综述：虚拟现实与技术辅助康复中的姿势摇摆评估：一项系统综述

《Applied Sciences》：Postural Sway Assessment in Virtual Reality and Technology-Assisted Rehabilitation: A Systematic Review

　　

姿势摇摆通过基于压力中心（center of pressure, COP）的测量进行量化，是姿势稳定性和跌倒风险的关键指标。尽管对虚拟现实（virtual reality, VR）和技术辅助康复的兴趣日益增长，但关于干预措施和实验条件如何影响成人和老年人姿势摇摆的综合综述仍然缺乏。本综述旨在系统性地综合基于运动的干预措施以及实验性生理、视觉和感觉条件对成人和老年人基于COP的姿势摇摆的影响，重点关注与VR和技术辅助康复相关的急性及短期效应。研究人员对PubMed、Scopus、Web of Science和Cochrane图书馆进行了系统检索，检索时间从数据库建库至2025年3月31日。纳入了报告基于COP的姿势摇摆结果并具有可提取定量数据的研究。由于临床和方法学异质性显著，进行了叙述性综合。共纳入10项研究（2项随机对照试验（RCTs）、6项前后测研究、1项交叉研究、1项横断面研究）。基于运动的干预措施——包括平衡训练和视觉反馈训练——普遍减少了姿势摇摆。急性物理扰动（疲劳、固定、冷冻疗法、本体感觉振动）始终会恶化稳定性。不稳定的视觉刺激增加了摇摆，而稳定的视觉反馈减少了摇摆。基于运动的干预和感觉稳定条件显示出改善姿势稳定性的潜力。疲劳、固定和感觉扰动是重要的可改变风险因素。基于惯性测量单元（IMU）的可穿戴评估可能作为VR和康复设置中测力台系统的临床可扩展替代方案。

**1. 引言**
姿势控制——维持身体重心于支撑基底内的能力——是日常功能、活动能力和独立性的基础，依赖于视觉、前庭和躯体感觉输入的复杂整合，这些输入汇聚以产生维持平衡的适当运动反应。该感觉运动环路的任何组成部分的改变、损伤或中断都可能损害姿势稳定性和平衡表现，从而增加跌倒风险。跌倒在老年人中尤其构成重大公共卫生负担，导致活动能力下降、跌倒恐惧增加、独立性丧失及死亡率升高。增加的姿势摇摆——站立平衡的常用替代指标——与社区居住老年人未来的跌倒发生率独立相关。近期临床研究表明，技术辅助干预，包括骑马模拟器锻炼和基于虚拟现实的原地行走锻炼（VR-WIPE），可显著改善老年人的平衡和步态表现，凸显了技术在平衡康复中的潜力。鉴于姿势障碍不仅影响老年人，也影响患有肌肉骨骼或神经系统疾病的年轻人，本综述采用了包容性方法，涵盖18岁及以上的成年人。在客观平衡评估工具中，压力中心（COP）分析是量化静态站立时姿势摇摆最常用的方法。基于COP的变量——尤其是摇摆速度和摇摆路径长度——具有充分的可靠性和临床敏感性，被广泛用作姿势稳定性研究的主要结局指标。惯性测量单元（IMU）可穿戴设备的出现进一步扩展了测量可能性：一种腰带式IMU设备最近在姿势摇摆评估中显示出高的评估者内和评估者间信度，表明COP等效测量在实验室之外可行。多种干预方法已应用于改善姿势控制，包括平衡训练、视觉反馈训练、核心肌群激活计划以及本体感觉或躯体感觉训练方法。姿势排列变量如颅椎角和肩胛指数与本体感觉和平衡控制显著相关，而踝关节活动度和下肢肌力是静态姿势稳定性的显著预测因子，共同强调了影响姿势摇摆因素的多因素性质。尽管证据不断积累，现有系统综述主要集中于特定干预类型或人群。同时考察基于运动的干预、感觉扰动、急性生理操作和实验视觉条件——这些因素与VR和技术辅助康复直接相关——的综合综述仍然缺乏。本研究通过将多种干预类型和实验条件整合到单一系统框架内，填补了这一空白，特别关注与基于VR和技术辅助的平衡康复相关的发现。本综述的目的是系统性地检查基于运动的干预以及实验性生理、视觉和感觉条件对成人和老年人基于COP的姿势摇摆的影响，并综合其与VR和技术辅助康复的相关性。

