虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在腦卒中患者康復(fù)中的應(yīng)用進(jìn)展

王佳樂(lè)，楊巧紅

（暨南大學(xué)護(hù)理學(xué)院，廣東 廣州 510632）

在我國(guó)，腦卒中是致殘率和致死率最高的疾?。?］，也是當(dāng)今世界危害人類生命健康最主要的疾病之一［2］。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)每年新發(fā)腦卒中患者約200 萬(wàn)人，其中70%～80%的患者因殘疾而不能獨(dú)立生活，給家庭和社會(huì)帶來(lái)了沉重的負(fù)擔(dān)［3］。 研究顯示，由于康復(fù)治療資源有限， 加上部分患者和家屬的康復(fù)意識(shí)欠缺及疾病恢復(fù)期漫長(zhǎng)，導(dǎo)致腦卒中患者得不到及時(shí)、長(zhǎng)期及有效的康復(fù)治療［4］。 20 世紀(jì) 90 年代， 虛擬現(xiàn)實(shí)（virtual rea-lity, VR）技術(shù)被開(kāi)發(fā)，并作為一種康復(fù)評(píng)估和治療的工具［5］。 VR 技術(shù)具有安全性、趣味性、康復(fù)治療個(gè)體化等優(yōu)勢(shì)［6］，成為康復(fù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，且在腦卒中康復(fù)治療中應(yīng)用最廣泛［7］。本研究就VR 技術(shù)在腦卒中患者康復(fù)中的應(yīng)用進(jìn)行分析總結(jié)， 以期為VR 技術(shù)在我國(guó)的進(jìn)一步發(fā)展提供參考依據(jù)。

1 VR 技術(shù)概述

1.1 VR 技術(shù)定義VR 技術(shù)是利用仿真技術(shù)與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、 人機(jī)接口技術(shù)和多媒體技術(shù)等多種尖端技術(shù)建立一個(gè)三維的虛擬世界，讓用戶“投入”到該環(huán)境中，通過(guò)一個(gè)媒介（手套、操縱桿、鼠標(biāo)）或用戶的手勢(shì)、動(dòng)作、表情、語(yǔ)音，甚至眼球或腦電波實(shí)現(xiàn)與虛擬信息進(jìn)行交互，產(chǎn)生多感官的反饋［8］。

1.2 VR 技術(shù)在腦卒中患者康復(fù)中的應(yīng)用原理VR技術(shù)可以模擬出現(xiàn)實(shí)中的場(chǎng)景，如廚房、超市等。 患者在此場(chǎng)景中完成各種任務(wù)，如整理壁櫥、進(jìn)行手指/腕及肩關(guān)節(jié)等部位的功能訓(xùn)練、物品識(shí)別歸類、注意力的認(rèn)知訓(xùn)練等。 患者在訓(xùn)練過(guò)程中可以看到自己肢體的動(dòng)作，并以此來(lái)強(qiáng)化對(duì)訓(xùn)練動(dòng)作的認(rèn)知。腦卒中康復(fù)治療是基于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的可塑性和大腦皮質(zhì)重組理論， 即高強(qiáng)度及重復(fù)訓(xùn)練可以使原本休眠的高閾值突觸處于活化狀態(tài)，周圍神經(jīng)組織通過(guò)軸突的側(cè)支芽生，形成新的神經(jīng)通路， 使臨近失神經(jīng)支配的組織重新獲得支配［9］。 在磁力共振成像中發(fā)現(xiàn)，通過(guò) VR 訓(xùn)練可以刺激腦卒中患者皮質(zhì)重組來(lái)提高其運(yùn)動(dòng)能力， 分析原因可能與VR 訓(xùn)練過(guò)程中產(chǎn)生的視覺(jué)、 前庭及本體感覺(jué)動(dòng)態(tài)反饋調(diào)節(jié)前運(yùn)動(dòng)及頂葉皮層的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等產(chǎn)生即時(shí)的自我校正，進(jìn)而激活鏡像神經(jīng)元有關(guān)［10-11］。 研究發(fā)現(xiàn)，VR 技術(shù)基于運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)理論的康復(fù)治療方法，相比人工主導(dǎo)的傳統(tǒng)治療，更容易滿足高強(qiáng)度、重復(fù)性和特異性為導(dǎo)向的運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)原則［10］，特別在重復(fù)、反饋和動(dòng)機(jī)3 個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)上， 虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境能帶給患者足夠的沉浸感，讓其獲得包括視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)在內(nèi)的實(shí)時(shí)反饋，并不斷激勵(lì)患者接受挑戰(zhàn)，提高其運(yùn)動(dòng)、學(xué)習(xí)效率和積極性。

