虚拟现实技术在前庭康复护理中的研究进展

徐 檬，赵斐斐

眩晕是一种使人衰弱的症状，导致医疗保健利用率增加和病人工作效率下降[1]。前庭康复用于管理前庭疾病的症状表现。然而，前庭康复受到可及性和时间投入的限制。近些年，虚拟现实被描述为一种前庭康复工具，可以规避这些治疗障碍。尽管如此，虚拟现实对前庭康复的效果仍不清楚。本研究旨在回顾和总结目前关于基于虚拟现实的前庭康复有效性的文献，了解近年虚拟现实技术在前庭康复中的研究进展。

1 虚拟现实技术在前庭功能障碍病人康复护理中的应用意义

前庭康复是眩晕病人的主要治疗手段，治疗场地可以在家和医院中完成。虚拟现实(VR)和增强现实(AR)技术作为一种前庭康复的辅助手段可以使前庭功能障碍病人暴露于动态虚拟现实环境中，对存在运动或视觉刺激症状的病人应用虚拟平衡游戏，与常规VR相比，头晕和生活质量都有所改善，采用沉浸式虚拟现实技术辅助VR治疗慢性前庭功能低下的病人取得了良好的效果，提供了一种更愉悦的训练方法[2]。Campbell等[3]强调了坚持治疗在确定通过旨在预防视障者跌倒的家庭干预措施所获得的益处方面的重要性。有氧训练方案相关的交互式视频游戏系统比单独的有氧训练方案更能提高依从性和身体健康水平[4]。因此，使用VR/AR可以改善前庭康复依从性和整体结果[5-6]。虚拟现实在治疗前庭功能障碍方面的效用在于它有可能通过更积极的前庭康复实现改善的习惯化，替代和适应，已被研究为一种康复干预，并被发现可以改善各种疾病症状。综上所述，VR主要增强病人前庭和平衡系统的适应性；可以降低对头晕的高度警惕，减轻焦虑等情绪困扰[7]；因此，临床中可以根据病人的需求和治疗偏好，虚拟现实训练法是很有前景的，可在安全且相对容易控制的条件下提供更具挑战性的交互环境，增加病人的沉浸感和训练兴趣，以强化训练效果[8]。

2 在前庭病人康复中应用的主要虚拟现实技术

2.1 前庭运动和光动刺激虚拟现实系统 虚拟现实设备 (OCULUS GO)由虚拟现实耳机和控制器构成[9]。头戴式显示器(HMD) 是可移动的无线显示器，视野为110°，分辨率为2 560×1 440 K，刷新率为60 Hz。该虚拟现实系统由前庭运动(VE)和视动刺激(VRT)两部分组成，在虚拟现实环境中，目标是一个机器人，它引导参与者跟随，并通过音频指导。所有参与者使用带有头戴式显示器的虚拟现实系统接受VE 20 min，每周1次，持续4周[10]。前庭锻炼计划包括三个环节，第一个环节是一个自适应前庭眼反射练习在稳定的背景下，在一个房间里病人的头部安装显示器必须旋转超过15°的一个固定目标；第二个环节是一个自适应的视觉引导前庭-眼部反射练习惯用的背景(海里的鱼)；第三环节是头颈部的活动，因为视野是270°，病人应迅速转动头部寻找目标。每一个环节增加难度，使得移动头部和/或眼睛更快。光动刺激像夜空中星星一样的小闪电点来刺激，围绕病人顺时针旋转。VE可以改善前庭功能障碍的头晕，生活质量和步态功能;对于有视觉眩晕症状的个体如持续性姿势知觉头晕的病人应额外用光动刺激治疗，Choi[9]的研究证明视觉刺激有积极作用。

2.2 沉浸式虚拟现实技术模拟现实系统 沉浸式虚拟现实技术(VR)通过两种不同的策略将受试者置于模拟的现实世界中来治疗前庭功能障碍。一个使用头戴式显示器VR设备的门诊系统，第二个使用全身浸入式住院系统，如沉浸式康复锻炼系统(Gesturetek Heath)[11]；根据虚拟现实系统的种类也可以分为高端系统、现成系统，高端系统主要有头戴式显示和广角显示，现成系统任天堂Wii、微软公司Kinect和混合系统(利用低价系统和专门开发软件)。这些系统在沉浸感、技术规格、前端灵活性、可用性、价格和是否可应用关于康复等方面都有所区分。在过去的几年里,可下载的康复辅助视频游戏已经引起了物理康复师的浓厚兴趣。此外,很多实验也证明老年病人非常享受有这种视频游戏的康复体验。与VR相比，AR增强了现实世界的环境，而不是取代它。增强现实通过计算机生成的声音、文本和图形，将投射到用户的自然视觉和听觉领域，从而增加受试者的现实世界感官输入[12]。增强现实平台已被用于使用AR眼镜治疗前庭疾病。

2.3 基于虚拟显示技术的运动感觉组织测试 基于虚拟显示技术的运动感觉组织测试(LSOT)是一种评估前庭功能障碍病人步态姿势的新方法。它是在感觉组织测试(SOT)这个广泛研究的一个拓展，因为在运动等更动态的任务中，人们对这些过程知之甚少。有学者开发并实施了一种实验装置，该装置由集成的仪器化多感官虚拟现实环境组成，LSOT设备由VR环境和包含两个嵌入式测力板的仪器化跑步机组成，集成到一个系统中允许同步数据收集和刺激显示[13]。步行过程中的视觉输入具有独特的编码任务特定信息的能力，包括行进距离，导航，规划步行轨迹和感知环境特征[14]。假设我们行走过程中的动态姿势控制会受到单峰和多模态感觉扰动的影响，从而诱导感觉重新校准。该仪器也揭示了多感官的相互作用，视觉在保持动态运动任务中将显著增加视觉条件引起的姿势扰动，LSOT条件下视觉增益的增加反映了视觉输入对运动控制的重要性[15]。

