虛擬現(xiàn)實(shí)在神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病康復(fù)治療中的應(yīng)用

舒畫 石蕾 吳丹紅 韓翔

摘 要 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和智慧醫(yī)療的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)已用于某些疾病的康復(fù)治療。本文概要介紹目前虛擬現(xiàn)實(shí)在神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病康復(fù)治療中的應(yīng)用情況。未來，虛擬現(xiàn)實(shí)必會在康復(fù)治療領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 虛擬現(xiàn)實(shí) 神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病 康復(fù)治療

中圖分類號：R493； R741.05 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-1533（2019）19-0008-03

The application of virtual reality in the rehabilitation of nervous system-related diseases*

SHU Hua1**， SHI Lei1， WU Danhong1， HAN Xiang1， 2***（1. Department of Neurology， Shanghai 5th Peoples Hospital， Fudan University， Shanghai 200240， China； 2. Department of Neurology， Huashan Hospital， Fudan University， Shanghai 200040， China）

ABSTRACT With the development of computer technology and artificial intelligence in healthcare， virtual reality has been used in the rehabilitation of diseases. An overview of the current application of virtual reality in the rehabilitation of nervous system-related diseases is introduced in this article. In the future， virtual reality will be more widely used in the field of rehabilitation.

KEy WORDS virtual reality； nervous system-related diseases； rehabilitation

科技部辦公廳2017年5月印發(fā)的《“十三五”醫(yī)療器械科技創(chuàng)新專項(xiàng)規(guī)劃》中提出，先進(jìn)醫(yī)療器械是健康保障體系建設(shè)的重要基礎(chǔ)，是推進(jìn)醫(yī)學(xué)診療技術(shù)進(jìn)步的主要動力，是優(yōu)化醫(yī)療服務(wù)供給的核心引擎，也是引領(lǐng)醫(yī)學(xué)模式轉(zhuǎn)變的變革性力量，具有高度的戰(zhàn)略性、帶動性和成長性，是一個國家科技進(jìn)步和全民健康保障能力的重要標(biāo)志。如今，計(jì)算機(jī)技術(shù)蓬勃發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展勢頭也越來越猛。虛擬現(xiàn)實(shí)不僅在游戲娛樂、教育培訓(xùn)、航空航天等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用空間，在醫(yī)療領(lǐng)域中同樣有巨大的應(yīng)用潛力。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)

虛擬現(xiàn)實(shí)于1989年被首次提出，它是指利用計(jì)算機(jī)模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界，可讓使用者如身臨其境般地觀察虛擬三維空間內(nèi)的事物。虛擬現(xiàn)實(shí)具備3個特性，即沉浸性、交互性、構(gòu)想性，其技術(shù)屬跨學(xué)科的綜合集成技術(shù)，涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)交互技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能等多個技術(shù)領(lǐng)域。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)備包括頭戴式顯示器（head mount display， HMD）、傳統(tǒng)平板顯示器、平板電腦、智能手機(jī)、全壁式顯示器甚至如房間大小的“沉浸式”外殼。虛擬現(xiàn)實(shí)包括沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)、非沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)。在沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)中，真實(shí)世界完全被視野所遮擋，使用者可徹底沉浸在虛擬世界中。非沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)則雖會遮擋真實(shí)世界，但使用者仍可認(rèn)識到他們正處在虛擬環(huán)境中，因此被冠名為“非沉浸式”。在沉浸式和非沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，使用者戴著遮擋真實(shí)世界的HMD，可通過頭部移動和身體走動在虛擬環(huán)境內(nèi)進(jìn)行活動，HMD中的運(yùn)動傳感器跟蹤頭部移動，外部相機(jī)跟蹤身體走動時的情況，跟蹤結(jié)果會在虛擬環(huán)境中轉(zhuǎn)化為運(yùn)動場景。或者，使用者在虛擬環(huán)境中使用具有觸覺反饋的手持設(shè)備操縱對象，這樣就會產(chǎn)生與虛擬環(huán)境及其內(nèi)的對象進(jìn)行實(shí)際交互的幻覺。虛擬現(xiàn)實(shí)中看到的場景和人物全是假的，它可將人的意識帶入一個虛擬的世界中。

