虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在腦卒中病人認(rèn)知康復(fù)中的應(yīng)用研究進(jìn)展

竇麗君，丁小容，秦美容

1.長江大學(xué)醫(yī)學(xué)部，湖北 434000；2.北京大學(xué)深圳醫(yī)院

《中國腦卒中防治報告2020》提出，腦卒中是嚴(yán)重危害我國居民健康的慢性非傳染性疾病之一，具有發(fā)病率高、致殘率高、死亡率高、復(fù)發(fā)率高、經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)重五大特點(diǎn)，對病人的生活及社會功能產(chǎn)生極大影響[1?2]。隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)（virtual reality，VR）技術(shù)作為一種新技術(shù)也逐漸受到重視和研究，并應(yīng) 用 于 醫(yī) 學(xué) 領(lǐng) 域。在 癌 癥 治 療[3?5]、疼 痛 管 理[6?7]、教學(xué)[8?9]等方面都發(fā)揮了很大的作用，改善了病人的情緒、認(rèn)知和疼痛，提高了護(hù)生操作的熟練程度和教學(xué)效果。腦卒中后的認(rèn)知康復(fù)對病人整體康復(fù)的進(jìn)度起到了非常重要的作用，且現(xiàn)階段應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合認(rèn)知訓(xùn)練方法的治療效果更顯著[10]。

1 概念

1.1 認(rèn)知康復(fù) 腦卒中后認(rèn)知障礙（post?stroke cognitive impairment,PSCI）特指腦卒中之后出現(xiàn)的并持續(xù)6 個月依然存在的認(rèn)知功能損害，是血管性認(rèn)知障礙（vascular cognitive impairment,VCI）的一個重要亞型，PSCI 不僅會對病人的日常生活能力和社會功能產(chǎn)生嚴(yán)重影響，甚至還可能增加病人的致殘率、病死率[11?12]。因此，多國腦卒中康復(fù)指南建議對PSCI 病人進(jìn)行認(rèn)知康復(fù)[13?15]，認(rèn)知狀態(tài)也是腦卒中后恢復(fù)成功的重要決定因素。林強(qiáng)等[16]研究表明，腦卒中后的認(rèn)知障礙會直接影響病人的康復(fù)治療效果和日常生活等各個方面。因此，對于病人來說，認(rèn)知康復(fù)訓(xùn)練對其認(rèn)知功能本身、生活能力的恢復(fù)等具有重要意義。

1.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種利用計算機(jī)生成模擬環(huán)境的、多個來源信息整合的、交互式的三維動態(tài)景象和實(shí)體行為的系統(tǒng)仿真[17?18]，是用戶通過視覺、聽覺、觸覺對感受到的創(chuàng)建的虛擬環(huán)境的反饋，并可以使用戶沉浸在該環(huán)境中[19]。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可分為完全沉浸式、半沉浸式、非沉浸式[20]，完全沉浸式通常是頭戴顯示器，并使用戶在虛擬環(huán)境中沉浸的一種系統(tǒng)；而半沉浸式則被認(rèn)為是具有單屏投影或桌面顯示器的系統(tǒng)[21]；非沉浸式在工作生活中最常見，如電腦、智能手機(jī)、電視機(jī)或其他電子設(shè)備等，此時病人并沒有存在于虛擬世界中的感覺[22]。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)與大腦一樣，維護(hù)著身體及其周圍空間的模擬[19]。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在腦卒中病人認(rèn)知康復(fù)中的應(yīng)用方法

