虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在帕金森病康復(fù)中的研究進(jìn)展

馮浩　李翠云　劉鎵雨　王亮　馬靜　李光磊　甘露　商曉英

[摘要] 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為目前新興的康復(fù)治療手段已被廣泛應(yīng)用于神經(jīng)系統(tǒng)疾病，其對(duì)于帕金森病的康復(fù)具有重要意義。本文對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在帕金森病康復(fù)中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，有利于今后虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在該領(lǐng)域的進(jìn)一步研究。

[關(guān)鍵詞] 虛擬現(xiàn)實(shí);帕金森病;康復(fù)

[中圖分類號(hào)] R742.5? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? ? ? ? [文章編號(hào)] 1673-9701（2019）22-0165-04

[Abstract] Virtual reality technology， as a new emerging rehabilitation therapy， has been widely used in neurological diseases， which is of great significance for the rehabilitation of Parkinson's disease. This paper reviews the research progress of virtual reality technology in the rehabilitation of Parkinson's disease， which is conducive to the further research of virtual reality technology in this field.

[Key words] Virtual reality; Parkinson's disease; Rehabilitation

帕金森?。≒arkinson's disease，PD）是一種常見(jiàn)的中老年神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病，主要病變部位在黑質(zhì)和紋狀體。震顫、運(yùn)動(dòng)遲緩、僵硬和姿勢(shì)不穩(wěn)定是本病的主要特征。隨著我國(guó)老齡化的加劇，其生活質(zhì)量逐漸得到重視[1]。目前，我國(guó)大部分帕金森病患者并未進(jìn)行有效的系統(tǒng)康復(fù)治療[2]，導(dǎo)致患者藥物依賴明顯，跌倒風(fēng)險(xiǎn)驟增，而精細(xì)化的康復(fù)治療對(duì)于帕金森病患者癥狀改善具有積極作用[3]。運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)的研究表明，反復(fù)和持續(xù)的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可能是最好的方法抵消帕金森病中出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)行為退化，物理及運(yùn)動(dòng)療法長(zhǎng)期以來(lái)一直被認(rèn)為對(duì)帕金森病患者有益，可以改善患者日常生活活動(dòng)所出現(xiàn)的主要癥狀和生活質(zhì)量。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual reality，VR）是一種新興的康復(fù)方法，主要包括模擬環(huán)境、感知、自然技能和傳感設(shè)備等方面，并將三維空間事物清楚地表達(dá)出來(lái)，患者可以直接、自然地與虛擬環(huán)境中的各種對(duì)象進(jìn)行交互作用，近年來(lái)逐漸應(yīng)用于神經(jīng)系統(tǒng)疾病的康復(fù)領(lǐng)域[4]。作為其特有的優(yōu)勢(shì)，交互性、沉浸性、想象性可以明顯提高帕金森病患者康復(fù)的主動(dòng)性及持續(xù)性，有助于改善患者運(yùn)動(dòng)功能。本文對(duì)近年來(lái)虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練技術(shù)在帕金森病運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)中的研究進(jìn)展總結(jié)如下。

1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)帕金森病患者平衡功能的影響

帕金森病患者平衡功能障礙常由于姿勢(shì)控制異常所引起，表現(xiàn)為動(dòng)作遲緩，嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量，其平衡功能受到不斷變化的環(huán)境和其他因素影響，使得前饋控制困難;然而，訓(xùn)練可以提高這種能力。為了更有效地訓(xùn)練帕金森病患者形成前饋策略，重要的是治療的目標(biāo)是患者想要改善的癥狀，讓病人得到充分的反饋，以及關(guān)于當(dāng)前運(yùn)動(dòng)模式和需要改進(jìn)的地方，包括持續(xù)時(shí)間、強(qiáng)度及治療時(shí)間的設(shè)置，以最大限度地提高運(yùn)動(dòng)平衡能力。研究表明，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以對(duì)帕金森病患者平衡功能障礙改善具有積極作用[5-6]。盡管Stozek等[7]發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的康復(fù)訓(xùn)練能夠明顯提高帕金森病患者的平衡功能，甚至軀體旋轉(zhuǎn)能力，但是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在此基礎(chǔ)上，可使其重心擺動(dòng)速度更快，顯著提高其運(yùn)動(dòng)幅度[8]，通過(guò)前庭覺(jué)及視覺(jué)的整合，加強(qiáng)感覺(jué)輸入能力，使得肌肉能夠更加有效控制，改善動(dòng)態(tài)及靜態(tài)平衡能力[9-10]。帕金森病患者的平衡功能障礙主要表現(xiàn)在站立位時(shí)存在姿勢(shì)異常模式[11]，對(duì)于外界刺激的瞬間調(diào)整反射喪失，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)借由趣味性的游戲任務(wù)，調(diào)整患者軀干及四肢協(xié)調(diào)能力，改善踝關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)的控制能力，進(jìn)而達(dá)到最大化的平衡保持。正如■zg？觟nenel等[12]研究所表明，虛擬的游戲操作對(duì)于帕金森病患者來(lái)說(shuō)，是促進(jìn)其協(xié)調(diào)功能障礙的重要方法。此外，一項(xiàng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，TUG（Time up and go，TUG）測(cè)試和Berg平衡量表（Berg Balance Scale，BBS）與傳統(tǒng)的平衡訓(xùn)練相比，帕金森病患者動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性有明顯的提高[13]。運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)的理論表明，反復(fù)和持續(xù)的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境刺激，對(duì)于抵消帕金森病患者所出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)行為退化及平衡功能障礙是一種較好的方式，而目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)于帕金森病患者平衡方面改善的研究主要集中在確定最佳的治療類型、強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間及重復(fù)治療劑量等方面[14-17]。

