蔣思琪,黃歡歡,余馨雨,羅欣,陳麗娟,趙林博,王琦,肖明朝,趙慶華

(1.重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院 護理部,重慶400016;2.重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院 信息中心;3.重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院 泌尿外科)

全球疾病負擔報告[1]顯示,約有17.1億人患有肌肉骨骼疾病。在過去30年里,肌肉骨骼疾病的康復(fù)需求大幅增長,每3人中就有1人需要接受康復(fù)治療[2]?？祻?fù)治療對肌肉骨骼疾病而言尤為重要,可以有效減輕肌肉骨骼疾病患者的疼痛、增強其肌肉力量,進而改善身體活動能力,提高生活質(zhì)量[3]。虛擬現(xiàn)實(virtual reality,VR)技術(shù)以計算機為載體,結(jié)合人工智能、傳感器、計算機仿真等多種技術(shù)生成虛擬環(huán)境,為用戶提供多信息、三維動態(tài)、交互式的虛擬現(xiàn)實體驗[4]。VR技術(shù)作為非藥物干預(yù)的方法之一,近年來逐步被用于肌肉骨骼疾病康復(fù)中。我國工信部等五部門聯(lián)合印發(fā)的《虛擬現(xiàn)實與行業(yè)應(yīng)用融合發(fā)展行動計劃(2022—2026年)》也特別強調(diào)[5],要推動虛擬現(xiàn)實在康復(fù)護理等場景應(yīng)用落地。因此,本文擬從VR技術(shù)概述、VR在肌肉骨骼疾病中的應(yīng)用場景、適用人群、應(yīng)用方法和效果展開綜述,提出面臨的挑戰(zhàn)及展望,以期為我國臨床醫(yī)護人員在肌肉骨骼疾病康復(fù)中進一步推廣應(yīng)用該技術(shù)提供參考。

1 概述

VR技術(shù)的起源可以追溯到20世紀60年代,電影攝影師Morton Heilig發(fā)明了一套蘊含VR技術(shù)思想理論的多通道仿真體驗系統(tǒng)Sensorama[6]?！皏irtual reality”一詞在1987年被首次提出[7]。VR的特征被Burdea等[6]概括為經(jīng)典的3I:immersion(沉浸性)、interaction(交互性)和imagination(構(gòu)想性),沉浸性指用戶身處于虛擬環(huán)境中,有一種身臨其境的感覺;交互性指用戶可以通過傳感器等設(shè)備與虛擬環(huán)境進行人機交互;構(gòu)想性指用戶可以利用在虛擬環(huán)境中獲得的新知識,對現(xiàn)實環(huán)境進行改造,對其未來進行想象。

2 VR技術(shù)在肌肉骨骼疾病康復(fù)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 應(yīng)用場景

2.1.1 評估關(guān)節(jié)功能 肌肉骨骼疾病是影響肌肉、關(guān)節(jié)、肌腱、骨骼、軟骨、韌帶和神經(jīng)等的一組疾病[8]。關(guān)節(jié)活動度(range of motion,ROM)是評估關(guān)節(jié)功能的重要指標,常用于制訂康復(fù)計劃和監(jiān)測康復(fù)效果。量角器和電子角度計等測量工具具有體積小、便攜、成本低等優(yōu)點,是臨床應(yīng)用最廣泛的測量工具之一,但其測量可重復(fù)性較差[9]。交互式VR將傳統(tǒng)的物理評估轉(zhuǎn)化為有趣的游戲形式,如通過頭部運動或手腕伸曲來控制虛擬元素,從而評估ROM,經(jīng)驗證,該技術(shù)對慢性頸部疼痛和橈骨骨折患者的ROM評估具有較高的有效性和可靠性[10]。

2.1.2 輔助康復(fù)訓(xùn)練 肌肉骨骼疾病不良后果嚴重,影響患者日常生活功能,與老年人跌倒、失能、骨折等不良事件密切相關(guān)[11]?？祻?fù)訓(xùn)練包括被動訓(xùn)練和主動訓(xùn)練,能夠減緩疾病進展,降低殘疾程度[12]。VR技術(shù)通過游戲化訓(xùn)練、模擬現(xiàn)實任務(wù)等方式增強功能能力、減輕疾病癥狀,為肌肉骨骼疾病的康復(fù)訓(xùn)練提供了新的手段[13]。除了對身體有益外,VR輔助的康復(fù)訓(xùn)練較傳統(tǒng)康復(fù)更能提高患者的鍛煉興趣和動機[14]。然而,目前的文獻證據(jù)不足,因此,需要更多的研究來探討VR輔助康復(fù)訓(xùn)練在肌肉骨骼康復(fù)中的效果。