虛擬現(xiàn)實(shí)是“智慧醫(yī)療”模式的構(gòu)件之一，國內(nèi)外均在推進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)與醫(yī)療領(lǐng)域的融合，其中在術(shù)前規(guī)劃、術(shù)中導(dǎo)航方面的應(yīng)用已較成熟。2016年9月，虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟成立大會在北京舉行。Walter Greenleaf在會上報(bào)告中指出，虛擬現(xiàn)實(shí)已用于神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病的康復(fù)治療，且應(yīng)用前景非常廣闊。

2 應(yīng)用場景

2.1 在癡呆癥康復(fù)治療中的應(yīng)用

隨著人口老齡化，神經(jīng)退行性疾病的患病率明顯升高，尤其是癡呆癥。到2050年，全球癡呆癥患者數(shù)將達(dá)到3億人。為了應(yīng)對癡呆癥問題，除設(shè)法延緩癡呆癥進(jìn)展外，對患者進(jìn)行認(rèn)知功能康復(fù)治療同樣十分重要。

Fasilis等[1]進(jìn)行了一項(xiàng)研究，研究共納入10例老年患者，這些老年患者患有各種類型的癡呆癥，包括血管性癡呆癥、阿爾茨海默病、路易體癡呆癥和混合性癡呆癥，并均存在輕度或中度的大腦高級皮質(zhì)功能障礙。所有患者均在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中接受4 ～ 5周總計(jì)10 h的“嚴(yán)肅游戲”的康復(fù)治療。治療中患者須完成3項(xiàng)任務(wù)，任務(wù)在虛擬環(huán)境中完成，設(shè)計(jì)的模式與真實(shí)的日?；顒忧樾胃叨认嗨?。第一項(xiàng)任務(wù)是超市購物；第二項(xiàng)任務(wù)是準(zhǔn)備早餐；第三項(xiàng)任務(wù)是清理房間。從完成每項(xiàng)任務(wù)的第一步開始，系統(tǒng)均提供大量的輔助工具，包括屏幕清單、口頭和書面指示以及游戲中的箭頭指示。每項(xiàng)任務(wù)中含有多個關(guān)卡，其中最后3個關(guān)卡與實(shí)際生活情形極為相似。在康復(fù)治療開始前和結(jié)束后，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的神經(jīng)心理測試（測試內(nèi)容包括工作記憶、記憶保持、注意力、解決問題能力、思維和執(zhí)行功能）評估患者的表現(xiàn)。通過比較患者治療前、后的評分發(fā)現(xiàn)，所有患者的各項(xiàng)測試成績均有所改善。

Taegh Sokhey研發(fā)出一款虛擬現(xiàn)實(shí)軟件Swann，后者能輔助治療阿爾茨海默病患者的記憶喪失。Swann為患者提供了一幅可記憶的地圖，此地圖可在5種虛擬環(huán)境間切換，通過讓患者在虛擬環(huán)境中查找對象且逐漸增加查找難度，訓(xùn)練并改善患者的空間記憶能力。Swann適配Oculus Rift（一種HMD）后，患者在家也可接受康復(fù)治療，經(jīng)濟(jì)性也好。

2.2 在精神心理疾病康復(fù)治療中的應(yīng)用

精神分裂癥是一種嚴(yán)重的慢性精神疾病，盡管有許多藥物和心理社會干預(yù)措施，但仍有部分患者持續(xù)存在精神癥狀，特別是聽覺語言幻覺。du Sert等[2]應(yīng)用沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)來治療精神分裂癥。在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，患者在康復(fù)師的幫助下向虛擬環(huán)境中的化身主動表達(dá)自己，以改善患者的情緒和增加患者的自信性。治療3個月后的結(jié)果顯示，患者聽覺語言幻覺的嚴(yán)重程度顯著減輕，抑郁癥狀和生活質(zhì)量也獲改善。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是一種治療精神分裂癥相關(guān)難治性聽覺語言幻覺的有前途的新干預(yù)措施，對與聲音有關(guān)的癥狀的治療效果較為突出，治療過程可控，治療環(huán)境安全。

