虛擬現(xiàn)實技術(shù)在燒傷康復(fù)中的應(yīng)用進(jìn)展

王慧，范盧明，孫林利，張孟吉，李霞，孟美芬

1.昆明醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院燒傷科，云南昆明市650101；2.昆明醫(yī)科大學(xué)護(hù)理學(xué)院，云南昆明市650500；3.云南省第一人民醫(yī)院，云南昆明市650032

大面積燒傷后，患者經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)重、容貌改變、瘢痕增生攣縮、肢體關(guān)節(jié)功能障礙，導(dǎo)致工作、生活、學(xué)習(xí)能力下降，焦慮、恐懼、創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙(post-traumatic stress disorder,PTSD)等心理問題突出，遠(yuǎn)期生活質(zhì)量低下，嚴(yán)重阻礙其回歸社會[1-4]。我國大多數(shù)燒傷單位已開展功能訓(xùn)練和瘢痕治療。功能訓(xùn)練多以傳統(tǒng)手法牽伸或持續(xù)被動訓(xùn)練為主，因強(qiáng)制牽伸導(dǎo)致疼痛，效果不佳；疼痛管理和心理治療在大多數(shù)燒傷中心并未引起足夠重視，且缺乏規(guī)范、有效的干預(yù)措施[5-6]。虛擬現(xiàn)實技術(shù)于2000年被Hoffman等[7]用于輔助燒傷患者疼痛控制，隨后澳大利亞、荷蘭等國也開始將此技術(shù)引入燒傷領(lǐng)域，應(yīng)用范圍從輔助疼痛控制逐漸擴(kuò)展到心理治療和功能康復(fù)訓(xùn)練。

1 功能訓(xùn)練

將虛擬現(xiàn)實技術(shù)用于訓(xùn)練燒傷患者具體功能的研究較少，但可以借鑒其他領(lǐng)域的研究成果。

1.1 上肢

據(jù)美國燒傷學(xué)會統(tǒng)計，手部燒傷的發(fā)生率占所有燒傷的39%，手部功能占個體功能的57%，大多精細(xì)動作主要由手來完成，手功能障礙易造成個體自理能力受限，生活質(zhì)量低下[8]。目前臨床手功能康復(fù)以體位擺放和功能訓(xùn)練為主，輔以矯形器、壓力手套等防止手部肌肉攣縮、關(guān)節(jié)畸形及瘢痕增生，因訓(xùn)練形式單一、過程枯燥、疼痛管理不足等因素，患者難以長時間堅持，訓(xùn)練效果不佳。將虛擬現(xiàn)實引入手功能康復(fù)有助于解決這些問題。

Adamovich等[9]設(shè)計仿真鋼琴訓(xùn)練4例偏癱患者手及手臂功能，采用CyberGloves手套，系統(tǒng)可對受試者視覺、觸覺、聽覺做出反饋，患者通過鋼琴音符、聲音、音樂及手隨手臂運動的觸覺和視覺反饋訓(xùn)練手指功能，通過想象自己的手在虛擬空間中移動，增強(qiáng)參與感；手臂追蹤可輔助患者訓(xùn)練手及手臂的協(xié)調(diào)性，強(qiáng)調(diào)雙側(cè)運動及操作時間的整體性。訓(xùn)練10 d后，患者按鍵的準(zhǔn)確性和持續(xù)性均有提高；受傷最輕的2例，Jebsen手功能評定量表(Jebsen Test of Hand Function,JTHF)總用時下降；2例Wolf運動功能測試量表(Wolf Motor Function Test,WMFT)評分適度改善(9 s和4 s)，1例有重要改善(59 s)。手功能訓(xùn)練一直是燒傷領(lǐng)域的熱點和難點，虛擬鋼琴系統(tǒng)較好運用虛擬現(xiàn)實的多感知性、沉浸感和交互性訓(xùn)練患者手指的靈敏性，促進(jìn)患者主動運動。若將該系統(tǒng)用于訓(xùn)練燒傷患者的手功能，既可吸引患者，延長訓(xùn)練時間，又可減少常規(guī)牽拉訓(xùn)練造成的交叉感染等問題。

