虛擬現(xiàn)實技術(shù)在痙攣型腦癱患兒康復(fù)護(hù)理中的應(yīng)用進(jìn)展

王楠，高巖 ，任麗杰 ，楊艷

(1.中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院 護(hù)理部，遼寧 沈陽 110004；2.中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院 康復(fù)中心)

腦癱(cerebral palsy,CP)是由發(fā)育中的大腦靜態(tài)(非進(jìn)行性)損傷引起的一系列兒童姿勢和運(yùn)動障礙綜合征，是造成兒童終身殘疾的最常見原因[1]。2013年國內(nèi)的流行病學(xué)調(diào)查[2]顯示，我國腦癱的患病率為2.46‰。痙攣型腦癱(spastic cerebral palsy,SCP)是腦癱最常見的類型，包括痙攣型雙癱、痙攣型四肢癱和痙攣型偏癱[3]。腦癱除了會出現(xiàn)運(yùn)動障礙往往還會有感覺、知覺、認(rèn)知、交流和行為障礙，并伴有癲癇和繼發(fā)性肌肉骨骼問題[4]。有研究[5-8]顯示，虛擬現(xiàn)實(virtual reality,VR)技術(shù)以其獨特的優(yōu)勢在痙攣型腦癱患兒的運(yùn)動障礙、認(rèn)知障礙以及疼痛等的康復(fù)護(hù)理中起到了不可忽略的作用。VR技術(shù)安全性高、趣味性強(qiáng)，目前已廣泛應(yīng)用于帕金森、腦卒中等患者的康復(fù)中[9-12]。然而，我國由于整體兒童康復(fù)起步較晚，對VR技術(shù)在痙攣型腦癱患兒中的關(guān)注不足，應(yīng)用研究也較少。因此，本研究通過檢索國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，對VR技術(shù)在痙攣型腦癱患兒的康復(fù)護(hù)理中的應(yīng)用情況進(jìn)行綜述，為臨床醫(yī)護(hù)人員提供參考和借鑒。

1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在痙攣型腦癱患兒康復(fù)護(hù)理中應(yīng)用的意義

雖然傳統(tǒng)的康復(fù)療法顯示了在痙攣型腦癱患兒功能康復(fù)中的作用，但患兒對這些療法的興趣較低、配合性較差，痙攣型腦癱患兒的康復(fù)與護(hù)理一直是個難點。VR技術(shù)是由計算機(jī)的硬件和軟件創(chuàng)建的一種交互式模擬，涉及到身體和神經(jīng)康復(fù)中的3個要素:重復(fù)、感覺反饋和動機(jī)[13]，這些要素可以促進(jìn)患兒主動接受多次康復(fù)訓(xùn)練并給予實時積極的反饋。神經(jīng)可塑性研究[14]表明，虛擬現(xiàn)實康復(fù)與干預(yù)期間積極參與的動機(jī)呈正相關(guān)。除了動機(jī)之外，虛擬療法還能增強(qiáng)神經(jīng)重組，從而優(yōu)化痙攣型腦癱患兒的康復(fù)效果。Levac等[15]總結(jié)了為什么VR在痙攣型腦癱患兒康復(fù)護(hù)理中具有獨特的意義:患兒可以在VR環(huán)境中增加練習(xí)的持續(xù)時間、強(qiáng)度和頻率，多次重復(fù)能促進(jìn)神經(jīng)通路的恢復(fù)；VR可以模擬一個與現(xiàn)實生活類似的環(huán)境，這有助于使患兒從醫(yī)院過渡到現(xiàn)實生活；VR環(huán)境可以輕松調(diào)整任務(wù)難度，為患兒提供足夠的挑戰(zhàn)；VR還可以提供與任務(wù)績效或結(jié)果相關(guān)的即時視覺和聽覺反饋，使醫(yī)護(hù)人員及時發(fā)現(xiàn)不足并加以調(diào)整；VR游戲可以為患兒提供解決問題的機(jī)會，以優(yōu)化運(yùn)動學(xué)習(xí)，導(dǎo)致神經(jīng)可塑性變化；由于游戲的特點和動畫，VR可以增加患兒在游戲過程中的動機(jī)和參與度，使患兒能多次重復(fù)的訓(xùn)練而不感到厭倦。基于以上傳統(tǒng)康復(fù)療法不具有的優(yōu)勢，VR技術(shù)已經(jīng)成為了痙攣型腦癱患兒康復(fù)護(hù)理中的一個有前途的工具。

