付虧杰，孫麗楠，劉云芳，范 飛，王澤熙，姜貴云

（承德醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科，河北承德 067000）

虛擬現(xiàn)實（virtual reality，VR）技術(shù)是一門新興技術(shù)，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(fù)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(fù)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(zhì)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(shù)應(yīng)用于康復(fù)治療是醫(yī)學(xué)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(fù)治療，焦慮、抑郁、恐懼等情緒障礙和其他精神疾患的康復(fù)治療，以及運動不能、平衡協(xié)調(diào)性差和舞蹈癥等運動障礙的康復(fù)治療等方面都取得了很好的療效。下面我們就其在康復(fù)治療中的應(yīng)用簡要作一綜述。

1 VR概述

1.1 VR技術(shù)的概念VR技術(shù)是一種利用計算機模擬真實環(huán)境，并通過多種傳感器設(shè)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(shù)。它是一項綜合集成技術(shù)，涉及人機交互技術(shù)、計算機圖形技術(shù)、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(shù)的特點VR技術(shù)具有3I特征[4-5]，即沉浸性（Immersion）、交互性（Interactivity）、構(gòu)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(gòu)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(gòu)想客觀不存在的環(huán)境。

1.3 VR技術(shù)的優(yōu)勢VR技術(shù)與傳統(tǒng)康復(fù)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(xùn)練，而且同樣的場景和任務(wù)可以重復(fù)進行。（2）VR技術(shù)構(gòu)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(fù)。（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(fù)訓(xùn)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(yīng)的調(diào)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(xí)得的各項技能可以更好地運用于現(xiàn)實生活中。

2 VR技術(shù)在康復(fù)治療中的應(yīng)用

VR技術(shù)用于康復(fù)治療的作用機制主要是重復(fù)、反饋和動機三個關(guān)鍵環(huán)節(jié)[8]。重復(fù)是習(xí)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(xí)得一項新技能。

2.1 VR技術(shù)在運動康復(fù)中的應(yīng)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(fù)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(yīng)用VR技術(shù)改善腦卒中患者的運動功能障礙已成為康復(fù)治療領(lǐng)域研究的熱點[11-12]。

2.1.1 平衡和協(xié)調(diào)訓(xùn)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(dǎo)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(xùn)練是非常有必要的[13]。大量研究表明，VR技術(shù)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(fù)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(xí)，實驗組進行1.5小時的標準物理治療練習(xí)，并增加半個小時的VR平衡游戲作為干預(yù)，干預(yù)措施每周進行兩次，總共訓(xùn)練6周。用Barthel指數(shù)評估干預(yù)前后的日常生活活動，結(jié)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(shè)計了一款基于VR技術(shù)的下肢平衡康復(fù)訓(xùn)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(yīng)用VR技術(shù)進行平衡功能訓(xùn)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(xùn)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(shù)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(shù)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(xùn)練計劃的前60名患者的臨床記錄數(shù)據(jù)，每周培訓(xùn)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(jié)果顯示：訓(xùn)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%。可見VR跑步機訓(xùn)練是一種有效且實用的訓(xùn)練方式，且可用于門診物理治療，這種訓(xùn)練導(dǎo)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(jié)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(xué)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(fù)訓(xùn)練：腦卒中偏癱患者往往由于力量減弱和反饋能力下降，導(dǎo)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(fù)訓(xùn)練技術(shù)，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(nèi)外已經(jīng)對該領(lǐng)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?；颊弑环峙涞絻蓚€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(jié)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(jié)果顯示，兩種治療方法均顯著改善F-MUE和FIM評分，但VR康復(fù)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(yīng)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(fù)比傳統(tǒng)干預(yù)措施在恢復(fù)上肢運動障礙和運動相關(guān)功能能力方面更有效。國內(nèi)很多學(xué)者也對上下肢康復(fù)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(xùn)練，并進行VR技術(shù)結(jié)合綜合療養(yǎng)康復(fù)，對照組僅給予常規(guī)作業(yè)訓(xùn)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(cè)上肢肌力評分的變化情況。結(jié)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(cè)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(shù)結(jié)合綜合療養(yǎng)康復(fù)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(yīng)用。

