曹倩茹，周予婧，劉夢君，凌晨，張泓，肖四旺

平衡能力作為人體重要的生理機能之一，與姿勢、轉(zhuǎn)移及運動控制有關。平衡功能受損常表現(xiàn)為坐立不穩(wěn)、轉(zhuǎn)移及步行能力降低、跌倒風險增加，嚴重影響日常生活和生存質(zhì)量[1]。據(jù)統(tǒng)計，近年來腦卒中的致殘率高達60%～70%[2]，其中約83%遺留有平衡功能障礙[3-4]，極大地加重了家庭和社會的負擔，平衡功能的提高是運動功能和日常生活活動能力恢復的根本，因此平衡康復尤為重要[5]。近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等現(xiàn)代化技術高速發(fā)展，傳統(tǒng)康復手段已不能滿足當今患者的康復需求，智能設備已成為腦卒中患者平衡功能障礙康復領域的研究熱點。本文對平衡功能的常規(guī)康復及智能康復進行了比較分析，并以平衡維持機制的主要環(huán)節(jié)要點為框架，將智能設備分為視覺反饋平衡訓練儀、康復機器人、虛擬現(xiàn)實技術、便攜式智能可穿戴設備四類，介紹了智能康復設備在腦卒中后平衡功能障礙康復中的應用，同時比較了不同智能設備的優(yōu)缺點，為臨床研究與應用實踐提供思路與參考。

1 智能康復與常規(guī)康復的比較

平衡康復的原理是基于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的可塑性機制[6-7]，增加以任務為導向的重復性學習，刺激大腦皮層特定區(qū)域神經(jīng)纖維募集、產(chǎn)生神經(jīng)沖動、誘發(fā)新的運動模式，從而提高平衡及運動功能。常規(guī)的平衡康復方法主要是由治療師采用各種手法或利用康復器具(平衡墊、雙杠、巴氏球等)進行不同體位姿勢下的重心轉(zhuǎn)移和運動控制練習；還可通過姿勢矯正鏡、觸碰、言語提示等強化感覺輸入；而懸吊、核心訓練、神經(jīng)肌肉促進技術等側(cè)重于增強核心穩(wěn)定性，對軀干控制、重心轉(zhuǎn)移及整體運動功能進行訓練[8-9]。雖然在一定程度上能提高患者的平衡及運動功能，但其治療效果受治療師工作經(jīng)驗和技能水平影響較大，訓練過程中缺少必要的反饋訓練，容易造成異常的運動和損傷，且動作單一、缺乏趣味性和客觀性，難以調(diào)動患者的積極性和主動性，無法滿足長時間、持續(xù)精準、有針對性的高質(zhì)量康復訓練要求。而隨著國家政策與人工智能技術的發(fā)展，依托于智能設備的康復方法已成為卒中后平衡康復的新選擇。視覺反饋平衡訓練儀、下肢康復機器人、虛擬現(xiàn)實技術及智能可穿戴設備等已逐漸應用于臨床，并具有常規(guī)康復方法所無法比擬的優(yōu)勢?？蓾M足高重復性、高強度的訓練要求，提供準確、規(guī)范及個性化的訓練方案，增強趣味性并能充分調(diào)動患者的積極性和主動性[10]；還可實時監(jiān)測與評估，大大彌補了常規(guī)康復方法的不足，更為高效、安全與便捷。

2 智能康復在腦卒中平衡康復中的應用

平衡的維持依賴于中樞神經(jīng)系統(tǒng)控制下感覺系統(tǒng)與運動系統(tǒng)的共同參與和相互作用[11]，即大腦中樞對外周傳入視覺、本體覺、平衡覺等感覺信息進行整合分析后形成相應的運動方案并下達運動指令，運動控制系統(tǒng)接收指令后按照相應的運動模式協(xié)調(diào)控制姿勢、調(diào)整重心、恢復或重建平衡。智能康復便是基于平衡維持的這三大系統(tǒng)，利用新興技術手段干預感覺的輸入以及運動的傳出，通過反復訓練從而提高腦卒中后患者的平衡功能。

2.1 視覺反饋平衡訓練儀 視覺反饋平衡訓練儀是利用視覺反饋系統(tǒng)采用情景模擬游戲等強化感覺的輸入；可通過患者本身平衡覺和平衡儀的反饋，獲取重心移動軌跡和姿勢搖擺的動態(tài)反饋，向中樞傳入各類感覺刺激，強化本體感覺，促進身體重心對稱性分布，從而改善平衡功能[12-14]。常見的平衡訓練儀包括Pro-Kin、Tetrax 、PC-708A、MTD-systems、Smart-EquiTest、Neurocom、Balance Control Trainer等；其中Pro-Kin平衡訓練儀在滿足重復性、趣味性和個性化訓練的基礎上還可進行定性、定量的客觀評估，在臨床上應用最為廣泛[15]。近年來無論是文獻研究還是臨床實踐[16-19]，均表明視覺反饋平衡儀在腦卒中的康復中具有積極作用，有助于改善患者的站立位平衡及日常生活能力。李光磊等[20]對24例腦卒中后遺留平衡功能障礙的患者采用Prokin視覺反饋平衡訓練儀進行治療發(fā)現(xiàn)，視覺反饋平衡訓練可增強患者本體感覺、有效提高其平衡及步行能力。由于臨床實踐中只有在站立情況下方可使用該儀器，不適用于早期康復；因此有研究者創(chuàng)新性地將視覺反饋平衡訓練儀與減重系統(tǒng)相結(jié)合[21]，使患者早期在減重狀態(tài)下便可利用視覺反饋平衡系統(tǒng)進行訓練，對盡早改善平衡及步行功能意義深遠，大大減少了卒中后遺癥的發(fā)生。

