虚拟现实技术在烧伤康复中的应用进展

王慧，范卢明，孙林利，张孟吉，李霞，孟美芬

1.昆明医科大学第二附属医院烧伤科，云南昆明市650101；2.昆明医科大学护理学院，云南昆明市650500；3.云南省第一人民医院，云南昆明市650032

大面积烧伤后，患者经济负担重、容貌改变、瘢痕增生挛缩、肢体关节功能障碍，导致工作、生活、学习能力下降，焦虑、恐惧、创伤后应激障碍(post-traumatic stress disorder,PTSD)等心理问题突出，远期生活质量低下，严重阻碍其回归社会[1-4]。我国大多数烧伤单位已开展功能训练和瘢痕治疗。功能训练多以传统手法牵伸或持续被动训练为主，因强制牵伸导致疼痛，效果不佳；疼痛管理和心理治疗在大多数烧伤中心并未引起足够重视，且缺乏规范、有效的干预措施[5-6]。虚拟现实技术于2000年被Hoffman等[7]用于辅助烧伤患者疼痛控制，随后澳大利亚、荷兰等国也开始将此技术引入烧伤领域，应用范围从辅助疼痛控制逐渐扩展到心理治疗和功能康复训练。

1 功能训练

将虚拟现实技术用于训练烧伤患者具体功能的研究较少，但可以借鉴其他领域的研究成果。

1.1 上肢

据美国烧伤学会统计，手部烧伤的发生率占所有烧伤的39%，手部功能占个体功能的57%，大多精细动作主要由手来完成，手功能障碍易造成个体自理能力受限，生活质量低下[8]。目前临床手功能康复以体位摆放和功能训练为主，辅以矫形器、压力手套等防止手部肌肉挛缩、关节畸形及瘢痕增生，因训练形式单一、过程枯燥、疼痛管理不足等因素，患者难以长时间坚持，训练效果不佳。将虚拟现实引入手功能康复有助于解决这些问题。

Adamovich等[9]设计仿真钢琴训练4例偏瘫患者手及手臂功能，采用CyberGloves手套，系统可对受试者视觉、触觉、听觉做出反馈，患者通过钢琴音符、声音、音乐及手随手臂运动的触觉和视觉反馈训练手指功能，通过想象自己的手在虚拟空间中移动，增强参与感；手臂追踪可辅助患者训练手及手臂的协调性，强调双侧运动及操作时间的整体性。训练10 d后，患者按键的准确性和持续性均有提高；受伤最轻的2例，Jebsen手功能评定量表(Jebsen Test of Hand Function,JTHF)总用时下降；2例Wolf运动功能测试量表(Wolf Motor Function Test,WMFT)评分适度改善(9 s和4 s)，1例有重要改善(59 s)。手功能训练一直是烧伤领域的热点和难点，虚拟钢琴系统较好运用虚拟现实的多感知性、沉浸感和交互性训练患者手指的灵敏性，促进患者主动运动。若将该系统用于训练烧伤患者的手功能，既可吸引患者，延长训练时间，又可减少常规牵拉训练造成的交叉感染等问题。

1.2 下肢

赵雅宁等[10]采用虚拟现实技术联合下肢康复机器人训练，模拟不同训练场景，如街道、运动场、公园等；8周后，患者Fugl-Meyer评定量表、Berg平衡量表评分均高于对照组。Gokeler等[11]用虚拟现实技术训练前交叉韧带重建术后患者膝关节活动度，在一个非虚拟环境和展现人行横道的虚拟环境中完成跳台任务，运动分析系统根据测力板上的数据分析受试者膝关节屈曲角度、关节活动范围和垂直于地面的作用力。研究显示，虚拟现实组和非虚拟现实组在垂直于地面的作用力、关节活动范围和膝关节屈曲角度上均有显著性差异。这一研究显示虚拟现实技术对膝关节的生物力学有重要作用，可将虚拟现实应用到烧伤患者膝关节康复中。

