中國(guó)醫(yī)科大學(xué) 于建發(fā) 王 爽 譚玉恩 王 濤 張志常

0 引言

作為一項(xiàng)新興的人機(jī)交互技術(shù)，體感交互技術(shù)已經(jīng)成為了目前在腦卒中患者康復(fù)治療的研究熱點(diǎn)。體感交互技術(shù)，是通過(guò)利用簡(jiǎn)單的肢體動(dòng)作與周?chē)b置環(huán)境產(chǎn)生互動(dòng)，在營(yíng)造的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下，能夠控制或交流某個(gè)事物。利用其虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，配合腦卒中患者的康復(fù)訓(xùn)練，共同協(xié)作產(chǎn)生較以往傳統(tǒng)康復(fù)訓(xùn)練更加有效的治療效果。

1 Kinect體感交互技術(shù)

近些年，隨著醫(yī)藥衛(wèi)生事業(yè)的發(fā)展，以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為代表的新興醫(yī)療康復(fù)技術(shù)應(yīng)用于臨床研究，如注意力缺陷、空間感知障礙、記憶障礙等認(rèn)知方面的康復(fù)，抑郁、恐懼、焦慮與其他精神方面的疾患的情緒障礙康復(fù)，運(yùn)動(dòng)功能障礙、平衡協(xié)調(diào)性差與舞蹈癥等運(yùn)動(dòng)障礙康復(fù)等，在這些臨床診療康復(fù)方面都取得了不錯(cuò)的康復(fù)療效[1]。

Kinect是美國(guó)微軟公司于2010年11月4日推出的XBOX360游戲機(jī)體感周邊外設(shè)[2]。

Ki nect的主要功能的實(shí)現(xiàn)是利用它的瞬時(shí)影像捕獲和識(shí)別、語(yǔ)音的輸入和識(shí)別以及一些社交功能達(dá)到擺脫傳統(tǒng)游戲操作模式，使用者通過(guò)肢體動(dòng)作模擬控制虛擬空間畫(huà)面或裝置，并且使用者之間能夠互通信息，如影音圖片的分享，實(shí)時(shí)交流[3]。利用kinect傳感器結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)和康復(fù)醫(yī)學(xué)技術(shù)，充分進(jìn)行交叉融合，建立虛擬環(huán)境，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互評(píng)價(jià)和訓(xùn)練，并對(duì)多種指標(biāo)和檢查項(xiàng)目進(jìn)行檢測(cè)[4]。

圖1 Kinect數(shù)據(jù)采集

Kinect體感設(shè)備擁有3個(gè)不同的攝像頭，從左到右依次為紅外線發(fā)射器，r gb彩色攝像頭和紅外線發(fā)射器。Kinect本質(zhì)上是一個(gè)輸入設(shè)備，行使三種不同功信息輸入。身份識(shí)別，利用到kinect傳感器的紅外線裝置，cmos攝像機(jī)能夠捕獲到紅外線的對(duì)應(yīng)位點(diǎn)，并由這些空間位點(diǎn)構(gòu)成人眼看不到的空間位置圖案，kinect收集到這些圖案由內(nèi)部芯片程序進(jìn)行編碼和解碼處理，從而構(gòu)建出3D圖像[5]。骨骼跟蹤，將解碼得到的深度圖像，逐點(diǎn)掃描這些圖像的像素，從圖像中將人體各個(gè)部位識(shí)別出來(lái)，通過(guò)特征進(jìn)行分類(lèi)。系統(tǒng)最多可測(cè)出6的形態(tài)，包括不同身高，不同年齡，不同姿勢(shì)[6]。語(yǔ)音辨別，在Kinect內(nèi)部音頻處理裝置中有能夠?qū)ν獠苦须s聲予以抑制和消除，并對(duì)使用者的聲音予以識(shí)別的先進(jìn)技術(shù)。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在腦卒中康復(fù)訓(xùn)練中的應(yīng)用

