虚拟现实技术缓解痉挛型脑性瘫痪患儿治疗性疼痛的效果

徐怡，赵晓科，陈梦莹，朱敏，杜森杰，张玲，宣小燕

1.南京医科大学附属儿童医院，a.康复医学科；b.儿童保健科，江苏南京市 210008

脑瘫儿童比正常儿童经历更频繁的疼痛。引起疼痛的原因除了疾病本身引起的肌肉痉挛、关节异常外，治疗性疼痛在脑瘫致痛因素中占有重要地位。脑瘫治疗常用的干预项目包括神经发育学治疗法、神经肌肉电刺激、头针和中医推拿等，在这些康复治疗中常伴随不同程度的疼痛刺激[1]。2013 年的一项欧洲多中心调查发现[2]，治疗性疼痛的发生率接近50%。

疼痛为一种不愉快的感觉和伴有实际或潜在组织损伤的情绪体验，这种刺激会对人体造成多种近期及远期的不良影响。国外学者对脑瘫并发的疼痛问题逐渐重视并强调进行干预[3-4]，同时注重在康复治疗中进行人文关怀，主张在游戏中进行治疗[5]，而国内对治疗性疼痛关注相对不足。

本研究旨在通过为痉挛型脑瘫患儿佩戴虚拟现实(virtual reality,VR)头戴式显示设备(头显)，降低治疗中的疼痛应激，并评价该方案对患儿治疗效果的提升作用。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2018 年9 月至2019 年6 月南京医科大学附属儿童医院康复科收治的脑瘫儿童为研究对象。

诊断标准：中国脑性瘫痪康复指南痉挛型脑瘫诊断标准[6]。

纳入标准：①粗大运动功能分级系统(Gross Motor Function Classification System,GMFCS)分级为I～III级；②年龄2～5岁；③能简单语言理解，交流态度可；④患儿监护人对本研究知情同意，并签署知情同意书。

排除标准：①有明显视觉或听觉障碍；②伴有感觉障碍；③伴有癫痫且未完全控制；④在治疗前3 个月内服用过长效皮质激素或正在使用皮质激素类药物。

共纳入脑瘫儿童50例，按随机数字表法分为对照组和观察组，每组25 例。疗程中观察组1 例因严重呼吸道感染退出，其余患儿顺利完成全部测试。两组在性别、年龄、GMFCS 分级和痉挛类型等方面无显著性差异(P>0.05)。见表1。

本研究经南京医科大学附属儿童医院伦理委员会批准(No.201906211-1)。

1.2 方法

两组均给予常规康复治疗。对于治疗性疼痛，对照组采用家长干预，观察组采用VR干预。

1.2.1 常规康复治疗

常规康复治疗每天1 次，每周5 d，共15 个治疗日。

表1 两组一般资料比较

Bobath 法：首先行被动操10 min，被动屈伸四肢大关节，牵伸痉挛肌群，扩大关节活动度；随后根据患儿运动障碍点，应用神经发育学原理反射性抑制异常姿势，行躯干核心稳定训练，坐位、立位平衡及步行能力训练等。

神经肌肉电刺激：采用EN-Stim 4 型神经肌肉刺激器(荷兰恩诺公司)，应用预设的肌力训练程序，电极置于痉挛肌群对应的拮抗肌群上，在10～100 mA 间调整电流强度，保证拮抗肌群肌肉有明显收缩动作，提高拮抗肌群肌力。

针灸：采用直径0.38 mm、长25 mm的不锈钢针，取智三针，针尖向额方向，进针1 寸；脑三针，针尖斜刺1.5 寸；颞三针，针尖斜刺1.5 寸。与皮肤成15°角，留针20 min。

