虚拟现实技术在康复治疗中的研究进展

李泽辉 王德强

【摘要】 康复医学的主要目的在于提高病、伤、残者生存质量，并使其最终融入社会。虚拟现实技术的出现为所有康复对象提供了一个更真实、更便捷的，提前适应真实世界的工具。作为一种全新的康复手段，虚拟现实技术目前已被逐渐应用于康复医学领域。本文对虚拟现实技术在康复治疗中的应用进行了综述，旨在加深人们对虚拟现实技术的认识，为扩大其应用范围提供经验借鉴及理论依据。

【关键词】 虚拟现实技术 康复治疗 综述

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

虛拟现实（virtual reality，VR）技术是一种集成了一系列信息学技术，通过计算机等处理器模拟生成虚拟数字世界，并可通过软件程序和硬件设备（如特殊的立体声耳机、头盔、眼镜、手套、背心等）提供类似现实的复杂、真实的即时反馈，使人深入其中，亲身在虚拟世界体验的技术[1-3]。近些年，医疗技术及信息技术的进步，使VR技术逐渐进入并应用于医学领域。

康复医学旨在提高病、伤、残者生存质量，并使其最终融入社会。而VR技术为所有康复对象提供了一个更真实、更便捷的，提前适应真实世界的工具。VR技术作为康复医学的前沿技术，展现出了巨大的优势。不仅表现在其可以根据患者的真实能力和潜力调节难度，并可通过视觉、听觉等感觉反馈控制患者表现，还表现在其在患者中具有极高的依从性[4]。

近年来，VR技术作为新的康复方法，在神经康复、骨科康复、儿童康复等多领域得到较广泛应用[2，4-6]，本文对VR技术在康复治疗中的应用进行了综述，旨在加深人们对VR技术的认识，为扩大其应用范围提供经验借鉴及理论依据。

1 虚拟现实技术概述

VR技术是具备构想性、高互动性、强沉浸性的技术[7]，该技术依托信息技术，其精细程度、反馈类型、应用场景等均受到软件编写、硬件设备以及数据传输速度的影响。VR技术主要分为非交互式体验、人-虚拟环境交互式体验和群体-虚拟环境交互式体验等，而应用于康复治疗中的VR技术又以商业游戏系统和沉浸式虚拟环境系统为主[8-9]。商业游戏系统中低成本人体运动传感器的发明以及无线传输技术的发展，使应用视频游戏进行康复治疗变得更加容易。而家用便携头戴式VR的普及，将为VR技术逐渐应用于居家康复提供土壤。

信息技术手段的进步，使VR技术能够相对便捷地提供更加丰富的场景，从而个性化的为不同程度、不同部位存在功能障碍的患者搭建针对性的训练场景。Allain等[10]预期了脑卒中患者在现实厨房中可能进行的活动，设计搭建虚拟的场景，在虚拟厨房中进行针对性的训练任务。他们指出与虚拟世界互动过的患者在进行日常活动时受到的限制较少。并且，在虚拟的场景进行交互，降低了康复对象的试错成本，在专业康复人员参与下，可以提前暴露其融入社会过程中可能遇到的风险，并且由于其虚拟特性，使受伤的风险大大降低。同时，配合游戏丰富的奖惩机制，可以有效增加患者的重复训练次数以解决具体问题，调动患者的积极性，使患者保持较高的依从性。

在提供丰富场景的同时，VR技术的应用还提高了康复过程中运动学习与神经可塑性的潜能。研究发现，使用VR训练一段时间后核磁共振图像显示了感觉运动皮层的重组。Jang等[11]指出，感觉反馈可能是VR训练中影响神经可塑性并促进大脑重组的重要因素。最近，Tunik等[12]及Bagce等[13]的一系列研究证明，VR训练中的视觉反馈是选择性调节初级运动皮层（M1）活动的一种有效方式。同时，未来通过硬件设备的逐步开发，还可以通过听、触觉等不同感官反馈，对患者进行不同大脑区域的刺激。相关的脑电图数据表明，VR技术的使用可能涉及参与运动规划和学习的不同脑区（可能包括镜像神经元系统），从而导致运动表现的改善[14]。

