基于虚拟现实技术的运动康复应用研究

马宏霞

(中州大学经济贸易学院,河南 郑州 450044)

在运动康复领域,虚拟现实(VR)技术最重要的用途在于对受损的运动功能进行康复性训练。康复训练的目的是使机体在最短的时间里通过针对性的练习消除由于损伤造成的功能障碍。决定康复训练效果的关键因素包括康复训练的运动负荷是否适度,运动范围是否全面,运动方式是否符合日常的生活习惯等。VR可以提供精确的测评、辅助、监控、训练等技术,从而充分保证运动康复训练的有效性。目前,国内尚未看到将 VR技术应用于脑梗死后遗症运动康复治疗研究的相关报道。本研究旨在探讨运用 VR技术对由脑血管疾病所致运动功能障碍的康复治疗效果。

1 对象与方法

1.1 研究对象 被试为 2008年 4月至 2009年 1月在郑州市第二人民医院、郑州大学第五附属医院神经内科及康复科住院治疗的脑血管疾病人员。入组标准依据 1995年第四届脑血管病学术会议通过的诊断标准,需经颅脑 CT或核磁共振确诊的初发脑梗死患者,患者遗留有肢体运动功能障碍,但没有严重认知障碍及精神疾患,病程在 3 w内,格拉斯哥昏迷计分(GCS)≥8分,生命体征稳定。排除标准为脑血管病发病前已有痴呆表现及精神疾病,认知障碍较严重及语言不能者,重要器官如心、肺、肝、肾等有严重疾患,有神经肌肉骨骼病变可能干扰功能恢复且无法坚持治疗的患者。随机抽取符合入组标准的被试患者 60例,年龄 44～67〔平均(54.9±9.6)〕岁,随机分为对照组 30例,其中男 17例,女 13例,平均年龄(56.23±10)岁;实验组 30例,其中男 16例,女 14例,平均年龄(55.98±8.43)岁。被试两组成员在年龄、性别、疾患、患肢肌力、运动功能障碍上差异无显著性。

1.2 实验方法 两组的基础治疗均为神经科的药物治疗。对照组采用传统运动康复疗法,治疗措施包括:①肢体在床上功能位摆放;②体位按时变换;③功能障碍肢体各关节的被动运动和主动运动;④上肢的辅助功能(坐起)训练;⑤腰背肌功能训练;⑥重心的坐位及站立平衡训练;⑦步行训练;⑧自主生活能力训练。运动功能的康复训练根据不同阶段采取的不尽相同,治疗师采取一对一方式。治疗时间是每日两次,每次45 min,每周 5 d,持续 12 w。对实验组进行 VR康复疗法,其VR技术的生物反馈系统为桌面式。康复仪器包括 MyoTrac Train治疗仪、Sunlight Tetrax平衡仪,MyoTrac Train软件支持是MyoTrac Clinical治疗仪的工作基础,Sunlight-Tetrax平衡仪原理与MyoTrac Train治疗仪相同,均需要根据患者不同的状态阶段选取相应的康复方案。治疗时间是每日两次,每次 45 min,每周 5 d,持续 12 w。

1.3 评价标准 判定偏瘫患肢康复前后运动功能恢复情况采用Furg-Meyer肢体运动功能积分量表;采用 Barthel指数(BI)作为日常生活活动能力(ADL)评分法:总分 100分,得分越高,ADL越好。评分 60分以上的,基本上能完成ADL;60～40分需要帮助;40～20分需要很大帮助;20分以下完全需要帮助。两组分别于康复治疗前、康复治疗 4 w后、康复治疗 12 w后采集数据。

1.4 统计分析 采用SPSS13.0软件包统计分析,数据资料以x±s表示。

2 结 果

被试两组成员在年龄、性别、疾患、患肢肌力、运动功能障碍上经统计学分析,差异无显著性。对照、实验两组的 Furg-Meyer肢体运动功能评分、ADL-BI评分在康复治疗前初次测次经统计学分析无显著性差异,表明两组被试在肢体运动功能障碍程度、ADL级别上无差异,然而两组被试治疗后相同时间再次统计分析,其结果呈现显著性差异(P＜0.05)。同一被试组内康复治疗前后比较,被试治疗4 w后,P＜0.01;被试治疗12 w后,P＜0.01,其差异有显著性意义。较之对照组比较经过相同时间的康复治疗,P＜0.05,呈现显著性差异。见表1,2。

