虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在腦癱患兒康復(fù)中的應(yīng)用進(jìn)展

黃麗娟 楊 柳 任軍麗 周曉英 黎 燕 李海鴻

1.甘肅中醫(yī)藥大學(xué)護(hù)理學(xué)院，甘肅蘭州 730000；2.蘭州大學(xué)護(hù)理學(xué)院，甘肅蘭州 730011；3.甘肅省婦幼保健院護(hù)理部，甘肅蘭州 730050

腦性癱瘓（cerebral palsy，CP）簡稱腦癱，是全世界兒童身體致殘的主要疾病之一[1]，是指一組持續(xù)存在的中樞性運(yùn)動(dòng)和姿勢發(fā)育障礙、 活動(dòng)受限癥候群，這種癥候群是由于多種原因?qū)е碌姆沁M(jìn)行性腦損傷綜合征，常伴有感覺、知覺、認(rèn)知、交流和行為障礙，以及癲癇和繼發(fā)性肌肉骨骼問題[2]。 隨著產(chǎn)科和新生兒綜合重癥監(jiān)護(hù)的發(fā)展，新生兒死亡顯著下降，但腦癱的發(fā)生率并沒有顯著下降。 據(jù)報(bào)道[3-4]，國外腦性癱瘓發(fā)病率為2.0‰～3.5‰，而我國腦癱發(fā)病率為2.48‰。虛擬現(xiàn)實(shí)（virtual reality，VR）技術(shù)是由計(jì)算機(jī)對真實(shí)世界進(jìn)行模擬，以一種看似真實(shí)或物理的方式使用戶投入虛擬世界進(jìn)行體驗(yàn)的一種技術(shù)[5-6]。它可以通過耳機(jī)向用戶傳遞視覺、聽覺和各種感覺的反饋，使用戶感覺就像置身于一個(gè)虛擬或想象的環(huán)境中。這種空間特征和三維視覺反饋的執(zhí)行對腦性癱瘓患兒的運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)非常重要[7]。反饋是運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)的關(guān)鍵組成部分，有助于快速自我糾正，而VR 系統(tǒng)可以提供實(shí)時(shí)、戰(zhàn)略和目標(biāo)導(dǎo)向的反饋。 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以用來豐富環(huán)境。 有研究表明，豐富的環(huán)境對運(yùn)動(dòng)和認(rèn)知表現(xiàn)有積極的影響[8]。 VR 技術(shù)在我國腦癱患兒康復(fù)中的應(yīng)用處于初期，后面隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也被應(yīng)用于更多的領(lǐng)域之中， 像醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、建筑領(lǐng)域、教育領(lǐng)域等。 本文綜述了國內(nèi)外虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在腦癱患兒康復(fù)中的應(yīng)用，以期為推廣我國虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提供參考。