1.2 下肢

趙雅寧等[10]采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)聯(lián)合下肢康復(fù)機(jī)器人訓(xùn)練，模擬不同訓(xùn)練場景，如街道、運動場、公園等；8周后，患者Fugl-Meyer評定量表、Berg平衡量表評分均高于對照組。Gokeler等[11]用虛擬現(xiàn)實技術(shù)訓(xùn)練前交叉韌帶重建術(shù)后患者膝關(guān)節(jié)活動度，在一個非虛擬環(huán)境和展現(xiàn)人行橫道的虛擬環(huán)境中完成跳臺任務(wù)，運動分析系統(tǒng)根據(jù)測力板上的數(shù)據(jù)分析受試者膝關(guān)節(jié)屈曲角度、關(guān)節(jié)活動范圍和垂直于地面的作用力。研究顯示，虛擬現(xiàn)實組和非虛擬現(xiàn)實組在垂直于地面的作用力、關(guān)節(jié)活動范圍和膝關(guān)節(jié)屈曲角度上均有顯著性差異。這一研究顯示虛擬現(xiàn)實技術(shù)對膝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)有重要作用，可將虛擬現(xiàn)實應(yīng)用到燒傷患者膝關(guān)節(jié)康復(fù)中。

在燒傷領(lǐng)域，各國學(xué)者主要關(guān)注物理治療過程中的疼痛，沒有重視各肢體關(guān)節(jié)訓(xùn)練效果的測量。Markus等[12]使用虛擬現(xiàn)實頭盔和SnowWorld軟件為10例燒傷患者進(jìn)行物理治療，有一定效果，但受技術(shù)和人員培訓(xùn)的限制。此外，虛擬現(xiàn)實還用于改善老年人臀部肌力和平衡[13]，提高社區(qū)老年人平衡能力和靈活性；Oculus Rift虛擬現(xiàn)實眼鏡能控制燒傷患兒物理治療過程中的疼痛[14-15]。未來研究應(yīng)側(cè)重評價虛擬現(xiàn)實輔助燒傷患者功能訓(xùn)練的客觀效果，如關(guān)節(jié)活動度、運動范圍、燒傷瘢痕、握力等。

1.3 其他功能訓(xùn)練

Yom等[16]將20例腦卒中患者隨機(jī)分組，各10例。實驗組用虛擬現(xiàn)實技術(shù)訓(xùn)練踝關(guān)節(jié)，對照組觀看視頻訓(xùn)練，兩組每天分別干預(yù)30 min，每周5次，干預(yù)6周后，虛擬現(xiàn)實組動態(tài)平衡能力、肌張力和步行能力明顯提高。Elliott等[17]聯(lián)合使用盆底肌肉訓(xùn)練和虛擬現(xiàn)實康復(fù)治療老年婦女混合性尿失禁，包括動態(tài)功能練習(xí)和用來增強(qiáng)訓(xùn)練動機(jī)的視頻游戲，提高了參與度，促進(jìn)患者堅持訓(xùn)練，干預(yù)后尿失禁的頻率降低、漏尿量減少。虛擬現(xiàn)實技術(shù)輔助燒傷患者功能訓(xùn)練，一則可根據(jù)個體情況設(shè)置任務(wù)，激發(fā)參與動機(jī)；二則可對虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，對動作不規(guī)范者，系統(tǒng)可做出提示和矯正，促進(jìn)患者主動運動，減少被動訓(xùn)練造成的感染。但目前虛擬現(xiàn)實輔助燒傷功能訓(xùn)練的研究較少，且側(cè)重評價虛擬現(xiàn)實改善燒傷康復(fù)訓(xùn)練過程中的疼痛、焦慮等效果，缺少對肢體關(guān)節(jié)活動效果的客觀評價。

2 疼痛管理

2.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

大面積燒傷患者疼痛體驗易被專家和患者家屬忽視，但卻是導(dǎo)致患者不配合治療、不堅持鍛煉的重要原因。Hoffman等[7]最早將虛擬現(xiàn)實技術(shù)引入燒傷領(lǐng)域，就是為了控制燒傷患者的疼痛。他還研究虛擬現(xiàn)實技術(shù)減輕燒傷患者清創(chuàng)術(shù)中疼痛的效果[18]，11例患者分別接受非虛擬現(xiàn)實清創(chuàng)護(hù)理3 min和虛擬現(xiàn)實清創(chuàng)護(hù)理3 min，6例患者表示有很強(qiáng)的沉浸感，圖形等級疼痛評分由非虛擬現(xiàn)實期的平均7.2分降到虛擬現(xiàn)實期的3.7分。隨后虛擬現(xiàn)實技術(shù)用于燒傷疼痛控制的研究越來越多。

