渠晨歡，武寶愛

0 前言

腦性癱瘓（CP）是指在幼兒腦發(fā)育未成熟時，受到非進行性腦損傷，導致患兒神經(jīng)發(fā)育障礙，出現(xiàn)以運動功能、姿勢控制障礙為特征的神經(jīng)障礙綜合癥[1]。這種神經(jīng)障礙從幼兒時期開始出現(xiàn)，并持續(xù)終身，因此腦癱是神經(jīng)發(fā)育遲緩范疇中最嚴重的身體殘障，并且通常伴有認知、語言等能力的損傷。引發(fā)腦癱的非進行性腦損傷的原因主要分3類，即產(chǎn)前、產(chǎn)時和產(chǎn)后，對幼兒腦錐體系、錐體外系或小腦產(chǎn)生不可逆損傷[2]。這類腦損傷導致的功能障礙長期存在，給患兒家庭甚至社會造成巨大的負擔。為提高腦癱患兒的運動功能，減輕患兒家庭的壓力，降低社會負擔，腦癱兒童的運動康復備受研究者關注。

1 虛擬現(xiàn)實技術的概念及應用

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）技術是一種多學科交叉應用技術，綜合利用了計算機網(wǎng)絡技術和仿真人機交互技術，模擬輸入視覺和觸覺等感知，特點是讓使用者有身臨其境的感受和體驗。將傳統(tǒng)康復與虛擬現(xiàn)實技術相結合，對腦癱客戶進行康復訓練，可以有效提高客戶的運動能力，改善客戶認知。

虛擬現(xiàn)實技術是由美國的Lanier公司于20世紀80年代首次提出的，借助計算機編程生成一種3D模擬場景，通過穿戴相應的輔助設備使使用者沉浸入該虛擬場景中，建立起人機交互模式[3]。虛擬現(xiàn)實技術包括3部分：計算機圖形技術、現(xiàn)實技術、多功能傳感器交互式接口技術。結合這些技術，可以產(chǎn)生以沉浸性、交互性、構想性為特征的虛擬現(xiàn)實場景，刺激使用者的視覺、聽覺、觸覺，使使用者可以對場景進行交互觀察與控制。虛擬現(xiàn)實技術根據(jù)浸入程度主要分兩大類：需要借助穿戴傳感頭盔和手套進行感覺輸入的為完全沉浸式；而直接將影像投射在屏幕上的為非沉浸式虛擬現(xiàn)實技術，非沉浸式虛擬現(xiàn)實技術的感覺輸入與投射屏幕的大小成正比。

近幾年，這種使人產(chǎn)生身臨其境感覺的虛擬現(xiàn)實技術在多個學科領域內受到關注并被引入使用，是今后多學科發(fā)展趨勢之一。國內虛擬現(xiàn)實技術在康復中的應用較國外晚，開始主要用于偏癱患者、骨傷患者的功能訓練，后隨著廣泛的推廣逐漸用于腦癱康復。應用虛擬現(xiàn)實技術的康復訓練在改善肢體障礙、認知能力、心理干預等方面均有成效，且兒童具有很大的應用潛力。

2 虛擬現(xiàn)實技術對腦癱患兒的作用

2.1 虛擬現(xiàn)實技術對腦癱患兒上肢運動功能的影響

上肢運動功能是患兒參與日常生活活動的關鍵，而腦癱患兒上肢肌肉痙攣和攣縮，引起如肩內收內旋、前臂旋前、腕下垂等關節(jié)病變[4]。腦癱患兒肩上舉困難、雙上肢運動不協(xié)調、手抓握困難，對上肢粗大運動、精細運動都存在不同程度的影響，并減低患兒上肢反應能力，難以對變化的環(huán)境及時作出反應[5]，所以迫切需要有效的鍛煉以恢復患兒上肢功能。目前廣泛使用的物理治療包括PNF（本體感覺神經(jīng)肌肉促進療法）、Bobath（神經(jīng)生理療法）、強制性使用等神經(jīng)發(fā)育療法，可以有效緩解腦癱患兒的肌肉痙攣，部分改善其上肢運動功能，然而這些治療要求治療師有熟練的技能，患兒在家中沒有治療師的指導難以準確重復地得到訓練，且不同的治療師也無法為患兒提供高重復連貫性的訓練，因此就需要更加智能化的康復技術。

