基于跑步机的虚拟现实生物反馈训练改善先天性和获得性脑损伤儿童及青少年步态功能的有效性研究

《Scientific Reports》：Effectiveness of treadmill-based virtual-reality biofeedback training to improve gait function in children and adolescents with congenital and acquired brain injury

本研究针对脑瘫（CP）和获得性脑损伤（ABI）儿童及青少年步态功能障碍的康复难题，探讨了基于MOTEK Gait Realtime Analysis Interactive Lab (GRAIL)系统的跑步机虚拟现实（VR）生物反馈训练方案的临床效果。这项多中心观察性研究纳入了135名参与者，结果显示训练后六分钟步行测试（6MWT）距离平均增加27.2米，自选步行速度（SSWS）提高0.12 m/s，证实了该训练方案在改善步态功能方面的显著成效，为儿科神经康复提供了创新性的有效工具。

　　

在儿科康复医学领域，脑瘫（Cerebral Palsy, CP）和获得性脑损伤（Acquired Brain Injury, ABI）是导致儿童步态功能障碍的两大主要病因。这些患儿通常表现出行走速度缓慢、耐力不足、平衡功能受损等问题，严重影响了他们的日常活动能力和生活质量。传统康复训练虽然有一定效果，但往往存在重复单调、患儿参与度不高等局限性。如何通过创新技术手段提高康复训练的趣味性和有效性，成为临床工作者面临的重要挑战。

虚拟现实（Virtual Reality, VR）技术的出现为儿科康复带来了新的希望。特别是结合了生物反馈技术的跑步机训练系统，能够创建沉浸式的互动环境，通过游戏化的方式激励患儿主动参与高强度、重复性的步态训练。然而，此前关于此类技术有效性的研究多为小样本单中心研究，且对训练剂量、治疗目标差异以及不同诊断群体反应性的探索较为有限。为此，由Simon-Henri Schless领衔的研究团队开展了多中心临床研究，成果发表在《Scientific Reports》上。

为了评估跑步机虚拟现实生物反馈训练对步态功能改善的实际效果，研究人员从以色列ALYN医院和意大利IRCCS Eugenio Medea科学研究所两个中心共纳入135名6-21岁的CP或ABI患儿。所有参与者均完成了基于MOTEK GRAIL系统的训练课程，训练次数从5到24次不等，每次训练时长45分钟。训练目标分为步态功能、步态质量和平衡功能三类。研究采用六分钟步行测试（6MWT）、自选步行速度（SSWS）和Gillette功能性评估问卷步行量表（FAQ-WS）作为主要评估指标，比较训练前后的变化情况。

临床评估训练前后变化

数据分析显示，参与者在完成GRAIL训练系列后，步态功能各项指标均有显著改善。6MWT距离平均增加27.5米，超过了最小临床重要差异阈值。SSWS平均提高0.11 m/s，表明行走速度明显提升。FAQ-WS评分也有显著变化，尽管大多数参与者（82%）的评分保持不变，但改善趋势仍然具有统计学意义。

亚组分析发现，训练目标为改善步态功能的参与者（n=62）在6MWT上的改善更为显著，平均增加45米，而其他目标组仅改善16米。这表明训练内容与评估指标的一致性可能影响训练效果。此外，ABI组在6MWT上的改善（40米）优于CP组（20米），提示不同诊断群体的训练反应存在差异。

训练剂量与效果关系

研究人员还探讨了训练剂量（包括训练次数和频率）与效果之间的关系。结果显示，训练次数和频率与SSWS变化呈弱相关，但与6MWT或FAQ-WS的变化无显著关联。这一发现表明，在一定范围内，训练剂量可能不是影响效果的主要因素，而训练内容个体化和患者参与度可能更为关键。

诊断差异对训练反应的影响

比较CP和ABI两组参与者的训练反应发现，虽然两组在SSWS上的改善相当，但ABI组在6MWT和FAQ-WS上的改善更为明显。研究人员推测这可能与ABI患者损伤发生时间较晚、神经可塑性潜力较大有关，也可能与其相对完整的心脏自主神经调节功能相关，从而有助于提高运动耐力和6MWT表现。

治疗目标与效果关联

本研究创新性地将治疗目标分为步态功能、步态质量和平衡功能三类，并分析了不同目标对训练效果的影响。结果显示，以步态功能为主要目标的训练更能显著提高6MWT成绩，而以步态质量或平衡为目标的训练也对SSWS和FAQ-WS有积极影响。这表明GRAIL系统可针对不同康复目标进行个性化训练方案设计。

本研究通过多中心大样本数据证实了跑步机虚拟现实生物反馈训练在改善CP和ABI患儿步态功能方面的临床价值。结果表明，这种训练方法可有效提高患儿的行走耐力、速度和功能水平，且效果与训练目标相关，ABI患儿可能获益更多。尽管存在缺乏对照组、训练剂量记录不完整等局限性，但本研究为VR技术在儿科康复中的应用提供了重要现实世界证据。未来研究应通过设计更严谨的对照试验，进一步明确最佳训练方案，并探索长期效果及机制。