Sharar等[19]、Faber等[20]使用沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)有效減輕成年燒傷患者和患兒在換藥過程中的疼痛。Guo等[21]對98例患者進(jìn)行隨機(jī)對照試驗，實驗組在換藥過程中佩戴3D眼鏡觀看3D電影，可明顯減輕手部傷口換藥時的疼痛，且無副作用，也不依賴醫(yī)生處方，方便護(hù)士使用，尤其是不能使用止痛劑時，該方法顯現(xiàn)出其特有優(yōu)勢。Small等[22]設(shè)計了交互式虛擬現(xiàn)實環(huán)境+止痛劑、被動式虛擬現(xiàn)實環(huán)境+止痛劑、單獨使用止痛劑3種方案，比較虛擬現(xiàn)實技術(shù)對減輕燒傷患者換藥時疼痛的療效，結(jié)果顯示，交互式虛擬現(xiàn)實組鎮(zhèn)痛效果最好。Jeffs等[23]將30例青少年隨機(jī)分成3組，分別為常規(guī)護(hù)理、看電影和使用三角臂裝置的虛擬現(xiàn)實，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，即使不使用頭盔顯示器，虛擬現(xiàn)實組疼痛也比其他兩組輕。

2.2 鎮(zhèn)痛原理

藥物止痛是燒傷疼痛治療方案的基礎(chǔ)，但它們效果有限，且有一定副作用，如惡心、過度鎮(zhèn)靜、認(rèn)知功能障礙和便秘等，甚至有藥物成癮危險。非藥物鎮(zhèn)痛技術(shù)，如虛擬現(xiàn)實，一般無副作用。這種非侵入性和非成癮性的鎮(zhèn)痛技術(shù)是傳統(tǒng)藥物止痛的重要補(bǔ)充。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)鎮(zhèn)痛的可能機(jī)制為，患者對疼痛的感知受心理成分影響，當(dāng)患者主要關(guān)注創(chuàng)傷時，對疼痛的感知會加劇；虛擬現(xiàn)實的多感知性、沉浸感、交互性和自主性特征，可將患者注意力重新定向，從而減少患者對疼痛的感知。頭盔顯示器可使患者沉浸在虛擬環(huán)境中，并阻斷患者與設(shè)備、衛(wèi)生保健人員及自身創(chuàng)面的聯(lián)系，有助于分散注意力，達(dá)到鎮(zhèn)痛效果[24-25]。

洞穴式[26]和頭盔式[27]沉浸是虛擬現(xiàn)實常見沉浸模式；頭部轉(zhuǎn)動式、站著或坐著左右轉(zhuǎn)動體驗、空間式三維定位模式是虛擬現(xiàn)實三種交互模式?；颊咴匠两谔摂M現(xiàn)實系統(tǒng)，對疼痛的感知就越少?！氨┦澜纭笔且豢顚ｉT治療燒傷的虛擬環(huán)境軟件，患者佩戴頭盔顯示器后，可體驗在虛擬環(huán)境中飛越冰封峽谷、俯瞰河流瀑布，將患者的注意力從創(chuàng)傷或疼痛轉(zhuǎn)移到虛擬世界中來。Haik等[28]將索尼PlayStation 2眼鏡用于減輕重度燒傷患者物理治療過程中的疼痛，該工具提供有挑戰(zhàn)性和動機(jī)性的虛擬環(huán)境，可讓燒傷患者沉浸其中，分散注意力，從而減輕疼痛，增強(qiáng)患者配合度，延長患者康復(fù)訓(xùn)練時間。該工具無需與身體接觸，可降低交叉感染的風(fēng)險；也有利于提高患者合作水平，激勵患者重復(fù)練習(xí)康復(fù)動作，加快功能恢復(fù)。

3 心理康復(fù)

燒傷后焦慮、抑郁、恐懼和PTSD是成年患者常見的心理問題，行為障礙、焦慮、抑郁和睡眠問題則是燒傷患兒較突出的心理問題[29-30]。2012年前，虛擬現(xiàn)實在心理治療方面的研究大多集中在焦慮癥、恐懼癥和PTSD；隨后，虛擬現(xiàn)實在治療恐高癥、恐飛行癥、恐蜘蛛癥等方面也取得突出成效[31]。

