付虧杰，孫麗楠，劉云芳，范 飛，王澤熙，姜貴云

（承德醫(yī)學院附屬醫(yī)院康復醫(yī)學科，河北承德 067000）

虛擬現(xiàn)實（virtual reality，VR）技術是一門新興技術，其具有的趣味性強、安全性高、反饋及時等優(yōu)點可以打破傳統(tǒng)康復療法的局限性，彌補其不足。近年來，腦卒中已成為一種嚴重危害人類健康的全球性問題，它具有高發(fā)病率、高死亡率、高致殘率及高復發(fā)率等特點。據(jù)報道，全世界每年大約有67%的腦卒中生存者遺留不同程度的軀體功能障礙[1]，且近年來我國腦卒中患者的平均發(fā)病年齡呈逐漸降低趨勢，比美國提早了十余年[2]，其中約1/2的患者存在不同程度的運動功能障礙，不僅嚴重影響了患者的生活質量，也給家庭和社會帶來了沉重的經(jīng)濟負擔[3]。目前，將VR技術應用于康復治療是醫(yī)學界的一個研究熱點之一，比如在記憶障礙、注意障礙、空間忽略、言語障礙等認知功能障礙的康復治療，焦慮、抑郁、恐懼等情緒障礙和其他精神疾患的康復治療，以及運動不能、平衡協(xié)調性差和舞蹈癥等運動障礙的康復治療等方面都取得了很好的療效。下面我們就其在康復治療中的應用簡要作一綜述。

1 VR概述

1.1 VR技術的概念VR技術是一種利用計算機模擬真實環(huán)境，并通過多種傳感器設備使使用者“投入”到該環(huán)境中，實現(xiàn)使用者與該虛擬環(huán)境直接進行自然交互的技術。它是一項綜合集成技術，涉及人機交互技術、計算機圖形技術、人工智能等，利用計算機生成逼真的三維視覺、聽覺、觸覺等感覺，使人作為參與者通過適當?shù)难b置，自然地對虛擬世界進行體驗和交互。

1.2 VR技術的特點VR技術具有3I特征[4-5]，即沉浸性（Immersion）、交互性（Interactivity）、構想性（Imagination）。沉浸性是指用戶在虛擬場景中產(chǎn)生身臨其境的感覺，如同在真實世界中一樣。交互性指用戶與虛擬環(huán)境中各種對象之間的相互作用，即用戶可以對模擬環(huán)境中的物體進行操作，并從該環(huán)境中得到反饋。構想性可使用戶沉浸于此環(huán)境中，并獲取新的知識，提高其感知性和理性認識，從而產(chǎn)生新的想象，不僅可再現(xiàn)真實存在的環(huán)境，也可以構想客觀不存在的環(huán)境。

1.3 VR技術的優(yōu)勢VR技術與傳統(tǒng)康復治療相比有很多優(yōu)勢[6-7]：（1）可以根據(jù)患者的實際情況提供不同的治療場景和刺激，進行有針對性的訓練，而且同樣的場景和任務可以重復進行。（2）VR技術構建的虛擬環(huán)境安全性強，可以使患者在安全的環(huán)境中進行康復。（3）可以使患者以自然的方式與虛擬環(huán)境中的對象進行交互，使枯燥乏味的康復訓練變得輕松有趣。（4）可以迅速得到治療效果的反饋信息，并對治療數(shù)據(jù)進行存儲，有利于醫(yī)生及時掌握患者的病情變化，并對治療方案進行相應的調整。（5）有利于開展遠程醫(yī)療，為行動不便和醫(yī)療資源匱乏地區(qū)的患者提供方便。（6）由于虛擬環(huán)境與真實環(huán)境的相似性很高，故患者在虛擬環(huán)境中習得的各項技能可以更好地運用于現(xiàn)實生活中。

2 VR技術在康復治療中的應用

VR技術用于康復治療的作用機制主要是重復、反饋和動機三個關鍵環(huán)節(jié)[8]。重復是習得一項新技能的前提，但是還必須及時獲得反饋，從而維持患者的動機水平，這樣才能更好地習得一項新技能。

2.1 VR技術在運動康復中的應用運動障礙是指以運動異常為特征的各種障礙，包括肌陣攣、舞蹈癥、斜頸、震顫、張力障礙和運動不能等癥狀[9]。2008年，卒中康復執(zhí)行概要循證回顧(Evidence-Based Review of Stroke Rehabilitation Executive Summary，EBRSR)建議使用VR改善腦卒中患者的運動功能障礙，推薦強度為A[10]。目前，應用VR技術改善腦卒中患者的運動功能障礙已成為康復治療領域研究的熱點[11-12]。