2 在痙攣型腦癱患兒康復(fù)護(hù)理中應(yīng)用的主要虛擬現(xiàn)實技術(shù)

2.1 個體化設(shè)計的虛擬現(xiàn)實訓(xùn)練系統(tǒng) 個體化設(shè)計的系統(tǒng)可根據(jù)痙攣型腦癱患兒不同部位、功能、康復(fù)時限和內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計，兼具專業(yè)性與定制性。這種系統(tǒng)能依據(jù)患兒的興趣對患兒上肢肩、肘、 腕、手指等關(guān)節(jié)的靈活性、協(xié)調(diào)性及下肢腿、膝、腳等部位的平衡性、行走功能、控制功能等實現(xiàn)針對性的康復(fù)訓(xùn)練，減輕患兒厭訓(xùn)情緒，加快指定部位的功能恢復(fù)，減少康復(fù)護(hù)理人員的工作量[16]。但因其成本較高、耗時較長以及專業(yè)性較強(qiáng)，目前還未得到廣泛的使用。

2.2 基于Wii的虛擬現(xiàn)實訓(xùn)練系統(tǒng) Wii系統(tǒng)包括Wii Sports以及Wii Fit等，由主機(jī)與手柄運(yùn)動傳感設(shè)備組成。痙攣型腦癱患兒通過遙控器來感知動作，從而提供有關(guān)動作的信息和反饋。Wii Sports包括射箭、籃球、高爾夫球等，Wii Fit包括瑜伽、力量訓(xùn)練和有氧運(yùn)動等?，F(xiàn)有的研究[14]已證實,Wii在改善痙攣型腦癱患兒上肢的運(yùn)動質(zhì)量和肌肉能力、下肢的平衡控制和移動，視覺-知覺處理方面的有效性。

2.3 基于Xbox Kinect的虛擬現(xiàn)實訓(xùn)練系統(tǒng) Xbox Kinect系統(tǒng)由虛擬環(huán)境、紅外攝像頭傳感器和監(jiān)視軟件包組成。3D動作捕捉和手勢識別是Xbox Kinect相對于其他VR產(chǎn)品最突出的特點。用戶無需觸碰任何游戲控制器，通過手勢便可控制游戲環(huán)境并與之互動，這有助于使精細(xì)運(yùn)動技能和靈敏度受損的痙攣型腦癱患兒有效的參與其中[6]。根據(jù)參與者的運(yùn)動功能，在Xbox Kinect 中通常選擇包括足球、沙灘排球和保齡球在內(nèi)的運(yùn)動項目。參與者通常在站立姿勢下進(jìn)行髖關(guān)節(jié)屈曲、髖關(guān)節(jié)外展、髖關(guān)節(jié)外旋等主動運(yùn)動，促進(jìn)了痙攣型腦癱患兒平衡和日常生活活動能力的恢復(fù)。相比于Wii，其器材更加繁瑣復(fù)雜，需在專業(yè)的醫(yī)療護(hù)理人員的指導(dǎo)下使用。

3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在痙攣型腦癱患兒康復(fù)護(hù)理中的應(yīng)用方法