2.1 單獨(dú)應(yīng)用 病人發(fā)生腦卒中后，大腦的記憶、感覺、思維等認(rèn)知功能會受到不同程度的影響，通過應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)會有一定程度的改善。Chatterjee 等[23]一項(xiàng)研究中，40 名參與者以3∶1 的比例隨機(jī)分配，觀察組根據(jù)病人蒙特利爾認(rèn)知評估量表（MoCA）評分分為嚴(yán)重認(rèn)知障礙組（MoCA 評分<15 分）和輕中度認(rèn)知障礙組（MoCA 評分15～24 分）；對照組常規(guī)護(hù)理由物理治療師、職業(yè)治療師以及專門從事神經(jīng)康復(fù)的語言治療師提供一系列個性化的干預(yù)措施，且接受與觀察組類似的虛擬現(xiàn)實(shí)會話；觀察組通過一個應(yīng)用程序制定不同虛擬場景的游戲，如病人戴著頭戴式顯示器并沉浸在廚房制作吐司，模擬這些日常任務(wù)的練習(xí)來促進(jìn)腦卒中病人的認(rèn)知康復(fù)，而且游戲也會隨著時間的推移難度增加，沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)治療每周提供5 d，最長可達(dá)2 周；結(jié)果顯示，3 組病人的MoCA 評分在持續(xù)改善，對照組和嚴(yán)重認(rèn)知障礙組之間MoCA 評分變化的箱形圖存在顯著差異，說明基于虛擬現(xiàn)實(shí)的認(rèn)知康復(fù)是有效的，是治療腦卒中病人的一種安全且可被接受的治療形式，并且縮短了住院時間，減少了住院費(fèi)用。有研究安排1 例58 歲的出血性腦卒中的女性病人分別接受兩種不同的康復(fù)訓(xùn)練，一種是在臨床中常規(guī)使用的與治療師面對面的放松技巧，另一種是在半沉浸式虛擬環(huán)境中，通過使用BTs?Nirvana（BTsN）的多感官刺激幫助病人放松和呼吸，主要應(yīng)用了帶有海洋景觀的虛擬場景以及視頻音頻和運(yùn)動反饋，對比病人認(rèn)知和心理狀況來評估病人的康復(fù)治療效果，兩種訓(xùn)練方案間隔2 周，以更好地評估訓(xùn)練的不同效果，每個康復(fù)計劃每節(jié)課至少持續(xù)40 min，每周3 次，為期2 個月，由1名并不知曉研究情況的神經(jīng)心理學(xué)家客觀評估病人的認(rèn)知和心理狀態(tài)；在常規(guī)訓(xùn)練結(jié)束時，病人MoCA 評分、漢密爾頓焦慮評定量表（HRS?A）評分及血壓和心率等并無顯著差異，在虛擬環(huán)境中的呼吸訓(xùn)練結(jié)束時，病人MoCA 評分顯著上升，HRS?A 評分顯著下降，其他指標(biāo)也存在顯著差異[24]。說明基于虛擬現(xiàn)實(shí)的放松呼吸訓(xùn)練可以緩解病人的焦慮、抑郁癥狀，提高病人的認(rèn)知能力，集中病人的注意力，改善應(yīng)對策略。另一項(xiàng)研究同樣用BTsN 進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練，分析病人在注意力、記憶、空間認(rèn)知、眼睛與肢體協(xié)調(diào)、執(zhí)行功能和建設(shè)性實(shí)踐等動作，從而創(chuàng)造互動，且系統(tǒng)連接著投影儀或大屏幕，可以重現(xiàn)互動練習(xí)，在每個階段結(jié)束之后，可以導(dǎo)出練習(xí)的完整版以及練習(xí)的得分來查看認(rèn)知功能恢復(fù)情況；與干預(yù)前相比，觀察組病人MoCA 的視覺空間域和注意力域有所改善，與對照組治療后相比，觀察組病人的運(yùn)動功能也明顯改善[25]。

