虚拟现实技术在脑卒中后康复中的最新研究进展.docx

虚拟现实技术在脑卒中后康复中的最新研究进展程雅卓1陈卓铭21 .暨南大学第一附属医院，康复医学科，广东广州市510000：2 .通讯作者：陈卓铭，主任医师，博士生导师，Email:基金项目：国家重点研发计划自主项目(2020YFe)摘要：虚拟现实技术(VR)作为近年来发展迅速的新兴康复治疗手段，广泛应用于神经系统相关疾病康复治疗领域，本文阐述了虚拟现实技术的概念以及在脑卒中康复中的应用，总结目前存在的问题，指导虚拟技术在该领域的继续研究。关键词：虚拟现实技术；脑卒中；康复治疗ApplicationprogressofvirtualrealitytechnologyinstrokerehabilitationCHENGYa-ZhuoTheFirstAffiliatedHospitalofJinanUniversityzGuangzhouzGuangdong510000CorrespondencetoChenZhuo-ming,E-mail:SportedbyNationalKeyResearchandDevelopmentProject(2020YFC)AbstractVirtualrealitytechnology(VR),asanemergingrehabilitationtreatmentmethodthathasdevelopedrapidlyinrecentyears,iswidelyusedinthefieldofrehabilitationtreatmentofdiseasesrelatedtothenervoussystem.Thisarticleexpoundstheconceptofvirtualrealitytechnologyanditsapplicationinstrokerehabilitation,andsummarizestheexistingproblems,whichisconducivetothecontinuedresearchofvirtualtechnologyinthisfield.Keywords：Virtualrealitytechnology;Stroke;Rehabilitationtreatment脑卒中是全球第三大死因，也是第一大致残原因国，脑卒中常导致多方面的功能隙碍，包括运动隙碍、认知隙碍和言语障碍，严重影响患者日常生活能力，加重社会和家庭的经济负担。传统的康复治疗往往需要耗费大量的人力和金钱，效率低下，过程枯燥乏味，不利于患者的长期康复。VR作为近年来发展迅速的新兴康复治疗手段，能很好地解决上述问题。1.VR的概述VR是一种利用计算机技术和交互设备(如头戴式显示器、手柄、手套等)人工创建一个接近真实世界的环境，允许一个或多个用户与虚拟环境及其三维实体进行交互的技术，具有沉浸感、交互性和想象力三大特点网。VR技术包括两种类型：1、沉浸式虚拟现实：通过结合计算机、头戴式显示器(HMDS)模拟真实的世界，这个世界会随着参与者的运动而自然变化。然后通过使用专门的跟踪技术来感知用户的位置和运动，并将信息呈现给用户，增加多感官刺激，使用户产生沉浸在虚拟空间中的错觉。2、非沉浸式虚拟现实：使用具有三维图形环境的游戏系统。用户可以使用键盘、鼠标或其他游戏界面设备与屏幕上的虚拟环境进行交互和导航，执行在现实世界中难以完成的任务2. VR在上肢康复中的应用2.1 对近端粗大运动的影响脑卒中患者上肢运动功能障碍通常表现为肌力下降、肌张力增高、运动模式异常等，严重影响患者日常生活能力。一项纳入2470例脑卒中患者的大型荟萃分析发现，VR作为辅助训练手段可能有助于改善上肢运动功能和日常生活能力。也有研究指出提出单纯的VR治疗可能并不比传统治疗更有益，KiPer网等人将68例脑卒中偏瘫患者进行虚拟环境联合常规康复治疗，结果显示实验组在F-MUE、FIM以及运动学参数均显著提高，这表明VR联合传统治疗能改善上肢运动功能，且随访结果显示治疗后的效果长期保持。Yao等人发现VR训练结合经颅直流电刺激(c-tDCS)在减少脑卒中患者运动损伤、改善上肢功能和生活质量方面明显优于单独VR或者经颅磁电刺激干预。虚拟现实技术促进卒中后上肢功能恢复的机制是近几年研究的热点问题。