2.1.1 平衡和協(xié)調訓練：許多腦卒中患者存在不同程度的姿態(tài)和平衡方面的問題，導致患者容易跌倒而引起嚴重的并發(fā)癥，因此，對腦卒中患者進行平衡功能訓練是非常有必要的[13]。大量研究表明，VR技術能夠明顯改善腦卒中患者的平衡功能[14-16]。Singh等[17]選取兩個社區(qū)康復中心的腦卒中患者作為實驗組和對照組，對照組進行2小時的標準物理治療練習，實驗組進行1.5小時的標準物理治療練習，并增加半個小時的VR平衡游戲作為干預，干預措施每周進行兩次，總共訓練6周。用Barthel指數(shù)評估干預前后的日常生活活動，結果顯示6周后實驗組Barthel指數(shù)評分高于對照組。說明VR平衡游戲有助于改善腦卒中患者的日常生活活動。Ding等[18]設計了一款基于VR技術的下肢平衡康復訓練系統(tǒng)，讓患者的雙腳分別站立在兩塊平衡板上，通過雙腳的力量達到動態(tài)地控制壓力中心，從而操控虛擬人的運動狀態(tài)。這種方法迫使患者更多地使用患肢，從而使身體的對稱性能得到大幅改善。目前，我國雖有對應用VR技術進行平衡功能訓練的研究成果報道[19-20]，但仍處于剛起步階段，還有待于進一步的探索。

2.1.2 步態(tài)及步行訓練：腦卒中偏癱患者常伴有步態(tài)異常，通常表現(xiàn)為起步難、步長短、步速慢、步態(tài)周期延長等特點[21]。VR技術能夠模擬現(xiàn)實環(huán)境，給患者提供一種行走于真實世界的感覺。研究表明，VR技術在改善腦卒中患者步態(tài)方面有效[22-23]。Shema等[24]回顧分析完成VR步態(tài)訓練計劃的前60名患者的臨床記錄數(shù)據(jù)，每周培訓3次，每次持續(xù)約1小時，共持續(xù)5周，試驗在VR跑步機上進行。主要測量定時“Up＆Go”測試（TUG）、兩分鐘步行測試（2MWT）、四方步測試（FSST）。結果顯示：訓練5周后，完成TUG的時間減少10.3%，2MWT步行距離增加9.5%，F(xiàn)SST性能提高13%?？梢奦R跑步機訓練是一種有效且實用的訓練方式，且可用于門診物理治療，這種訓練導致了步態(tài)、機動性和姿勢控制的改善。陳佩順等[25]的實驗結果顯示，治療后治療組左右步長差、步速、FAC分級、下肢FMA評分及MBI均較治療前有明顯改善，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），且治療組與對照組比較，評分優(yōu)于對照組，有顯著性差異（P＜0.01）。

2.1.3 上下肢康復訓練：腦卒中偏癱患者往往由于力量減弱和反饋能力下降，導致難以進行精細的動作，給患者的日常生活帶來很多不便。VR是一種新興的康復訓練技術，被認為是改善腦卒中后運動功能障礙的一種“愉悅的”替代方案[26]。國內外已經(jīng)對該領域進行了大量的研究，并且取得了一定的臨床數(shù)據(jù)。Andrea等[27]招募376名腦卒中患者，這些患者意大利國立衛(wèi)生研究院卒中量表（It-NIHSS）評分1～3分，并且沒有神經(jīng)心理障礙性問題。患者被分配到兩個治療組，接受聯(lián)合VR和上肢常規(guī)（ULC）治療或單獨使用ULC治療。治療方案為每日治療2小時，每周5天，共4周，結果采用Fugl-Meyer上肢（F-MUE）和功能獨立性測量量表（FIM）進行測量。實驗結果顯示，兩種治療方法均顯著改善F-MUE和FIM評分，但VR康復治療組所獲得的改善顯著高于單獨使用ULC治療所獲得的改善。F-MUE和FIM評分組間最小差異的估計效應大小分別為2.5±0.5（P＜0.001）和3.2±1.2（P=0.007）?？梢?，卒中后患者的VR康復比傳統(tǒng)干預措施在恢復上肢運動障礙和運動相關功能能力方面更有效。國內很多學者也對上下肢康復進行了研究[28-30]。劉青等[31]將40例腦卒中后上肢功能障礙的患者隨機分為治療組和對照組，治療組給予常規(guī)作業(yè)訓練，并進行VR技術結合綜合療養(yǎng)康復，對照組僅給予常規(guī)作業(yè)訓練，觀察兩組患者治療前后運動功能Fugl-Meyer評分、日常生活能力改良Barthel指數(shù)、患側上肢肌力評分的變化情況。結果顯示，與治療前相比，兩組患者在治療10周時Fugl-Meyer評分、改良Barthel指數(shù)、患側上肢肌力評分均高于治療前(P＜0.05)，且治療組上述指標均明顯高于對照組(P＜0.05)?？梢?，VR技術結合綜合療養(yǎng)康復可以顯著改善腦卒中后上肢功能障礙患者的上肢運動功能、日常生活能力和上肢肌力，值得臨床推廣應用。