1 VR 技術(shù)概述

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，又稱虛擬仿真技術(shù)，起源于20 世紀(jì)50 年代，但受到當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)技術(shù)的制約，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展受到限制。 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)由虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔、視頻、計(jì)算機(jī)組成，后面新加了傳感器、椅子、手套。虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔是指頭戴式護(hù)目鏡，一般配有耳機(jī)。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)[9]傾向于越來越傾向于家庭使用和遠(yuǎn)程康復(fù)，因?yàn)檫@些可以影響人的動(dòng)機(jī)、健康和訓(xùn)練愿望，提供一個(gè)更容易獲得的解決方案， 而不造成身體損傷。 虛擬現(xiàn)實(shí)有三個(gè)特征：沉浸性，交互性和構(gòu)想性。沉浸性是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)最主要的技術(shù)特性，指用戶身臨其境地沉浸在虛擬合成的環(huán)境中；交互性是指用戶借助傳感器和虛擬綜合環(huán)境進(jìn)行交互；構(gòu)想性是可以使用戶在虛擬綜合環(huán)境中獲得新的知識，從而提高他們的感性和理性認(rèn)識。 目前，基于虛擬現(xiàn)實(shí)的治療面臨阻礙，阻礙其在精神病學(xué)實(shí)踐中的廣泛使用，比如暈動(dòng)病和干眼癥，以及用戶問題，比如專注和成癮。虛擬現(xiàn)實(shí)允許模擬真實(shí)的環(huán)境， 這種環(huán)境可能是危險(xiǎn)的、昂貴的，或者在現(xiàn)實(shí)生活中是不可能被創(chuàng)造出來的。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以通過良好控制的感官刺激來交互和面對虛擬環(huán)境。 因此，在現(xiàn)實(shí)生活中可能太危險(xiǎn)而無法進(jìn)行的日常生活活動(dòng)中的練習(xí)可以在安全的虛擬環(huán)境中進(jìn)行。而虛擬現(xiàn)實(shí)康復(fù)是一種跨越學(xué)科和人群的新興治療方法，建立在虛擬現(xiàn)實(shí)平臺上的干預(yù)措施,它使用技術(shù)作為治療的干預(yù)模式，以滿足康復(fù)目標(biāo)。使用這種技術(shù)的優(yōu)勢之一是可以通過以嚴(yán)肅游戲形式塑造的參與環(huán)境和任務(wù)來創(chuàng)造積極的動(dòng)機(jī)。虛擬現(xiàn)實(shí)干預(yù)還提供了一個(gè)獨(dú)特的機(jī)會，通過修改空間和時(shí)間限制以及認(rèn)知挑戰(zhàn)來定制和標(biāo)準(zhǔn)化任務(wù)難度水平。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在兒童康復(fù)中的應(yīng)用在我國尚處于起步階段。最開始主要用于骨科患者和腦卒中患者的康復(fù)訓(xùn)練，然后逐步用于腦癱患兒的康復(fù)訓(xùn)練。

2 VR 技術(shù)在腦癱患兒康復(fù)中的應(yīng)用

VR 技術(shù)康復(fù)訓(xùn)練中的虛擬情境與真實(shí)生活密切相關(guān)，在運(yùn)動(dòng)康復(fù)中具有明顯優(yōu)勢。 且虛擬現(xiàn)實(shí)康復(fù)技術(shù)是獨(dú)特的和可變的，根據(jù)所使用的系統(tǒng)和期望的目標(biāo)結(jié)果，具有多種治療用途。目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要應(yīng)用于上肢功能康復(fù)、平衡訓(xùn)練、步態(tài)訓(xùn)練、認(rèn)知功能訓(xùn)練等。

2.1 VR 技術(shù)在運(yùn)動(dòng)康復(fù)的應(yīng)用

2.1.1 上肢功能訓(xùn)練 上肢協(xié)調(diào)功能障礙是腦癱患兒常見的后遺癥， 由于手在日常活動(dòng)中的重要作用，導(dǎo)致患兒生活不能自理，嚴(yán)重危及患兒的生理心理健康和日常生活能力,肢體功能缺陷最終可能導(dǎo)致生活質(zhì)量下降[10]。 Chang 等[11]對 10 例腦性癱瘓患兒進(jìn)行虛擬康復(fù)訓(xùn)練，用手(表示為一個(gè)小球體)夠到三個(gè)虛擬球，然后將它們放入行李箱前面的盒子中,訓(xùn)練結(jié)束之后對其手部協(xié)調(diào)能力進(jìn)行評價(jià)。其結(jié)果顯示，VR 康復(fù)訓(xùn)練對偏癱患兒上肢運(yùn)動(dòng)功能的改善有積極作用。Mirich 等[12]對一名右側(cè)痙攣性偏癱腦癱的4 歲男孩，每周進(jìn)行1~2 h 的物理治療（陸地和水上治療）和0~1 h 的門診康復(fù)治療。 在6 周的干預(yù)期結(jié)束時(shí)和干預(yù)后6 周用PDMS-2 發(fā)育量表、 上肢技能質(zhì)量測試、兒科運(yùn)動(dòng)活動(dòng)日志、感知壓力量表進(jìn)行評估。 其結(jié)果顯示，虛擬現(xiàn)實(shí)康復(fù)對改善痙攣型偏癱腦癱患兒的上肢功能運(yùn)動(dòng)技能和運(yùn)動(dòng)質(zhì)量是有效的。一些系統(tǒng)綜述和一項(xiàng)meta 分析調(diào)查了虛擬現(xiàn)實(shí)干預(yù)對兒童和青少年CP 患者上肢運(yùn)動(dòng)恢復(fù)的影響[13-16]。 其結(jié)果顯示，在某種程度上， 虛擬現(xiàn)實(shí)可以有效地激勵(lì)患有腦癱的兒童，并顯著改善腦癱患兒上肢功能。VR 康復(fù)訓(xùn)練為腦癱患兒提供了信息反饋，激發(fā)患兒參與康復(fù)訓(xùn)練的熱情，從而提升訓(xùn)練效果。 但目前關(guān)于虛擬現(xiàn)實(shí)干預(yù)對改善殘疾兒童上肢遠(yuǎn)端功能的效果的研究有限。