表1 两组Furg-Meyer肢体运动功能积分量化评分(总分)比较(x±s)

表2 对照组、实验组Barthel(BI)指数评分比较(x±s)

3 讨 论

VR技术是一种利用计算机生成模拟环境,通过多种传感设备使用户“投入”到该环境中,实现用户与该环境直接进行自然交互的技术〔1〕。 VR具有沉浸性、交互性、构想性等特点〔2〕。按照沉浸度可分为非浸入式、部分浸入式和完全浸入式,按其实现虚拟环境功能的高低可分为:桌面式、浸入式、分布式和混合实现系统〔3〕。

VR技术运用于康复治疗的科学原理及优势在于,它能为进行运动康复训练的患者提供每次练结果的实时反馈和每组练习后的成绩反馈,这两种形式的反馈有利于提高患者的结果知晓感〔4〕。VR技术不仅能够通过编制虚拟环境提高运动康复训练的趣味性,而且能够以形式多样的反馈不断激发并维持患者重复练习的动机。VR技术的发展,从根本上改变了传统的运动康复方式,将劳和逸真正结合起来。

偏瘫是最常见的脑梗死后遗症,是指一侧肢体肌力减退、活动不利或完全不能活动,还常伴有同侧肢体的感觉障碍,如冷热不知、疼痛不觉等,有时还可伴有同侧的视野缺损。康复医学是以运动学和神经生理学为理论依据,采取各种手段对患者进行科学性、系统性、综合性治疗。运动疗法是康复医学中最基本的治疗方法,运动疗法对消除或减轻患者功能上的缺陷,控制病态的异常和帮助患者最大限度地恢复原有的运动能力,具有显著作用。

VR技术在模拟真实生活场景,提供日常生活技能训练方面具有传统康复训练不可比拟的优越性。实验研究表明,基于VR技术的运动康复训练具有以下的优越性;第一,虚拟环境可以使患者产生一种身临其境的感觉,以自然方式与虚拟环境中的对象进行互动,从而提高患者主动参与的积极性。由于VR技术可以使虚拟环境与真实环境非常相似,患者能够将在虚拟环境中学到的运动技能很好的迁移到现实生活环境中。第二,VR技术不仅能够简化患者的康复训练任务,并且虚拟教练比人类教练的动作更具有一致性。第三,VR技术能够以多种形式提供反馈信息,给予患者相应的鼓励、暗示或建议等,从而使原本枯燥单调的运动康复训练过程变得轻松、有趣。第四,VR技术允许用户进行个性化设置,可以针对患者个人的实际情况将运动训练、心理治疗及功能测评有机地结合起来,制定适当的运动康复训练计划〔5〕。

本研究显示,基于VR技术的脑血管疾病运动功能康复治疗,对于最大限度的恢复患者的肢体运动功能、促进日常生活活动能力的提高,较之传统康复治疗,具有显著疗效。VR技术能够为患者提供身临其境的极富真实性感受的虚拟环境,从而积极促进患者参与康复训练的积极性和主动性,有效克服传统运动康复训练的局限性,使患者最大限度地回归家庭和社会。

1 徐茂云,卢兆桐,刘世君 .虚拟现实技术在医学中的应用进展〔J〕.实用医药杂志,2007;24(11):1379-81.

2 杨轶璐,胡 英,刘纪红,等.虚拟现实技术及其在现代医学中的应用〔J〕.信息与控制,2003;32(3):251-5.

3 陶维东,孙弘进,陶晓丽,等.浸入式虚拟现实技术在心理学研究中的应用〔J〕.现代生物医学进展,2006;6(3):58-62.

4 牟长军,童志伟.综述虚拟现实技术及其应用〔J〕.装备制造技术,2007;145(1):64-72.

5 周 柳,王英华,刘 强,等 .虚拟现实技术在运动康复中的应用〔J〕.中国组织工程与临床康复,2007;11(5):957-60.