國內外已經(jīng)有大量的研究證明，虛擬現(xiàn)實技術對減輕上肢功能障礙，提高手功能有明顯的效果。Rathinam通過元分析發(fā)現(xiàn)使用虛擬現(xiàn)實技術的腦癱兒童手功能恢復程度與患兒的年齡成反比，與每日的訓練強度成正比，這可能是由于腦癱兒童的腦神經(jīng)可塑性與年齡為負相關[6]。Yoo利用生物反饋結合虛擬現(xiàn)實對18例痙攣型腦癱患兒上肢運動功能進行訓練并評估，測量上肢肌電反饋，結果發(fā)現(xiàn)結合虛擬現(xiàn)實技術后，訓練使患兒的肱三頭肌肌肉激活更有效，改善肌肉失衡和肢體協(xié)調異常，促進兒童上肢精細活動的靈活性[7]。虛擬現(xiàn)實訓練更像是一種游戲體驗，在虛擬環(huán)境中以任務為導向，建立可重復的即時反饋的活動，根據(jù)需要靈活調整任務難度，并提供更多的視、聽覺反饋，這種游戲的人機交互方式能減少傳統(tǒng)康復的枯燥吸引患兒的參與[8,9]。從運動技能形成方面講，運動技能的掌握需要經(jīng)過泛化、分化、自動化的過程，要使動作協(xié)調連續(xù)準確、大腦皮質興奮性抑制更為精確，就需要對每個動作進行重復訓練，并逐漸過渡到更為連續(xù)的過程。Jakub等人分別招募了16名健康人和12名偏癱患者進行虛擬現(xiàn)實訓練，在訓練前后進行fMRI（功能性磁共振成像）檢查，測量視覺反饋強度與反應時長，發(fā)現(xiàn)腦右側顳葉皮層、頂葉皮層、額上回和額下回出現(xiàn)視覺反饋延遲，同側的運動皮層和雙側的感覺運動區(qū)域都被激活，介導神經(jīng)可塑性增強，促使大腦的功能鏈接[10,11]。虛擬現(xiàn)實訓練可以使訓練者在低注意力下進行準確的高重復性訓練[12]，使其運動功能得到優(yōu)化，再結合模擬環(huán)境，將功能訓練逐漸過渡到日常生活中。虛擬現(xiàn)實訓練的即時反饋不止于動作是否完成，還能對完成效果進行評估，腦癱兒童可以通過競技得分的方式，比較動作質量獲取進步目標，從而吸引患兒的興趣。由于游戲模式將腦癱患兒的注意力轉移至運動外部，在低注意力下完成的動作相較于在高注意力下完成的動作，運動獲得性更好、更準確。

