Коррекция статического и динамического равновесия с использованием системы виртуальной реальности у пациентов с цереброваскулярными заболеваниями

DOI: 10.24411/2071-5315-2018-12030

Коррекция статического и динамического равновесия с использованием системы виртуальной реальности у пациентов с цереброваскулярными заболеваниями

А.С. Клочков, А.Е. Хижникова, А.М. Котов-Смоленский, Л.А. Черникова, Н.А. Супонева

Нарушения равновесия представляют собой одно из существенных ограничений повседневной активности неврологических пациентов. Широко распространенными и хорошо зарекомендовавшими себя в лечении этих нарушений являются стандартные методики стабилотренинга, но более современные технологии базируются на дополнительных модальностях биологической обратной связи, к которым относятся технологии виртуальной реальности. В исследование включено 30 пациентов с хронической цереброваскулярной патологией (включая перенесенный инсульт) и вестибулоатактическими нарушениями. Пациенты основной группы (n = 13) проходили тренировку на системе виртуальной реальности Rehabunculus. Пациенты группы сравнения (n = 17) проходили эквивалентную по времени тренировку с использованием стабилоплатформы Стабилан-01-2. До и после курса реабилитации проводилась оценка функции равновесия по шкале Берг и стабилометрических показателей при выполнении теста Ромберга. После курса реабилитации выявлено значимое улучшение статического и динамического равновесия у пациентов основной группы (p < 0,05) по шкале Берг. В группе сравнения было отмечено улучшение в большей степени статического равновесия (p < 0,05). По результатам инструментального теста Ромберга, у пациентов основной группы значимо улучшилась функция статического равновесия, о чем свидетельствовало уменьшение площади отклонения проекции общего центра масс тела (p < 0,05), в то время как у пациентов группы сравнения отмечалась только тенденция к уменьшению площади отклонения центра масс тела (p = 0,057). Таким образом, продемонстрирована достаточно высокая эффективность применения технологии виртуальной реальности для восстановления обоих видов равновесия. Однако в связи с рядом ограничений настоящего исследования требуется более глубокий анализ воздействия различных модальностей биологической обратной связи и виртуальных сред на статическое и динамическое равновесие у пациентов с вестибулоатактическим синдромом.

Ключевые слова: инсульт, реабилитация, виртуальная реальность, стабилография, равновесие, биологическая обратная связь.

По данным Всемирной организации здравоохранения, ежегодно происходит 37,3 млн. случаев падений людей, которые не являются смертельными, но тем не менее имеют тяжелые последствия и требуют медицинской помощи. Важно подчеркнуть, что падения могут приводить к потере дееспособности. От 20 до 33% лиц старше 65 лет страдают нарушениями равновесия и постуральной устойчивости [1]. В возрасте старше 60 лет вероятность падения составляет примерно 30%, в дальнейшем она может увеличи-

Отделение нейрореабилитации и физиотерапии ФГБНУ "Научный центр неврологии", Москва. Антон Сергеевич Клочков - канд. мед. наук, ст. науч. сотр.

Анастасия Евгеньевна Хижникова - аспирант. Артем Михайлович Котов-Смоленский - инструктор-методист по лечебной физкультуре. Людмила Александровна Черникова - докт. мед. наук, профессор, гл. науч. сотр.

Наталья Александровна Супонева - докт. мед. наук, профессор, рук. отделения.

Контактная информация: Клочков Антон Сергеевич, Anton.S.Klochkov@gmail.com

ваться пропорционально возрасту и к 70 годам достигать уже 45% [2]. Нарушение функции равновесия является одним из ведущих симптомов у неврологических пациентов и часто становится причиной падений [3]. Самым распространенным заболеванием, которое приводит к нарушению постуральных функций, является дисциркуляторная энцефалопатия (ДЭП), или хроническая ишемия мозга. По данным исследований, на долю ДЭП приходится 68,8% всех случаев цереброваскулярных заболеваний (ЦВЗ) [4, 5]. Риск внезапных падений значительно повышается при наличии в анамнезе перенесенного нарушения мозгового кровообращения (НМК). Примерно у 1/5 части пациентов, перенесших НМК, регистрируют падения в последующие 2-2,5 года, причем до половины таких падений могут приводить к серьезным травмам [6].