2.1.2 平衡訓(xùn)練 平衡能力受損是腦癱兒童的一個(gè)高度致殘因素， 因此平衡功能訓(xùn)練對患兒來說非常重要。有研究[17-20]對腦性癱瘓患兒進(jìn)行綜合康復(fù)治療，并與常規(guī)康復(fù)治療進(jìn)行臨床療效比較，結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)組與對照組在平衡測量上有顯著性差異（P<0.05），VR 能改善腦性癱瘓患兒的平衡功能。 Sharan 等[21]在16 例腦癱兒童接受手術(shù)后，每周使用非沉浸式VR 康復(fù)訓(xùn)練（NintendoWii）運(yùn)動(dòng) 3 次，持續(xù) 3 周。 雖然使用NintendoWii 運(yùn)動(dòng)的VR 干預(yù)對干預(yù)組的平衡性有顯著影響， 但在對照組中沒有觀察到顯著差異。 此外，也有研究顯示[22]，對接受虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練腦癱患兒術(shù)后6 周后，每周運(yùn)動(dòng)3 次，每次30 min，結(jié)果表明在運(yùn)動(dòng)功能、平衡、步態(tài)和功能靈活性方面有小改善。 由于這些研究是有趣的， 為腦癱兒童提供了動(dòng)機(jī)和干預(yù)方法， 需要進(jìn)一步研究進(jìn)行VR 訓(xùn)練臨床干預(yù)的可能性。

2.1.3 步態(tài)訓(xùn)練 步態(tài)異常是腦癱患兒的運(yùn)動(dòng)功能障礙之一。 韓晶等[23]應(yīng)用薈萃分析軟件評價(jià)VR 技術(shù)對腦癱患兒下肢功能恢復(fù)的影響，結(jié)果顯示，VR 康復(fù)訓(xùn)練結(jié)合常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練能有效促進(jìn)腦癱患兒下肢功能的恢復(fù)。 研究[24-26]結(jié)果顯示，經(jīng)過 VR 康復(fù)訓(xùn)練，患兒的步態(tài)表現(xiàn)有顯著改善， 而且VR 康復(fù)訓(xùn)練對步態(tài)速度和粗大運(yùn)動(dòng)功能有積極影響。 Jung 等[7]對接受Xbox Kinect 虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練腦癱患兒每周運(yùn)動(dòng)三次進(jìn)行研究，結(jié)果顯示，患兒經(jīng)訓(xùn)練后的選擇性運(yùn)動(dòng)控制、兒科平衡量表、功能活動(dòng)量表、定時(shí)起立行走測試、步態(tài)6 m 步行測試評分均有所改善。這提示在臨床上實(shí)施基于VR 技術(shù)的康復(fù)治療方案是可行和有效的，能夠顯著改善患者的步態(tài)步行能力。

