虛擬現實技術在康復治療中的研究進展

李澤輝 王德強

【摘要】 康復醫(yī)學的主要目的在于提高病、傷、殘者生存質量，并使其最終融入社會。虛擬現實技術的出現為所有康復對象提供了一個更真實、更便捷的，提前適應真實世界的工具。作為一種全新的康復手段，虛擬現實技術目前已被逐漸應用于康復醫(yī)學領域。本文對虛擬現實技術在康復治療中的應用進行了綜述，旨在加深人們對虛擬現實技術的認識，為擴大其應用范圍提供經驗借鑒及理論依據。

【關鍵詞】 虛擬現實技術 康復治療 綜述

Research Progress on Virtual Reality Technology in Rehabilitation Therapy/LI Zehui， WANG Deqiang. //Medical Innovation of China， 2022， 19（06）： -188

[Abstract] The main purpose of rehabilitation medicine is to improve the quality of life of the sick， injured and disabled， and finally integrate them into the society. The emergence of virtual reality （VR） technology provides a more real and convenient tool for all rehabilitation objects to adapt to the real world in advance. As a new means of rehabilitation， VR has been gradually applied in the field of rehabilitation medicine. This paper summarizes the application of virtual reality technology in rehabilitation therapy， in order to deepen people’s understanding of VR and provide experience reference and theoretical basis for expanding the scope of application of virtual reality technology.

[Key words] Virtual reality technology Rehabilitation therapy Review

First-author’s address： Rehabilitation Medicine Faculty of Binzhou Medical University， Yantai 264003， China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2022.06.042

虛擬現實（virtual reality，VR）技術是一種集成了一系列信息學技術，通過計算機等處理器模擬生成虛擬數字世界，并可通過軟件程序和硬件設備（如特殊的立體聲耳機、頭盔、眼鏡、手套、背心等）提供類似現實的復雜、真實的即時反饋，使人深入其中，親身在虛擬世界體驗的技術[1-3]。近些年，醫(yī)療技術及信息技術的進步，使VR技術逐漸進入并應用于醫(yī)學領域。

康復醫(yī)學旨在提高病、傷、殘者生存質量，并使其最終融入社會。而VR技術為所有康復對象提供了一個更真實、更便捷的，提前適應真實世界的工具。VR技術作為康復醫(yī)學的前沿技術，展現出了巨大的優(yōu)勢。不僅表現在其可以根據患者的真實能力和潛力調節(jié)難度，并可通過視覺、聽覺等感覺反饋控制患者表現，還表現在其在患者中具有極高的依從性[4]。

近年來，VR技術作為新的康復方法，在神經康復、骨科康復、兒童康復等多領域得到較廣泛應用[2，4-6]，本文對VR技術在康復治療中的應用進行了綜述，旨在加深人們對VR技術的認識，為擴大其應用范圍提供經驗借鑒及理論依據。

1 虛擬現實技術概述

VR技術是具備構想性、高互動性、強沉浸性的技術[7]，該技術依托信息技術，其精細程度、反饋類型、應用場景等均受到軟件編寫、硬件設備以及數據傳輸速度的影響。VR技術主要分為非交互式體驗、人-虛擬環(huán)境交互式體驗和群體-虛擬環(huán)境交互式體驗等，而應用于康復治療中的VR技術又以商業(yè)游戲系統(tǒng)和沉浸式虛擬環(huán)境系統(tǒng)為主[8-9]。商業(yè)游戲系統(tǒng)中低成本人體運動傳感器的發(fā)明以及無線傳輸技術的發(fā)展，使應用視頻游戲進行康復治療變得更加容易。而家用便攜頭戴式VR的普及，將為VR技術逐漸應用于居家康復提供土壤。

信息技術手段的進步，使VR技術能夠相對便捷地提供更加豐富的場景，從而個性化的為不同程度、不同部位存在功能障礙的患者搭建針對性的訓練場景。Allain等[10]預期了腦卒中患者在現實廚房中可能進行的活動，設計搭建虛擬的場景，在虛擬廚房中進行針對性的訓練任務。他們指出與虛擬世界互動過的患者在進行日?；顒訒r受到的限制較少。并且，在虛擬的場景進行交互，降低了康復對象的試錯成本，在專業(yè)康復人員參與下，可以提前暴露其融入社會過程中可能遇到的風險，并且由于其虛擬特性，使受傷的風險大大降低。同時，配合游戲豐富的獎懲機制，可以有效增加患者的重復訓練次數以解決具體問題，調動患者的積極性，使患者保持較高的依從性。