**2. 材料与方法**
**2.1 研究设计**
综述问题根据PCC（人群、概念、情境）框架制定。人群包括成人和老年人；概念聚焦于基于COP的姿势摇摆结局；情境涵盖基于运动的干预以及实验性生理、视觉和感觉条件，这些条件与VR和技术辅助康复相关。因此，本综述回答以下问题：“基于运动的干预以及实验性生理、视觉和感觉条件如何影响成人和老年人的基于COP的姿势摇摆，它们与VR和技术辅助康复有何相关性？”本系统综述按照PRISMA 2020指南进行，并在国际前瞻性系统综述注册库（PROSPERO，注册号：CRD420261384156）注册。综述过程包括文献检索、资格筛选、数据提取、方法学质量评估和叙述性综合。

**2.2 文献检索策略**
由两名评审员（J.-S.O.和S.-G.K.）在四个电子数据库——PubMed、Scopus、Web of Science和Cochrane图书馆——中进行系统检索，覆盖从数据库建库至2025年3月31日的记录。检索词结合MeSH标题和自由文本关键词，使用布尔运算符（AND、OR）："postural sway" OR "center of pressure" OR "COP" OR "postural control"；"sway length" OR "sway velocity" OR "sway area" OR "trajectory length"；"intervention" OR "training" OR "exercise" OR "stimulation" OR "condition" OR "experimental"；"adults" OR "older adults" OR "elderly" OR "aging"。对所有纳入文章参考文献进行了手工检索以识别额外合格研究。

**2.3 资格标准**
研究纳入需满足以下所有标准：（1）研究设计：随机对照试验（RCTs）、前后测研究、交叉研究、实验研究或横断面比较研究；（2）参与者：18岁及以上成年人，包括健康成人和老年人；（3）干预或条件：任何基于运动的干预、感觉刺激、急性生理操作或可能影响姿势摇摆的实验条件；（4）结局指标：至少一项基于COP的姿势摇摆指标（摇摆长度、速度、面积或位移）；（5）数据可用性：足够的定量数据（均值、标准差、样本量）以确定效应方向；（6）文献完整性：可验证的完整文献信息（作者、年份、期刊、DOI）。排除标准包括：未报告基于COP的姿势摇摆结局；综述、方案、会议摘要或病例报告；统计数据不足；文献信息不完整或不可验证；非英文发表。

**2.4 数据提取**
两名评审员（J.-S.O.和S.-G.K.）独立使用标准化表格提取所有纳入研究的数据。提取项目包括：第一作者、发表年份、研究设计、参与者特征（年龄、健康状况）、样本量、干预类型和对照条件、测量仪器、结局变量、时间点和效应方向。分歧通过两名评审员讨论直至达成共识解决。

**2.5 方法学质量与偏倚风险评估**
方法学质量根据研究设计进行评估。随机对照试验使用Cochrane偏倚风险工具2（RoB 2）评估。非随机研究参照ROBINS-I主要领域评估，涵盖选择偏倚、实施偏倚、检测偏倚、失访偏倚和报告偏倚。每个领域评为低风险、有一定风险或高风险，并整合各领域评级做出整体偏倚风险判断。方法学质量和偏倚风险由两名评审员独立评估，分歧通过讨论解决。

**2.6 数据综合**
由于研究设计、干预类型、参与者特征和结局指标的显著异质性，无法进行正式的荟萃分析。因此，遵循SWiM（无荟萃分析的综合）指南进行叙述性综合。结果按结局变量类型（摇摆速度、摇摆长度、均方根（RMS）摇摆）和干预/条件类别（基于运动、急性生理扰动、视觉/感觉条件、IMU测量）组织。每项研究的效应方向根据报告的均值或效应估计确定。

**3. 结果**
**3.1 研究选择**
数据库检索获得926条记录。去除248条重复后，678条记录进行了标题和摘要筛选，其中573条被排除。尝试获取105篇报告全文；20篇无法获取，剩余85篇进行全文资格评估。其中75篇根据预先指定的资格标准被排除。全文评估后排除的75篇报告主要因以下原因：未报告基于COP的姿势摇摆结局（n=27）、未考察合格干预或实验条件（n=17）、不满足人群相关资格标准（n=31）。10项研究满足所有纳入标准，纳入定性综合。研究选择流程图显示。