3 虚拟现实技术在前庭康复病人康复护理中的应用方法

3.1 沉浸式VR辅助前庭功能的康复护理 使用沉浸式虚拟现实辅助前庭康复系统软件,训练软件系统包括2个级别:入门适应级别(坐式训练)15场景,巩固提高级别(站立式训练)21场景。要求病人使用头戴式显示器、手柄在虚拟场景完成各项指定任务:目光跟随训练、传送带任务训练、置物训练、控制训练。训练过程中系统通过场景变化、声光反馈效果等产生逼真的立体视觉、听觉线索,让病人跟随线索做眼、头、腰协调运动完成指定任务,系统根据人机交互功能以任务完成情况给予评分,使病人在沉浸训练环境中产生游戏感,增加趣味性,减少对训练的乏味感[16]。该训练对训练场地陪护人员没有特殊要求,更适合离院家庭式训练。为利用VR技术对平衡功能障碍病人进行有针对性的个体化康复治疗,能够显著提高前庭康复的效率和效果可改善病人的平衡功能、日常活动能力及生活质量。有研究表明沉浸式VR辅助前庭功能的康复护理可降低老年人跌倒风险[17]。

3.2 虚拟技术对病人平衡功能的康复护理 虚拟平衡训练包括坐位时头部及身体的姿势控制，站立时身体平衡控制及WBB上身体平衡控制等，如障碍滑雪、果园采摘、沙滩排球、超市购物等平衡训练游戏[18]。障碍滑雪虚拟情景为:在设有各种障碍的虚拟滑雪赛道上，病人站立于平衡板上，通过向前、向后、向左、向右移动来调节身体重心以躲过障碍物并完成任务，主要训练眩晕病人的稳定极限[19]。果园采摘虚拟情景为:果园里有各种闪烁的水果和蔬菜，病人需要以不同的速度和幅度来移动重心并完成采摘，主要训练眩晕病人的动态稳定性。沙滩排球虚拟情景为:病人双脚站立保持与肩同宽，排球从不同方向飞来，病人通过调整身体重心来用手拍击排球以完成任务，主要训练眩晕病人的姿势稳定性。超市购物虚拟情景为:在复杂的虚拟商品陈列背景下，通过调整虚拟通道的长度、宽度及视物内容来改变超市内视觉环境的复杂性，是前庭-眼反射意志的强化训练。虚拟现实技术借助精确的测评、反馈、训练等手段，增强了康复训练的趣味性，同时还提高了训练效果，病人也愿意积极地参与锻炼，提高了训练的效果[20]。

4 VR用于前庭康复中存在的问题

在国外，目前已有很多文章报告了虚拟现实应用(特别是游戏平台)，针对神经系统损伤或老年病人姿势稳定性差的特点，可用动态平衡训练改善[6,21]。直至近些年,才有应用于前庭适应性锻炼的相关虚拟现实技术相继面世,如凝视视靶同时行头部运动[22]。尽管虚拟现实系统在应用方面有很多可能性，但大部分仍不能商用，主要限制在于需要巨大的空间或者特殊训练的技师干预指导,价格过于昂贵，因此这项技术对于大部分前庭康复临床医生与病人来说都是难以企及的。

我国的虚拟现实技术起步较晚，目前虚拟现实技术受价格、技术等方面的制约还不能更多地普及应用。缺乏合适的内容、费用昂贵是其面临的主要障碍，虽然生物仿真学及脑科学等领域的研究问题还未能完全实现，但VR在医学保健领域发展趋势较好。VR技术不仅可有效提高外科手术质量，降低医疗风险，还可以提高成本效益。因此，建议未来VR干预应立足病人需求，结合用户反馈，探索VR内容，拓宽使用场景，进而提高VR干预的有效性；继续监测不良事件，建立临床缓解病人风险的证据基础，促进医护人员全面认识疾病进展，推动护理模式变革。

5 小结和展望

综上所述，针对传统康复疗法不具有的优势，VR技术已经成为前庭康复护理中的一个有前途的工具。未来病人的前庭康复锻炼地点可以更加广泛，不只是在家中、医院，而是可以随时随地进行，这将是虚拟现实(VR)和增强现实(AR)中创造的模拟环境中的有趣活动可能增加益处的领域，可以大大提高前庭康复锻炼的效率。未来应不断创新VR技术，依托多学科团队，开展大规模、设计科学、多人群、关注病人的个人偏好与VR体验满意度，指导临床医护人员参与VR系统的开发应用，指导病人正确、高效地进行康复锻炼，提升头戴显示器的智能化、情景化，提高病人参与VR的积极性，把VR虚拟现实技术和远程网络相结合，提供轻便、简单的硬件设备和生动形象的虚拟场景，提升VR技术的延伸服务，增加VR潜在的经济效益与社会效益，开发适用于我国医疗背景、操作简单的VR新技术，推动VR在临床中的广泛应用。