虚拟现实技术在痉挛型脑瘫患儿康复护理中的应用进展

王楠，高岩 ，任丽杰 ，杨艳

(1.中国医科大学附属盛京医院 护理部，辽宁 沈阳 110004；2.中国医科大学附属盛京医院 康复中心)

脑瘫(cerebral palsy,CP)是由发育中的大脑静态(非进行性)损伤引起的一系列儿童姿势和运动障碍综合征，是造成儿童终身残疾的最常见原因[1]。2013年国内的流行病学调查[2]显示，我国脑瘫的患病率为2.46‰。痉挛型脑瘫(spastic cerebral palsy,SCP)是脑瘫最常见的类型，包括痉挛型双瘫、痉挛型四肢瘫和痉挛型偏瘫[3]。脑瘫除了会出现运动障碍往往还会有感觉、知觉、认知、交流和行为障碍，并伴有癫痫和继发性肌肉骨骼问题[4]。有研究[5-8]显示，虚拟现实(virtual reality,VR)技术以其独特的优势在痉挛型脑瘫患儿的运动障碍、认知障碍以及疼痛等的康复护理中起到了不可忽略的作用。VR技术安全性高、趣味性强，目前已广泛应用于帕金森、脑卒中等患者的康复中[9-12]。然而，我国由于整体儿童康复起步较晚，对VR技术在痉挛型脑瘫患儿中的关注不足，应用研究也较少。因此，本研究通过检索国内外相关文献，对VR技术在痉挛型脑瘫患儿的康复护理中的应用情况进行综述，为临床医护人员提供参考和借鉴。

1 虚拟现实技术在痉挛型脑瘫患儿康复护理中应用的意义

虽然传统的康复疗法显示了在痉挛型脑瘫患儿功能康复中的作用，但患儿对这些疗法的兴趣较低、配合性较差，痉挛型脑瘫患儿的康复与护理一直是个难点。VR技术是由计算机的硬件和软件创建的一种交互式模拟，涉及到身体和神经康复中的3个要素:重复、感觉反馈和动机[13]，这些要素可以促进患儿主动接受多次康复训练并给予实时积极的反馈。神经可塑性研究[14]表明，虚拟现实康复与干预期间积极参与的动机呈正相关。除了动机之外，虚拟疗法还能增强神经重组，从而优化痉挛型脑瘫患儿的康复效果。Levac等[15]总结了为什么VR在痉挛型脑瘫患儿康复护理中具有独特的意义:患儿可以在VR环境中增加练习的持续时间、强度和频率，多次重复能促进神经通路的恢复；VR可以模拟一个与现实生活类似的环境，这有助于使患儿从医院过渡到现实生活；VR环境可以轻松调整任务难度，为患儿提供足够的挑战；VR还可以提供与任务绩效或结果相关的即时视觉和听觉反馈，使医护人员及时发现不足并加以调整；VR游戏可以为患儿提供解决问题的机会，以优化运动学习，导致神经可塑性变化；由于游戏的特点和动画，VR可以增加患儿在游戏过程中的动机和参与度，使患儿能多次重复的训练而不感到厌倦。基于以上传统康复疗法不具有的优势，VR技术已经成为了痉挛型脑瘫患儿康复护理中的一个有前途的工具。

2 在痉挛型脑瘫患儿康复护理中应用的主要虚拟现实技术

2.1 个体化设计的虚拟现实训练系统 个体化设计的系统可根据痉挛型脑瘫患儿不同部位、功能、康复时限和内容进行设计，兼具专业性与定制性。这种系统能依据患儿的兴趣对患儿上肢肩、肘、 腕、手指等关节的灵活性、协调性及下肢腿、膝、脚等部位的平衡性、行走功能、控制功能等实现针对性的康复训练，减轻患儿厌训情绪，加快指定部位的功能恢复，减少康复护理人员的工作量[16]。但因其成本较高、耗时较长以及专业性较强，目前还未得到广泛的使用。

2.2 基于Wii的虚拟现实训练系统 Wii系统包括Wii Sports以及Wii Fit等，由主机与手柄运动传感设备组成。痉挛型脑瘫患儿通过遥控器来感知动作，从而提供有关动作的信息和反馈。Wii Sports包括射箭、篮球、高尔夫球等，Wii Fit包括瑜伽、力量训练和有氧运动等。现有的研究[14]已证实,Wii在改善痉挛型脑瘫患儿上肢的运动质量和肌肉能力、下肢的平衡控制和移动，视觉-知觉处理方面的有效性。