2.1.3 優(yōu)化疼痛管理 疼痛是肌肉骨骼疾病的常見癥狀之一,其管理策略包括藥物和非藥物干預(yù),其中非藥物干預(yù)主要包括物理治療、分散注意力、健康教育等。作為非藥物干預(yù)的新興手段,VR技術(shù)在疼痛管理中展現(xiàn)出巨大潛力,但其影響疼痛的機制仍需深入探究[15]。已有研究[16]證實,交互式VR在減輕疼痛程度方面的效果優(yōu)于傳統(tǒng)康復(fù),而非沉浸交互式VR在改善心理困擾方面的效果與傳統(tǒng)康復(fù)相似,因此作者提出,交互式VR可作為一種選擇性或替代性的康復(fù)手段,以緩解慢性肌肉骨骼疾病患者的疼痛與心理困擾。

2.2 適用人群 一項薈萃分析[17]從活動度、力量、功能、平衡、步態(tài)和疼痛等方面評估了VR在骨科康復(fù)中的有效性,分析發(fā)現(xiàn),現(xiàn)有數(shù)據(jù)為VR在慢性頸部疼痛及肩夾擠癥候群的應(yīng)用上提供了有力支持,同時表明其可作為類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、膝關(guān)節(jié)炎、前交叉韌帶重建術(shù)后及踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)的有效康復(fù)手段。但該研究在社會心理層面的評估上有所欠缺。因此,為更全面地了解VR在肌肉骨骼康復(fù)中的適用人群,未來需要系統(tǒng)評價VR在社會心理層面的影響。

2.3 應(yīng)用方法 考慮到VR系統(tǒng)的復(fù)雜性,應(yīng)由具備VR和肌肉骨骼疾病專業(yè)知識的醫(yī)護人員對患者進行運動指導(dǎo)。應(yīng)用前,醫(yī)護人員需做好評估和解釋工作,教會患者及家屬相關(guān)操作;同時,還需排除不適合的運動,并根據(jù)患者的病情、年齡、活動能力和偏好等因素選擇合適的鍛煉游戲。在應(yīng)用過程中,醫(yī)護人員可根據(jù)患者的具體表現(xiàn)和需要靈活調(diào)整參數(shù),如游戲時長、關(guān)卡復(fù)雜度等,以實現(xiàn)個性化、系統(tǒng)化的康復(fù)目標。此外,應(yīng)對患者進行動態(tài)評估和總結(jié),處理運動中遇到的各種問題,并獲取患者及家屬的反饋意見,及時調(diào)整康復(fù)方案。

2.3.1 Kinect系統(tǒng) Kinect系統(tǒng)由虛擬環(huán)境、傳感器和監(jiān)視軟件包等組成。Kinect傳感器具有語音識別、手勢識別、人臉識別等多種功能,其最大特點是將人機互動的理念完全展現(xiàn)出來,主要利用實時捕捉和渲染數(shù)據(jù),偵測人體骨骼信息并進行骨骼追蹤,因此患者無需使用其他設(shè)備,但當肢體運動出現(xiàn)重疊時,動作捕捉會產(chǎn)生一定誤差[18]。在使用過程中,患者需模擬虛擬化身的動作,并保持自身動作的角度、速度和流暢度與虛擬形象高度一致,以提高得分,從而引導(dǎo)患者進行正確的康復(fù)訓(xùn)練[19]。

2.3.2 Nintendo Wii系統(tǒng) 相較于Kinect,Wii的設(shè)備構(gòu)造更為簡潔,主要由主機和手柄運動傳感設(shè)備組成。Nintendo Wii系統(tǒng)包括Wii Sports以及Wii Fit等,Wii Sports 提供了網(wǎng)球、棒球、保齡球、高爾夫球和拳擊5種運動,而Wii Fit則展了鍛煉游戲的種類,包括瑜伽、肌肉力量訓(xùn)練、平衡游戲和有氧運動四大類別[20]。使用時,患者站在平衡板上,其體重和重心的變化由壓力傳感器檢測;患者通過改變重心位置控制虛擬環(huán)境的變化,同時通過手柄運動傳感器操控屏幕中角色的動作,使得患者在虛擬環(huán)境中的運動體驗更趨近于現(xiàn)實生活中的各類運動項目。