在提供豐富場景的同時，VR技術的應用還提高了康復過程中運動學習與神經可塑性的潛能。研究發(fā)現，使用VR訓練一段時間后核磁共振圖像顯示了感覺運動皮層的重組。Jang等[11]指出，感覺反饋可能是VR訓練中影響神經可塑性并促進大腦重組的重要因素。最近，Tunik等[12]及Bagce等[13]的一系列研究證明，VR訓練中的視覺反饋是選擇性調節(jié)初級運動皮層（M1）活動的一種有效方式。同時，未來通過硬件設備的逐步開發(fā)，還可以通過聽、觸覺等不同感官反饋，對患者進行不同大腦區(qū)域的刺激。相關的腦電圖數據表明，VR技術的使用可能涉及參與運動規(guī)劃和學習的不同腦區(qū)（可能包括鏡像神經元系統(tǒng)），從而導致運動表現的改善[14]。

2 VR技術在康復中的應用

VR技術的適用年齡廣泛，從兒童的前庭功能障礙到老年患者帕金森病的康復治療，均取得了較好療效[5-6]。由于虛擬任務、場景的趣味性，使其在各年齡段均獲得較高參與度，從而收獲更好的治療效果。并且，VR技術還可以很好地與現有的康復手段結合，如機器人輔助康復配合VR可以更顯著地改善步態(tài)和平衡問題，或是配合經顱電刺激等物理療法提高治療效果、依從性，同時還可通過分心療法緩解患者的痛覺[14-16]。下面將根據不同類型的疾病進行綜述。

2.1 在腦卒中康復中的應用 腦卒中是導致死亡和殘疾的主要原因，已被描述為世界性流行病[17]。腦卒中的影響可能包括感覺、運動和認知障礙，以及自我照顧和參與社會和社區(qū)活動的能力降低。專業(yè)康復醫(yī)師通常首先根據對腦卒中后患者的功能評估，選擇針對性的VR任務對患者進行功能訓練。任天堂Wii?是使用最多的視頻游戲系統(tǒng)，每周進行兩到三次，每次持續(xù)30～60 min，持續(xù)2～12周，可根據患者具體情況個性化調節(jié)。平衡、上下肢運動功能、生活質量和日常生活活動能力是最常見的評估手段。多項研究表明，使用VR進行康復后，動態(tài)平衡、上下肢運動功能和生活質量都有所改善[2，18-19]。并且，VR治療動態(tài)平衡的效果優(yōu)于常規(guī)治療。VR技術對于腦卒中患者認知功能的改善已被多項研究證實[20-21]。同時，VR技術也可用于言語障礙的腦卒中患者的居家康復，多項研究證明了VR技術在增強患者語言能力方面的作用[22-24]，同時VR技術的應用大大降低了康復成本。但是，VR技術對于不同類型腦卒中的康復是否均有效，其不同類型腦卒中的VR康復方案是否存在不同，仍需大量研究證實。

2.2 在帕金森病康復中的應用 帕金森病是全球最常見的神經退行性疾病之一，主要與黑質致密部多巴胺能神經元的丟失有關，運動遲緩、僵硬、靜止性震顫和姿勢不穩(wěn)是該病的顯著特征[25-27]。此外，認知衰退、疲勞、冷漠和抑郁等非運動特征也很常見，嚴重影響患者的功能和生活質量[28]。VR技術可以通過提供更多的感官反饋，實現運動功能的個性化重復練習，同時刺激運動和認知功能，在提供學習新的運動策略機會的同時，提供了重新學習因受傷或疾病而喪失的運動能力的機會[29-30]。相關研究的重點主要聚焦于提高患者平衡能力，改善患者的下肢運動功能。治療的總劑量在不同的研究中有所不同，從6～52 h不等，總訓練期最短為4周，最長為12周。然而，有研究指出短期VR運動對步幅和步長有積極影響的證據質量不高[5]。VR和理療在步態(tài)、平衡和生活質量方面可能有相似的效果。未來還需要更多高質量的大規(guī)模研究來進一步證實。

2.3 在兒童康復中的應用 小兒腦性癱瘓是由胎兒期或嬰兒期受到非進行性腦損傷，引發(fā)以運動、認知、語言等多種障礙為特征的發(fā)育異常[31]。多項研究證明VR技術對于改善上下肢功能障礙有顯著效果[32-35]。Shirley等[36]和Borrego等[37]的研究也表明VR技術對腦癱患兒的認知能力有積極的影響。肌肉痙攣導致的疼痛也困擾較多的腦癱患兒，目前并未有足夠證據表明VR技術對于肌肉痙攣導致的疼痛也有較好效果。