2.2 聯(lián)合應(yīng)用 張紅利等[26]應(yīng)用頭針治療、虛擬現(xiàn)實(shí)治療、聯(lián)合治療和常規(guī)治療4 種方法進(jìn)行比較，常規(guī)組按照腦卒中二級康復(fù)治療和護(hù)理，頭針治療組在常規(guī)組的基礎(chǔ)上選取頭針的平衡區(qū)進(jìn)針治療，虛擬現(xiàn)實(shí)組在常規(guī)組的基礎(chǔ)上應(yīng)用虛擬情景互動訓(xùn)練，根據(jù)病人的需求及訓(xùn)練要求選擇不同的情景互動模式，聯(lián)合治療組同時采用頭針治療和虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練；結(jié)果表明，干預(yù)4 周、8 周后單獨(dú)應(yīng)用的兩個組與聯(lián)合治療組、常規(guī)組簡易智力狀態(tài)檢查量表（MMSE）評分比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，干預(yù)12 周后,各組間MMSE 評分均有差異(P<0.05)，且聯(lián)合治療組評分>頭針治療組評分>虛擬現(xiàn)實(shí)治療組評分>常規(guī)組評分。單獨(dú)應(yīng)用時頭針治療的效果更好的原因可能與頭針直接作用于腦部神經(jīng)，對認(rèn)知障礙的治療有直接效果有關(guān)。楊恒[27]采用燈盞花素注射液聯(lián)合虛擬現(xiàn)實(shí)游戲任務(wù)方式進(jìn)行研究，燈盞花素注射液具有擴(kuò)張腦血管、改善微循環(huán)、增加腦血流量等功效，病人虛擬現(xiàn)實(shí)康復(fù)訓(xùn)練的項(xiàng)目包括視覺反饋和任務(wù)導(dǎo)向兩個方面，通過豐富的色彩和畫面對視覺神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行有效刺激提高病人治療的注意力，從而改善病人認(rèn)知能力；兩組病人干預(yù)后MMSE 評分比干預(yù)前均有所提高，且聯(lián)合應(yīng)用提高的效果更好，說明兩者聯(lián)合比單獨(dú)應(yīng)用燈盞花素注射液對腦卒中病人認(rèn)知功能的效果更顯著。Oh 等[28]研究中兩組病人每天在專業(yè)治療師監(jiān)督下訓(xùn)練30 min，每周3 d，持續(xù)6 周，對照組進(jìn)行常規(guī)治療，聯(lián)合組在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中接受了真實(shí)的儀器訓(xùn)練，儀器上的三維機(jī)械手由監(jiān)視器、常規(guī)計算機(jī)和各種具有3 檔自由度的真實(shí)儀器組成，病人可以通過上肢控制進(jìn)行鍛煉，如門把手、按鈕、方向盤等，結(jié)果顯示，虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中進(jìn)行真實(shí)儀器訓(xùn)練的腦卒中病人比進(jìn)行常規(guī)治療的病人改善效果更明顯。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在腦卒中病人認(rèn)知康復(fù)中的應(yīng)用效果

3.1 改善認(rèn)知功能 Rogers 等[29]研究由心理學(xué)家進(jìn)行每周3 次、共4 周的虛擬現(xiàn)實(shí)會議，由資深的專業(yè)人員提供30～40 min 的一對一課程，使用并發(fā)增強(qiáng)反饋、有形的交互設(shè)計和類似游戲的功能，增強(qiáng)用戶參與度，以促進(jìn)上肢技能和認(rèn)知?運(yùn)動耦合的重新獲?。唤Y(jié)果表明，與對照組相比，觀察組在一般智力狀態(tài)方面有了更大的改善，腕關(guān)節(jié)伸展、肘關(guān)節(jié)屈曲等肢體活動也都有了明顯改善，隨訪1 個月觀察組認(rèn)知評分及肘關(guān)節(jié)屈曲得分顯著高于對照組?？梢姡摂M現(xiàn)實(shí)對腦卒中后認(rèn)知障礙病人有明顯且持續(xù)的改善作用，促進(jìn)了腦卒中后認(rèn)知功能的恢復(fù)。薛慧[30]以基于虛擬現(xiàn)實(shí)的游戲形式開展訓(xùn)練，通過與虛擬對手20 min“打網(wǎng)球”或“切水果”等游戲，增添了治療的樂趣，提高了病人積極性，提升了病人的執(zhí)行能力；訓(xùn)練后，兩組MMSE 評分均有升高，觀察組升高程度較對照組更為顯著（P<0.05），虛擬現(xiàn)實(shí)游戲形式增強(qiáng)了病人的認(rèn)知功能。婁安華[31]在安靜環(huán)境下應(yīng)用BioMaster 虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練系統(tǒng)開展訓(xùn)練，根據(jù)Cubic 模型建立的曲線變化，在不同階段采取不同的措施，曲線上升階段鼓勵病人獨(dú)立完成虛擬現(xiàn)實(shí)情景的康復(fù)訓(xùn)練，曲線下降階段增加家屬的支持陪伴，由病人和家屬共同完成訓(xùn)練；曲線平穩(wěn)階段鼓勵病人養(yǎng)成訓(xùn)練的習(xí)慣；結(jié)果顯示，干預(yù)后兩組病人上肢肌力、Fugl?Meyer 上肢運(yùn)動功能評定量表（FMA?UE）評分和MoCA 評分均明顯升高，且觀察組MoCA 評分明顯高于對照組（P<0.05）。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用有助于病人充分發(fā)揮其主觀能動性，增強(qiáng)了病人的執(zhí)行能力，能夠有效提升腦卒中偏癱病人的認(rèn)知能力和肌力水平。但也有研究表明，基于虛擬現(xiàn)實(shí)的康復(fù)對腦卒中病人的運(yùn)動功能、平衡能力、步態(tài)和日常功能等有持續(xù)的積極影響，但對認(rèn)知功能的改善效果并不確定[32]，還需今后進(jìn)一步研究。因此，未來還需要做更多高質(zhì)量的研究證明虛擬現(xiàn)實(shí)在腦卒中康復(fù)認(rèn)知中的效果。