2.3 基于Xbox Kinect的虚拟现实训练系统 Xbox Kinect系统由虚拟环境、红外摄像头传感器和监视软件包组成。3D动作捕捉和手势识别是Xbox Kinect相对于其他VR产品最突出的特点。用户无需触碰任何游戏控制器，通过手势便可控制游戏环境并与之互动，这有助于使精细运动技能和灵敏度受损的痉挛型脑瘫患儿有效的参与其中[6]。根据参与者的运动功能，在Xbox Kinect 中通常选择包括足球、沙滩排球和保龄球在内的运动项目。参与者通常在站立姿势下进行髋关节屈曲、髋关节外展、髋关节外旋等主动运动，促进了痉挛型脑瘫患儿平衡和日常生活活动能力的恢复。相比于Wii，其器材更加繁琐复杂，需在专业的医疗护理人员的指导下使用。

3 虚拟现实技术在痉挛型脑瘫患儿康复护理中的应用方法

3.1 基于虚拟现实技术的上肢运动康复护理 痉挛性偏瘫与上肢运动相关的大脑区域的单侧静态损伤和运动障碍相关，包括关节活动范围受限、粗大和精细运动功能异常、感觉运动不协调和肌肉无力等[17]。这会严重损害儿童的上肢功能，影响患儿日常生活活动的参与、独立性和生活质量，如接触、抓握和操纵物体，吃饭、穿衣和洗澡等[18]。Ren等[19]在作业疗法后对痉挛型脑瘫患儿中的实验组进行40 min/次，1次/d，5次/周的个体化设计的VR训练。3个月后，VR 组患儿上肢抓握、视觉-运动整合、精细运动发育得到了显著的改善。个体化设计的VR训练能针对性的锻炼患儿的运动功能，增加训练的趣味性，带来更好的康复效果。Do等[8]在一项研究中招募了3名痉挛型偏瘫脑瘫患儿，使用任天堂Wii游戏结合双侧手臂训练对患儿进行干预。结果表明，基于VR的双侧手臂训练是提高痉挛型脑瘫患儿患侧上肢运动技能和双侧协调能力的有效干预方法并具有长期的作用。VR使患儿沉浸在与游戏互动的虚拟世界中，不仅调动了其积极性，也使患儿精神上得到了放松，减轻了护理人员的负担。塁ahin等[20]在儿科诊所将60名单侧痉挛型脑瘫患儿随机分为实验组和对照组，实验组进行8周的Xbox Kinect训练，结果表明，Kinect可以改善患儿的精细运动功能，如上肢协调性、反应速度和灵活性等，提高日常生活活动能力和社会认知等。儿童手部使用是康复护理过程中最具挑战性的问题之一，对于手部功能的康复单独应用传统治疗方法(如物理疗法、职业疗法、机器人疗法)是不够的。在VR模拟的环境中，痉挛型脑瘫患儿可以实现视、听、触、动觉等方面的虚拟互动和反馈，上肢以及手部的运动功能可以通过长期规律的练习得到改善。以往的研究多关注痉挛型脑瘫患儿的粗大运动功能，未来的研究应集中在对患儿手部的精细功能的康复护理，从而促进患儿早日回归正常的生活。

3.2 基于虚拟现实技术的下肢运动康复护理 痉挛型脑瘫患儿一般会出现下肢肌张力增高、肌力下降、粗大运动功能受限、以及会出现步态和平衡能力的受损。这些症状会严重影响患儿的行走能力，使患儿难以像正常的同龄人一样参与各项日常活动。任凯等[16]在一项研究中将个体化VR训练应用于实验组，干预3个月后，患儿的粗大运动能力、平衡能力以及步速均较干预前有所提升，下肢腓肠肌的肌张力和步态周期明显低于对照组。Tarakci等[21]将38名痉挛型脑瘫患儿(双瘫、偏瘫、运动障碍型)随机分配到常规平衡训练组和基于Wii Fit平衡的视频游戏组，每组完成12周的锻炼计划，研究表明，该方法能显著提高痉挛型脑瘫患儿的平衡功能和日常生活活动的独立性水平。此外，VR训练作为一项新的康复技术，在改善患儿的各项功能康复的同时也提高了患儿和家庭的满意度。Jung等[22]使用Xbox Kinect对4名痉挛型双瘫脑瘫患儿进行4周的排球、足球和保龄球等项目的VR训练，研究表明，训练后患儿的选择性运动控制、平衡和步态方面均显示出积极的反应。但由于受试者过少参与时间较短，并且此研究没有对照组，相关结论仍需进一步验证。Grecco等[7]将连续经颅直流电刺激与VR训练结合，结果表明，干预组在步态、大肌肉运动功能和移动性方面显示了积极的影响，说明VR训练结合连续经颅直流电刺激更有助于痉挛型脑瘫患儿的下肢康复。与单纯应用VR相比，VR结合其他作业疗法或者物理疗法等会对痉挛型脑瘫患儿产生更明显的作用。