2.2 VR在認知康復中的應用認知（cognition）是指人在對客觀事物的認識過程中對感覺輸入信息的獲取、編碼、操作、提取和使用的過程，這個過程需要記憶、思維、注意、感覺、言語以及執(zhí)行的參與，上述任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會導致認知功能障礙[32]。認知障礙不僅會嚴重影響患者的日常生活，而且也會影響患者軀體功能的恢復，因此成了醫(yī)學界面臨的重要課題。將VR技術應用于認知障礙的康復，不僅可以在安全有趣的環(huán)境中進行治療，而且可以及時地得到治療反饋信息，表現(xiàn)出傳統(tǒng)康復療法所無法比擬的優(yōu)勢。Larson等[33]選取急性住院康復期的TBI患者（n=18，19～73歲），要求他們連續(xù)兩天在虛擬環(huán)境中完成3D刪除訓練，此環(huán)境可以最大限度地減少分心，并集成了視覺和觸覺刺激。研究顯示，使用虛擬環(huán)境進行注意訓練具有良好的耐受性和吸引力，對嚴重的TBI患者非常有益。Faria等[34]的實驗結果也顯示，基于VR技術的認知康復較傳統(tǒng)康復治療效果好，尤其在注意力、記憶力和視空間能力方面更顯著。Caglio等[35]利用虛擬航行游戲進行訓練，結果顯示，此訓練可以改善腦損傷患者的記憶障礙。

2.3 VR在遠程康復中的應用目前，我國經(jīng)濟發(fā)展很不均衡，各個地區(qū)的醫(yī)療設施和醫(yī)療水平存在很大的差距，康復醫(yī)療機構主要集中在大中城市，許多中小城市和偏遠地區(qū)缺乏必要的康復服務，給廣大群眾帶來了諸多不便。將VR技術與現(xiàn)代網(wǎng)絡通訊技術結合，可以將一流的醫(yī)療資源傳送到較落后的地區(qū)，為康復醫(yī)學的發(fā)展帶來革命性的變化。Johnson等[36]利用網(wǎng)絡通訊技術使腦卒中患者可以在家中進行康復訓練。黃鵬等[37]設計了一套遠程監(jiān)測系統(tǒng)，指導全膝關節(jié)置換術(total knee arthroplasty，TKA)后患者在家進行屈膝和行走訓練，該系統(tǒng)實現(xiàn)了TKA術后屈膝和行走訓練的準確識別，為術后居家康復訓練的遠程監(jiān)控和指導提供了有效方法。高修明等[38]通過網(wǎng)絡視頻互動的遠程康復模式對腦卒中偏癱出院患者進行康復，其運動功能恢復及日?；顒幽芰忻黠@改善。可見，VR技術有利于提高落后地區(qū)的醫(yī)療水平，優(yōu)化醫(yī)療資源分配，推動我國社區(qū)康復的建設進程。

2.4 VR在日常生活行為康復訓練中的應用VR技術與傳統(tǒng)康復相比，可以模擬真實生活場景、提供日常生活技能訓練。Lee等[39]和Tam等[40]開發(fā)的虛擬超市購物程序，均可提高患者按照購物清單采購商品的能力。Marco等[41]提出一種能夠結合機器人輔助支持ADL的康復訓練系統(tǒng)，讓訓練者在虛擬環(huán)境中跟著計算機程序學習諸如烹飪、倒茶、打掃、購物等日常生活行為，不僅可以保證訓練方式的一致性，還能降低錯誤操作導致的危險。

3 總結與展望

VR技術在康復治療方面的應用已取得了很大的進步，打破了傳統(tǒng)訓練方式的諸多局限，節(jié)省大量的人力、物力和財力，然而，目前還是存在著一些問題。比如：VR康復訓練系統(tǒng)大多是針對某類障礙設計的，但由于患者個體因素的差異，同樣的病可能需要不同的虛擬環(huán)境和訓練方式；VR康復系統(tǒng)的建設還處在剛剛起步階段，虛擬設備生產(chǎn)成本較高，難以實現(xiàn)大規(guī)模使用；國內的虛擬設備大多數(shù)都是模仿外國制造，很難做到真正適合中國人使用；系統(tǒng)受試者樣本數(shù)量較少，缺乏全面的臨床對照研究，很難準確評估其有效性；對認知障礙康復方面的研究還比較少等。但是我們相信，隨著眾多學者的不懈努力和積極探索，VR技術必將日臻成熟，并在康復治療中發(fā)揮越來越重要的作用。

目前，VR技術在康復治療方面如運動康復、認知康復、遠程康復、日常生活行為康復等已取得一定的臨床數(shù)據(jù)，但仍缺乏大樣本、多中心、高質量的隨機對照臨床試驗研究，在今后的工作中應盡量彌補此項不足。為了使VR技術更好地運用于康復治療領域，更好地服務于人類社會，我們的研究重點應該放在設計針對腦卒中后各種障礙更加智能化的VR診療系統(tǒng)，同時配備簡單、輕便的硬件系統(tǒng)和生動形象的3D動畫角色，從而讓VR技術更加普及和適合國人。