3.2 減少負(fù)性情緒 腦卒中后病人因疾病導(dǎo)致生活發(fā)生改變，易出現(xiàn)負(fù)性情緒。因此，除了功能的恢復(fù)以外，還要注重病人的心理健康狀況。Maier 等[33]研究中觀察組腦卒中病人接受了為期6 周、每周5 次、每次30 min 的適應(yīng)性結(jié)合認(rèn)知訓(xùn)練（ACCT），ACCT 是一種新開發(fā)的基于虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)現(xiàn)的多認(rèn)知領(lǐng)域的認(rèn)知能力訓(xùn)練方法，可以從病人做任務(wù)和游戲化的訓(xùn)練中獲得病人表現(xiàn)參數(shù)，并根據(jù)病人表現(xiàn)自動調(diào)整任務(wù)的難度系數(shù)，從而達(dá)到個性化治療；結(jié)果顯示，與干預(yù)前相比，兩組干預(yù)均有效，且觀察組抑郁水平比對照組顯著降低，注意力和記憶力領(lǐng)域的改善與抑郁癥改善呈正相關(guān)（P<0.05）。張曉曉等[34]研究通過電腦屏幕模擬滑雪賽事游戲、勁速滑板等多種運(yùn)動場景進(jìn)行互動訓(xùn)練,每周5 次，每次60 min，共訓(xùn)練6 周，結(jié)束訓(xùn)練后根據(jù)功能性步行能力量表（FAC）、醫(yī)院焦慮抑郁情緒測定量表（HAD）、改良Barthel 指數(shù)（MBI）判斷病人的功能性活動、心理情緒狀態(tài)及日常生活活動能力的情況，結(jié)果顯示，訓(xùn)練6 周后兩組病人FAC、MBI 及HAD 評分均優(yōu)于訓(xùn)練前。表明虛擬現(xiàn)實(shí)可以提高病人的步行功能，改善抑郁等不良情緒，減輕病人沉重的心理負(fù)擔(dān)，增強(qiáng)其活動獨(dú)立性，提高生活質(zhì)量。Dehn 等[35]在為期14 d 的康復(fù)計劃中，要求病人必須向虛擬環(huán)境中的各個方向看，才能從之前提交的購物清單中找到并購買相關(guān)產(chǎn)品，以此在虛擬現(xiàn)實(shí)超市中完成類似現(xiàn)實(shí)生活的購物任務(wù)，并判斷病人抑郁癥狀的嚴(yán)重程度；結(jié)果顯示，訓(xùn)練后兩組病人抑郁嚴(yán)重程度均低于訓(xùn)練前，貝克抑郁程度自評量表（BDI?Ⅱ）評分比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義。虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練可以提高訓(xùn)練任務(wù)的積極表現(xiàn)，還可以提高神經(jīng)心理功能，隨著病人在應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練之后認(rèn)知功能的改善，病人的負(fù)性情緒也會發(fā)生好轉(zhuǎn)。因此，虛擬現(xiàn)實(shí)在想象空間中緩解壓力、抑郁和焦慮等方面具有很大的潛力。