2.2 虛擬現(xiàn)實技術對腦癱患兒下肢步行能力的影響

不同類型的腦癱兒童存在不同的步態(tài)異常。偏癱型腦癱患兒表現(xiàn)為一側肢體的運動失控，痙攣型腦癱患兒占腦癱患兒總數(shù)的一半以上，為最常見的腦癱類型，主要表現(xiàn)為肌肉持續(xù)性緊張，肌張力增高使肢體運動姿勢異常[13]。長期的姿勢異常易引起人體關節(jié)的異常，進一步加重肌肉痙攣[14]，同時會導致無法進行重心轉移、難以保持步態(tài)平衡、運動控制差等問題。虛擬現(xiàn)實技術在改善腦癱患兒的平衡、步行能力方面有明顯作用，選擇性的增加膝關節(jié)控制能力。Chunhee Cho等人招募了18名腦癱兒童，實驗組安排了每周3次、每次30 min的虛擬現(xiàn)實步行訓練，8周后虛擬現(xiàn)實訓練組的兒童PBS（兒童平衡量表）分數(shù)從31.3提升到34.6，平衡能力較對照組顯著提高，同時步行速度也明顯提高[15]。Gordon等人招募7名腦癱患兒，進行了6周的虛擬現(xiàn)實模擬訓練，訓練后腦癱患兒的粗大運動評定量表評分增加了7.34分，顯示有顯著的治療作用[16]。Marie讓4名腦癱兒童進行了短時間高強度的虛擬現(xiàn)實模擬步行訓練，對比訓練前后的運動功能發(fā)現(xiàn)，在平衡轉移能力、6 min步行實驗上有明顯的提高，且治療作用在訓練結束后持續(xù)一至兩個月，說明虛擬現(xiàn)實技術模擬步行可以提高腦癱兒童的步行平衡能力、耐力，并出現(xiàn)延時治療作用[17]。Meyns招募了12名下肢手術6周后的腦癱患兒進行虛擬現(xiàn)實模擬運動康復隨機對照實驗，經(jīng)過6個月的運動訓練，發(fā)現(xiàn)進行虛擬現(xiàn)實訓練的患兒有很高的依從性，在坐位平衡能力上表現(xiàn)略為突出，在站位行走上無明顯差異，可能是在運動訓練過程中，不斷地突破了患兒的穩(wěn)定極限，增強了軀干控制性[18]。腦癱患兒通過虛擬現(xiàn)實訓練后在分離運動、保護性伸展反射方面也有明顯提高。游戲愉悅性和訓練動機在促進患兒的訓練依從性上起到了關鍵的作用，并且降低了患兒VAS（視覺模擬評分法）疼痛得分[19]。改善功能程度與每日虛擬現(xiàn)實訓練的治療劑量有關，每日訓練頻率越多、訓練時間越長，對腦癱患兒的行走能力穩(wěn)定性改善越明顯。平衡和步態(tài)是預測功能獨立性的重要因素，特別是對跌倒風險的評估。因此虛擬現(xiàn)實模擬訓練能有效改善腦癱患兒的下肢步行能力。

2.3 虛擬現(xiàn)實技術對腦癱患兒認知能力的影響

虛擬現(xiàn)實技術不僅使患者在運動功能上有明顯的提高，在改善認知方面也有著無法比擬的優(yōu)勢。有研究發(fā)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實技術對多種疾病患者的認知均有顯著影響，特別是帕金森、阿爾茨海默病、腦卒中、腦癱等腦損傷較重又難以恢復的患者[20]。采用青島海藍康復器械HLKF-DT-01數(shù)字評估與互動訓練系統(tǒng)，訓練非癡呆型血管性認知障礙患者，發(fā)現(xiàn)相較于傳統(tǒng)認知訓練，這種訓練可以有效改善認知能力，特別是空間定位與執(zhí)行功能、命名、注意、延遲回憶、定向能力方面[21]。Shirley等人招募了14名注意力缺陷兒童，為他們安排了6周的結合機器人的虛擬模擬繞過障礙物的步行訓練，經(jīng)過18次的訓練后，患兒除了在步態(tài)變得更有規(guī)律性外，兒童的執(zhí)行能力有顯著的提高，記憶指數(shù)也同樣有所增加，兒童的持續(xù)注意能力也得到改善[22]。在Borrego的研究中也證實了虛擬現(xiàn)實技術對提高患兒認知功能有效[23]。這種虛擬模擬技術是否能有效改善腦癱患兒的認知能力仍有爭議，可能的原因是治療系統(tǒng)的選擇不同，治療結果也有差異。將虛擬現(xiàn)實技術運用到認知訓練中，不僅以游戲的方式更吸引患者的興趣，使患兒有更積極的參與性，而且使遠程康復成為可能。患兒的康復是長期的，且由于認知障礙恢復較軀體運動功能恢復慢，患兒在部分生活自理回歸家庭及社會后，在很長一段時間內仍需要認知功能的訓練。然而去醫(yī)院、診所由治療師訓練時間精力成本都較大，難以持續(xù)有效的進行認知訓練。虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展為醫(yī)生對患者的遠程評估、監(jiān)測及治療提供了技術支持。

