AR体感运动结合对侧控制型功能性电刺激治疗青少年特发性脊柱侧弯效果观察

汤洋 林坚 刘晓林 张丽娟 夏婉 奚陈平

青少年特发性脊柱侧弯（adolescent idiopathic scoliosis，AIS）是严重影响青少年身心健康的脊柱疾病之一，发病率为3%～5%[1]。经多年临床验证，施罗斯运动治疗脊柱侧弯疗效确切，可通过自主牵伸、侧方移动和旋转成角呼吸等方法帮助患者矫正脊柱[2-3]。但传统的施罗斯矫正运动普遍存在枯燥、反复、情景交互不足的特点，青少年患者长时间练习后会出现消极、懈怠、无法集中注意力等问题，导致最终的训练效果不如预期理想。再加上患者自身反应感知能力的不同以及自我认知力的限制，在家自主训练不能保证高质量完成，从而也无法保证治疗的稳定性和持续性。研究表明，对侧控制型功能性电刺激（contralaterally controlled functional electrical stimulation，CCFES）能促进对称运动时靶肌群收缩强度，以及半球运动传导通路的兴奋性[4-5]。但单纯的CCFES为即时效应，作用短暂，无法保证治疗的稳定性和持续性[6-8]。而单一的康复运动和单一的功能电刺激均只能完成单一的主动或被动刺激，训练模式有局限性[9-12]。增强现实（augmented reality，AR）体感技术结合了增强现实视频图像合成技术和体感交互动作识别技术，可以将患者人体与数字信息形成的虚拟事物相叠加[13-15]，通过运动可视化营造沉浸式虚拟现实环境来激活青少年患者大脑的镜像神经元，促使大脑发生可塑性改变和功能重组[16-19]。本研究基于AR体感技术实施个性化施罗斯运动，并联合CCFES形成信息传递的闭合回路以实现对神经中枢的主被动协同刺激，并探索其在AIS患者中的应用效果。

1 对象和方法

1.1 对象 选取浙江医院2020年1月至2021年7月收治的121例AIS患者为研究对象，其中采取AR+CCFES治疗 41例（AR+CCFES组），单纯AR体感运动治疗38例（AR组），常规施罗斯运动治疗42例（对照组）。3组患者性别、年龄、病程、病变部位、每天家庭运动时间、Risser指数、是否带矫形支具等一般资料比较，差异均无统计学意义（均P＞0.05），见表1。纳入标准：（1）AIS的诊断符合《中国整脊常见病诊疗指南》相关标准[8]；（2）Cobb 角＞10°且＜30°；（3）年龄 8～18岁；（4）脊柱全长X线检查示有胸段侧弯、胸/腰段侧弯或腰段侧弯；（5）基本认知功能正常，无心理障碍和皮肤病；（6）治疗期间不接受其他方法治疗，如手术等。排除标准：（1）先天性或任何其他明确病因引起的继发性脊柱侧弯；（2）合并严重的心脑血管疾病；（3）体质严重虚弱；（4）Cobb角＞30°或手术指征明确而不宜非手术治疗者。本研究经本院医学伦理委员会审查通过[批准文号：2021 临审第 20（J）]；所有患者或家属签署知情同意书。

表1 3组患者一般资料比较

1.2 治疗方法 （1）AR+CCFES组：依据《中国青少年脊柱侧凸筛查临床实践指南及路径指引》[5]，结合专家咨询，兼顾患者自主康复需求，制订AR体感运动结合CCFES干预方案，见表2。应用Kinect体感控制器、生物刺激反馈仪电脑和DIERS三维脊柱及身体姿态测评系统构建一种低成本的AR体感运动刺激康复平台（包括个人信息管理、人体姿态数据采集、AR体感运动、CCFES等4个功能模块）治疗8周。AR体感运动设备使用波兰Luna公司的Vast康复情景互动评估与训练系统；生物刺激反馈仪使用南京伟思医疗科技股份有限责任公司的S430生物刺激反馈仪，参数设置：输出电流频率 60 Hz，强度 0～60 μmA，脉冲宽度 200 μS，波升/波降为1 s/1 s，每次持续时间控制在20 min左右。（2）AR组：仅予以AR体感运动治疗8周。康复治疗师讲解AR体感运动干预方法与技巧、时间、注意事项等，并进行操作演示。动作以施罗斯运动为主，种类、时长与AR+CCFES组相同，但不作CCFES。（3）对照组：仅予以常规施罗斯运动治疗，动作主要有弹力带肩部反向牵引、门柄运动、扶把运动、肌肉圆柱运动、池塘上的青蛙运动等。运动方向根据顶椎定位在胸椎、胸腰段向脊柱侧凸相反方向运动，定位在腰段向脊柱侧凸相同方向运动。治疗时间 1 h/次，1次/d，5 d/周，共 8周。

表2 AR体感运动联合CCFES干预方案

1.3 观察指标 观察并比较3组患者治疗前及治疗4、8周后躯干旋转角、Cobb角、冠状面躯干偏移距离、顶椎偏移距离。（1）躯干旋转角：使用Adam试验方法测量。嘱患者两脚并立，自然站立，双手合十，缓慢弯腰，医者观察其背部两侧肌肉平衡，并用Scoliometer测量角度；（2）Cobb角：在上端椎的椎体上缘、下端椎的椎体下缘各划一横线（上、下端椎为侧凸中向脊柱侧凸凹侧倾斜度最大的椎体），两横线各作一垂直线，这两条垂直线的交角，即Cobb角。（3）冠状面躯干偏移距离：第7颈椎垂直线与骶骨中垂线的距离[14-15]；（4）顶椎偏移距离：顶椎或椎间隙中心垂直线与骶骨中垂线的距离。