Основными целями реабилитационных мероприятий у пациентов с нарушениями функции равновесия являются снижение риска падений, уменьшение страха перед возможным падением, тренировка равновесия и расширение повседневной активности. Для этого разработано большое

количество методик, успешно применяемых в современной реабилитации. Классическим методом, используемым у указанной группы пациентов, является вестибулярная гимнастика. Она представляет собой комплекс лечебно-гимнастических упражнений, позволяющих тренировать динамическое равновесие и устойчивость, осуществляемые посредством мышц корпуса и ног Еще одна часто применяемая методика заключается в тренировке статического равновесия с использованием биологической обратной связи (БОС) и стабилометрической платформы. Работа платформы основана на методе регистрации проекции общего центра масс тела (ОЦМ) на плоскость опоры и его схематичном отображении с целью визуального контроля над ним при выполнении комплекса упражнений, направленных на тренировку статического и динамического равновесия. В последние годы широкое распространение получили методы тренировки устойчивости посредством систем виртуальной реальности (ВР) на базе бесконтактного инфракрасного сенсора Microsoft Kinect, позволяющего составлять трехмерную модель тела и использовать математически вычисляемый ОЦМ в качестве источника обратной связи [7]. Преимуществом этой методики является возможность комбинированной тренировки как статического, так и динамического равновесия с трехмерной виртуальной БОС. В настоящее время для увеличения сенсорной стимуляции при тренировке равновесия используют системы, сочетающие различные модальности БОС. Так, например, тренировки на стабилоплатформе часто сочетают с аудиосигналом, отражающим скорость и величину смещения ОЦМ или результат успешного выполнения упражнения, а также используют мягкую опору для кинестетической обратной связи. В системах ВР применяется вид от третьего лица, позволяющий использовать в качестве источника обратной связи не только вид горизонта виртуального пространства и отображение ОЦМ, но также вид трехмерного "аватара", отражающего изменения положения тела пациента в пространстве.

Целью исследования являлась сравнительная оценка эффективности тренировок в виртуальном пространстве с использованием трехмерного "аватара" и тренировок на стабилоплатформе в комбинации с двухмерной и аудиаль-ной обратной связью у больных с нарушениями равновесия вследствие ЦВЗ.

Материал и методы

Рандомизированное исследование было одобрено локальным этическим комитетом Научного центра неврологии. Все пациенты подписали информированное согласие на участие в исследовании.

Критерии включения: лица обоего пола в возрасте старше 18 лет; легкие, умеренные или тяжелые нарушения функции равновесия и мобильности по Международной классификации функционирования, ограничений жизнедеятельности и здоровья вследствие подтвержденного

НМК по ишемическому или геморрагическому типу (давность от 2 мес, различная локализация очага поражения) либо наличие подтвержденной ДЭП с вестибулоатактиче-ским синдромом. Критерии исключения: развитие после включения в исследование острого инфаркта миокарда и/или острого НМК; развитие эпилептического приступа во время проведения курса реабилитации; нарастание неврологической симптоматики, жалобы на головокружение или тошноту при занятиях на системе ВР ("кибер"-тошнота), отказ пациента от продолжения участия в исследовании.

В исследование вошло 30 пациентов, соответствующих критериям включения (15 мужчин, 15 женщин), из них 15 с ДЭП и 15 с перенесенным НМК. Медиана возраста составила 67 [49; 72] лет, медиана по шкале равновесия Берг до начала реабилитации составила 50 [42; 54] баллов. Пациенты были рандомизированы в две группы: основную группу составили 5 пациентов с НМК и 8 пациентов с ДЭП (n = 13), группу сравнения - 10 пациентов с НМК и 7 пациентов с ДЭП (n = 17). Группы были сопоставимы по возрасту и степени выраженности нарушений равновесия по шкале Берг до начала курса реабилитации.

Пациенты основной группы проходили тренировку на ВР-системе Rehabunculus (ООО "Интеллект и Инновации", Россия) на базе бесконтактного сенсора Kinect (Microsoft, США). Пациенты группы сравнения проходили тренировку с использованием стабилоплатформы Стабилан-01-2 (ЗАО ОКБ "Ритм", Россия). Всего в каждой группе было проведено 10 тренировок длительностью 35 мин, 5 дней в неделю. С пациентами обеих групп дополнительно проводилось 10 занятий вестибулярной гимнастикой с инструктором по лечебной физкультуре (ЛФК) продолжительностью 30 мин 1 раз в день. Особенностью применения данной системы является возможность сочетать тренировки с двухмерным отображением обратной связи о положении проекции ОЦМ с упражнениями, при выполнении которых пациент видит трехмерный "аватар", управляемый его собст венными движениями.