2 VR 技術(shù)在住院腦卒中患者康復(fù)中的應(yīng)用進(jìn)展

VR 技術(shù)主要用于腦卒中患者的功能評(píng)定和康復(fù)治療，其中關(guān)于改善認(rèn)知、平衡、上肢功能和增加肌力方面的研究較多。下面就腦卒中患者各功能障礙的VR技術(shù)評(píng)估和治療進(jìn)行闡述。

2.1 認(rèn)知功能障礙認(rèn)知障礙泛指各種原因引起的記憶力、計(jì)算力、視空間定向力、執(zhí)行能力等至少一個(gè)認(rèn)知域損害。 腦卒中后認(rèn)知障礙的發(fā)病率達(dá)80.97%［12］，是腦卒中患者常見(jiàn)的后遺癥之一。

2.1.1 認(rèn)知功能評(píng)估指南推薦對(duì)主訴認(rèn)知功能損害的就診者， 選擇MMSE 量表和MoCA 量表或類似的篩查量表組合進(jìn)行初步篩查并評(píng)估［13］。 朱亞平等［14］將認(rèn)知的量表內(nèi)容轉(zhuǎn)化為3D 畫面， 讓患者在虛擬顯示器中身臨其境完成評(píng)定。 而黃延焱等［15］研發(fā)的認(rèn)知能力評(píng)估系統(tǒng)是基于光學(xué)動(dòng)作捕捉設(shè)備和具有按鍵交互功能的虛擬現(xiàn)實(shí)手柄，利用手柄操作，實(shí)現(xiàn)與虛擬環(huán)境交互。 模擬的環(huán)境是超市購(gòu)物，包括四大任務(wù)，分別是購(gòu)物清單記憶、 根據(jù)清單在貨架找尋物品、 在收銀臺(tái)結(jié)算、購(gòu)買商品。根據(jù)使用者的任務(wù)表現(xiàn)、神經(jīng)傳感數(shù)據(jù)、反應(yīng)時(shí)間等進(jìn)行記憶能力、執(zhí)行能力、運(yùn)算能力、視覺(jué)空間能力的評(píng)估， 并利用統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)綜合評(píng)估受測(cè)者的認(rèn)知執(zhí)行能力。 類似任務(wù)的VR 系統(tǒng)也常用作進(jìn)行認(rèn)知功能訓(xùn)練和日常生活能力的訓(xùn)練。

2.1.2 認(rèn)知功能訓(xùn)練一項(xiàng)研究招募了42 例腦卒中急性期患者，對(duì)照組采用計(jì)算機(jī)輔助訓(xùn)練，干預(yù)組在對(duì)照組的基礎(chǔ)上采用VR 訓(xùn)練，即HMD 頭盔沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練［16］。 HMD 頭盔是由護(hù)目鏡、主體和攝像頭組成的頭戴式顯示設(shè)備。該訓(xùn)練主要包括2 個(gè)程序：釣魚和圖片匹配。釣魚是患者利用上肢動(dòng)作捕魚，同時(shí)記憶魚的數(shù)量來(lái)完成任務(wù)； 圖片匹配是讓患者先記憶1 張圖片，之后再給8 張圖片，顯示幾秒翻轉(zhuǎn)，讓患者選擇記憶的那張圖片。以上任務(wù)均鍛煉了患者的上肢功能、記憶力、注意力、執(zhí)行力等。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，接受計(jì)算機(jī)輔助訓(xùn)練聯(lián)合VR 訓(xùn)練的患者在學(xué)習(xí)、 延遲記憶和空間、時(shí)間定向力方面有顯著改善，且在認(rèn)知功能和日常生活表現(xiàn)方面比單獨(dú)使用計(jì)算機(jī)輔助訓(xùn)練效果更好。肖湘等［17］研究納入34 例腦卒中住院患者，對(duì)照組采用常規(guī)的認(rèn)知訓(xùn)練， 觀察組采用基于Kinect 體感交互技術(shù)的游戲訓(xùn)練，訓(xùn)練方式采用打網(wǎng)球和切水果。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)， 觀察組患者比對(duì)照組患者在視空間與執(zhí)行功能、注意力、定向力和日常生活能力方面有明顯改善，且觀察組神經(jīng)電生理技術(shù)事件誘發(fā)電位P300 的潛伏期比對(duì)照組及訓(xùn)練前均縮短， 說(shuō)明VR 訓(xùn)練有助于認(rèn)知功能神經(jīng)的重塑。