续表2

1.4 统计学处理 采用SPSS 26.0统计软件。计量资料以表示，多组间比较采用单因素方差分析，两两比较采用LSD-t检验；组内各时点比较采用重复测量数据的方差分析。计数资料组间比较采用χ2检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 3组患者治疗前后躯干旋转角比较 3组患者治疗前躯干旋转角比较，差异无统计学意义（P＞0.05）；治疗4、8周后，3组患者躯干旋转角均明显减小，其中AR+CCFES组明显小于AR组、对照组，差异均有统计学意义（均 P＜0.05），见表 3。

表3 3组患者治疗前后躯干旋转角比较（°）

2.2 3组患者治疗前后Cobb角比较 3组患者治疗前Cobb角比较，差异无统计学意义（P＞0.05）；治疗4、8周后，3组患者Cobb角均明显减小，其中AR+CCFES组明显小于AR组、对照组，差异均有统计学意义（均 P＜0.05），见表 4。

表4 3组患者治疗前后Cobb角比较（°）

2.3 3组患者治疗前后冠状面躯干偏移距离比较 3组患者治疗前冠状面躯干偏移距离比较，差异无统计学意义（P＞0.05）；治疗 4、8周后，3组患者冠状面躯干偏移距离均明显缩短，其中AR+CCFES组明显短于AR组、对照组，差异均有统计学意义（均P＜0.05），见表5。

表5 3组患者治疗前后冠状面躯干偏移距离比较（mm）

2.4 3组患者治疗前后顶椎偏移距离比较 3组患者治疗前顶椎偏移距离比较，差异无统计学意义（P＞0.05）；治疗4、8周后，3组患者顶椎偏移距离均明显缩短，其中AR+CCFES组明显短于AR组、对照组，差异均有统计学意义（均P＜0.05），见表6。

表6 3组患者治疗前后顶椎偏移距离比较（mm）

3 讨论

人体姿势控制的多感觉输入与空间定位是由大脑通过整合来自不同感觉系统的信息而构建，如果脑部接收到的多种感觉输入不一致，将会直接导致脑对于机体相对空间定位的误差，从而出现脑功能失调代偿形成的脊柱侧弯形态[20]。因此在治疗过程中，脊柱两侧的感觉输入通路同样非常重要。施罗斯运动疗法主要是通过侧移运动和旋转呼吸来达到矫正的效果，但对神经通路的感觉刺激相对不足。AR体感运动强调人体姿势的正确控制以及本体感觉系统的再训练。治疗师和虚拟治疗师的共同作用提供了更加具体的感觉反馈机制，能帮助患者在运动中建立相对均衡的感觉通路。而CCFES能帮助患者建立运动神经和感觉神经反馈，同步产生一个运动控制的强烈感知觉信号，更好地激发凸侧的肌纤维，加强凸侧椎旁肌肌肉力量，均衡椎旁肌两侧肌电活动和脊柱两侧的感觉输入。AR体感运动能充分利用患者和环境的关系，将主被动运动交互进环境中，强化感觉刺激。主动的AR体感运动结合被动的CCFES，构建了人体完整的主被动闭环系统。基于身体的感觉和运动体验以及其与环境的互动，当感觉输入的问题和中枢整合的能力均调整好，功能输出时发生脊柱问题的可能性就会降低。

本研究结果显示，AR+CCFES能增强侧弯患者动作的正性反馈，强化动作整体的控制，强调定点定时的呼吸维持，帮助侧弯患者在三维平面进行矫正，治疗后躯干旋转角、Cobb角、冠状面躯干偏移距离、顶椎偏移距离等指标均明显降低；且AR+CCFES组明显优于AR组、对照组。AIS患者两侧椎旁肌纤维种类和数量具有不对称性，凹侧Ⅰ型肌纤维数量减少而Ⅱ型肌纤维数量较多，肌肉收缩快且易疲劳，凸侧Ⅰ型肌纤维明显增多，但Ⅱ型肌纤维数量减少，总体而言，凸侧肌肉力量明显减弱。应用AR体感运动联合CCFES能增加凸侧Ⅱ型肌纤维数量，有效提高脊柱两侧肌电波幅的均衡性。王长纯等[10]应用运动疗法结合电刺激效果明显，与本研究结果一致。此外，治疗4、8周后，AR组略优于对照组。通过施罗斯运动引导患者参与虚拟空间体感互动，可以使本来枯燥、难以坚持的矫正动作变得容易、可持续，特别是呼吸运动的可视化和浸入式环境刺激。可见，AR+CCFES在AIS患者中的应用效果良好。笔者分析原因主要有以下两个方面：（1）AR+CCFES能有效矫正患者的呼吸运动，从而促进脊柱的三维矫正。在施罗斯运动疗法中，需要治疗师指导患者进行姿势矫正和呼吸时机的把握，而呼吸时机的把握是训练难点[21-23]。但CCFES能很好地解决这个问题。另外，脊柱侧弯患者存在椎旁肌两侧肌电活动不对称、肌力不均衡等问题，而CCFES能利用对侧的肌电信号强度来进行再平衡，从而达到脊柱的动态平衡。（2）AR+CCFES能提高脊柱侧弯患者自主康复依从性。AIS患者恐惧、焦虑、疲乏、不自信的情绪往往导致自主康复训练效果不理想，患者依从性大大降低[24-25]。在AR技术的支持下，强化动作挑战性和及时反馈性，同时采用虚拟治疗师和现实治疗师的双结合等方式，均能帮助患者最大化地调动感觉运动刺激，从而提高患者自主康复训练的依从性。

综上所述，AR体感运动结合CCFES在AIS患者中的应用效果良好，在脊柱两侧运动均衡性方面具有明显优势。