3.1 焦慮、抑郁

燒傷后約20%患者出現(xiàn)PTSD，超過50%患者住院早期或燒傷后2年出現(xiàn)中到重度抑郁[32]。Kampmann等[33]將60例社交焦慮患者隨機(jī)分為虛擬現(xiàn)實暴露療法(virtual reality exposure therapy,VRET)組(n=30)和現(xiàn)實暴露療法(in vivo exposure therapy,ivET)組(n=30)，VRET采用德爾夫特遠(yuǎn)程虛擬現(xiàn)實暴露療法系統(tǒng)，包括與虛擬環(huán)境中的虛擬人進(jìn)行口頭交流，虛擬環(huán)境包括在觀眾面前演講、和陌生人說話、購買衣服、參加工作面試、被記者采訪、和朋友在餐廳里吃飯、相親等；ivET指逐漸暴露到現(xiàn)實環(huán)境中。干預(yù)3個月后，ivET和VRET都可有效降低焦慮，VRET主要運用虛擬現(xiàn)實沉浸性特征，吸引患者沉浸到虛擬環(huán)境中，不斷讓自身暴露在焦慮環(huán)境中，最終適應(yīng)環(huán)境，減輕焦慮。

3.2 PTSD

VRET還被認(rèn)為是PTSD的一線治療方法。McLay等[34]比較VRET與控制暴露療法(control exposure therapy,CET)對治療PTSD的療效，采用臨床管理PTSD量表(clinician-administered PTSD scale,CAPS)進(jìn)行評價。VRET組采用Virtual Iraq和VirtualAfghanistan System兩個系統(tǒng)，患者暴露在虛擬環(huán)境中，根據(jù)虛擬環(huán)境內(nèi)容增加一些觸覺和嗅覺等體驗；CET組通過常規(guī)電腦屏幕看圖片。結(jié)果提示，VRET可取得與控制暴露療法相似的療效。提示在虛擬現(xiàn)實設(shè)備不足的條件下，可以讓患者看靜態(tài)圖片代替虛擬現(xiàn)實治療。

想象暴露療法常不能使患者有效沉浸到創(chuàng)傷場景中，一些患者因此中止治療。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)沉浸性好，可促進(jìn)PTSD患者的情感參與，患者可在虛擬環(huán)境中接受多種感官刺激，避免出現(xiàn)回避癥狀。虛擬環(huán)境的存在感能增強(qiáng)患者的參與度，激活患者創(chuàng)傷記憶，促進(jìn)患者對創(chuàng)傷記憶的情感處理。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)可根據(jù)患者病情程度和治療需要進(jìn)行程序和參數(shù)設(shè)置，循序漸進(jìn)，使患者逐步暴露在恐懼感遞增的虛擬環(huán)境中；它還可用于難以控制或無法預(yù)測的情況，避免直接暴露在真實情境中患者可能遭受的危險[35-36]。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)允許對所有患者的治療時間和暴露類型進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，在臨床研究中，可使量化的結(jié)果更為準(zhǔn)確。

3.3 恐懼癥

VRET比現(xiàn)實暴露和想象暴露更易控制，因此被越來越多地用于治療焦慮癥和恐懼癥[37]。Martin等[38]采用的質(zhì)性研究顯示，燒傷后2年有可見瘢痕的燒傷患者情緒障礙包括恐懼、自我意識感覺窘迫和羞恥。嚴(yán)重?zé)齻純旱母改敢部赡艽嬖诳謶智榫w[39]。

Czerniak等[40]對3例飛行恐懼癥男性患者進(jìn)行3次VRET訓(xùn)練，采用CAREN high-end系統(tǒng)，患者在虛擬環(huán)境中感受飛機(jī)起飛、降落及空中飛行，并通過設(shè)備輔助給予患者視覺、觸覺、聽覺和運動覺感受。治療幾個月后，3例患者焦慮水平均下降，2例參加實際飛行，且VRET成本比現(xiàn)實暴露療法低。VRET還用于治療恐蜘蛛癥等，療效確切[41-42]。

VRET的心理治療效果得益于虛擬現(xiàn)實沉浸性好、交互性佳、安全性高等特征，且可進(jìn)行個性化治療。對于燒傷后恐懼火、燒傷現(xiàn)場的患者，也可用VRET治療?？蓪⒋碳の锓旨?，逐步使患者適應(yīng)，循序漸進(jìn)地暴露到真實環(huán)境中。