2.2 運(yùn)動(dòng)功能障礙國(guó)外研究統(tǒng)計(jì)約有80%的腦卒中患者存在運(yùn)動(dòng)障礙， 主要表現(xiàn)為病灶半球?qū)?cè)肢體完全或部分性軟癱或無(wú)力， 是腦卒中后最常見(jiàn)的功能障礙，也是目前患者康復(fù)的重點(diǎn)及熱點(diǎn)［11］。 研究發(fā)現(xiàn)，目前VR 技術(shù)較多的應(yīng)用于改善平衡功能、 上肢功能以及步態(tài)步行能力［18］。

2.2.1 運(yùn)動(dòng)功能評(píng)估臨床上關(guān)于運(yùn)動(dòng)功能評(píng)估量表很多， 常用的有Fugl-Meyer 評(píng)定量表（Fugl-Meyer Assessment，F(xiàn)MA）、Brunnstrom 偏癱分級(jí)等， 主要用于評(píng)估肢體運(yùn)動(dòng)功能、平衡能力等。 Adams 等［19］基于 VR技術(shù)研發(fā)了上肢功能評(píng)估系統(tǒng)。 該系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備是一種在手指、 手腕裝有運(yùn)動(dòng)跟蹤傳感器的商用手套矯形器，以及光學(xué)動(dòng)作捕捉設(shè)備。上肢功能評(píng)估系統(tǒng)的主要任務(wù)包括3 個(gè)部分：園地豐收、整理壁櫥及球放入盒子活動(dòng)，評(píng)估系統(tǒng)通過(guò)捕捉患者在活動(dòng)中的抓、取、放置等動(dòng)作，計(jì)算出關(guān)節(jié)活動(dòng)的角度及手指、手腕、肘部活動(dòng)時(shí)的速度等，并將其作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。將評(píng)價(jià)指標(biāo)得出的結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)指標(biāo)得出的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)兩種評(píng)價(jià)結(jié)果之間存在高度相關(guān)性， 表明上肢功能評(píng)估系統(tǒng)可以有效地反映患者上肢運(yùn)動(dòng)功能的情況及在真實(shí)世界中的功能狀態(tài)。 梁爽等［20］研發(fā)出運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練評(píng)估方法,通過(guò)腦-機(jī)接口系統(tǒng)建立三維運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練場(chǎng)景，將受試者在執(zhí)行有觸覺(jué)反饋和無(wú)觸覺(jué)反饋的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練時(shí)在大腦感覺(jué)運(yùn)動(dòng)皮層區(qū)域產(chǎn)生的腦電信號(hào)數(shù)據(jù)代入預(yù)建的腦電信號(hào)時(shí)頻特征模型，并進(jìn)行定量化評(píng)估。