推拿：揉捏经络腧穴，舒筋缓急，禅推法、按揉法施于肌肉紧张部位，改善痉挛肌肉血运，缓解关节僵硬并改善关节活动能力。

1.2.2 治疗性疼痛干预

对照组在治疗时均由家长陪同，在患儿发生明显治疗性疼痛时，由家长配合护士给予常规疼痛干预，包括安抚、分散注意力、奖励、表扬等。

观察组在上述治疗时，由护士为患儿佩戴并调试VR 头显，使患儿不需要任何控制器就能完全沉浸在虚拟世界中。根据患儿认知水平选择合适的显示内容和互动形式。其中全景漫游方式为播放森林公园、海底世界、北极企鹅等3D 全景视频，如海底世界以360°全方位透视海底隧道，模拟在海底隧道行走，头顶围栏海水，脚踏深深的海床，仿佛把整个海洋搬到身边。交互视频方式时患儿的眼球和头部运动能控制视频播放分支。VR 游戏方式我们选择《Arca's Path》这款平静而又轻松的解谜游戏，该游戏以美丽的草木、树木和花朵为背景，配乐舒缓，旨在将患儿带入近乎禅境的世界里。患儿基于凝视来控制主角移动，引导一个卡通女孩穿越迷宫。治疗师通过手机无线投屏能实时监控VR 头显内容，从而掌控患儿整个疼痛干预过程。每天1次，每周5 d，共15个治疗日。

1.3 评定指标

1.3.1 唾液皮质醇测定

在第1、5、9、13个治疗日的16:30，完成全天治疗后采集患儿唾液标本；并在治疗周期内的非治疗日相同时点收集1 次唾液标本，分别反映疼痛应激后皮质醇水平和基线水平。采集唾液时采用Salivette 唾液采集管，在24 h 内1500 r/min 离心5 min，转移至EP管中，电化学发光免疫分析法测定唾液中皮质醇含量。实验仪器为Elecsys 2010 型全自动酶标免疫测试系统(瑞士罗氏公司)。唾液采集时间考虑了皮质醇分泌的昼夜节律，同时使用了Hanrahan 等[7]描述的唾液采集策略来进行质量控制，降低测量偏倚。

1.3.2 痉挛评定

于治疗前、治疗3 周后采用改良Ashworth 量表(modified Ashworth Scale,MAS)评定下肢小腿三头肌肌张力，控制在1 s内，重复3次测量后评分。该量表共分6 个级别，Ⅰ级计1 分，Ⅰ+级计1.5 分，Ⅱ级计2分，依此类推。

1.3.3 粗大运动功能评定

于治疗前、治疗3 周后采用中文版粗大运动功能测试量表(Gross Motor Function Measure,GMFM)E 区分别对两组进行评定。GMFM 反映走、跑和跳能力的E 区共24 项，每项采用4 级评分法计0～3 分，总分72分。测试时诱导患儿自发完成测试项目，每项最多尝试3次，分值越高则粗大运动功能越好。

1.3.4 社会功能评定

于治疗前、治疗3 周后采用残疾儿童评估量表(Pediatric Evaluation of Disability Inventory,PEDI)分别对两组进行评定。PEDI 包含日常活动、移动能力和交流能力3 个能区，共197 项。每项采用2 级评分法，不能或在多种情况下受限记0 分，在多数情况下能做或已掌握该技能记1分。所有项目得分相加为原始分，通过查表转换为标准分，分值越高则社会功能越好。

1.4 统计学分析

采用SPSS 20.0 统计软件进行分析。一般资料中的性别、GMFCS 分级和瘫痪类型的比较行χ2检验；年龄比较采用独立样本t检验；唾液皮质醇水平组间比较采用独立样本t检验，组内比较采用配对样本t检验；两组治疗前后MAS、GMFM 和PEDI 评分，组内比较采用Wilcoxon 符号秩检验，组间比较行Mann-WhitneyU检验。显著性水平α=0.05。

2 结果

2.1 唾液皮质醇水平

治疗前两组唾液皮质醇水平无显著性差异(P>0.05)。治疗各个时间点，两组唾液皮质醇水平均较治疗前明显升高(P<0.01)；在第5、9、13 个治疗日，观察组唾液皮质醇水平低于对照组(P<0.05)。见表2。

2.2 MAS、GMFM和PEDI评分比较

治疗前，两组MAS、GMFM 和PEDI 评分比较均无显著性差异(P>0.05)。治疗3周后，两组MAS评分明显降低(P<0.01)，GMFM 和PEDI 评分均显著提高(P<0.001)，观察组GMFM 和PEDI 评分均高于对照组(P<0.05)。见表3～表5。