2.2 VR在認知康復(fù)中的應(yīng)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(dǎo)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(fù)，因此成了醫(yī)學(xué)界面臨的重要課題。將VR技術(shù)應(yīng)用于認知障礙的康復(fù)，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(fù)療法所無法比擬的優(yōu)勢。Larson等[33]選取急性住院康復(fù)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(xùn)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(xùn)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(jié)果也顯示，基于VR技術(shù)的認知康復(fù)較傳統(tǒng)康復(fù)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(xùn)練，結(jié)果顯示，此訓(xùn)練可以改善腦損傷患者的記憶障礙。

2.3 VR在遠程康復(fù)中的應(yīng)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(shè)施和醫(yī)療水平存在很大的差距，康復(fù)醫(yī)療機構(gòu)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(fù)服務(wù)，給廣大群眾帶來了諸多不便。將VR技術(shù)與現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)結(jié)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(fù)醫(yī)學(xué)的發(fā)展帶來革命性的變化。Johnson等[36]利用網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)使腦卒中患者可以在家中進行康復(fù)訓(xùn)練。黃鵬等[37]設(shè)計了一套遠程監(jiān)測系統(tǒng)，指導(dǎo)全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)(total knee arthroplasty，TKA)后患者在家進行屈膝和行走訓(xùn)練，該系統(tǒng)實現(xiàn)了TKA術(shù)后屈膝和行走訓(xùn)練的準確識別，為術(shù)后居家康復(fù)訓(xùn)練的遠程監(jiān)控和指導(dǎo)提供了有效方法。高修明等[38]通過網(wǎng)絡(luò)視頻互動的遠程康復(fù)模式對腦卒中偏癱出院患者進行康復(fù)，其運動功能恢復(fù)及日常活動能力均有明顯改善。可見，VR技術(shù)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(fù)的建設(shè)進程。

2.4 VR在日常生活行為康復(fù)訓(xùn)練中的應(yīng)用VR技術(shù)與傳統(tǒng)康復(fù)相比，可以模擬真實生活場景、提供日常生活技能訓(xùn)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(jié)合機器人輔助支持ADL的康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，讓訓(xùn)練者在虛擬環(huán)境中跟著計算機程序?qū)W習(xí)諸如烹飪、倒茶、打掃、購物等日常生活行為，不僅可以保證訓(xùn)練方式的一致性，還能降低錯誤操作導(dǎo)致的危險。

3 總結(jié)與展望

VR技術(shù)在康復(fù)治療方面的應(yīng)用已取得了很大的進步，打破了傳統(tǒng)訓(xùn)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(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)大多是針對某類障礙設(shè)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(xùn)練方式；VR康復(fù)系統(tǒng)的建設(shè)還處在剛剛起步階段，虛擬設(shè)備生產(chǎn)成本較高，難以實現(xiàn)大規(guī)模使用；國內(nèi)的虛擬設(shè)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(fù)方面的研究還比較少等。但是我們相信，隨著眾多學(xué)者的不懈努力和積極探索，VR技術(shù)必將日臻成熟，并在康復(fù)治療中發(fā)揮越來越重要的作用。

目前，VR技術(shù)在康復(fù)治療方面如運動康復(fù)、認知康復(fù)、遠程康復(fù)、日常生活行為康復(fù)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(zhì)量的隨機對照臨床試驗研究，在今后的工作中應(yīng)盡量彌補此項不足。為了使VR技術(shù)更好地運用于康復(fù)治療領(lǐng)域，更好地服務(wù)于人類社會，我們的研究重點應(yīng)該放在設(shè)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(shù)更加普及和適合國人。