關于嬰兒、幼兒和青少年出現前庭功能障礙的報告在過去十年中有所增加。兒童前庭功能障礙導致的損害包括凝視不穩(wěn)定、平衡能力減弱、運動功能發(fā)育遲緩和眩暈。VR技術在前庭功能的康復中，相比傳統(tǒng)康復更注重于適應、替代和運動學習。一項針對前庭功能障礙患兒的研究證實，盡管仍低于同齡人，使用了VR技術的患兒在粗大運動功能方面有所改善[6，34]。另有研究證實，設計合適的VR干預措施，可以改善患兒的凝視穩(wěn)定性，同時使患兒的閱讀能力有所提高[38]。

2.4 在ICU重癥康復中的應用 ICU患者的病情較重，疾病較為復雜，而重癥康復主要聚焦于減少ICU后綜合征的發(fā)生、縮短住院時間、改善患者的功能障礙。研究表明轉出ICU后仍可出現持續(xù)的認知障礙、運動障礙等創(chuàng)傷后癥狀，大大影響了患者的恢復狀況和生活質量。Gomes等[39]應用任天堂Wii? VR游戲系統(tǒng)，對60例ICU重癥患者進行干預，結果顯示，應用VR患者，59%可達到輕度活動水平，38%可達到中度活動水平。值得注意的是，86%的患者希望在未來的物理治療過程中繼續(xù)使用VR。Turon等[40]對機械通氣的ICU患者的研究證明，VR技術對于減少ICU患者認知障礙有效果。已有研究證明VR技術的應用有助于改善ICU患者的焦慮和抑郁情況[41]，但目前對ICU患者的睡眠質量并未發(fā)現影響。

2.5 在心臟病患者康復中的應用 近年來，我國心血管疾病的患病率持續(xù)上升，病死率居首位。在心臟康復中VR技術的應用可以提高患者的身體素質，改善患者心肺功能，提高患者運動耐力，為其逐步適應運動起到良好的過渡作用。目前已有的研究通常選擇中等強度的模擬運動以更好的改善心臟功能[42]，頻率、持續(xù)時間、強度等主要根據疾病的不同以及患者心臟功能等級，做出針對性改變，從每天2次至每周2次不等[43]。Lee等[44]應用VR技術對48例重癥心臟病患者進行干預，使患者在睡前30 min通過頭戴式VR設備播放虛擬自然場景進行冥想，通過比較睡眠數據以及匹茲堡睡眠質量指數評估患者主觀睡眠質量。結果表明，應用VR技術冥想對患者的主觀睡眠評估起到改善作用，同時減少了心臟病患者的覺醒時間，增加了深度睡眠時間和提高了睡眠效率。有研究初步證實VR技術可加速冠脈移植患者心肺功能的恢復，改善患者的運動耐力。也有一項針對15例心血管疾病患者的研究發(fā)現[45]，VR技術的應用使總膽固醇、甘油三酯、高密度脂蛋白和低密度脂蛋白的比例有所改善。

2.6 在其他常見疾病康復中的應用 目前，在骨骼肌肉疾病康復方面，對于VR技術的干預是否比標準物理治療更有效，仍存在爭論[46]。而在燒傷患者的疼痛管理、活動范圍以及本體感覺方面，多項研究證實了VR技術的效果[16，47]。對于VR技術在腫瘤、內臟疾患等疾病中的康復，目前相關研究較少。VR技術在康復治療中有較好前景，未來仍需更多研究以擴大VR技術在康復治療中的適用范圍。

3 總結與展望

綜上所述，VR技術可以提供一種全新的康復手段，在醫(yī)院或是居家環(huán)境中提供更高的治療依從性和更好的患者管理，對于多種疾病均有較好療效。其在疾病中的應用主要集中在運動、認知、平衡、言語功能、疼痛控制、心理健康等方面。然而，考慮到目前數據的來源較少，仍需要更多臨床試驗來證實VR技術的有效性?，F階段，VR技術在康復治療中的應用缺少較規(guī)范化的治療指南來指導VR康復計劃的制定，未來仍需要更多研究，特別是隨機對照試驗，來確定VR技術在更廣泛疾病的康復中的有效性或是VR康復方案的有效性。可以預見，VR技術的應用將是未來康復治療發(fā)展的重要方向之一。

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（收稿日期：2022-01-25） （本文編輯：姬思雨）