**3.2 纳入研究概述**
参与者人群在不同研究中有所变化，包括有平衡缺陷的社区居住老年人、健康成人、非特异性下背痛成人以及按跌倒史分类的老年人。干预和条件涵盖渐进式平衡训练、腹横肌训练、视觉反馈训练、冷水浸泡、疲劳诱导、下肢固定、外周光流暴露、本体感觉振动以及IMU摇摆测量。所有纳入研究的特征总结于表1。

**3.3 姿势摇摆结局指标**
摇摆速度是最常报告的结局，出现在10项研究中的6项，其次是摇摆长度或轨迹长度（n=2）和均方根（RMS）摇摆（n=2）。由于基于RMS的指标在单位与临床解释上均不同于长度和速度指标，被归类为单独结局类别。结局指标分布和各类别发现方向见表2。

**3.4 干预效果综合**
基于运动的干预——包括平衡训练、核心肌群训练和视觉反馈训练——普遍显示出减少姿势摇摆的趋势。腹横肌训练后摇摆速度降低，视觉反馈训练后同样降低，渐进式平衡训练后也观察到降低，但后者在RCT中的组间效应未达统计学显著性，提示四周训练可能不足以产生显著改善。外周光流刺激增加了摇摆速度。所有四项考察急性生理扰动的研究——冷水浸泡、疲劳诱导、下肢固定和本体感觉振动——均报告姿势摇摆增加。干预类别及其效果的综合见表3。

**3.5 方法学质量与偏倚风险**
偏倚风险结果总结于表4。两项RCT因随机化和分配隐藏报告不完整被评为“有一定风险”。前后测研究（n=6）因缺乏对照组主要评为“高风险”。交叉研究因条件顺序随机化报告有限被评为“有一定风险”。横断面研究也评为“有一定风险”，反映因果推断的固有局限性。总体而言，纳入研究的方法学质量介于有一定风险到高风险之间，解释时应考虑此局限性。