2.1.4 認(rèn)知功能訓(xùn)練 因?yàn)檎J(rèn)知功能障礙恢復(fù)與軀體運(yùn)動(dòng)功能相比恢復(fù)慢，患兒在生活能部分自理并回歸到社會和家庭后，在接下來很長一段時(shí)間內(nèi)仍需要進(jìn)行認(rèn)知功能的訓(xùn)練。盡管對虛擬現(xiàn)實(shí)進(jìn)行了大量研究，但文獻(xiàn)中關(guān)注腦癱兒童認(rèn)知功能的研究非常少[27]。 在認(rèn)知康復(fù)中，虛擬現(xiàn)實(shí)干預(yù)可能會引起患者更好的合作，他們可能喜歡在充滿刺激的虛擬環(huán)境中使用技術(shù)設(shè)備，而不是鉛筆和紙張測試和練習(xí)，這通常會令人感到無聊[28]。 Aran 等[29]評估基于虛擬現(xiàn)實(shí)的康復(fù)方案對偏癱腦癱兒童認(rèn)知功能的有效性。干預(yù)組在傳統(tǒng)治療干預(yù)的基礎(chǔ)上接受虛擬現(xiàn)實(shí)干預(yù)，在傳統(tǒng)治療的基礎(chǔ)上接受虛擬現(xiàn)實(shí)干預(yù)，對照組實(shí)施傳統(tǒng)治療，持續(xù)10 周，每周干預(yù) 2 次，每次 45 min。 兩組均由盲法評估員對兒童進(jìn)行動(dòng)態(tài)治療認(rèn)知評價(jià)，以收集認(rèn)知功能信息。結(jié)果表明，干預(yù)組的認(rèn)知功能明顯優(yōu)于對照組。在Borrego 等[30]的研究中也證實(shí)了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對提高腦癱患兒認(rèn)知功能有效。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能否有效地改善腦癱兒童的認(rèn)知能力仍然存在爭議，這可能是因?yàn)椴煌闹委熛到y(tǒng)會導(dǎo)致不同的治療效果。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在認(rèn)知訓(xùn)練中的應(yīng)用，不僅可以吸引兒童對游戲的興趣，而且可以使他們更加積極主動(dòng)、參與性更強(qiáng)。

3 問題與展望

腦癱兒童的臨床癥狀嚴(yán)重程度不同。早期康復(fù)診斷對提高兒童運(yùn)動(dòng)功能和日常生活自理能力具有重要作用。 兒童康復(fù)治療的難點(diǎn)之一，是患兒的主動(dòng)配合性比較差，故而患兒的主動(dòng)參與是腦癱康復(fù)效果的重要影響因素之一。傳統(tǒng)的平衡和運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練因?yàn)殚L時(shí)間的單調(diào)乏味練習(xí)使患兒感到煩燥， 主動(dòng)配合度降低，康復(fù)訓(xùn)練效果不理想。 基于VR 技術(shù)的康復(fù)訓(xùn)練是用一種更為新穎和有趣的方式來吸引患兒進(jìn)行康復(fù)治療，從而提高患兒訓(xùn)練的依從性。

目前，VR 作為一種新技術(shù)，具有靈活性好、安全性高、沉浸感強(qiáng)等優(yōu)勢，并且便于為患者量身制訂康復(fù)治療方案，實(shí)現(xiàn)了個(gè)體化治療。 國外腦性癱瘓兒童的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)比較成熟，不同的虛擬情境和虛擬形式對腦性癱瘓兒童的早期診斷、預(yù)防、治療和預(yù)后有不同的影響。 國內(nèi)VR 技術(shù)在腦癱患兒康復(fù)中的臨床應(yīng)用研究較少，VR 康復(fù)訓(xùn)練效果評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不一，在開展VR 的應(yīng)用上有很大的發(fā)展空間。 在設(shè)計(jì)VR 程序時(shí)， 應(yīng)著重關(guān)注我國腦癱患兒的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)符合本國國情的計(jì)算機(jī)程序，并進(jìn)行大樣本的臨床隨機(jī)對照試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證， 為康復(fù)治療師提高參考，進(jìn)而為臨床提供循證依據(jù)，從而為腦癱患兒運(yùn)動(dòng)治療方案提供指導(dǎo)。

未來的研究熱點(diǎn)會著重在VR 技術(shù)對不同腦癱類型的應(yīng)用康復(fù)效果研究，特別是其改善腦癱患兒步態(tài)、上肢操作能力及精細(xì)動(dòng)作方面的效果，以便為患兒在康復(fù)訓(xùn)練過程中及居家生活自理、上學(xué)、日?；顒?dòng)等提供更多有益的輔助。 另外，對腦癱兒童應(yīng)該進(jìn)行綜合性康復(fù)，建議運(yùn)動(dòng)康復(fù)要與醫(yī)學(xué)康復(fù)、教育康復(fù)、職業(yè)康復(fù)等結(jié)合使用，VR 技術(shù)應(yīng)結(jié)合其他療法共同發(fā)揮作用，這也是未來的研究重點(diǎn)。