在烧伤领域，各国学者主要关注物理治疗过程中的疼痛，没有重视各肢体关节训练效果的测量。Markus等[12]使用虚拟现实头盔和SnowWorld软件为10例烧伤患者进行物理治疗，有一定效果，但受技术和人员培训的限制。此外，虚拟现实还用于改善老年人臀部肌力和平衡[13]，提高社区老年人平衡能力和灵活性；Oculus Rift虚拟现实眼镜能控制烧伤患儿物理治疗过程中的疼痛[14-15]。未来研究应侧重评价虚拟现实辅助烧伤患者功能训练的客观效果，如关节活动度、运动范围、烧伤瘢痕、握力等。

1.3 其他功能训练

Yom等[16]将20例脑卒中患者随机分组，各10例。实验组用虚拟现实技术训练踝关节，对照组观看视频训练，两组每天分别干预30 min，每周5次，干预6周后，虚拟现实组动态平衡能力、肌张力和步行能力明显提高。Elliott等[17]联合使用盆底肌肉训练和虚拟现实康复治疗老年妇女混合性尿失禁，包括动态功能练习和用来增强训练动机的视频游戏，提高了参与度，促进患者坚持训练，干预后尿失禁的频率降低、漏尿量减少。虚拟现实技术辅助烧伤患者功能训练，一则可根据个体情况设置任务，激发参与动机；二则可对虚拟现实系统进行参数设置，对动作不规范者，系统可做出提示和矫正，促进患者主动运动，减少被动训练造成的感染。但目前虚拟现实辅助烧伤功能训练的研究较少，且侧重评价虚拟现实改善烧伤康复训练过程中的疼痛、焦虑等效果，缺少对肢体关节活动效果的客观评价。

2 疼痛管理

2.1 应用现状

大面积烧伤患者疼痛体验易被专家和患者家属忽视，但却是导致患者不配合治疗、不坚持锻炼的重要原因。Hoffman等[7]最早将虚拟现实技术引入烧伤领域，就是为了控制烧伤患者的疼痛。他还研究虚拟现实技术减轻烧伤患者清创术中疼痛的效果[18]，11例患者分别接受非虚拟现实清创护理3 min和虚拟现实清创护理3 min，6例患者表示有很强的沉浸感，图形等级疼痛评分由非虚拟现实期的平均7.2分降到虚拟现实期的3.7分。随后虚拟现实技术用于烧伤疼痛控制的研究越来越多。

Sharar等[19]、Faber等[20]使用沉浸式虚拟现实系统有效减轻成年烧伤患者和患儿在换药过程中的疼痛。Guo等[21]对98例患者进行随机对照试验，实验组在换药过程中佩戴3D眼镜观看3D电影，可明显减轻手部伤口换药时的疼痛，且无副作用，也不依赖医生处方，方便护士使用，尤其是不能使用止痛剂时，该方法显现出其特有优势。Small等[22]设计了交互式虚拟现实环境+止痛剂、被动式虚拟现实环境+止痛剂、单独使用止痛剂3种方案，比较虚拟现实技术对减轻烧伤患者换药时疼痛的疗效，结果显示，交互式虚拟现实组镇痛效果最好。Jeffs等[23]将30例青少年随机分成3组，分别为常规护理、看电影和使用三角臂装置的虚拟现实，结果发现，即使不使用头盔显示器，虚拟现实组疼痛也比其他两组轻。

2.2 镇痛原理

药物止痛是烧伤疼痛治疗方案的基础，但它们效果有限，且有一定副作用，如恶心、过度镇静、认知功能障碍和便秘等，甚至有药物成瘾危险。非药物镇痛技术，如虚拟现实，一般无副作用。这种非侵入性和非成瘾性的镇痛技术是传统药物止痛的重要补充。虚拟现实系统镇痛的可能机制为，患者对疼痛的感知受心理成分影响，当患者主要关注创伤时，对疼痛的感知会加剧；虚拟现实的多感知性、沉浸感、交互性和自主性特征，可将患者注意力重新定向，从而减少患者对疼痛的感知。头盔显示器可使患者沉浸在虚拟环境中，并阻断患者与设备、卫生保健人员及自身创面的联系，有助于分散注意力，达到镇痛效果[24-25]。