3.1 基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的上肢運(yùn)動康復(fù)護(hù)理 痙攣性偏癱與上肢運(yùn)動相關(guān)的大腦區(qū)域的單側(cè)靜態(tài)損傷和運(yùn)動障礙相關(guān)，包括關(guān)節(jié)活動范圍受限、粗大和精細(xì)運(yùn)動功能異常、感覺運(yùn)動不協(xié)調(diào)和肌肉無力等[17]。這會嚴(yán)重?fù)p害兒童的上肢功能，影響患兒日常生活活動的參與、獨立性和生活質(zhì)量，如接觸、抓握和操縱物體，吃飯、穿衣和洗澡等[18]。Ren等[19]在作業(yè)療法后對痙攣型腦癱患兒中的實驗組進(jìn)行40 min/次，1次/d，5次/周的個體化設(shè)計的VR訓(xùn)練。3個月后，VR 組患兒上肢抓握、視覺-運(yùn)動整合、精細(xì)運(yùn)動發(fā)育得到了顯著的改善。個體化設(shè)計的VR訓(xùn)練能針對性的鍛煉患兒的運(yùn)動功能，增加訓(xùn)練的趣味性，帶來更好的康復(fù)效果。Do等[8]在一項研究中招募了3名痙攣型偏癱腦癱患兒，使用任天堂Wii游戲結(jié)合雙側(cè)手臂訓(xùn)練對患兒進(jìn)行干預(yù)。結(jié)果表明，基于VR的雙側(cè)手臂訓(xùn)練是提高痙攣型腦癱患兒患側(cè)上肢運(yùn)動技能和雙側(cè)協(xié)調(diào)能力的有效干預(yù)方法并具有長期的作用。VR使患兒沉浸在與游戲互動的虛擬世界中，不僅調(diào)動了其積極性，也使患兒精神上得到了放松，減輕了護(hù)理人員的負(fù)擔(dān)。塁ahin等[20]在兒科診所將60名單側(cè)痙攣型腦癱患兒隨機(jī)分為實驗組和對照組，實驗組進(jìn)行8周的Xbox Kinect訓(xùn)練，結(jié)果表明，Kinect可以改善患兒的精細(xì)運(yùn)動功能，如上肢協(xié)調(diào)性、反應(yīng)速度和靈活性等，提高日常生活活動能力和社會認(rèn)知等。兒童手部使用是康復(fù)護(hù)理過程中最具挑戰(zhàn)性的問題之一，對于手部功能的康復(fù)單獨應(yīng)用傳統(tǒng)治療方法(如物理療法、職業(yè)療法、機(jī)器人療法)是不夠的。在VR模擬的環(huán)境中，痙攣型腦癱患兒可以實現(xiàn)視、聽、觸、動覺等方面的虛擬互動和反饋，上肢以及手部的運(yùn)動功能可以通過長期規(guī)律的練習(xí)得到改善。以往的研究多關(guān)注痙攣型腦癱患兒的粗大運(yùn)動功能，未來的研究應(yīng)集中在對患兒手部的精細(xì)功能的康復(fù)護(hù)理，從而促進(jìn)患兒早日回歸正常的生活。

3.2 基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的下肢運(yùn)動康復(fù)護(hù)理 痙攣型腦癱患兒一般會出現(xiàn)下肢肌張力增高、肌力下降、粗大運(yùn)動功能受限、以及會出現(xiàn)步態(tài)和平衡能力的受損。這些癥狀會嚴(yán)重影響患兒的行走能力，使患兒難以像正常的同齡人一樣參與各項日?；顒印Ｈ蝿P等[16]在一項研究中將個體化VR訓(xùn)練應(yīng)用于實驗組，干預(yù)3個月后，患兒的粗大運(yùn)動能力、平衡能力以及步速均較干預(yù)前有所提升，下肢腓腸肌的肌張力和步態(tài)周期明顯低于對照組。Tarakci等[21]將38名痙攣型腦癱患兒(雙癱、偏癱、運(yùn)動障礙型)隨機(jī)分配到常規(guī)平衡訓(xùn)練組和基于Wii Fit平衡的視頻游戲組，每組完成12周的鍛煉計劃，研究表明，該方法能顯著提高痙攣型腦癱患兒的平衡功能和日常生活活動的獨立性水平。此外，VR訓(xùn)練作為一項新的康復(fù)技術(shù)，在改善患兒的各項功能康復(fù)的同時也提高了患兒和家庭的滿意度。Jung等[22]使用Xbox Kinect對4名痙攣型雙癱腦癱患兒進(jìn)行4周的排球、足球和保齡球等項目的VR訓(xùn)練，研究表明，訓(xùn)練后患兒的選擇性運(yùn)動控制、平衡和步態(tài)方面均顯示出積極的反應(yīng)。但由于受試者過少參與時間較短，并且此研究沒有對照組，相關(guān)結(jié)論仍需進(jìn)一步驗證。Grecco等[7]將連續(xù)經(jīng)顱直流電刺激與VR訓(xùn)練結(jié)合，結(jié)果表明，干預(yù)組在步態(tài)、大肌肉運(yùn)動功能和移動性方面顯示了積極的影響，說明VR訓(xùn)練結(jié)合連續(xù)經(jīng)顱直流電刺激更有助于痙攣型腦癱患兒的下肢康復(fù)。與單純應(yīng)用VR相比，VR結(jié)合其他作業(yè)療法或者物理療法等會對痙攣型腦癱患兒產(chǎn)生更明顯的作用。