2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)帕金森病患者步態(tài)的影響

凍結(jié)步態(tài)是帕金森病患者運(yùn)動(dòng)功能障礙主要表現(xiàn)之一，其特征是非對(duì)稱性，盡管患者具有步行的意圖，但其前進(jìn)速度周期性地缺失或減少[18]，作為帕金森病患者跌倒及死亡的最常見(jiàn)原因之一，約50%的帕金森病患者存在這種現(xiàn)象，但目前其病理生理仍不清楚。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)于帕金森病患者步態(tài)的影響近年來(lái)被廣泛研究，已被證明對(duì)于其步行能力的提高安全有效，是一種可供選擇的康復(fù)治療方式[19]。帕金森病患者步態(tài)改善在很大程度上依賴于前饋學(xué)習(xí)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以提高瞬時(shí)反應(yīng)情況下的外部干擾或變化條件，加強(qiáng)患者在干擾情況下的前饋運(yùn)動(dòng)模式，如雙重任務(wù)或在低感覺(jué)下操作反饋，對(duì)于帕金森病患者來(lái)說(shuō)，在某些特殊困難任務(wù)下的步態(tài)保持是其康復(fù)的重點(diǎn)。凍結(jié)步態(tài)是帕金森病患者臨床表現(xiàn)中常見(jiàn)且最具有致殘性的病理步態(tài)，多發(fā)生于疾病的中晚期，易導(dǎo)致跌倒、外傷、抑郁，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量和社會(huì)功能。帕金森病患者凍結(jié)步態(tài)出現(xiàn)前的最后五步步行時(shí)間顯著延長(zhǎng)，最后三步步行時(shí)間無(wú)遞增性差異[20]，目前臨床上主要治療方式包括藥物治療、腦深部電刺激、傳統(tǒng)康復(fù)訓(xùn)練，而采用靜態(tài)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)帕金森病患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，可以顯著提高患者的步速和步長(zhǎng)，改善步行效率。此外，虛擬現(xiàn)實(shí)游戲中提供的3D圖像可提供良好視覺(jué)刺激并改善步幅。同時(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)游戲中的視覺(jué)反饋可以讓患者在視覺(jué)跟蹤的基礎(chǔ)上，獲知自身在空間里的定位及運(yùn)動(dòng)方位，協(xié)調(diào)身體位置控制。同樣，聽(tīng)覺(jué)刺激對(duì)于帕金森病患者步態(tài)的恢復(fù)至關(guān)重要，Plotnik等[21]通過(guò)一項(xiàng)研究表明，對(duì)帕金森病患者進(jìn)行6周的康復(fù)治療，配合聽(tīng)覺(jué)刺激，可使其步態(tài)障礙發(fā)生率下降，由此說(shuō)明，帕金森病患者存在高級(jí)中樞功能缺損，導(dǎo)致其感知綜合處理能力下降。而虛擬現(xiàn)實(shí)康復(fù)技術(shù)可以統(tǒng)合視覺(jué)及聽(tīng)覺(jué)刺激，使患者沉浸在治療中，達(dá)到改善凍結(jié)步態(tài)的目的。

3虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)帕金森病患者認(rèn)知的影響

近年來(lái)，隨著對(duì)帕金森病臨床研究的深入，人們逐漸認(rèn)識(shí)到帕金森病患者不僅表現(xiàn)為運(yùn)動(dòng)癥狀，還有許多非運(yùn)動(dòng)癥狀，如認(rèn)知功能障礙、精神系統(tǒng)癥狀等。認(rèn)知障礙作為帕金森病最常見(jiàn)非運(yùn)動(dòng)癥狀，癡呆隨病程進(jìn)展，嚴(yán)重者給社會(huì)及家庭帶來(lái)沉重負(fù)擔(dān)。帕金森病患者認(rèn)知異常主要表現(xiàn)在記憶力、注意力和執(zhí)行能力的損害，這些均在患者行為運(yùn)動(dòng)中發(fā)揮作用。對(duì)于帕金森病患者來(lái)說(shuō)，即使在疾病早期尚未表現(xiàn)出認(rèn)知障礙時(shí)，也可表現(xiàn)出記憶的缺陷。研究表明，帕金森病患者運(yùn)動(dòng)功能障礙主要由于多巴胺的缺乏導(dǎo)致，認(rèn)知功能障礙則與前基底節(jié)環(huán)路障礙相關(guān)[22-23]。同時(shí)，任務(wù)導(dǎo)向性訓(xùn)練對(duì)于帕金森病患者的認(rèn)知水平改善具有積極作用[24]。虛擬現(xiàn)實(shí)康復(fù)訓(xùn)練可以通過(guò)不同的游戲設(shè)計(jì)，有助于腦功能代償及腦功能重組，使患者具有較好的信息處理能力，形成正常的功能模式，促進(jìn)帕金森病患者認(rèn)知障礙的最大程度恢復(fù)。一項(xiàng)針對(duì)129例獨(dú)居老年人進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)迷宮游戲任務(wù)，并對(duì)最終完成情況進(jìn)行分析，研究結(jié)果表明，測(cè)試者通過(guò)捕捉受試者活動(dòng)時(shí)肌肉變化情況，同時(shí)觀察老年人對(duì)外界刺激的反饋激活能力，在實(shí)施虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練8周后，受試者伸髖的能力以及平衡控制功能明顯提高，此外，空間定向能力也有所提高，在進(jìn)行認(rèn)知行為時(shí)，較好地調(diào)動(dòng)認(rèn)知資源[25]。

4虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)帕金森病患者家庭康復(fù)的影響

隨著康復(fù)意識(shí)的普及，針對(duì)帕金森病患者家庭康復(fù)的理念逐漸得到人們重視。對(duì)于帕金森病患者來(lái)說(shuō)，康復(fù)治療應(yīng)貫穿整個(gè)疾病過(guò)程，但是以往的康復(fù)治療手段簡(jiǎn)單枯燥，患者重返家庭后難以得到有效持續(xù)，導(dǎo)致無(wú)法得到滿意的康復(fù)效果。近年來(lái)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為家庭康復(fù)的重要方法已然成為研究熱點(diǎn)[26]，這種更適合患者居家康復(fù)的治療方式表明，可以改善帕金森病患者穩(wěn)定性，是一項(xiàng)可供患者選擇的具有補(bǔ)充價(jià)值的康復(fù)措施[27-28]?；谂两鹕』颊呒彝タ祻?fù)的雙重任務(wù)治療已經(jīng)被證實(shí)可以提高患者的步幅及步行節(jié)奏，而每天30 min的居家虛擬提示系統(tǒng)訓(xùn)練可以提高帕金森病患者的步速、步長(zhǎng)及重心的轉(zhuǎn)移[29]。感覺(jué)統(tǒng)合測(cè)試（Sensory Organization Test）提示虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)于家庭康復(fù)患者的動(dòng)態(tài)平衡同樣具有積極作用[30]。由此可見(jiàn)，患者通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)康復(fù)設(shè)備在進(jìn)行游戲的同時(shí)完成康復(fù)訓(xùn)練，不同的音樂(lè)畫面以及語(yǔ)音提示，帶給患者正面的激勵(lì)反饋，提高帕金森病患者的主觀能動(dòng)性，并且沒(méi)有時(shí)間及空間的限制，可以使患者具有較好的依從性。

5虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)帕金森病患者康復(fù)的展望

伴隨虛擬現(xiàn)實(shí)康復(fù)治療技術(shù)研究的不斷深入，在康復(fù)治療領(lǐng)域的應(yīng)用日新月異，人工智能為康復(fù)醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展開(kāi)辟出一條新的道路。對(duì)于帕金森病患者來(lái)說(shuō)，盡管傳統(tǒng)康復(fù)治療手段已被證明有效，但如何提高康復(fù)過(guò)程的趣味性、應(yīng)用性以及患者的依從性，是康復(fù)醫(yī)學(xué)未來(lái)的研究方向。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將成為改善帕金森病患者各項(xiàng)功能、提高生活質(zhì)量的一種新型康復(fù)手段。美國(guó)退休人員創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室（American Association of Retired Persons Innovation Lab）通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備推出一款遠(yuǎn)程健康交流互動(dòng)平臺(tái)，可以讓患者居家進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)康復(fù)治療的同時(shí)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)被醫(yī)生遠(yuǎn)程訪問(wèn)。遠(yuǎn)程康復(fù)是目前我國(guó)康復(fù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，主要通過(guò)計(jì)算機(jī)多媒體信息技術(shù)以及虛擬現(xiàn)實(shí)康復(fù)技術(shù)給予殘障人士康復(fù)指導(dǎo)。針對(duì)帕金森病患者運(yùn)動(dòng)功能障礙，遠(yuǎn)程虛擬現(xiàn)實(shí)康復(fù)治療技術(shù)不僅可以讓患者在家中進(jìn)行訓(xùn)練，還可以通過(guò)視頻、音頻得到反饋，對(duì)訓(xùn)練效果進(jìn)行綜合評(píng)估，更加精準(zhǔn)地指導(dǎo)帕金森病患者的康復(fù)治療情況。將帕金森病患者置于虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境之中，通過(guò)整合空間定位感覺(jué)反饋設(shè)備、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)以及多媒體等，生物醫(yī)學(xué)工程很快將發(fā)展成為更加理想的康復(fù)系統(tǒng)，帕金森病患者可以體驗(yàn)到身臨其境般的遠(yuǎn)程虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境。與此同時(shí)，神經(jīng)生物學(xué)家及神經(jīng)生理學(xué)家正在基于視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等多種反饋機(jī)制，有望在未來(lái)研發(fā)出多種適用于帕金森病康復(fù)領(lǐng)域的訓(xùn)練程序，操作簡(jiǎn)單的應(yīng)用系統(tǒng)、更加低廉的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)成本、虛擬現(xiàn)實(shí)遠(yuǎn)程康復(fù)的高效推廣等問(wèn)題需要在未來(lái)一段時(shí)間不斷努力加以完善。

6虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)帕金森病患者康復(fù)的局限性

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展目前如火如荼，對(duì)于帕金森病患者的康復(fù)治療來(lái)說(shuō)，其優(yōu)勢(shì)有目共睹，比如對(duì)于患者實(shí)時(shí)反饋，大腦皮質(zhì)可塑性的增強(qiáng)效應(yīng)，任務(wù)導(dǎo)向性訓(xùn)練模式，并改變以往傳統(tǒng)康復(fù)手段的不足。盡管如此，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)于帕金森病患者的康復(fù)應(yīng)用仍存在一定的局限性：（1）雖然虛擬的情景模式已足夠逼真，但是與真實(shí)環(huán)境相比，帕金森病患者對(duì)距離的感知能力仍存在一定的誤差。（2）帕金森病患者多為中老年人，其視覺(jué)所看到的虛擬現(xiàn)實(shí)畫面，與患者前庭系統(tǒng)所感受到的真實(shí)位置信息相比，仍不能完全一致，很容易引起患者頭暈等不適反應(yīng)。（3）目前在臨床上，有關(guān)虛擬現(xiàn)實(shí)康復(fù)訓(xùn)練技術(shù)針對(duì)帕金森病患者的大樣本隨機(jī)對(duì)照臨床試驗(yàn)數(shù)量較少，尚未建立統(tǒng)一的評(píng)價(jià)方法[31]。

7小結(jié)

本綜述總結(jié)近年來(lái)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)于帕金森病患者康復(fù)的最新研究，由此可見(jiàn)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)于帕金森病患者是一項(xiàng)重要的康復(fù)手段。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以為患者提供多種情景模式，使整個(gè)康復(fù)訓(xùn)練過(guò)程充滿樂(lè)趣，提高患者依從性。與此同時(shí)，其將坐位平衡訓(xùn)練、動(dòng)態(tài)平衡訓(xùn)練、步行訓(xùn)練、認(rèn)知訓(xùn)練等虛擬現(xiàn)實(shí)模式，應(yīng)用于帕金森病患者康復(fù)中，可以明顯增加患者關(guān)節(jié)活動(dòng)能力，對(duì)于帕金森病患者的平衡功能、步態(tài)的改善以及認(rèn)知功能的提高較傳統(tǒng)康復(fù)治療手段更加有效。

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（收稿日期：2019-04-22）