3 讨论

本课题组的前期研究显示[1]，脑瘫患儿在早期干预治疗中普遍经历疼痛，应用国际通用的儿童疼痛量表(Face,Legs,Activity,Cry,Consolability Scale,FLACC)[8]对疼痛程度进行评价，在头针、Bobath 法、神经肌肉电刺激和推拿时疼痛分值在3分以上(最大分值为10 分)，且痉挛型患儿经历的疼痛程度高于非痉挛患儿。

疼痛应激下丘脑-垂体-肾上腺轴(hypothalamic-pituitary-adrenal axis,HPA)引起皮质醇分泌增加，皮质醇被认为是疼痛应激的生物标志物[9]。采集唾液测定唾液皮质醇为非侵入性操作，避免抽血检测时皮肤穿刺痛的干扰因素[10]。本研究结果显示，本实验设计的VR方案能降低治疗中的疼痛应激反应。

VR 具有沉浸感、交互性和想象性三大特征，能模拟真实的场景，给使用者营造出身临其境的感觉，同时人机交互的特点能增强趣味性，调动使用者的主动性，从而实现分散注意力、减少疼痛感知的作用[11]。临床上将VR 用于缓解儿童的各种急慢性疼痛，如疫苗接种、静脉注射、烧伤换药和幻肢痛等，均取得良好效果[12]。Hoffman等[13]观察VR 在烧伤患者镇痛中的作用效果，同时使用VR 和阿片类镇痛药物，与单纯使用药物相比，患者的疼痛感觉下降达35%以上。

疼痛是基于分布于全身的痛觉感受器接收疼痛信号，通过Aδ 类和C 类神经纤维传递到中枢，并通过中枢处理产生痛觉。常规止痛药的作用机理是中断C纤维通路来减少疼痛信号传递。VR 不会中断疼痛信号，而是通过专注、情绪、注意、记忆等高级中枢的活动来中和疼痛感知[14]。如疼痛感知需要注意，当注意力被吸引到VR 上时，患者对传入的疼痛信号的反应会减慢[15]。一项fMRI研究显示[16]，遭受足部疼痛刺激的健康志愿者在使用VR 后，脑内5 个疼痛激活区的活动减少约50%。另一项研究比较VR 与阿片类镇痛药的镇痛效果，9 例健康志愿者主观疼痛报告和功能fMRI 提示[17]，VR 可以达到与阿片类镇痛药近似的止痛效果，如将两者结合，脑内疼痛信号会进一步减少。本研究结果与上述研究一致。

VR 在缓解疼痛的同时，观察组粗大运动和社会功能提高均优于常规组，提示缓解治疗性疼痛有助于康复疗效的提高。

动物实验表明，幼年期的反复疼痛引起HPA轴短期甚至长期的功能失调[18]，会改变前额叶皮层、下丘脑和海马结构的可塑性，从而影响远期的脑功能状态[19-20]。HPA 上调引起的皮质醇升高激动海马糖皮质激素Ⅱ型受体，导致海马缺血和部分神经元凋亡，进而影响成年期的情绪和空间学习记忆能力[21]。本课题组近期研究亦发现[18]，大鼠早期的反复疼痛刺激引发成年后的焦虑和应激反应增加。

在儿童，疼痛经历影响机体的内分泌系统，短期可影响婴幼儿食欲，导致喂养困难，影响生长发育[22]；远期影响表现为情绪控制障碍，注意力不集中，难以解决困难并影响记忆[23]。脑瘫儿童的疼痛调查也显示[24]，疼痛明显影响他们的日常生活活动和社会参与度，进而降低生活质量。故不难理解缓解治疗性疼痛后康复治疗效果改善。

综上所述，VR 有助于缓解痉挛型脑瘫患儿的治疗性疼痛，同时对提高康复疗效有帮助。需要一提的是，认知水平明显影响患儿的VR 体验[25]，因此需要根据每个患儿的认知个体化定制VR 方式，以期达到最佳治疗效果。

表2 两组治疗前后唾液皮质醇比较(nmol/L)

表3 两组治疗前后MAS评分比较

表4 两组治疗前后GMFM评分比较

表5 两组患儿治疗前后PEDI评分比较