2.2.2 平衡功能、 步態(tài)步行能力訓(xùn)練平衡功能是完成運(yùn)動(dòng)行走的基礎(chǔ)功能， 對(duì)預(yù)防和減少跌倒有重要作用。 Porras 等［21］研究回顧性分析了在大型康復(fù)中心接受VR 康復(fù)治療的167 例患者3 年內(nèi)的臨床記錄。 該研究涉及4 個(gè)VR 系統(tǒng)和23 個(gè)VR 環(huán)境， 在有關(guān)平衡功能、步態(tài)步行能力的VR 訓(xùn)練中，常用的模擬場(chǎng)景及任務(wù)包括：“船”-重心轉(zhuǎn)移任務(wù)、“道路”-行走任務(wù)、“路障”-障礙策略任務(wù)、“路牌”-視空間訓(xùn)練任務(wù)、“搖籃范圍”-重心控制任務(wù)。 該研究使用運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)跟蹤患者身體上的標(biāo)記區(qū)域。 研究結(jié)果顯示，利用多個(gè)VR 系統(tǒng)和VR 環(huán)境有助于制訂高度個(gè)性化的干預(yù)方案，并對(duì)患者進(jìn)行針對(duì)性的治療； 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平衡和步態(tài)步行能力。 患者的步態(tài)步行能力可通過(guò)起立行走試驗(yàn)、Berg 平衡量表和簡(jiǎn)易平衡評(píng)定系統(tǒng)等進(jìn)行測(cè)試。

2.2.3 上肢功能訓(xùn)練腦卒中后上肢功能障礙是常見(jiàn)后遺癥之一，嚴(yán)重影響患者日常生活能力，降低其生活質(zhì)量。 Cochrane 系統(tǒng)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練能有效改善腦卒中患者上肢功能障礙［18］。 Brunner 等［22］研究把5 家康復(fù)機(jī)構(gòu)患有上肢功能障礙的亞急性期患者120 例作為研究對(duì)象。 實(shí)驗(yàn)組采用You Grabber 系統(tǒng)的VR 訓(xùn)練。 該訓(xùn)練包括的游戲任務(wù)均涉及放置、抓取練習(xí)、選擇性手指運(yùn)動(dòng)、旋前旋后、全臂運(yùn)動(dòng)、單側(cè)或雙側(cè)運(yùn)動(dòng)等，并在屏幕上增加視覺(jué)反饋。 干預(yù)4 周后，采用手臂動(dòng)作調(diào)查測(cè)試表評(píng)定患者的上肢運(yùn)動(dòng)功能， 結(jié)果顯示采用You Grabber 系統(tǒng)的VR 訓(xùn)練產(chǎn)生的結(jié)果和采用常規(guī)康復(fù)產(chǎn)生的結(jié)果一致， 證實(shí)VR 訓(xùn)練可作為標(biāo)準(zhǔn)康復(fù)的一種補(bǔ)充。 基于游戲的虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練能激發(fā)患者不斷接受挑戰(zhàn)， 同時(shí)治療師可根據(jù)患者情況實(shí)時(shí)調(diào)整游戲難度，可減少患者的挫敗感，提高其積極性及依從性。

2.3 日常生活能力訓(xùn)練VR 技術(shù)可以模擬出很多日常生活中的場(chǎng)景并提供多感官刺激，如超市購(gòu)物、模擬廚房、家庭虛擬環(huán)境、銀行取錢等，且患者在虛擬環(huán)境中可以進(jìn)行反復(fù)演練并轉(zhuǎn)化到現(xiàn)實(shí)生活中。 有研究發(fā)現(xiàn)腦卒中患者進(jìn)行VR 訓(xùn)練后在自我護(hù)理、洗澡、穿衣和肌力控制方面有明顯改善， 生活質(zhì)量也有顯著提高［16］。 2017 年 Cochrane 系統(tǒng)評(píng)價(jià)表明，增加虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練時(shí)間可顯著改善患者的日常生活活動(dòng)功能， 提高日常生活能力，值得臨床推廣應(yīng)用［18］。