В группе сравнения проводился эквивалентный по времени и длительности курс тренировок с использованием стабилоплатформы Стабилан-01-2, оснащенной двухмерной и аудиальной БОС, управляемой со стационарного компьютера посредством специального программного обеспечения. Программное обеспечение Стабилан-01-2 включало набор стабилографических компьютерных мини-игр, направленных на тренировку статического равновесия и устойчивости при выполнении движений со смещением ОЦМ, а также на увеличение угла равновесия. Аудиальная обратная связь была представлена звуковыми сигналами, отражающими успешное выполнение задачи (смещение ОЦМ на целевое расстояние) и точность удержания ОЦМ на статической и движущейся мишени. Перед каждой тренировкой инструктор-методист по ЛФК проводил настрой-

J

a

Основная группа

Группа сравнения

(б) 58 56 54 _ 52 | 50 ё 48  46 I 44 § 42 1,1 40 38 36 34 32

со Q.

Основная группа

Группа сравнения

© До лечения © После лечения

Динамика показателей по шкале равновесия Берг у пациентов с последствиями НМК (а) и с ДЭП (б). * р = 0,07; ** р < 0,05.

ку сложности упражнений в соответствии с индивидуальными возможностями пациента.

Тренировки с использованием ВР-системы Rehabun-culus включали в себя специальный комплекс упражнений, выполняемых в игровой форме и направленных на тренировку устойчивости у пациентов с вестибулярными нарушениями. Уровень сложности упражнений подбирался индивидуально в режиме реального времени с помощью предиктивного алгоритма (искусственная нейронная сеть), позволяющего автоматически корректировать тренировку пациента в зависимости от его возможностей.

До и после курса реабилитации оценивались функция статического и динамического равновесия по шкале Берг, стабилометрические показатели во время выполнения инструментального теста Ромберга, динамика выполнения игровых упражнений на системе Rehabunculus в основной группе.

Статистическая обработка результатов проводилась при помощи критериев Манна-Уитни (при сравнении независимых выборок), Вилкоксона (при сравнении зависимых выборок) и коэффициента корреляции Спирмена с применением пакета прикладных программ StatSoft Statistica v. 7.0. Данные представлены в виде медианы и 25 и 75% квартилей медианы. Статистически значимыми считались различия при р < 0,05.

Результаты

При анализе динамики клинических показателей на фоне проводимой реабилитационной терапии было выяв-

Изменения показателей по шкале равновесия Берг после курса реабилитации у пациентов обеих групп

лено статистически значимое их улучшение как в основной группе, так и в группе сравнения (таблица).

При анализе клинических показателей у пациентов с различной этиологией вестибулоатактических расстройств было отмечено, что у больных с последствиями НМК основной группы медиана показателя по шкале равновесия Берг увеличилась на 5 баллов, в то время как у пациентов группы сравнения - лишь на 2 балла. Тем не менее статистическая значимость изменений была подтверждена только в группе сравнения (рисунок, а).

У пациентов с ДЭП также определялось существенное различие в динамике клинических показателей между основной группой и группой сравнения. Увеличение медианы показателя по шкале равновесия Берг составило 6 баллов в основной группе и 2 балла в группе сравнения (рисунок, б), что для обеих групп было статистически значимым.

При более детальном анализе данных шкалы равновесия Берг было выявлено, что у пациентов группы сравнения положительная динамика отмечалась за счет улучшения показателей по разделам шкалы, отвечающим за статическое равновесие (68%), а у пациентов, проходивших тренировку на системе ВР, - за счет улучшения как статического (58%), так и динамического (76%) равновесия.

По результатам инструментального теста Ромберга было выявлено, что у пациентов основной группы после курса реабилитации значимо улучшилась функция статического равновесия, о чем свидетельствовало уменьшение площади отклонения проекции ОЦМ (р < 0,05), в то время как у пациентов группы сравнения отмечалась только тенденция к уменьшению площади отклонения проекции ОЦМ (р = 0,057).

Обсуждение

Положительная динамика после курса реабилитации в обеих группах подтверждает эффективность использования БОС при тренировках равновесия и устойчивости у пациентов с ЦВЗ. Несмотря на отсутствие достоверности

Группа До лечения После лечения

Основная (n = 13) 48 [45; 54] 54 [51; 56]*

Сравнения (n = 17) 49 [42; 51] 51[44; 54]*

* p < 0,05 по сравнению с показателем до лечения.