2 VR技术在康复中的应用

VR技术的适用年龄广泛，从儿童的前庭功能障碍到老年患者帕金森病的康复治疗，均取得了较好疗效[5-6]。由于虚拟任务、场景的趣味性，使其在各年龄段均获得较高参与度，从而收获更好的治疗效果。并且，VR技术还可以很好地与现有的康复手段结合，如机器人辅助康复配合VR可以更显著地改善步态和平衡问题，或是配合经颅电刺激等物理疗法提高治疗效果、依从性，同时还可通过分心疗法缓解患者的痛觉[14-16]。下面将根据不同类型的疾病进行综述。

2.1 在脑卒中康复中的应用 脑卒中是导致死亡和残疾的主要原因，已被描述为世界性流行病[17]。脑卒中的影响可能包括感觉、运动和认知障碍，以及自我照顾和参与社会和社区活动的能力降低。专业康复医师通常首先根据对脑卒中后患者的功能评估，选择针对性的VR任务对患者进行功能训练。任天堂Wii®是使用最多的视频游戏系统，每周进行两到三次，每次持续30～60 min，持续2～12周，可根据患者具体情况个性化调节。平衡、上下肢运动功能、生活质量和日常生活活动能力是最常见的评估手段。多项研究表明，使用VR进行康复后，动态平衡、上下肢运动功能和生活质量都有所改善[2，18-19]。并且，VR治疗动态平衡的效果优于常规治疗。VR技术对于脑卒中患者认知功能的改善已被多项研究证实[20-21]。同时，VR技术也可用于言语障碍的脑卒中患者的居家康复，多项研究证明了VR技术在增强患者语言能力方面的作用[22-24]，同时VR技术的应用大大降低了康复成本。但是，VR技术对于不同类型脑卒中的康复是否均有效，其不同类型脑卒中的VR康复方案是否存在不同，仍需大量研究证实。

2.2 在帕金森病康复中的应用 帕金森病是全球最常见的神经退行性疾病之一，主要与黑质致密部多巴胺能神经元的丢失有关，运动迟缓、僵硬、静止性震颤和姿势不稳是该病的显著特征[25-27]。此外，认知衰退、疲劳、冷漠和抑郁等非运动特征也很常见，严重影响患者的功能和生活质量[28]。VR技术可以通过提供更多的感官反馈，实现运动功能的个性化重复练习，同时刺激运动和认知功能，在提供学习新的运动策略机会的同时，提供了重新学习因受伤或疾病而丧失的运动能力的机会[29-30]。相关研究的重点主要聚焦于提高患者平衡能力，改善患者的下肢运动功能。治疗的总剂量在不同的研究中有所不同，从6～52 h不等，总训练期最短为4周，最长为12周。然而，有研究指出短期VR运动对步幅和步长有积极影响的证据质量不高[5]。VR和理疗在步态、平衡和生活质量方面可能有相似的效果。未来还需要更多高质量的大规模研究来进一步证实。

2.3 在儿童康复中的应用 小儿脑性瘫痪是由胎儿期或婴儿期受到非进行性脑损伤，引发以运动、认知、语言等多种障碍为特征的发育异常[31]。多项研究证明VR技术对于改善上下肢功能障碍有显著效果[32-35]。Shirley等[36]和Borrego等[37]的研究也表明VR技术对脑瘫患儿的认知能力有积极的影响。肌肉痉挛导致的疼痛也困扰较多的脑瘫患儿，目前并未有足够证据表明VR技术对于肌肉痉挛导致的疼痛也有较好效果。

