虚拟现实技术在脑卒中领域的研究与发展

喻安琦 杨力凝 陈青 陈大为 白定群

随着医学的进步，脑卒中死亡率明显降低，但致残率极高[1]，幸存者的生活[2]受到影响，给家庭和社会带来沉重负担，脑卒中康复需求迫切。虚拟现实（virtual reality，VR）可提供实时效果反馈的支持，提高患者的积极性和治疗依从性[3]。VR 已被证实能有效促进肢体功能[4-5]及认知[6]的恢复，但因应用场景的限制，未能广泛用于临床。为加强VR在脑卒中患者中的有效应用，本文利用文献计量分析工具CiteSpace 软件，对已发表的相关文献进行了回顾性分析，对1999—2022 年间虚拟现实技术在脑卒中的研究进行了回顾性分析。本研究旨在：（1）客观评价作者、国家和机构的研究成果。（2）系统概述虚拟现实技术在脑卒中康复领域的发展情况，明确研究方向，为未来的研究与应用提供指导。

1 资料与方法

1.1 文献检索

2022 年11 月23 日，以“stroke”“poststroke”“hemipleg ia” AND “virtual reality”“VR”等为主题词，检索Web of Science 核心数据库中相关文献。

1.2 纳入和排除标准

纳入标准：（1）文献类型为综述或论著。（2）发表时间1999—2022 年。（3）发表语言为英文。排除标准：（1）资讯或会议类论文。（2）字段缺失的文章。（3）与本研究内容不相符的文章。经软件去重及人工去重，共获得3 563篇文献。

1.3 统计学处理

使用Microsoft Office Excel 2021 来管理数据和分析年度出版物，利用CiteSpace 软件6.1.R6 版本对检索所得文献进行可视化分析，合作网络分析以作者、国家及研究机构为节点，共被引图谱以被引文献为节点，共现、时间演化和突显词分析以关键词为节点，得到相应的可视化知识图谱。

参数设置为：时间段为1999—2022 年，时间分度设置为1 年，阈值项选择k ＝25，节点类型先后选择作者/机构/国家/关键词/参考文献，裁剪方式同时选择Pathfinder， Pruning sliced networks 和Pruning the Merged network 3 种算法，回溯年份为5 年，其他参数均为系统默认。

2 结果

2.1 年发文量

虚拟现实技术结合脑卒中康复发文量及被引量逐年增多，见图1。2010 年之前，虚拟现实技术在脑卒中领域的发文量很少（＜100 篇/年）。此后，虚拟现实技术与脑卒中的研究逐渐得到关注，尤其是近5 年，相关研究的年发文量呈指数上升，2018 年发文量超过270 篇，2021 年更是达到450 篇之多。文献引文总数超过11 万条，其中2021年引文超过1.7 万条。平均每篇文章被引用31.22 次，平均H 指数为138，说明该领域文献被引用次数多，整体影响力较高，具有较高的研究水平和学术价值。

图1 1999—2022 年发文量及被引频次

2.2 相关文献的国家（地区）和机构分布与国际合作

分析特定领域内各国/地区的研究分布和合作情况，有助于了解每个国家的研究能力，并探索国家之间的差异。1999—2022 年，有108 个国家/地区的作者发表了关于虚拟现实技术和脑卒中的论文。其中，美国作者总发文量排名世界第1 位（899 篇，25.23%），意大利作者发文量（447篇，12.55%）排名第2 位，中国大陆作者以405 篇（11.37%）排名世界第3 位，韩国、加拿大、英格兰、西班牙、德国等发达国家发文量均在200 篇以上。图2 中节点代表国家，节点大小代表发文量多少；具有深色粗外环的国家/地区，如苏格兰、新西兰和印度尼西亚，具有较高的中介中心性，在国家合作中发挥着重要作用[7]；美国、日本、德国等10多个国家的节点外环呈深色细外环，这意味着该国在某段时间内论文数量激增，并达到峰值。两国间的连线代表国际合作发表的论文数量，连线越粗表示合作次数越多，两国联系越密切。通过对虚拟现实技术结合脑卒中康复领域资助发文量最多的机构进行分析，发现该领域研究的先锋大多为发达国家，这一现象可能与经济发达国家拥有许多高科技产业有关，国家和企业提供了大量资金鼓励科研。