2.2 康復機器人 將智能化機器人設備與現(xiàn)代生物醫(yī)學相結(jié)合是數(shù)據(jù)時代發(fā)展的潮流，更是互聯(lián)網(wǎng)趨動的必然。常見的下肢康復機器人以外骨骼式和末端式為主[22]，Lokomat下肢康復機器人作為世界上第一臺將下肢外骨骼機械與運動平板相結(jié)合的智能運動訓練系統(tǒng)機器人[23]，具備高強度、重復性的特點，被廣泛應用于腦卒中的康復治療中并取得了良好的療效。Lokomat主要由減重系統(tǒng)、外骨骼矯正器、運動跑臺及其控制系統(tǒng)組成[24]，可利用減重系統(tǒng)支撐部分體重，在減重狀態(tài)下外骨骼矯正器與跑臺相協(xié)調(diào)，通過機械腿帶動患者按正常運動模式進行重復性、規(guī)律性及漸進性擺動；還可測量并記錄運動過程中的數(shù)據(jù)，及時感知下肢肌張力的變化，根據(jù)患者的功能進展情況適時調(diào)整運動模式，有利于平衡功能的整體提高[25]。國內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)下肢康復機器人聯(lián)合常規(guī)平衡康復療法更有助于提升下肢肌力，改善平衡與運動功能，尤其對亞急性期腦卒患者的平衡及步態(tài)好恢復具有良好的療效[26-28]。吳志遠等[29]研究采用下肢康復機器人根據(jù)患者自身實際情況選擇站立角度、踏步模式及左/右腿活動范圍，結(jié)果發(fā)現(xiàn)下肢康復機器人訓練提高了靜態(tài)、動態(tài)平衡及日常功能控制的指標，如Berg平衡量表(Berg balance scale，BBS)、Fugel-Meyer運動功能評分(Fugel-Meyer motor assessment scale，F(xiàn)MA)明顯增加而神經(jīng)功能缺損評分(national institute of health stroke scale，NIHSS)明顯降低，由此可見下肢康復機器人訓練可減輕腦卒中患者神經(jīng)損傷程度，促進平衡功能及下肢運動功能的恢復。

2.3 虛擬現(xiàn)實技術 虛擬現(xiàn)實(virtual reality，VR)技術作為一項新興技術，基于腦神經(jīng)網(wǎng)絡的可塑性和動作學習與控制理論[30]，利用計算機及其輔助系統(tǒng)模擬產(chǎn)生一個具有多感官刺激的三維立體虛擬環(huán)境，根據(jù)患者自身功能水平選擇并設置不同的運動模式與難易程度，患者通過對視、聽、觸等各種感覺的反饋實現(xiàn)人機交互，實時感知虛擬環(huán)境的變化并加以調(diào)整從而達到康復訓練的目的。VR兼具交互、沉浸與構想三大特點，可提供豐富的虛擬環(huán)境，使患者產(chǎn)生身臨其境般的感受和體驗，同時還為康復訓練提供了重復練習、實時反饋、維持動機等關鍵因素的技術手段，在豐富的環(huán)境中通過重復性的主動訓練，運動再學習，增加神經(jīng)源性因子的產(chǎn)生，加快側(cè)支循環(huán)建立，改善神經(jīng)功能缺損，提高平衡及整體運動功能[31-32]。已有多項研究表明[33-35]基于VR的平衡訓練可改善腦卒中后不同體位姿勢下的動、靜態(tài)平衡功能，尤其在改善長期站立位平衡方面療效顯著[36]。此外更有學者選擇將VR技術與核心穩(wěn)定性訓練、本體感覺神經(jīng)肌肉促進技術(proprioceptive neuromusclar facilitation，PNF)等常規(guī)康復療法聯(lián)合使用，均取得了較為可觀的治療效果[37]。

2.4 便攜式智能可穿戴設備 腦卒中后易出現(xiàn)的足下垂、內(nèi)翻嚴重影響平衡及步態(tài)的恢復[38]，而便攜式智能可穿戴設備如動態(tài)踝足矯形器(dynamic ankle-foot orthosis，DAFO)、可穿戴式智能足底壓力視覺反饋鞋墊等可利用傳感系統(tǒng)對患者運動過程中平衡和步態(tài)的數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，基于實時監(jiān)測數(shù)據(jù)為患者提供個性化的訓練方案。俞沁圓等[39]探討動態(tài)踝足矯形器對腦卒中患者步行能力及平衡功能康復的影響研究發(fā)現(xiàn)，使用DAFO可有效矯正患者踝足功能障礙，促進其平衡及步行能力的恢復，較常規(guī)康復而言可在更短時間內(nèi)達到更好的療效。梁嘉欣等[40]研究可穿戴式智能足底壓力視覺反饋鞋墊對腦卒中患者的影響發(fā)現(xiàn)其可通過內(nèi)襯于鞋墊的足底壓力傳感器對患者進行平衡與步態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測與訓練，可有效改善患者的平衡、協(xié)調(diào)與步態(tài)，且較常規(guī)訓練方法效果更為顯著。