腦卒中疾病在世界范圍內(nèi)都存在著廣泛的發(fā)病原因，腦卒中不僅具有較高的發(fā)病率，而且死亡率也居高不下。雖然近些年由于醫(yī)療水平的不斷發(fā)展，死亡率已有所控制，但是對(duì)于腦卒中遺留病患卻造成患者不同程度的智力障礙和認(rèn)知功能障礙[7]。目前腦卒中患者的肢體運(yùn)動(dòng)康復(fù)是近年來(lái)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual reality,VR）應(yīng)用的熱門(mén)領(lǐng)域[8]。國(guó)內(nèi)外的研究已經(jīng)利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在該領(lǐng)域進(jìn)行探討，取得一定的臨床資料和治療成效。

1993年由Wann和Turnbul l提出了可視化虛擬康復(fù)治療[9]。與其他傳統(tǒng)的治療方法相比，患者能夠看到相應(yīng)的操作程序，應(yīng)用于自身治療，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的治療方法優(yōu)點(diǎn)在于患者能夠深刻體驗(yàn)到在虛擬環(huán)境中的康復(fù)治療和針對(duì)性的強(qiáng)化認(rèn)知康復(fù)訓(xùn)練。虛擬現(xiàn)實(shí)優(yōu)越性主要體現(xiàn)在重復(fù)、反饋和動(dòng)機(jī)三個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)上。重復(fù)是學(xué)習(xí)強(qiáng)化過(guò)程的必要手段，積極的反饋，包括虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的激勵(lì)條件，可以給患者訓(xùn)練體驗(yàn)帶來(lái)正向的驅(qū)動(dòng)力量，給患者更強(qiáng)烈的沉浸感。此外，明確的動(dòng)機(jī)可以讓患者在長(zhǎng)時(shí)間的訓(xùn)練過(guò)程中，分化所要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，逐漸營(yíng)造循序漸進(jìn)的訓(xùn)練程序。

虛擬現(xiàn)實(shí)與大腦重塑方面有著密不可分的關(guān)系，對(duì)于腦卒中患者其大腦表現(xiàn)為同側(cè)激活，通過(guò)一系列的康復(fù)訓(xùn)練可以轉(zhuǎn)換為對(duì)側(cè)激活。Jang等[10]在研究虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)大腦重塑功能恢復(fù)時(shí)發(fā)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練與手的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)存在一定的關(guān)聯(lián)。Sal eh等[11]在對(duì)腦卒中患者的康復(fù)訓(xùn)練研究中發(fā)現(xiàn)，通過(guò)功能性核磁共振前后對(duì)比檢查發(fā)現(xiàn)，手指運(yùn)動(dòng)的同時(shí)其腦內(nèi)運(yùn)動(dòng)區(qū)之間的連接數(shù)量明顯升高，表明虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的康復(fù)訓(xùn)練方式對(duì)大腦運(yùn)動(dòng)功能區(qū)的重塑起到積極作用。

2.1 在認(rèn)知康復(fù)方面

王靜等[12]通過(guò)將住院腦卒中患者隨機(jī)分為對(duì)照組和治療組，對(duì)照組進(jìn)行傳統(tǒng)的物理療法等康復(fù)訓(xùn)練，治療組在對(duì)照組基礎(chǔ)上加用體感游戲。通過(guò)對(duì)干預(yù)后的執(zhí)行缺陷綜合征的行為評(píng)價(jià)（BADS）評(píng)分差比較，發(fā)現(xiàn)兩組差值均提高且差異有顯著意義。

劉俊杰等[13]同樣利用kinect體感交互技術(shù)觀察其對(duì)腦卒中后抑郁（PSD）的治療效果。利用Zung抑郁自評(píng)量表對(duì)干預(yù)前和干預(yù)后的患者進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)組明顯低于對(duì)照組（P＜0.01），證明與傳統(tǒng)康復(fù)訓(xùn)練相比，Kinect體感交互康復(fù)訓(xùn)練對(duì)PSD患者的治療效果更顯著。

Yip等[14]開(kāi)發(fā)使用一套以日常活動(dòng)記憶訓(xùn)練的12-session系統(tǒng)用于前瞻性記憶的訓(xùn)練，通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)讓受試者了解訓(xùn)練設(shè)定任務(wù)，觀察并提醒患者完成預(yù)設(shè)任務(wù)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的數(shù)據(jù)分析，結(jié)果表明，經(jīng)VR治療后其認(rèn)知屬性，如額葉功能和語(yǔ)義流暢性均較對(duì)照組有明顯提高。進(jìn)一步證明了VR訓(xùn)練對(duì)腦卒中患者認(rèn)知功能的積極治療意義。