Л

достигнутого улучшения у пациентов с последствиями НМК основной группы, что может быть вызвано малой выборкой пациентов (п = 5), процент улучшения по шкале равновесия Берг у пациентов, тренирующихся с помощью ВР (т.е. в основной группе), в 3 раза превысил таковой у пациентов группы сравнения.

Полученные данные свидетельствовали о значимом улучшении статического и динамического равновесия у пациентов основной группы. В группе сравнения было отмечено улучшение в большей степени статического равновесия. Данный факт можно объяснить преобладанием тренировок динамического равновесия на системе Rehabunculus. Следует отметить, что для пациентов с нарушением постуральных функций очень важным является восстановление координации не только в положении стоя, но и при перемещении тела в пространстве (ходьба, перешагивание через предметы и др.). Как известно, падения у пациентов в возрасте старше 60 лет часто приводят к повреждениям, в значительной степени снижающим качество жизни (переломы, ушибы, сотрясения головного мозга и др.). Чаще всего падения случаются при перемещении человека в пространстве: при вставании, ходьбе или перешагивании через различные препятствия [8]. Именно поэтому особенно важным при проведении реабилитации данной группы пациентов является восстановление постуральных функций как для поддержания равновесия в положении стоя (статическое равновесие), так и при различных перемещениях (динамическое равновесие).

В проведенном исследовании продемонстрирована достаточно высокая эффективность применения технологии ВР для восстановления обоих видов равновесия.

У пациентов, проходивших тренировку на стабилоплат-форме, также наблюдались положительные изменения в функции статического равновесия, однако направленность этой тренировки только на данный тип равновесия не позволяет комплексно решить проблемы пациентов. Именно по этой причине пациентам требуется дополнительное занятие с инструктором-методистом по ЛФК, и, как правило, тренировка устойчивости на стабилоплатформе используется в комбинации с данным видом реабилитационного лечения. В свою очередь, система ВР позволяет расширить возможности специалиста и обеспечить комплексную тренировку без вовлечения дополнительных ресурсов. Комплексный положительный эффект от тренировок на системе ВР можно связать с наличием специализированных упражнений именно для комплексной тренировки равновесия, а также с отображением трехмерного "аватара" во время тренировки. Программное обеспечение подобных систем позволяет моделировать условия посредством изменения пейзажа, в котором происходит тренировка функциональной задачи, а также вид управляемого "аватара"

(от первого или от третьего лица). Существует мнение, согласно которому вид от первого лица во время тренировки в виртуальной среде предпочтительнее, чем вид от третьего лица, что выражается в более быстром построении иллюзии отождествления с виртуальным телом, а также в меньшем количестве ошибок при двигательном обучении [9]. Тем не менее в ряде исследований использование мультимодальной БОС приводило к лучшим результатам при тренировке равновесия и устойчивости, в том числе в условиях виртуальной среды, что позволяет предположить большую эффективность при тренировке с видом "аватара" от третьего лица в качестве дополнительной модальности БОС [10, 11].

Настоящее исследование имеет ряд ограничений, и вопрос сравнительной эффективности различных методик тренировки равновесия остается открытым. Требуется более глубокий анализ воздействия различных модальностей БОС и виртуальных сред на статическое и динамическое равновесие у пациентов с вестибулоатактическим синдромом.

Список литературы

1. Bao X, Mao Y, Lin Q, Qiu Y Chen S, Li L, Cates RS, Zhou S, Huang D. Mechanism of Kinect-based virtual reality training for motor functional recovery of upper limbs after subacute stroke. Neural Regeneration Research 2013 Nov;8(31):2904-13.

2. Roig M, Eng J, Road D, Reid WD. Falls in patients with chronic obstructive pulmonary disease: a call for further research. Respiratory Medicine 2009 Sep;103(9):1257-69.

3. Rubenstein LZ, Josephson KR. The epidemiology of falls and syncope. Clinics in Geriatric Medicine 2002 May;18(2):141-58.

4. Пирадов М.А., Танашян М.М., Домашенко М.А., Сергеев Д.В., Максимова М.Ю. Нейропротекция при цереброваскулярных заболеваниях: поиск жизни на Марсе или перспективное направление лечения? Часть 1. Острые нарушения мозгового кровообращения. Анналы клинической и экспериментальной неврологии 2015;9(1):41-50.