3.3 基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的認(rèn)知功能康復(fù)護(hù)理 認(rèn)知功能的下降也是痙攣型腦癱患兒的一個典型癥狀。認(rèn)知障礙可以導(dǎo)致注意力不集中、執(zhí)行力下降、記憶和學(xué)習(xí)障礙以及定位障礙等。國內(nèi)外已有相關(guān)文獻(xiàn)證實VR在改善腦卒中患者、急性心肌梗死患者以及癡呆患者認(rèn)知功能中的積極療效，但將VR應(yīng)用于痙攣型腦癱患兒中探索認(rèn)知能力的文獻(xiàn)較少。Aran 等[6]對痙攣型腦癱的兒童采用Xbox Kinect游戲進(jìn)行干預(yù)，使用的VR游戲包括跳躍、向前或向左右傾斜、踢足球等，結(jié)果表明，與干預(yù)前相比，兒童認(rèn)知功能相關(guān)評分顯著提高。VR通過趣味性的虛擬游戲場景與腦癱患兒進(jìn)行互動，反復(fù)訓(xùn)練了兒童的認(rèn)知能力，如定向、空間感知、視覺感知和執(zhí)行功能，因此該研究建議將VR應(yīng)用于痙攣型腦癱患兒的認(rèn)知康復(fù)中。但是此研究的基線認(rèn)知水平測試可能沒有提供足夠的代表患兒認(rèn)知能力的信息，未來可以同時使用多個認(rèn)知測試來確認(rèn)患兒的基線認(rèn)知水平，以減少偏差。

3.4 基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的疼痛管理 痙攣型腦癱患兒比正常同齡人更容易經(jīng)歷疼痛。疼痛感可由多種原因引起，包括肌肉骨骼畸形、肌張力亢進(jìn)、肌肉痙攣等，也有一些是由于偏癱患兒康復(fù)的治療中帶來的疼痛，如物理療法、中醫(yī)推拿等。疼痛是一種復(fù)雜的體驗，長期的慢性疼痛會阻礙患兒的恢復(fù)進(jìn)程。有研究[23]證明，VR對于改善兒童的急慢性疼痛以及緩解焦慮是有效的。這可能是因為患兒在與沉浸式VR交互時會轉(zhuǎn)移注意力，導(dǎo)致對傳入的疼痛信號反應(yīng)較慢。傳統(tǒng)的止痛劑阻斷了疼痛在向中樞神經(jīng)系統(tǒng)傳遞時的C纖維通路而阻止疼痛信號的傳遞，VR不中斷疼痛信號，但通過注意力、情緒、注意力、記憶和其他感官直接和間接作用于疼痛感[24]。我國學(xué)者徐怡等[5]對痙攣型腦癱患兒在常規(guī)康復(fù)的治療基礎(chǔ)上增加VR訓(xùn)練。根據(jù)患兒的認(rèn)知水平選擇播放海底世界等3D全景視頻和一款以美麗的樹木和花朵為背景的平靜而又輕松的解謎游戲來使患兒沉浸在虛擬環(huán)境中，結(jié)果證明，VR可以顯著緩解痙攣型腦癱患兒的疼痛感并且?guī)椭純禾岣呖祻?fù)療效。但目前關(guān)于VR在痙攣型腦癱患兒中疼痛的應(yīng)用較少，可以進(jìn)一步探索VR是否能改善痙攣型腦癱引起的疼痛或者改善疼痛的程度。

4 小結(jié)和展望

綜上所述，無論是在肢體運(yùn)動還是認(rèn)知、疼痛等方面，VR都展示了它在促進(jìn)痙攣型腦癱患兒康復(fù)護(hù)理中的積極作用。隨著科技的普及以及虛擬設(shè)備價格的降低，將VR應(yīng)用于家庭進(jìn)行遠(yuǎn)程康復(fù)訓(xùn)練也是未來的一個研究方向。然而，關(guān)于VR有以下幾點不足：(1)仍未有明確的證據(jù)指出VR訓(xùn)練的最佳干預(yù)時間、頻率和強(qiáng)度；(2)考慮到VR的商業(yè)性以及各痙攣型腦癱患兒之間的差異，研究人員應(yīng)該根據(jù)患兒的年齡和病情以及具體的功能障礙部位設(shè)計出有針對性的游戲和方案；(3)盡管有很多研究證明了應(yīng)用VR治療痙攣型腦癱患兒短期內(nèi)能更好的提高康復(fù)療效，但長期的效果仍然難以確定；(4)目前的研究中大多都是在干預(yù)后用量表評分，這可能會帶來一定的偏倚。未來可以用相應(yīng)的儀器設(shè)備檢測干預(yù)后的痙攣型腦癱患兒大腦的神經(jīng)通路，驗證VR是否對大腦產(chǎn)生了重塑作用。