图2 国家/地区发文贡献及跨国合作

发文量前10 的机构分别是麻省理工学院（76 篇）、麦吉尔大学（66 篇）、西北大学（64 篇）、苏黎世大学（51 篇）、瑞士联邦理工学院（43 篇）、马里兰大学（42 篇）、长庚大学（41 篇）、圣安娜高等学院（39 篇）、多伦多大学（38篇）、瑞士联邦理工学院（37 篇）。结合图2、图3 分析可见，虚拟现实技术与脑卒中研究的主力是欧洲国家的知名大学，以这些大学为中心的国内研究机构之间的合作相对密切，但国际合作强度不高。

2.3 作者主要关注点

在活跃的作者中，Calabro、Rocco Salvatore 和Riener、Robert 的贡献最为突出，见图4。利用Citespace 中的作者数据，进行关键词聚类，见图5，以获取作者的主要研究领域，发现虚拟现实技术与脑卒中的研究呈现出多核心发展模式，作者的主要关注点在于虚拟现实技术对脑卒中后上肢功能康复的作用和对认知的影响[8-9]。

图4 作者贡献图

图5 作者关键词聚类

2.4 虚拟现实技术在脑卒中领域的发展历程

2.4.1 关键词分析

高中心性关键词通常代表着该领域的研究重心、发展方向或者核心问题，是研究者们最为关注的问题，高突现关键词通常可以代表这个领域或时间段内的研究热点或发展趋势。经Citespace 分析获得758 个关键词，其中有16个高中心性（≥0.1），89 个强突现性，见图6。突现关键词时间线见图7，在研究的早期（2003—2014 年），“体质量支撑”“运动控制”开始突现；2008—2017 年“脑损伤”“偏瘫”“皮层”及“随机对照试验”先后得到较多关注；从2019 年、2020 年至今“生活质量”“系统回顾”“平衡”及“可行性”等关键词突现性增强。突现词的出现代表虚拟现实技术与脑卒中研究的重要转折点[7]，关注这些转折点，可以了解该领域的发展趋势，并预测未来可能出现的新热点。

图6 关键词中心性

图7 关键词突现时间线

突现热度持续至2022 年的9 个关键词代表了近年的研究前沿及热点主题，这些关键词，特别是“平衡”“生活质量”“可行性”等在未来较长时间内仍是VR 与脑卒中的研究需要关注的重点。

2.4.2 高被引文献分析

高被引文献在学术界具有重要的影响力和引领作用，分析高被引文献，可以帮助初学者更好地理解当前学术领域的研究前沿和研究趋势，以及这些前沿和趋势对于未来的可能影响。同时也可以帮助学者们更好地把握研究方向和目标，提高研究的针对性和效率。

选取2018—2022 年的文献，时间切片设置为1 年，分析近5 年论文的参考文献，按关键词聚类，得到研究前沿的集合[7]，见图8。因为施引文献是建立在参考文献基础上的，所以从这些参考文献的施引文章中提取出的聚类标签可大致代表研究的前进足迹。