4 困難及機(jī)遇

4.1 困難

4.1.1 人力和時間投入不足

我國目前護(hù)理人員配置普通病房床護(hù)比為1∶0.4，醫(yī)護(hù)比為1∶1。隨著人口老齡化發(fā)展，護(hù)理人員已遠(yuǎn)不能滿足臨床需求。有學(xué)者記錄10例燒傷患者進(jìn)行虛擬現(xiàn)實治療每個環(huán)節(jié)所花時間，發(fā)現(xiàn)設(shè)置設(shè)備平均需要23 min，會隨著使用的次數(shù)增加而減少；指導(dǎo)、治療和清洗的時間分別是6 min、13 min、16 min，整個過程中真正治療時間僅占22%。在當(dāng)前背景下，投入近1 h進(jìn)行虛擬現(xiàn)實治療不太現(xiàn)實。

虛擬現(xiàn)實治療對護(hù)士的知識儲備有一定要求。國家衛(wèi)計委數(shù)據(jù)顯示，截至2015年底，我國本科及以上護(hù)士僅占14.6%[43]。人力資源不足、學(xué)歷偏低是目前虛擬現(xiàn)實推廣到臨床面臨的一個難題。

4.1.2 非藥物鎮(zhèn)痛觀念淡薄

目前我國大部分燒傷中心醫(yī)生無痛治療觀念淡薄，非藥物鎮(zhèn)痛意識不足。醫(yī)護(hù)人員主要關(guān)注燒傷創(chuàng)面治療，忽視患者換藥和治療過程中的痛苦，鎮(zhèn)痛方案多以傳統(tǒng)藥物鎮(zhèn)痛為主，非藥物鎮(zhèn)痛應(yīng)用較少。要推廣虛擬現(xiàn)實技術(shù)，必須先改變醫(yī)務(wù)人員的鎮(zhèn)痛理念，重視無痛治療。

4.1.3 技術(shù)水平低和研發(fā)成本高

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在燒傷領(lǐng)域中的應(yīng)用效果已在多項研究中得到證實，但多集中在美國、澳大利亞等發(fā)達(dá)國家，發(fā)展中國家對該領(lǐng)域的研究較少。發(fā)展中國家衛(wèi)生預(yù)算有限，一般優(yōu)先考慮危及患者生命的治療[44]?，F(xiàn)有虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品對發(fā)展中國家而言仍較昂貴，燒傷患者經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)重，難以自費進(jìn)行虛擬現(xiàn)實治療。

4.2 機(jī)遇

4.2.1 人工智能和計算機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速

近年來，我國計算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和人工智能發(fā)展迅速，科技創(chuàng)新不斷突破，有望以更低成本提供虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品，低成本就有推廣的可能。將虛擬現(xiàn)實技術(shù)與人工智能結(jié)合，研發(fā)出操作簡便，使用方便且可自動指導(dǎo)患者使用、自動清洗的超智能虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品，這樣可節(jié)省人力物力，促進(jìn)虛擬現(xiàn)實在燒傷中心推廣。

4.2.2 政府對虛擬現(xiàn)實研究投入增加

據(jù)工信部數(shù)據(jù)，2016年我國對虛擬現(xiàn)實的投資高達(dá)50多億元[45]。隨著研究投入的增加，相關(guān)學(xué)者可進(jìn)行相關(guān)立項研究，將研究成果轉(zhuǎn)化到臨床實踐。

4.2.3 患者無痛治療需求強(qiáng)烈

疼痛幾乎貫穿燒傷整個分期，從體液滲出期到康復(fù)期，傷口護(hù)理、換藥、康復(fù)訓(xùn)練中都伴隨不同程度疼痛，影響睡眠、情緒，進(jìn)而影響創(chuàng)面愈合。無痛治療和護(hù)理是燒傷患者長久的呼聲。一旦技術(shù)成熟、操作簡便、成本降低，虛擬現(xiàn)實在燒傷領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊。

虛擬現(xiàn)實可作為一種心理療法用于治療恐懼癥、焦慮癥等，也可作為一種工具輔助臨床醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)模擬、手術(shù)預(yù)演[46]。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在燒傷領(lǐng)域疼痛管理和心理治療方面的研究已較成熟，療效也得到證實，但在功能訓(xùn)練方面的研究仍較少，且缺乏對功能的客觀評價。未來研究可著眼虛擬現(xiàn)實技術(shù)輔助燒傷患者功能訓(xùn)練，對訓(xùn)練結(jié)果進(jìn)行客觀評價，并結(jié)合人工智能技術(shù)，研發(fā)低成本、操作簡便、耗時少、超智能化的虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品，以便早日推廣應(yīng)用到臨床工作中。

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