关于婴儿、幼儿和青少年出现前庭功能障碍的报告在过去十年中有所增加。儿童前庭功能障碍导致的损害包括凝视不稳定、平衡能力减弱、运动功能发育迟缓和眩晕。VR技术在前庭功能的康复中，相比传统康复更注重于适应、替代和运动学习。一项针对前庭功能障碍患儿的研究证实，尽管仍低于同龄人，使用了VR技术的患儿在粗大运动功能方面有所改善[6，34]。另有研究证实，设计合适的VR干预措施，可以改善患儿的凝视稳定性，同时使患儿的阅读能力有所提高[38]。

2.4 在ICU重症康复中的应用 ICU患者的病情较重，疾病较为复杂，而重症康复主要聚焦于减少ICU后综合征的发生、缩短住院时间、改善患者的功能障碍。研究表明转出ICU后仍可出现持续的认知障碍、运动障碍等创伤后症状，大大影响了患者的恢复状况和生活质量。Gomes等[39]应用任天堂Wii® VR游戏系统，对60例ICU重症患者进行干预，结果显示，应用VR患者，59%可达到轻度活动水平，38%可达到中度活动水平。值得注意的是，86%的患者希望在未来的物理治疗过程中继续使用VR。Turon等[40]对机械通气的ICU患者的研究证明，VR技术对于减少ICU患者认知障碍有效果。已有研究证明VR技术的应用有助于改善ICU患者的焦虑和抑郁情况[41]，但目前对ICU患者的睡眠质量并未发现影响。

2.5 在心脏病患者康复中的应用 近年来，我国心血管疾病的患病率持续上升，病死率居首位。在心脏康复中VR技术的应用可以提高患者的身体素质，改善患者心肺功能，提高患者运动耐力，为其逐步适应运动起到良好的过渡作用。目前已有的研究通常选择中等强度的模拟运动以更好的改善心脏功能[42]，频率、持续时间、强度等主要根据疾病的不同以及患者心脏功能等级，做出针对性改变，从每天2次至每周2次不等[43]。Lee等[44]應用VR技术对48例重症心脏病患者进行干预，使患者在睡前30 min通过头戴式VR设备播放虚拟自然场景进行冥想，通过比较睡眠数据以及匹兹堡睡眠质量指数评估患者主观睡眠质量。结果表明，应用VR技术冥想对患者的主观睡眠评估起到改善作用，同时减少了心脏病患者的觉醒时间，增加了深度睡眠时间和提高了睡眠效率。有研究初步证实VR技术可加速冠脉移植患者心肺功能的恢复，改善患者的运动耐力。也有一项针对15例心血管疾病患者的研究发现[45]，VR技术的应用使总胆固醇、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 在其他常见疾病康复中的应用 目前，在骨骼肌肉疾病康复方面，对于VR技术的干预是否比标准物理治疗更有效，仍存在争论[46]。而在烧伤患者的疼痛管理、活动范围以及本体感觉方面，多项研究证实了VR技术的效果[16，47]。对于VR技术在肿瘤、内脏疾患等疾病中的康复，目前相关研究较少。VR技术在康复治疗中有较好前景，未来仍需更多研究以扩大VR技术在康复治疗中的适用范围。

3 總结与展望

综上所述，VR技术可以提供一种全新的康复手段，在医院或是居家环境中提供更高的治疗依从性和更好的患者管理，对于多种疾病均有较好疗效。其在疾病中的应用主要集中在运动、认知、平衡、言语功能、疼痛控制、心理健康等方面。然而，考虑到目前数据的来源较少，仍需要更多临床试验来证实VR技术的有效性。现阶段，VR技术在康复治疗中的应用缺少较规范化的治疗指南来指导VR康复计划的制定，未来仍需要更多研究，特别是随机对照试验，来确定VR技术在更广泛疾病的康复中的有效性或是VR康复方案的有效性。可以预见，VR技术的应用将是未来康复治疗发展的重要方向之一。

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（收稿日期：2022-01-25） （本文編辑：姬思雨）