图8 近5 年发表论文的参考文献关键词聚类

#0 聚类是最大的聚类，标签是机器人辅助步态训练，共包含45 个节点，该集群的主要施引文献通过系统比较特异性和非特异性VR 的治疗效果，得出“量身定制的VR 系统能为脑卒中提供有效运动康复”这一结论，肯定了VR对脑卒中后运动康复的作用，并指出未来的研究应该着力于探索哪种VR 技术最适合促进神经康复。#1 集群标签是随机对照试验，包含38 个节点，这表明近年来学者们使用严格的方法验证了VR 对脑卒中的作用。#2 聚类标签是基于VR 的镜像治疗计划，包含33 个节点，主要施引文献[11]评估了VR 干预在脑损伤患者的身体和认知康复中的有效性，提出VR 系统的个性化定制可提高治疗效果，并需充分考虑安全性及可行性。#3 聚类标记为研究结果，包含32 个节点，该集群主要施引文献发现：通过游戏进行脑卒中后上肢康复，依从性越高效果越好[12]。并提出未来需要制定一套综合的神经康复原则。#4 被标记为机器人辅助训练，包含30 个节点，主要施引文献发现机器人治疗诱导肩部/ 肘关节协调的改善更明显，且伴随更少躯干异常运动[13]。

为提高脑卒中患者的生活质量，研究者们已经把VR对脑卒中患者运动功能（如上肢功能康复、步态训练、神经反馈等）的影响进行了横向和深入的研究，对于非运动康复（如卒中后痴呆、抑郁或记忆力下降等）方面，尽管已有研究发现VR 可以通过改善脑卒中后痴呆及抑郁等症状从而提高预后，但目前仍缺乏有力的客观证据[14-15]。

3 讨论

通过分析最终共纳入的3 563 篇相关文章发现：在过去20 余年里，越来越多的研究人员关注虚拟现实在脑卒中康复领域的作用，形成了以Calabro， Rocco Salvatore 和Naro， Antonino 等为代表的多产作者群体。以上几位作者均来自意大利科学研究协会，几乎每年都有所产出，在该领域具有举足轻重的地位。美国国家级研究资金资助发表论文数量占美国发表论文的大半，这与美国对新技术发展的大力支持密不可分。

尽管现代人们实现全球联系如此便捷，但各个国家/地区机构间的合作仍较欠缺，多数作者局限于自己研究领域中，很难实现技术或思维上的突破，若能加强各国合作，引导思维碰撞，达到技术整合，或许能使当前研究发展更为迅猛，对VR 在脑卒中领域的发展和应用定大有裨益。突现强度持续至今的前5 个关键词中“平衡”排名第一，而“生活质量”“可行性”“系统回顾”和“量表”是新兴的研究焦点。平衡是完成动作的基本保证，VR 环境可以将患者的听觉、视觉和触觉等整合起来，提供多感官刺激，帮助患者建立良好的平衡，为进一步完成日常生活所需、提高生活质量打好基础，以上关键词突现度的增加可以看作VR 在脑卒中康复临床应用中进一步发展的方向。通过对近5 年的研究热点分析可知，VR 技术对脑卒中后上肢康复及认知康复等方面的研究得到了充分关注。VR 在脑卒中上肢康复已有相当数量的研究，且效果已得到客观证实，接下来需以目标为导向，全面考虑效果、安全性及可行性，个性化制定康复方案，拓宽VR 治疗使用场景，达到精准医疗，使治疗效果最大化、副作用最小化。但目前VR 用于脑卒中认知等非运动康复的治疗效果仅限于临床报道，仍缺乏强有力的客观证据，如量表、生物标志物、影像学资料的支持，所以未来临床应用和研究VR 改善非运动功能时还应扩大样本量，注重全面详细的客观数据收集，以进一步指导个性化康复方案的制定，提高脑卒中失能患者的生活质量。

综上所述，通过对已发表文献的分析，未来虚拟现实技术在脑卒中的临床应用还应关注以下几方面：一是加强各学科领域的融合，强化跨国/跨地区合作；二是探索基于VR 康复的机制，细化促进脑卒中患者康复的手段，精准医疗；三是关注患者非运动症状对运动康复的影响，搜集高质量证据等。

本研究仅纳入WOS 核心合集中的综述和论著进行文献计量学和可视化分析，存在单一数据库采集数据的问题，且限制了文献类型，可能会对结果造成一定偏倚。