洞穴式[26]和头盔式[27]沉浸是虚拟现实常见沉浸模式；头部转动式、站着或坐着左右转动体验、空间式三维定位模式是虚拟现实三种交互模式。患者越沉浸于虚拟现实系统，对疼痛的感知就越少。“冰雪世界”是一款专门治疗烧伤的虚拟环境软件，患者佩戴头盔显示器后，可体验在虚拟环境中飞越冰封峡谷、俯瞰河流瀑布，将患者的注意力从创伤或疼痛转移到虚拟世界中来。Haik等[28]将索尼PlayStation 2眼镜用于减轻重度烧伤患者物理治疗过程中的疼痛，该工具提供有挑战性和动机性的虚拟环境，可让烧伤患者沉浸其中，分散注意力，从而减轻疼痛，增强患者配合度，延长患者康复训练时间。该工具无需与身体接触，可降低交叉感染的风险；也有利于提高患者合作水平，激励患者重复练习康复动作，加快功能恢复。

3 心理康复

烧伤后焦虑、抑郁、恐惧和PTSD是成年患者常见的心理问题，行为障碍、焦虑、抑郁和睡眠问题则是烧伤患儿较突出的心理问题[29-30]。2012年前，虚拟现实在心理治疗方面的研究大多集中在焦虑症、恐惧症和PTSD；随后，虚拟现实在治疗恐高症、恐飞行症、恐蜘蛛症等方面也取得突出成效[31]。

3.1 焦虑、抑郁

烧伤后约20%患者出现PTSD，超过50%患者住院早期或烧伤后2年出现中到重度抑郁[32]。Kampmann等[33]将60例社交焦虑患者随机分为虚拟现实暴露疗法(virtual reality exposure therapy,VRET)组(n=30)和现实暴露疗法(in vivo exposure therapy,ivET)组(n=30)，VRET采用德尔夫特远程虚拟现实暴露疗法系统，包括与虚拟环境中的虚拟人进行口头交流，虚拟环境包括在观众面前演讲、和陌生人说话、购买衣服、参加工作面试、被记者采访、和朋友在餐厅里吃饭、相亲等；ivET指逐渐暴露到现实环境中。干预3个月后，ivET和VRET都可有效降低焦虑，VRET主要运用虚拟现实沉浸性特征，吸引患者沉浸到虚拟环境中，不断让自身暴露在焦虑环境中，最终适应环境，减轻焦虑。

3.2 PTSD

VRET还被认为是PTSD的一线治疗方法。McLay等[34]比较VRET与控制暴露疗法(control exposure therapy,CET)对治疗PTSD的疗效，采用临床管理PTSD量表(clinician-administered PTSD scale,CAPS)进行评价。VRET组采用Virtual Iraq和VirtualAfghanistan System两个系统，患者暴露在虚拟环境中，根据虚拟环境内容增加一些触觉和嗅觉等体验；CET组通过常规电脑屏幕看图片。结果提示，VRET可取得与控制暴露疗法相似的疗效。提示在虚拟现实设备不足的条件下，可以让患者看静态图片代替虚拟现实治疗。

想象暴露疗法常不能使患者有效沉浸到创伤场景中，一些患者因此中止治疗。虚拟现实系统沉浸性好，可促进PTSD患者的情感参与，患者可在虚拟环境中接受多种感官刺激，避免出现回避症状。虚拟环境的存在感能增强患者的参与度，激活患者创伤记忆，促进患者对创伤记忆的情感处理。虚拟现实系统可根据患者病情程度和治疗需要进行程序和参数设置，循序渐进，使患者逐步暴露在恐惧感递增的虚拟环境中；它还可用于难以控制或无法预测的情况，避免直接暴露在真实情境中患者可能遭受的危险[35-36]。虚拟现实系统允许对所有患者的治疗时间和暴露类型进行标准化，在临床研究中，可使量化的结果更为准确。

3.3 恐惧症

VRET比现实暴露和想象暴露更易控制，因此被越来越多地用于治疗焦虑症和恐惧症[37]。Martin等[38]采用的质性研究显示，烧伤后2年有可见瘢痕的烧伤患者情绪障碍包括恐惧、自我意识感觉窘迫和羞耻。严重烧伤患儿的父母也可能存在恐惧情绪[39]。