2.3.3 其他系統(tǒng) 與Kinect的身體動作捕捉不同,頭戴式VR系統(tǒng)更側(cè)重于視覺和聽覺的沉浸式體驗。例如,Oculus Rift通過精確的頭部跟蹤、高質(zhì)量的視聽效果以及手部跟蹤和控制器輸入,使得患者能夠在虛擬環(huán)境中沉浸式地進行各種康復(fù)訓(xùn)練,如模擬行走、平衡練習(xí)以及抓握練習(xí)等[21]。除此之外,還有一些其他的VR系統(tǒng)也在肌肉骨骼康復(fù)領(lǐng)域有所應(yīng)用。VRRS是一種集遠程管理、實時監(jiān)控與個性化康復(fù)于一體的居家康復(fù)系統(tǒng),由操作員工作站和用戶移動套件組成,操作員工作站用于遠程管理設(shè)備、制訂康復(fù)計劃、跟蹤進展,并通過實時視頻通話接收反饋;患者配備了平板電腦,該平板電腦與可穿戴傳感器結(jié)合使用,以執(zhí)行鍛煉計劃[22]。但因技術(shù)成熟度、設(shè)備成本、用戶接受度等多種因素,該系統(tǒng)目前還未得到廣泛使用。

3 VR技術(shù)在肌肉骨骼疾病康復(fù)中的應(yīng)用效果

3.1 助力精準評估,滿足居家康復(fù)需求 VR技術(shù)將提供運動指導(dǎo)、監(jiān)測運動情況的場所拓寬至家庭場景,不僅節(jié)約了醫(yī)療人力資源,還有利于保持康復(fù)治療的連續(xù)性。Antón等[23]的研究顯示,全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)患者對基于Kinect的遠程康復(fù)系統(tǒng)表現(xiàn)出較高的滿意度和持續(xù)使用興趣,患者在運動過程中可觀察自己的3D虛擬化身動作,并將其與物理治療師的虛擬化身進行對比,同時物理治療師可以遠程監(jiān)測和評估,根據(jù)患者的狀況和進展調(diào)整康復(fù)方案。此外,Zhao等[24]將Kinect和慣性測量單元相結(jié)合設(shè)計了一個交互式康復(fù)系統(tǒng),旨在為全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)(total knee arthroplasty,TKA)患者提供低成本、連續(xù)和便捷的家庭康復(fù)護理服務(wù),研究表明該系統(tǒng)能夠可靠地評估TKA患者居家康復(fù)活動質(zhì)量和數(shù)量。因此,隨著科技的普及以及虛擬設(shè)備價格的降低,基于VR的家庭遠程康復(fù)可能是未來的一個研究方向,有利于進一步促進我國延續(xù)護理的發(fā)展[25]。

3.2 改善功能狀態(tài),提高生活質(zhì)量 目前研究者主要對VR技術(shù)在身體活動度、平衡能力和肌肉力量的影響進行了探索。Su[26]發(fā)現(xiàn),與對照組TKA患者(101.36°)相比,實驗組需要在健身單車游戲中左右移動身體以獲得獎勵或避免障礙,從而顯著改善了膝關(guān)節(jié)平均彎曲角度(109.28°),但該研究的干預(yù)時間僅為6 d。Yoon等[27]以30例TKA老年患者為研究對象,試驗組患者通過佩戴VR眼鏡左右移動以避開障礙物來參與平衡游戲,結(jié)果發(fā)現(xiàn),實驗組和試驗組在靜態(tài)平衡、動態(tài)平衡和膝關(guān)節(jié)功能方面均有明顯改善,但試驗組在動態(tài)平衡方面的改善更大。Yalfani等[28]使用HTC Vive系統(tǒng)對老年慢性腰痛患者進行了3次/周、30 min/次的運動干預(yù),發(fā)現(xiàn)為期8周的干預(yù)計劃結(jié)束后,患者的功能得到了改善,進一步降低了跌倒風(fēng)險,提高了生活質(zhì)量。但有系統(tǒng)評價[29]指出,基于VR的康復(fù)治療對ROM的改善程度并不優(yōu)于常規(guī)康復(fù)治療組,對姿勢或平衡控制也沒有顯著影響。因此,在改善活動度、平衡能力等功能狀態(tài)方面,VR相較于傳統(tǒng)康復(fù)訓(xùn)練的優(yōu)劣性仍存在較大爭議,需要大樣本、高質(zhì)量的隨機對照進行驗證。

