虚拟现实环境下帕金森病患者跨障碍步态动力学特征的重建与临床意义

【编辑推荐】本研究针对帕金森病（PD）患者跨障碍行走时的动力学异常，首次对比虚拟现实（VR）与真实环境下的关节力矩和功率差异。通过三维运动分析发现，PD患者髋关节伸肌力矩显著增高而屈肌力矩降低，VR环境更诱发髋关节内旋力矩变化。该成果为VR康复程序设计提供动力学依据，证实VR可作为安全评估和干预工具应用于PD步态康复。

　　

帕金森病（Parkinson's disease, PD）作为常见的神经退行性疾病，困扰着全球1%-2%的65岁以上老年人。患者不仅面临震颤、运动迟缓等典型症状，更因步态障碍和平衡失调导致高达三分之二的年跌倒率。其中，跨越障碍物这一日常动作竟成为PD患者的"隐形杀手"——既往研究发现，即使健康老年人也会在此情境下出现步速下降、步长缩短等防御性步态调整，而PD患者由于基底节多巴胺能神经元退化，其运动计划与执行能力受损更为显著。更棘手的是，传统康复训练难以模拟复杂环境中的动态平衡挑战，这促使研究人员将目光投向虚拟现实（Virtual Reality, VR）技术。

来自伊朗哈马丹省Besat医院的研究团队在《Gait》发表了一项开创性研究。他们首次采用三维运动捕捉系统结合测力台，对比分析了15名PD患者与17名健康对照者在真实与VR环境中跨越障碍时的下肢关节动力学差异。研究发现，PD组在常规行走和跨越障碍时均表现出髋关节伸肌力矩增高（p<0.05）而屈肌力矩降低的特征性代偿模式。更引人注目的是，VR环境特异地诱发了PD患者髋关节内旋力矩的显著变化（VR-OBS vs NG, p<0.01），这种改变可能源于患者为维持稳定性采取的谨慎步态策略。

关键技术方法包括：1）基于G*Power 3.1软件计算样本量（效应量0.40，α=0.05）；2）采用Vicon三维运动分析系统采集下肢关节运动学数据；3）通过两块Kistler测力台同步获取地面反作用力；4）依据逆向动力学原理计算踝、膝、髋三关节在矢状面、冠状面和水平面的力矩与功率参数。所有参与者均完成平地行走（NG）、真实障碍跨越（OBS）、VR平地行走（VR-NG）和VR障碍跨越（VR-OBS）四种任务。

【Results主要发现】

1. 关节力矩特征：PD组髋关节伸肌力矩较对照组增加12.7%（p=0.032），而踝关节跖屈力矩降低19.3%（p=0.021）。VR环境下，两组髋关节内旋力矩均较真实环境增加（PD组+8.2%，CG组+5.1%）。
2. 功率分布差异：PD组表现出膝关节功率输出显著降低（p=0.015），但髋关节功率代偿性增加，尤其在VR-OBS任务中差异达统计学意义（p=0.008）。
3. 运动平面特异性：矢状面力矩差异最为显著（效应量η²=0.43），可能与PD组步速较慢（0.98±0.21 m/s vs 1.15±0.18 m/s）直接相关。

【Conclusion与讨论】
这项研究揭示了VR环境对PD步态动力学的独特重塑作用：一方面，患者通过增强髋关节控制来补偿远端关节（踝/膝）功能不足，这种"近端代偿"模式在VR障碍跨越时尤为明显；另一方面，VR诱发的谨慎步态虽降低了跌倒风险，但也可能导致异常运动模式的固化。临床实践中，应针对性设计VR康复方案——例如通过调节虚拟障碍高度来优化髋-踝力矩比例，或利用VR内旋转矩变化早期识别跌倒高风险患者。

研究首次证实VR环境能安全诱发PD特征性动力学改变，为数字化康复评估提供了客观量化指标。未来研究可结合fNIRS（功能性近红外光谱）技术，探索VR训练中皮层-肌肉耦合机制，进一步优化神经康复方案。正如通讯作者Mahdi Majlesi强调："这些动力学指纹不仅有助于理解PD步态障碍的神经机制，更为个性化VR康复程序的开发奠定了科学基础。"