Czerniak等[40]对3例飞行恐惧症男性患者进行3次VRET训练，采用CAREN high-end系统，患者在虚拟环境中感受飞机起飞、降落及空中飞行，并通过设备辅助给予患者视觉、触觉、听觉和运动觉感受。治疗几个月后，3例患者焦虑水平均下降，2例参加实际飞行，且VRET成本比现实暴露疗法低。VRET还用于治疗恐蜘蛛症等，疗效确切[41-42]。

VRET的心理治疗效果得益于虚拟现实沉浸性好、交互性佳、安全性高等特征，且可进行个性化治疗。对于烧伤后恐惧火、烧伤现场的患者，也可用VRET治疗。可将刺激物分级，逐步使患者适应，循序渐进地暴露到真实环境中。

4 困难及机遇

4.1 困难

4.1.1 人力和时间投入不足

我国目前护理人员配置普通病房床护比为1∶0.4，医护比为1∶1。随着人口老龄化发展，护理人员已远不能满足临床需求。有学者记录10例烧伤患者进行虚拟现实治疗每个环节所花时间，发现设置设备平均需要23 min，会随着使用的次数增加而减少；指导、治疗和清洗的时间分别是6 min、13 min、16 min，整个过程中真正治疗时间仅占22%。在当前背景下，投入近1 h进行虚拟现实治疗不太现实。

虚拟现实治疗对护士的知识储备有一定要求。国家卫计委数据显示，截至2015年底，我国本科及以上护士仅占14.6%[43]。人力资源不足、学历偏低是目前虚拟现实推广到临床面临的一个难题。

4.1.2 非药物镇痛观念淡薄

目前我国大部分烧伤中心医生无痛治疗观念淡薄，非药物镇痛意识不足。医护人员主要关注烧伤创面治疗，忽视患者换药和治疗过程中的痛苦，镇痛方案多以传统药物镇痛为主，非药物镇痛应用较少。要推广虚拟现实技术，必须先改变医务人员的镇痛理念，重视无痛治疗。

4.1.3 技术水平低和研发成本高

虚拟现实技术在烧伤领域中的应用效果已在多项研究中得到证实，但多集中在美国、澳大利亚等发达国家，发展中国家对该领域的研究较少。发展中国家卫生预算有限，一般优先考虑危及患者生命的治疗[44]。现有虚拟现实产品对发展中国家而言仍较昂贵，烧伤患者经济负担重，难以自费进行虚拟现实治疗。

4.2 机遇

4.2.1 人工智能和计算机技术发展迅速

近年来，我国计算机、互联网和人工智能发展迅速，科技创新不断突破，有望以更低成本提供虚拟现实产品，低成本就有推广的可能。将虚拟现实技术与人工智能结合，研发出操作简便，使用方便且可自动指导患者使用、自动清洗的超智能虚拟现实产品，这样可节省人力物力，促进虚拟现实在烧伤中心推广。

4.2.2 政府对虚拟现实研究投入增加

据工信部数据，2016年我国对虚拟现实的投资高达50多亿元[45]。随着研究投入的增加，相关学者可进行相关立项研究，将研究成果转化到临床实践。

4.2.3 患者无痛治疗需求强烈

疼痛几乎贯穿烧伤整个分期，从体液渗出期到康复期，伤口护理、换药、康复训练中都伴随不同程度疼痛，影响睡眠、情绪，进而影响创面愈合。无痛治疗和护理是烧伤患者长久的呼声。一旦技术成熟、操作简便、成本降低，虚拟现实在烧伤领域的应用前景广阔。

虚拟现实可作为一种心理疗法用于治疗恐惧症、焦虑症等，也可作为一种工具辅助临床医生进行手术模拟、手术预演[46]。虚拟现实技术在烧伤领域疼痛管理和心理治疗方面的研究已较成熟，疗效也得到证实，但在功能训练方面的研究仍较少，且缺乏对功能的客观评价。未来研究可着眼虚拟现实技术辅助烧伤患者功能训练，对训练结果进行客观评价，并结合人工智能技术，研发低成本、操作简便、耗时少、超智能化的虚拟现实产品，以便早日推广应用到临床工作中。

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