**4. 讨论**
本系统综述考察了基于运动的干预以及实验性生理、视觉和感觉条件如何影响成人和老年人基于COP的姿势摇摆，并特别关注其与VR和技术辅助康复的相关性。综合发现总体上支持预期的效应方向：基于运动和视觉反馈的干预倾向于减少姿势摇摆，而急性生理扰动和不稳定视觉输入通常增加摇摆。这一模式与先前证据一致，即感觉和视觉输入的质量可支持或损害姿势稳定性。值得注意的是，本综述超越了传统的运动干预综述，纳入了感觉和实验条件，为理解姿势摇摆作为康复情境下既是一个结局变量又是一个敏感的生物力学指标提供了更全面的框架。
本综述的一个关键发现是，姿势摇摆不仅对治疗性运动有响应，还对广泛的内部和外部条件——包括感觉扰动、疲劳、本体感觉操作和视觉环境——有响应，突出了其作为姿势系统脆弱性的动态、多敏感指标的价值。基于运动的干预一致显示出减少摇摆速度或摇摆长度的趋势，而急性扰动条件则产生相反模式。这种双向敏感性支持将姿势摇摆不仅用作康复结局指标，还用作监测姿势控制系统风险状态的生物标志物。
基于运动干预的有益效果可归因于神经肌肉控制、感觉重新加权过程以及下肢和躯干稳定性的改善。平衡训练和核心肌群训练增强姿势任务中的躯干-肢体协调，而视觉反馈训练加强错误检测和纠正性运动反应。一项将平衡训练与基于VR的视觉输入操作相结合的随机对照试验证据显示，在闭眼条件下COP摇摆速度降低、视觉权重视觉权重降低以及非视觉反馈环路增益改变，为感觉重新加权作为训练结果提供了直接的机制支持。这一机制对基于VR的康复尤其相关，因为视觉环境可被系统性地操纵以挑战和再训练感觉整合过程。在老年人中，结合感觉挑战平衡训练和振动触觉感觉增强的计划显著改善了感觉组织测试综合得分，并在六个月时保持，证实了由感觉重新加权介导的训练效果的持久性。此外，对老年人的错误放大视觉反馈训练产生了更大的错误减少率（-46.5%对比-27.1%）和增强的多节段协调，将增强的错误反馈确定为基于VR的平衡训练的有力机制。这些发现共同强调了技术辅助感觉操作在优化平衡康复结果中的作用，特别是对于老年人的跌倒预防。
相反，急性生理扰动——包括肌肉疲劳、下肢固定、冷水浸泡和本体感觉振动——均恶化了姿势稳定性，表明这些条件损害了感觉运动整合的效率。这些失稳效应具有重要的临床意义：在疲劳积累、感觉退化或环境扰动存在下，老年人及平衡受损个体可能面临更高的跌倒风险。证明振动训练通过重心转移促进多感觉适应和姿势控制的研究进一步表明，本体感觉干扰可能反而损害这种适应能力。与年龄相关的下肢本体感觉敏锐度下降也独立地与姿势控制效率降低和摇摆增加相关，强调了保护感觉功能的重要性。总的来说，这些发现支持将姿势摇摆评估不仅用于评估康复结果，也作为一种监测工具来检测由疲劳、感觉丧失或失稳环境刺激引起的早期功能脆弱性。
在视觉条件下观察到相反效应：外周光流增加了摇摆，而视觉反馈训练则降低了摇摆速度。这一对比反映了视觉输入质量在姿势调节中的关键作用，并与视觉-前庭冲突作为姿势不稳定驱动因素的机制一致。这些发现直接与VR康复环境的设计相关，其中视觉流参数必须仔细校准以促进稳定而非失稳。摇摆速度是本综述中最常报告且可称为最敏感的姿势结局变量。然而，测量方案（包括站立配置、睁眼与闭眼条件、时长和设备）的显著异质性限制了研究间的直接比较。未来研究应优先标准化COP测量协议以促进定量综合。
基于IMU的可穿戴设备代表了传统测力台评估的一种有前景的补充方法，克服了限制实验室测量的空间和成本限制。本综述纳入IMU研究——以及近期支持腰带式IMU设备用于姿势摇摆评估可靠性的证据——表明摇摆评估在社区和临床环境（非实验室）中是可行的。在技术辅助康复的背景下，基于IMU的可穿戴评估可能作为测力台系统的临床可扩展替代方案，支持VR和基于技术的康复项目中的实时平衡监测。未来研究应验证基于COP与基于IMU的摇摆指标之间的对应关系，建立最小可检测变化值，并开发标准化现场评估协议。
从实践角度来看，姿势摇摆的双向敏感性支持其不仅作为康复结局，也作为临床和社区环境中平衡相关脆弱性的监测指标。基于运动的干预和稳定反馈条件可用于减少过度摇摆，而疲劳、感觉退化或失稳视觉环境下摇摆的增加可能有助于识别姿势稳定性受损的情况。在VR和技术辅助康复中，基于IMU的可穿戴评估可能为测力台系统提供可扩展且临床可行的补充，支持实验室外的平衡监测。未来实验研究应包括具有足够统计功效的随机对照试验、适当的对照组、标准化的COP测量协议、COP与IMU摇摆指数对应关系的验证、最小可检测变化值的确定以及长期随访评估以确定干预效果的持久性。
本综述存在若干局限性。首先，纳入研究数量少（n=10）及个别研究样本量小限制了发现的普遍性。由于纳入研究在人群、干预类型和摇摆结局指标上差异显著，无法根据现有证据指定单一要求样本量；未来试验应基于COP摇摆结局的预期变化和最小可检测变化值进行先验样本量计算。其次，研究设计、结局指标（摇摆速度、摇摆长度、RMS）和测量条件的显著异质性阻碍了定量荟萃分析。第三，因文献信息不可验证排除五项研究可能引入选择偏倚。第四，仅限英文发表可能引入发表偏倚。第五，非随机设计占主导限制了总体证据水平。总之，本综述的发现表明，姿势摇摆是姿势控制的一个敏感、多因素指标，对治疗性运动、感觉扰动、生理应激和视觉条件有差异性响应。理解对姿势摇摆的稳定化和失稳化影响对于设计有效的平衡康复策略至关重要，特别是在基于VR和技术辅助康复的背景下。

**5. 结论**
本系统综述考察了多种干预和实验条件对成人和老年人姿势摇摆的影响，并与虚拟现实和技术辅助康复相关。基于运动的干预——包括平衡训练、核心肌群训练和视觉反馈训练——一致显示出减少姿势摇摆的趋势，支持其在改善姿势稳定性中的作用。相反，急性生理扰动如疲劳、下肢固定、冷水浸泡和失稳视觉刺激增加了姿势摇摆，确认了姿势控制对广泛的可改变内部和外部因素敏感。