3 不同智能設備在腦卒中平衡康復中的比較

視覺反饋平衡訓練儀以干預視覺傳入作為主要手段，利用視覺反饋強化感覺刺激、調(diào)節(jié)前庭功能；適合于已具備站立位平衡的患者，主要用于改善站立位動、靜態(tài)平衡及步行功能，并可結(jié)合足底壓力，利用生物力學反饋，定性、定量地進行評估。但其視覺傳入的真實性、立體性較虛擬現(xiàn)實技術差，游戲相對單調(diào)，不生活化，必須與減重設備聯(lián)合使用方能應用于卒中就早期患者，性價比相對較低。

下肢康復機器人以干預運動傳出作為主要手段，訓練中通過逐漸減少承重強化本體感覺輸入，反復刺激大腦皮層引起特定神經(jīng)纖維募集，誘發(fā)新的運動模式；更適合于亞急性期患者，主要用于改善站位平衡及步行功能。下肢康復機器人還可根據(jù)反饋系統(tǒng)及時感知張力的變化，更為安全有效且能精準控制肢體的運動，可減少由于代償所致的一系列不正確的運動模式，但機器人設備較為笨重，需要專業(yè)人士在特定場所才能進行，靈活性差、價格昂貴，且基本不具備評估功能。

虛擬現(xiàn)實技術則是將視覺傳入與運動傳出進行整合后的手段，利用計算機模擬產(chǎn)生的豐富虛擬環(huán)境，以自然方式實現(xiàn)用戶與環(huán)境的感覺刺激交互，可使患者在訓練時觀察強化對動作的認知，適合卒中后各個時期的患者，應用最為廣泛，可全方位改善患者不同體位下的動、靜態(tài)平衡。其視覺傳入是三維立體的，可憑借自然方式實現(xiàn)用戶與環(huán)境的感覺刺激交互，與其他智能設備相比更生動形象、趣味性更強、性價比更高但評估功能相對較弱。

便攜式智能可穿戴設備是基于傳感系統(tǒng)對平衡和步態(tài)的數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，適合已具備站立位三級平衡或步行功能的患者，主要用于改善站立位下的動態(tài)平衡及步態(tài)，并可在訓練的同時達到實時監(jiān)測的效果，兼具評估與治療。其最便攜性與易使用性是其相較于其他智能設備而言最大的優(yōu)點，可操作性強、性價比高，但僅適用于某一類功能障礙患者的需求，且需要量身定制，針對不同類別的功能障礙類型需要適配不同的可穿戴設備。

4 小結(jié)與展望

基于文獻可知，智能設備應用于腦卒中后平衡功能障礙康復中的療效顯著且具有可觀的發(fā)展前景，但設備本身研發(fā)以及臨床應用研究仍存在一定的局限。就其設備本身而言目前大致存在以下幾個方面的問題：人工智能的建立依托大數(shù)據(jù)，但目前針對智能設備康復這方面的研究不足，缺乏足夠且高質(zhì)量的數(shù)據(jù)支撐，嚴重影響其精準性；智能設備大多依靠傳感器與計算機處理實現(xiàn)可視化，但傳感器的穩(wěn)定性及可靠性尚未得到具體的證實。臨床上利用智能設備進行康復越來越普及，但也存在一定的局限性：對治療參數(shù)的選擇、治療時間、強度及適應癥均缺乏統(tǒng)一的標準規(guī)范，療效可比性存在一定爭議。臨床使用過程中存在誤差較大、功能單一以及設備佩戴的舒適性問題。

對此我們建議：①在今后的實驗中，在符合醫(yī)學道德倫理要求的前提下，征得患者同意，豐富智能設備在腦卒中康復中的研究，擴充人工智能系統(tǒng)大數(shù)據(jù)庫儲備，保證大數(shù)據(jù)處理的可靠性；②尋求技術支持，在滿足治療要求的基礎上簡化機器設備，達到輕便易攜帶的效果，使智能康復得到全民普及；③完善優(yōu)化研究設計方案，加大對治療參數(shù)、時間、強度記憶適應癥等的研究，形成統(tǒng)一的標準體系。④加大對智能設備康復的推廣及應用，使其能普及大眾。

綜上所述，依托于智能設備的康復手段對腦卒中后平衡功能障礙患者具有良好的療效，盡管目前存在不足，但隨著互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)時代的發(fā)展以及國家的政策支持，智能康復必將成為未來康復發(fā)展的新趨勢，人工智能的介入將為腦卒中的康復提供新的思路與保障。