3.3 基于虚拟现实技术的认知功能康复护理 认知功能的下降也是痉挛型脑瘫患儿的一个典型症状。认知障碍可以导致注意力不集中、执行力下降、记忆和学习障碍以及定位障碍等。国内外已有相关文献证实VR在改善脑卒中患者、急性心肌梗死患者以及痴呆患者认知功能中的积极疗效，但将VR应用于痉挛型脑瘫患儿中探索认知能力的文献较少。Aran 等[6]对痉挛型脑瘫的儿童采用Xbox Kinect游戏进行干预，使用的VR游戏包括跳跃、向前或向左右倾斜、踢足球等，结果表明，与干预前相比，儿童认知功能相关评分显著提高。VR通过趣味性的虚拟游戏场景与脑瘫患儿进行互动，反复训练了儿童的认知能力，如定向、空间感知、视觉感知和执行功能，因此该研究建议将VR应用于痉挛型脑瘫患儿的认知康复中。但是此研究的基线认知水平测试可能没有提供足够的代表患儿认知能力的信息，未来可以同时使用多个认知测试来确认患儿的基线认知水平，以减少偏差。

3.4 基于虚拟现实技术的疼痛管理 痉挛型脑瘫患儿比正常同龄人更容易经历疼痛。疼痛感可由多种原因引起，包括肌肉骨骼畸形、肌张力亢进、肌肉痉挛等，也有一些是由于偏瘫患儿康复的治疗中带来的疼痛，如物理疗法、中医推拿等。疼痛是一种复杂的体验，长期的慢性疼痛会阻碍患儿的恢复进程。有研究[23]证明，VR对于改善儿童的急慢性疼痛以及缓解焦虑是有效的。这可能是因为患儿在与沉浸式VR交互时会转移注意力，导致对传入的疼痛信号反应较慢。传统的止痛剂阻断了疼痛在向中枢神经系统传递时的C纤维通路而阻止疼痛信号的传递，VR不中断疼痛信号，但通过注意力、情绪、注意力、记忆和其他感官直接和间接作用于疼痛感[24]。我国学者徐怡等[5]对痉挛型脑瘫患儿在常规康复的治疗基础上增加VR训练。根据患儿的认知水平选择播放海底世界等3D全景视频和一款以美丽的树木和花朵为背景的平静而又轻松的解谜游戏来使患儿沉浸在虚拟环境中，结果证明，VR可以显著缓解痉挛型脑瘫患儿的疼痛感并且帮助患儿提高康复疗效。但目前关于VR在痉挛型脑瘫患儿中疼痛的应用较少，可以进一步探索VR是否能改善痉挛型脑瘫引起的疼痛或者改善疼痛的程度。

4 小结和展望

综上所述，无论是在肢体运动还是认知、疼痛等方面，VR都展示了它在促进痉挛型脑瘫患儿康复护理中的积极作用。随着科技的普及以及虚拟设备价格的降低，将VR应用于家庭进行远程康复训练也是未来的一个研究方向。然而，关于VR有以下几点不足：(1)仍未有明确的证据指出VR训练的最佳干预时间、频率和强度；(2)考虑到VR的商业性以及各痉挛型脑瘫患儿之间的差异，研究人员应该根据患儿的年龄和病情以及具体的功能障碍部位设计出有针对性的游戏和方案；(3)尽管有很多研究证明了应用VR治疗痉挛型脑瘫患儿短期内能更好的提高康复疗效，但长期的效果仍然难以确定；(4)目前的研究中大多都是在干预后用量表评分，这可能会带来一定的偏倚。未来可以用相应的仪器设备检测干预后的痉挛型脑瘫患儿大脑的神经通路，验证VR是否对大脑产生了重塑作用。