3.3 減輕疼痛程度,促進心理健康 盡管目前關(guān)于VR如何產(chǎn)生鎮(zhèn)痛作用的確切機制尚未完全明了,但有研究[30]指出,VR技術(shù)可能基于分散注意力這一機制減輕疼痛,通過提供視覺、聽覺等刺激使患者沉浸于虛擬環(huán)境中,減少患者對疼痛的關(guān)注。Cetin等[31]將41例慢性頸痛患者隨機分為VR組和運動控制練習(xí)組,VR組患者佩戴VR眼鏡體驗海洋場景和世界各地的美景的同時還能完成頸部的活動,經(jīng)過為期8周、3次/周的訓(xùn)練后,研究發(fā)現(xiàn)應(yīng)用VR可改善慢性頸部頸痛患者的本體感覺,減輕頸椎疼痛。另一方面,疼痛強度的降低可能與心理困擾的減少有關(guān)。已經(jīng)有學(xué)者[32]發(fā)現(xiàn),為期8周的VR治療不僅可以降低疼痛強度,還可以改善疼痛對活動、情緒和壓力的干擾。盡管,目前有研究[31-32]證實了VR在肌肉骨骼疾病患者疼痛緩解方面的有效性,但大多數(shù)研究僅討論了短期的鎮(zhèn)痛效果,并沒有關(guān)于長期效果的報告。此外,未來還可以針對不同部位疼痛緩解的效果展開進一步討論。

3.4 激發(fā)運動興趣,增強依從性 運動療法是肌肉骨骼康復(fù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié),然而堅持運動往往是困難的,VR技術(shù)通過趣味性游戲、提供反饋信息和正面激勵等方式在改善運動依從性方面發(fā)揮著重要作用。Lin等[33]通過Hot Plus系統(tǒng)對膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎患者實施為期4周的基于VR的鍛煉游戲康復(fù)計劃,該計劃包括“打鼴鼠”和“射箭”兩類游戲,每類包括3種難度,隨著訓(xùn)練的進行,研究人員根據(jù)患者情況調(diào)節(jié)游戲難度,患者在接受視覺、聽覺反饋的同時,還可看到游戲得分,結(jié)果顯示,鍛煉游戲組的依從性(100%)高于傳統(tǒng)治療性運動對照組(93%)。通過提供正面或負面的視聽反饋,患者能夠?qū)崟r地獲知自身情況以及需要改進的地方,不僅有助于激發(fā)其積極性,使他們持續(xù)參與游戲,還可以促使他們更有動力地朝著康復(fù)目標努力。

4 VR技術(shù)應(yīng)用于肌肉骨骼疾病的挑戰(zhàn)與展望

VR技術(shù)應(yīng)用于肌肉骨骼疾病康復(fù)已顯示出諸多益處,但依然存在一定局限性。首先,由于實際運動和VR系統(tǒng)視覺效果之間的延遲造成的眩暈癥等不良反應(yīng)限制了VR的推廣應(yīng)用,后續(xù)有待優(yōu)化VR技術(shù),改善患者的使用體驗。其次,人口老齡化可能是中國肌肉骨骼疾病導(dǎo)致的疾病負擔隨年齡的增長而增加的主要驅(qū)動因素之一[34]。因此在老齡化和數(shù)字化共振的背景下,智慧養(yǎng)老技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)品的發(fā)展有廣闊的市場前景。隨著年齡的增長,老年人在使用新技術(shù)時可能會因為學(xué)習(xí)和認知能力下降而出現(xiàn)理解與操作困難。與此同時,機能衰退導(dǎo)致的視力下降、誤操作后的緊張心理也會影響他們的操作體驗和訓(xùn)練效果。然而現(xiàn)有的商業(yè)游戲并不是專門為老年人設(shè)計的,缺乏面向老年人這一特殊人群使用的設(shè)計思考。未來可以結(jié)合老年人的生理、心理特征和使用體驗進行VR系統(tǒng)的調(diào)整或者開發(fā)設(shè)計新的VR系統(tǒng),為老年肌肉骨骼疾病患者提供技術(shù)支持[35]。

5 小結(jié)

基于VR的康復(fù),加速了現(xiàn)代信息技術(shù)與醫(yī)學(xué)的深度融合,打破了傳統(tǒng)康復(fù)護理模式的時間和地理限制,在提高肌肉骨骼疾病患者的運動依從性、緩解疼痛、改善功能狀態(tài)等方面展現(xiàn)出巨大的潛力,但現(xiàn)有研究證據(jù)尚不一致,還需優(yōu)化VR技術(shù),擴大樣本量,完善研究設(shè)計,延長隨訪時間,以進一步驗證方案的科學(xué)性和有效性,改善患者的康復(fù)效果,提高生活質(zhì)量。