5. Dockx K, Bekkers E, Van den Bergh V, Ginis P, Rochester L, Hausdorff JM, Mirelman A, Nieuwboer A. Virtual reality for rehabilitation in Parkinson's disease. The Cochrane Database of Systematic Reviews 2016 Dec;(12):CD010760.

6. Романова М.В., Кубряк О.В., Исакова Е.В., Гроховский С.С., Котов С.В. Объективизация нарушений равновесия и устойчивости у пациентов с инсультом в раннем восстановительном периоде. Анналы клинической и экспериментальной неврологии 2014;8(2):12-5.

7. Mousavi Hondori H, Khademi M. A review on technical and clinical impact of Microsoft Kinect on physical therapy and rehabilitation. Journal of Medical Engineering 2014;2014:846514.

8. Lin HW, Bhattacharyya N. Balance disorders in the elderly: epidemiology and functional impact. Laryngoscope 2012 Aug;122(8):1858-61.

9. Jackson PL, Meltzoff AN, Decety J. Neural circuits involved in imitation and perspective-taking. Neurolmage 2006 May;31(1):429-39.

10. Cano Porras D, Siemonsma P, Inzelberg R, Zeilig G, Plotnik M. Advantages of virtual reality in the rehabilitation of balance and gait: systematic review. Neurology 2018 May;90(22):1017-25.

11. Darekar A, McFayden B, Lamontagne A, Fung J. Efficacy of virtual reality-based intervention on balance and mobility disorders post-stroke: a scoping review. Journal of Neuroengineering and Rehabilitation 2015 May; 12:46. J

Virtual Reality-Based Static and Dynamic Balance Training in Patients with Cerebrovascular Diseases

A.S. Klochkov, A.E. Khizhnikova, A.M. Kotov-Smolenskiy, L.A. Chernikova, and N.A. Suponeva

Balance disturbances represent one of the major limitations of the daily activity in neurological patients. The use of conventional therapy and training on force platforms has been approved and widely used; however, novel technologies are emerging that are based on additional modalities of biological feedback, such as virtual reality (VR). In our study we enrolled 30 patients with chronic cerebrovascular disease (including recent stroke) and moderate balance disturbances. After randomization, patients enrolled in the main group (n = 13) received two weeks of virtual biofeedback training on Kinect based system Rehabunculus. The control group (n = 17) received equal-time training on stabilometric platform Stabilan-01-2. Evaluation methods included Berg Balance Scale and Romberg test on Kinect based system. Preliminary data showed significant improvement in static and dynamic balance measured with Berg Balance Scale (p < 0.05) in the main group. In the control group, significant changes were observed only in static balance (p < 0.05). Romberg test showed significant improvement in static balance in the main group (p < 0.05), but in the control group it showed only some trend to improvement (p = 0.057). The study showed that VR system can be used as effective training for rehabilitation of balance disturbances. Whereas the conducted research has some limitations, future studies require deeper analysis of the efficacy of different modalities of biofeedback and virtual environments on static and dynamic balance in patients with vestibular disorders.

Key words: stroke, rehabilitation, virtual reality, stabilography, balance, biofeedback.

Монография издательства "Атмосфера"

Болезнь Гентингтона: Монография (Серия "Двигательные расстройства").

Авторы С.Н. Иллариошцин, С.А. Клюшницов, Ю.А. Селивёрстов

В первой отечественной монографии, посвященной тяжелому прогрессирующему нейродегенеративно-му заболеванию с аутосомно-доминантным типом наследования - болезни (хорее) Гентингтона, авторами обобщен большой собственный опыт, основанный на многолетнем изучении болезни Гентингтона в Научном центре неврологии и участии в международных многоцентровых программах, в сопоставлении с результатами исследований ведущих научных центров мира. Представлены сведения об истории изучения, эпидемиологии, генетике, клинической картине, современных методах диагностики и биомаркерах болезни Гентингтона. Особое внимание уделено молекулярной биологии, патогенезу, экспериментальным моделям и новым подходам к терапии болезни Гентингтона, относящейся к группе полиглута-миновых нейродегенераций, а также медико-генетическому консультированию и работе с семьями, отягощенными данным "модельным" наследственным заболеванием центральной нервной системы.

Для неврологов, психиатров, генетиков, нейрофизиологов, нейрорентгенологов, фармакологов, специалистов в области экспериментальной и клеточной нейробиологии, клинических ординаторов, студентов медицинских вузов.

Эту и другие книги издательства "Атмосфера" вы можете купить на сайте http://atm-press.ru

или по телефону: (495) 730-63-51