虛擬康復能調動患者更多的注意力及思維能力，可緩解其在訓練中出現(xiàn)的恐懼和緊張心理，刺激并訓練其適應能力，使其容易堅持訓練，從而達到康復訓練所提倡的“循序漸進、持之以恒、主觀能動”等治療原則。

本研究采用情景模擬與現(xiàn)實交互康復系統(tǒng)（SiverFit）對胸腰段脊髓損傷患者進行輪椅基礎訓練，取得良好效果，患者操縱輪椅的能力及功能獨立性顯著提高，證明運用SilverFit進行輪椅訓練在重復、反饋和動機維持等方面具有顯著優(yōu)勢，適于在輪椅訓練康復中推廣。

［1］廖文龍.面向復雜環(huán)境的智能輪椅仿真及導航技術研究［D］.上海交通大學，2014.

［2］丁千，高宏宇，宋梅思，等.虛擬現(xiàn)實技術改善腦卒中患者上肢功能障礙的研究現(xiàn)狀［J］.中國康復，2013，28（3）：201-204.

［3］Lange BS，Requejo P，F(xiàn)lynn SM，et al.The potential of virtualreality and gaming to assist successful aging with disability［J］.Phys Med Rehabil Clin N Am，2010，21（2）：339-356.

［4］王芳盈，胡忠亞，王安民，等.病癥康復學［M］.北京：高等教育出版社，2006：79-83.

［5］關驊，石晶，郭險峰，等.脊髓損傷神經(jīng)學分類國際標準（2000年修訂）［J］.中國康復理論與實踐，2001，7（2）：49-52.

［6］中華人民共和國民政部假肢科學研究所.殘疾人輔助器具分類和術語［M］.北京：中國標準出版社，2004：35-43.

［7］中華人民共和國衛(wèi)生部醫(yī)政司.中國康復醫(yī)學診療規(guī)范［M］.北京：華夏出版社，1999：68-94.

［8］Shepherd JD，Badger-Brown KM，Legassic MS，et al.SCIU：E-learning for patient education in spinal cord injury rehabilitation［J］.J Spinal Cord Med，2012，35（5）：319-329.

［9］鐘思琳，吳婉霞，曾德良，等.傳統(tǒng)康復聯(lián)合減重步行訓練治療脊髓損傷后不完全截癱患者的療效分析［J］.中外醫(yī)學研究，2012，10（33）：12-13.

［10］Sekhon HS，F(xiàn)ehlings MG.Epidemiology，demographics，and pathophysiolog of acute spinal cord injury［J］.Spine，2001，26（24）：2-12.

［11］盛健.具有姿態(tài)及阻力模擬功能的輪椅訓練測試平臺的開發(fā)［D］.哈爾濱工業(yè)大學，2012.

［12］李紅玲.虛擬現(xiàn)實技術及其在康復醫(yī)學中的應用進展［J］.中華物理醫(yī)學與康復雜志，2013，35（5）：414-416.

［13］張麗，甕長水.虛擬現(xiàn)實技術在老年康復醫(yī)學中的應用研究進展［J］.中國康復理論與實踐，2012，18（1）：44-46.

（收稿：2016-06-21修回：2016-10-05）

國家中醫(yī)藥管理局中醫(yī)藥重點學科（中醫(yī)康復學）建設經(jīng)費資助（國中醫(yī)藥發(fā)[2012]32號）；浙江省醫(yī)藥衛(wèi)生科技計劃項目（No.2015KYB279）；浙江省自然科學基金項目（No. LQ16H170001）

1浙江中醫(yī)藥大學附屬第三醫(yī)院康復科（杭州310005）；2中國人民解放軍全軍創(chuàng)傷康復中心理體療科（杭州310007）；3日本順天堂大學醫(yī)學部（日本東京113-8421）

徐守宇，Tel：137380361760