3 虛擬現(xiàn)實技術在腦癱運動康復中的展望

3.1 虛擬現(xiàn)實技術促進腦癱兒童遠程康復

遠程康復為患兒家庭和康復師之間建立了橋梁，在一定程度上解決了住院康復和門診康復帶來的經(jīng)濟壓力，又能保持為患兒提供持續(xù)、有效的運動訓練[24]。目前遠程康復主要有借助社交媒體或虛擬現(xiàn)實兩種方式。相較于社交媒體提供的遠程康復[25]，虛擬現(xiàn)實可以提供更多樣的模擬訓練方式，且更便于遠程控制及實時監(jiān)督，為腦癱兒童的運動康復提供更多可靠、可選擇的方案。Kairy招募52例偏癱患者，對實驗組應用虛擬現(xiàn)實技術和互聯(lián)網(wǎng)通信進行四周上肢遠程運動訓練，發(fā)現(xiàn)在一定程度上也能達到良好的功能恢復，部分提升家庭參與能力，使患兒在家庭康復中的運動效果連貫且有效[26]。然而受限于設備的高昂價格和技術的不成熟，目前這種虛擬現(xiàn)實相結合的遠程康復技術在國內難以推廣[27,28]。如何降低成本又建立更完善的虛擬現(xiàn)實技術，為腦癱兒童遠程運動康復提供有力支持，值得今后更深入的研究。

3.2 虛擬現(xiàn)實技術緩解疼痛

除了伴有肌肉骨骼運動障礙外，高達70%的痙攣型腦癱患兒也受到疼痛問題的困擾[29]。疼痛這種共性問題，可能加重患兒的肢體畸形和姿勢異常，并致使腦癱患兒產(chǎn)生不愉快、焦慮等負向心理，進一步影響康復功能訓練，使其難以配合甚至拒絕主動活動，降低治療效果，嚴重降低腦癱兒童的主觀幸福感。引起痙攣型腦癱患兒疼痛的原因主要與肌肉張力過高、不合理的訓練強度、便秘等有關[30]。Khadra認為虛擬現(xiàn)實可以作為新型的非藥理學心理輔助物，可以使患者通過沉浸式虛擬模擬技術轉移注意力、克服恐懼、緩解疼痛，并能緩解疾病后焦慮、抑郁[31]。Wittkopf發(fā)現(xiàn)患者在虛擬現(xiàn)實訓練時，與疼痛相關的大腦區(qū)域活動減少，對患肢疼痛的關注減低，疼痛閾值得到調節(jié)[32]。Solca將鏡像療法和沉浸式虛擬現(xiàn)實結合起來，增強患者的多感官刺激，通過與健康人對比心率變異性和疼痛評估，發(fā)現(xiàn)沉浸式虛擬現(xiàn)實訓練通過重復性活動和延長治療時限，使疼痛治療整和在運動訓練中，減低了肢體疼痛程度[33]。目前的實驗主要關注在燒傷疼痛、幻肢痛等方面，對于由于肌肉痙攣等原因導致的疼痛是否有同樣影響，需要有進一步的研究證實。

4 小結

虛擬現(xiàn)實運動訓練相對于傳統(tǒng)康復有明顯的優(yōu)勢。由于傳統(tǒng)康復多在治療室中練習，患者在接受傳統(tǒng)康復之后，在訓練室中雖然其功能有所改善，能全部或部分達到日常生活活動能力，但絕大多數(shù)的患者在離開治療室后，難以維持治療效果，滿足其日常生活活動需要。虛擬現(xiàn)實技術運用在康復中，通過場景模擬在很大程度上彌補了這一缺陷，幫助患兒恢復部分運動功能，提高獨立生活能力。模擬生活場景中的日?；顒?，不僅可以消除患兒的緊張感，也可以起到由治療室向社會活動逐漸過渡的作用，并且降低錯誤操作導致危險的可能性。

近幾年來，虛擬現(xiàn)實技術在腦癱患兒運動康復中得到逐漸推廣，其治療效果也得到認證。目前虛擬現(xiàn)實技術結合機器人對腦癱患兒運動功能訓練的研究較多，大量的結果表示虛擬現(xiàn)實技術作為新穎的運動康復手段可以改善腦癱患兒的運動技能，主要表現(xiàn)在上肢精細運動的提高及下肢關節(jié)運動控制能力的改善。部分研究支持虛擬現(xiàn)實訓練對認知能力的改善并能緩解疼痛，但對于運動功能改善的評估以主觀量表為主，缺乏更為客觀的評估手段。同時國內相關研究可以進一步采用大樣本隨機對照實驗進行驗證，進而為臨床提供循證依據(jù)，指導運動治療方案。