脊髓損傷可引發(fā)不少精神問題，包括自殺企圖、消極情緒（如憤怒）、抑郁、焦慮等。Flores等[3]的研究納入了2例脊髓損傷且伴有焦慮或抑郁的患者。2例患者均佩戴虛擬現(xiàn)實(shí)護(hù)目鏡，他們眼中看到的是河流、樹木、巨石和山脈?；颊咴诮邮苻q證行為療法治療指導(dǎo)的同時，幻想正在虛擬現(xiàn)實(shí)中沿著河流緩慢漂流。通過比較治療前、后患者的神經(jīng)心理測試評分發(fā)現(xiàn)，虛擬環(huán)境下的辯證行為療法治療能夠改善患者的抑郁或焦慮情緒。

Maples-Keller等[4]進(jìn)行的一項(xiàng)臨床試驗(yàn)顯示，對飛行恐懼患者，應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)治療可緩解患者的焦慮情緒。Yang等[5]應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)幫助訓(xùn)練年輕自閉癥患者的社交技能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這種訓(xùn)練可顯著增強(qiáng)患者的與社會理解能力有關(guān)的大腦活動區(qū)域的活動。卡倫（CAREN）系統(tǒng)是一種融虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)于一體的智能環(huán)境運(yùn)動系統(tǒng)，該系統(tǒng)可虛擬特定的人或環(huán)境特效，焦慮癥、記憶障礙、恐懼癥等患者均能應(yīng)用該系統(tǒng)來增強(qiáng)自我效能感，進(jìn)而達(dá)到一定的康復(fù)治療目的[6]。

2.3 在腦卒中后運(yùn)動障礙康復(fù)治療中的應(yīng)用

全球每年有550萬例患者罹患腦卒中，腦卒中后運(yùn)動障礙的發(fā)生率很高，康復(fù)治療非常重要。

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)已用于運(yùn)動訓(xùn)練，應(yīng)用于腦卒中后運(yùn)動障礙、尤其是上肢運(yùn)動障礙的康復(fù)治療也有一定的效果[7-10]。Cameir？o等[8]進(jìn)行的研究共納入48例腦卒中后患者，觀察了基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的康復(fù)游戲系統(tǒng)對患者運(yùn)動功能康復(fù)治療的效果。該康復(fù)游戲系統(tǒng)可與視覺跟蹤系統(tǒng)、觸覺反饋系統(tǒng)和動力外骨骼相結(jié)合，組合后的系統(tǒng)更有利于腦卒中后患者上肢運(yùn)動功能的康復(fù)治療。Viau等[10]進(jìn)行的研究納入了8名健康成人和7例腦卒中后輕度偏癱患者，他們通過運(yùn)動學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中訓(xùn)練手臂運(yùn)動有利于運(yùn)動障礙患者康復(fù)。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)訓(xùn)練也可有效改善患者的遠(yuǎn)端精細(xì)運(yùn)動控制能力，但通常需結(jié)合機(jī)器人裝置才效果明顯。

3 結(jié)語

綜上所述，虛擬現(xiàn)實(shí)已用于某些疾病的康復(fù)治療，這有助于進(jìn)一步提高醫(yī)療水平。不過，虛擬現(xiàn)實(shí)用于醫(yī)療時對虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品有比較高的要求，而目前國內(nèi)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)產(chǎn)品均存在一些問題：①現(xiàn)有的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)產(chǎn)品過重，佩戴的舒適度難以令人滿意；②會產(chǎn)生眩暈感，這是因?yàn)槭褂谜咭曇胺秶鷥?nèi)的虛擬環(huán)境在移動而其本人身體并未移動，即感官位移和身體位移不同步所造成的；③計(jì)算機(jī)和智能手機(jī)的配置還較低，導(dǎo)致虛擬環(huán)境畫面的清晰度不夠。此外，使用者隱私數(shù)據(jù)的安全性也是一大問題。相信隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的高速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)必會更廣泛地用于康復(fù)治療，為患者造福。

參考文獻(xiàn)

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