王文春等[15]自主研發(fā)了一 套虛擬認(rèn)知康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，在空間定向能力訓(xùn)練中，要求患者控制虛擬戰(zhàn)士完成由預(yù)備區(qū)域到射擊位置射擊后再到半身靶處數(shù)環(huán)數(shù)整個(gè)任務(wù)，從而達(dá)到治療目的。

2.2 在肢體康復(fù)方面

竇娜等[16]通過(guò)體感交互技術(shù)對(duì)腦卒中患者的行動(dòng)功能方面的康復(fù)治療實(shí)驗(yàn)，通過(guò)Ber g平衡量表、Hol den步行量表和Barthel指數(shù)評(píng)價(jià)，結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組均有改善（P＜0.01），且實(shí)驗(yàn)組改善更顯著（P＜0.05）。

Turolla等[17]通過(guò)對(duì)376例（實(shí)驗(yàn)組263例，對(duì)照組113例）進(jìn)行觀察，實(shí)驗(yàn)組采取1h傳統(tǒng)療法和虛擬現(xiàn)實(shí)療法，對(duì)照組為2h傳統(tǒng)療法，4周后測(cè)量評(píng)估發(fā)現(xiàn)虛擬聯(lián)合療法要優(yōu)于傳統(tǒng)療法。這也是目前證明虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)腦卒中治療有效的最大樣本實(shí)驗(yàn)。

顧瑩等[18]使用VR技術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)（IREX-情景互動(dòng)在運(yùn)動(dòng)控制中的應(yīng)用訓(xùn)練系統(tǒng)）按Bobat h治療技術(shù)中的弛緩、痙攣、相對(duì)恢復(fù)三個(gè)階段分別對(duì)腦卒中患者進(jìn)行上肢訓(xùn)練，并建立試驗(yàn)對(duì)照組，結(jié)果顯示VR技術(shù)對(duì)于偏癱患者上肢功能改善有明顯效果。

Piron等[19]采用治療師遠(yuǎn)程康復(fù)設(shè)備（VRRS．net）生成一個(gè)VR環(huán)境，要求患者將患肢控制的移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸器進(jìn)行移動(dòng)，完成任務(wù)。

在平常的康復(fù)訓(xùn)練中，所創(chuàng)建的虛擬康復(fù)訓(xùn)練環(huán)境應(yīng)與真實(shí)環(huán)境密切相關(guān)，這樣有利于患者將自己在虛擬環(huán)境中訓(xùn)練恢復(fù)的應(yīng)用技能重新在現(xiàn)實(shí)世界里得到展現(xiàn)。對(duì)比傳統(tǒng)的訓(xùn)練模式，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有著獨(dú)到的優(yōu)越性[20]。

3 結(jié)語(yǔ)

VR訓(xùn)練相對(duì)于其他訓(xùn)練方式存在著很大的優(yōu)勢(shì)，VR可以模擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，干預(yù)和刺激患者康復(fù)治療。但相關(guān)研究仍處于初級(jí)階段，這種康復(fù)技術(shù)仍存在著不足之處，比如缺乏相關(guān)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，人機(jī)交互體驗(yàn)較理想體驗(yàn)差，研究人員需要在醫(yī)療領(lǐng)域和硬件領(lǐng)域的雙向。雖然目前VR技術(shù)還不夠完善，但VR康復(fù)技術(shù)在認(rèn)知功能障礙和運(yùn)動(dòng)康復(fù)領(lǐng)域的成績(jī)有目共睹，相信在未來(lái)相關(guān)計(jì)算機(jī)技術(shù)，康復(fù)醫(yī)學(xué)等相關(guān)技術(shù)的不斷成熟，相關(guān)細(xì)節(jié)不斷完善，虛擬環(huán)境沉浸感提高，相信未來(lái)能夠?qū)δX卒中患者的康復(fù)治療帶來(lái)更多的希望。

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