3 VR 技術(shù)在社區(qū)、家庭腦卒中患者康復(fù)中的應(yīng)用進(jìn)展

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，74.3%的患者表示愿意在社區(qū)接受康復(fù)治療服務(wù)，但有調(diào)查發(fā)現(xiàn)僅有8.3%患者在社區(qū)接受過(guò)康復(fù)治療［23］。分析原因可能為天氣、交通、距離、人力等問(wèn)題限制了患者反復(fù)去醫(yī)院接受規(guī)律的康復(fù)治療。 而基于VR 技術(shù)的康復(fù)治療提供了一種理想的治療方案，確保了患者康復(fù)的連續(xù)性。區(qū)永康等［24］研發(fā)了一項(xiàng)實(shí)現(xiàn)前庭康復(fù)的家庭、 醫(yī)院兩用的便攜式康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)及方法。 該系統(tǒng)包括量表評(píng)估模塊、虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備、定位傳感器、訓(xùn)練自評(píng)模塊和訓(xùn)練存儲(chǔ)模塊。使用量表評(píng)估模塊與平衡障礙量表評(píng)估受訓(xùn)者， 進(jìn)而得到評(píng)估分?jǐn)?shù)及相對(duì)應(yīng)的病情級(jí)別（共十級(jí)）,虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備根據(jù)病情級(jí)別匹配相對(duì)應(yīng)的訓(xùn)練視頻（共35 個(gè)視頻）。受訓(xùn)者根據(jù)訓(xùn)練視頻進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練， 同時(shí)定位傳感器感測(cè)受訓(xùn)者的康復(fù)訓(xùn)練結(jié)果， 并將訓(xùn)練結(jié)果傳輸給訓(xùn)練自評(píng)模塊以完成自評(píng)評(píng)分， 并將評(píng)分保存于訓(xùn)練儲(chǔ)存模塊。 結(jié)果顯示，通過(guò)使用該系統(tǒng)，受訓(xùn)者的平衡協(xié)調(diào)能力、 肢體功能及姿態(tài)控制能力等均得到鍛煉。Triandafilou 等［25］也研發(fā)了類似上肢康復(fù)的家用 VR 系統(tǒng)， 結(jié)果顯示超過(guò)66%的患者表示非常愿意在家接受治療，100%的患者表示每周至少進(jìn)行了2～3 次訓(xùn)練。但目前關(guān)于VR 技術(shù)應(yīng)用于家庭、 社區(qū)腦卒中患者康復(fù)后效果評(píng)價(jià)的研究鮮有報(bào)道。

4 存在的問(wèn)題及展望

在康復(fù)人員不變的情況下， 虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練在增加康復(fù)訓(xùn)練時(shí)間、遠(yuǎn)程監(jiān)控指導(dǎo)、安全性、趣味性及可重復(fù)性等方面有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。 有足夠的證據(jù)可以說(shuō)明虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練在認(rèn)知康復(fù)、 運(yùn)動(dòng)康復(fù)及提高日常生活能力方面有效， 但還無(wú)法證實(shí)其是否比傳統(tǒng)康復(fù)方法更有效及是否可以替代傳統(tǒng)治療［21,26-27］。 目前現(xiàn)有研究存在局限性［9,18,22,26］。 ①關(guān)于 VR 技術(shù)康復(fù)治療的研究缺乏大樣本、多中心等高質(zhì)量分層隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)。 ②VR 技術(shù)康復(fù)治療的強(qiáng)度和治療時(shí)間存在差異。有研究表明治療強(qiáng)度、訓(xùn)練時(shí)間與康復(fù)效果呈正相關(guān)，但缺乏最佳強(qiáng)度及頻率的證據(jù)，且有益閾值也不明確。③對(duì)于VR 訓(xùn)練是否有效，各研究選擇的量表和評(píng)價(jià)指標(biāo)不一致，且評(píng)價(jià)過(guò)程中存在一定主觀因素，缺少關(guān)于機(jī)制和腦成像的客觀證據(jù)。④研究時(shí)間較短，缺乏干預(yù)后長(zhǎng)期的隨訪，無(wú)法確定VR 訓(xùn)練的遠(yuǎn)期影響。 ⑤部分研究采用的VR 系統(tǒng)不是針對(duì)腦卒中患者設(shè)計(jì)， 僅是簡(jiǎn)單的視頻游戲系統(tǒng)。 ⑥已有的VR 技術(shù)僅應(yīng)用于腦卒中患者某方面的功能障礙， 而腦卒中患者功能障礙往往是多方面的。 后續(xù)建議在人員方面， 加強(qiáng)多學(xué)科團(tuán)隊(duì)合作；技術(shù)方面，不斷提高跟蹤定位的精準(zhǔn)性；硬件設(shè)備方面，有待降低成本，且設(shè)備應(yīng)更加輕便攜帶；軟件功能方面，操作應(yīng)更簡(jiǎn)便、內(nèi)容更豐富及個(gè)體化。