3.3 提高日常生活能力 Faria 等[36]應(yīng)用訓(xùn)練日常生活活動（ADL）的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)Reh@City 針對病人多個認(rèn)知領(lǐng)域，如記憶、注意力、執(zhí)行功能和視覺空間能力，進(jìn)行了綜合的認(rèn)知虛擬訓(xùn)練，兩組都進(jìn)行了12 次干預(yù)，每次20 min，間隔4～6 周，病人在職業(yè)治療師的監(jiān)督下進(jìn)行訓(xùn)練，虛擬場景與現(xiàn)實(shí)世界的場景相似，是病人日常生活經(jīng)常經(jīng)過或到達(dá)的地方，包括超市、郵局、銀行和藥房等，幫助病人實(shí)現(xiàn)向現(xiàn)實(shí)世界的過渡，病人可以根據(jù)導(dǎo)航或提示完成相應(yīng)規(guī)定的任務(wù)，并且有時間要求，病人完成任務(wù)可積分，執(zhí)行錯誤減分，根據(jù)病人的執(zhí)行情況難度逐漸升級；與干預(yù)前相比，觀察組病人腦卒中影響量表（SIS 3.0）評分明顯改善（P<0.05），在力量和活動能力、記憶力、情感、社會參與和整體恢復(fù)等領(lǐng)域均有顯著改善，執(zhí)行功能有所提高。Faria 等[37]另一項(xiàng)研究采用Reh@City v2.0 實(shí)現(xiàn)個性化日常任務(wù)虛擬現(xiàn)實(shí)模擬進(jìn)行自適應(yīng)認(rèn)知訓(xùn)練，與Reh@City 不同的是，此項(xiàng)研究增加了語言結(jié)局指標(biāo)，針對注意力、記憶、語言和執(zhí)行功能等多個認(rèn)知領(lǐng)域?yàn)槊坷∪肆可矶ㄖ瓶祻?fù)計劃，通過改善病人在虛擬城市中做任務(wù)時視覺上的真實(shí)感提高有效性，并使用了適配病人的手柄進(jìn)行交互，且增加了認(rèn)知訓(xùn)練任務(wù)和地點(diǎn)，如雜志信息亭、家庭、公園和時裝店等，研究結(jié)果與之前結(jié)果[36]一致。除此之外，也有研究結(jié)果也顯示，病人在接受虛擬現(xiàn)實(shí)康復(fù)訓(xùn)練后認(rèn)知功能及日常生活能力明顯提高[38?39]?？梢钥闯觯噍^于傳統(tǒng)的康復(fù)方式，病人在進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練之后，認(rèn)知能力大多會改善，日常生活活動也有很大的進(jìn)步，同時也可以減少病人的負(fù)性情緒，從而提高其生活質(zhì)量。

4 不足與展望

目前，虛擬現(xiàn)實(shí)的使用地點(diǎn)大部分還是在醫(yī)院內(nèi)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用將是一種趨勢。但虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)并非絕對安全，也會發(fā)生不良情況[40]，如出現(xiàn)眼神難以聚焦、頭暈等不適癥狀。所以，行虛擬現(xiàn)實(shí)治療前醫(yī)務(wù)人員應(yīng)提前告知病人可能出現(xiàn)的不良反應(yīng)，并在不適之初及時終止治療；如若已出現(xiàn)不適，病人應(yīng)及時反饋，并通過看向現(xiàn)實(shí)的事物緩解眼部不適。另外，仍有一些問題值得未來關(guān)注和研究：①由于技術(shù)與成本方面的限制，目前虛擬現(xiàn)實(shí)在我國還尚未普及，后續(xù)需要技術(shù)人員對設(shè)備進(jìn)行創(chuàng)新，降低成本，使虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)惠及更多人，并且考慮到慢性病病人越來越多，未來還應(yīng)設(shè)計輕巧便攜、可穿戴的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備供病人居家護(hù)理使用；②該領(lǐng)域的大多數(shù)研究以綜述為主，未來還需更多大樣本、高質(zhì)量的研究輔證虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在更多科室及病種方面的應(yīng)用效果；③虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與其他方法聯(lián)合應(yīng)用要比單獨(dú)應(yīng)用對認(rèn)知康復(fù)的效果更顯著，為減少對病人的侵入性操作，未來可考慮聯(lián)合應(yīng)用擴(kuò)腦血管藥物等，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也可與中醫(yī)治療相結(jié)合，如針灸、中藥等；④后續(xù)需要對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的管理制定統(tǒng)一規(guī)范，對護(hù)士進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備使用統(tǒng)一培訓(xùn)并考核，各科室之間應(yīng)加強(qiáng)聯(lián)系，多學(xué)科合作，推動虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用。