Mekbibn0】等人设计了完全沉浸式虚拟环境结合肢体镜像训练系统,对12例亚急性脑卒中患者进行训练,结果显示Fugl-Meyer评分显著改善，rs-fMRI发现VR组双侧半球初级运动皮层Ml区的连接性增强，Fan3等人也发现双侧Ml区的连接和上肢运动功能存在显著的统计相关性，而Karim等人附认为VR训练能够增加初级皮层与颗上PI等区域的血流灌注，激活控制上肢运动的区域，皮层神经的可塑性发生改变，有利于中风后上肢功能的恢复，但目前具体的理论模型仍不完善，需要进一步深入研究。2.2 对远端精细运动影响VR系统多数适用于上肢大关节康复g-1叫然而，在中风后偏瘫康复的情况下，上肢的功能恢复通常表现为近端到远端的梯度，这导致手功能比手臂功能差口叫然而，中风后上肢的功能恢复主要取决于偏瘫侧手的改善，患手精细功能的恢复是目前的难点之一，同时也严重影响日常生活口刀。ZUn-rongWangle等人利用跟踪手和手指精细运动的VR系统，对13例亚急性脑卒中患者进行康复训练，治疗4周后，实验组WOIf测试和WMFT时间明显优于对照组；另外rs-fMRI结果显示实验组的SMC偏侧指数增加的幅度明显大于对照组，这表明该VR系统不仅有助于瘫痪上肢手精细功能的恢复和灵活性的提高，而且有助于上肢神经的重塑。在脑卒中后遗症患者中手的握力和捏力与上肢远端功能有很大相关性口翅工因此，在康复计划中应强调努力提高手的力量。虽然中风幸存者通常会恢复其上肢的大部分功能性伸展，但大多数患者的抓握能力及夹持技能恢复仍不完全P叽Shih-ChingYehQU等人研究表明触觉增强的虚拟现实系统有助于脑卒中患者慢性期偏瘫侧手指力量、抓握能力及夹持功能的恢复。目前VR训练在手功能康复中的研究不多，且缺乏有效的评估工具。3、VR在下肢康复中的应用3.1 对平衡功能的影响大量研究证实，VR在神经系统患者的平衡功能康复方面具有优势1223LPOrTaSI251等人采用回顾性研究方法，系统分析某大型康复中心3年接受Vr康复治疗的167名脑卒中后平衡障碍患者的临床资料，研究表明VR在平衡功能康复中是可行和有效的。该研究有助于VR向长期临床实施的过渡。脑卒中后常遗留姿势控制异常及偏瘫侧下肢的废用而导致平衡功能隙碍,增加跌倒风险闸，AAmoniO等人对I5名亚急性脑卒中患者进行基于视觉刺激的沉浸式VR平衡训练，患者站在压力平台上，躲避来自不同方向的虚拟刺激物，经过6周的训练，患者的动态平衡及姿势稳定性明显改善，但是对静态平衡影响较小。KUmar231等人将双Wiibb辅助虚拟平衡训练系统(V2BaT),用于脑卒中患者的康复，训练4周后与最初相比偏瘫侧下肢CoP位移显著增加，研究表明该系统鼓励患者在重心转移导向性任务中改善偏瘫侧下肢的使用，进而改善平衡功能障碍。但VR在长期临床康复中的实用性和有效性仍不确定，需要更多的研究及更大的样本容量证实128L3.2对步态的影响脑卒中偏瘫患者的步行功能隙碍,常表现为左右步长不对称,步行速度缓慢,步长、步频的减少。下肢肌肉无力及异常肌张力是步行功能恢复的限制因素，常导致患者姿势异常，影响了患者行走能力12叫VR作为辅助治疗常与其他物理疗法结合更有效改善脑卒中偏瘫患者步态功能障碍。Park网等人对脑卒中患者进行基于视觉反馈的VR技术联合机器人辅助步态训练，患者沉浸于虚拟的大草原上，通过与马赛跑的游戏方式进行步态训练，6周后显著改善了中风患者肌肉力量与步行速度及距离，有效提高步行能力。踝关节痉挛是影响卒中后患者步态主要原因之一同，Luque-Moreno囱等人对i0例偏瘫患者进行基于踝关节的VR增强反馈训练，经过3周的训练，步速、步幅、步长及Fnl及FAC均得到显著改善，VR训练改善了踝关节跖屈肌肉的痉挛状态，增加了肌肉之间的协调能力及运动控制能力，提高步行功能的同时降低了跌倒风险。4、VR在认知康复中的应用脑卒中患者的主要认知障碍包括视空间、知觉、注意力、记忆力、执行能力等研究表明，脑组织具有可塑性，神经元突触之间存在复杂的联系，可通过康复训练来改变和增强脑认知功能，在虚拟环境中，听觉、视觉、触觉反馈信号增强中枢神经系统的再学习能力，引起神经可塑性的增强，从而加快认知障碍的而恢复WL在过去的几年里，基于虚拟现实的康复方法已经发展成为改善认知功能的最有希望的治疗方案之一，VR工具通常将认知任务纳入日常生活能力模拟的理想环境对卒中后患者进行认知训练BN。Faria等人比较了个性化纸笔认知康复计划如数字序列；单词搜索；迷宫；水果分类等与基于ADL模拟系统的VR康复系统对36名卒中后患者认知功能的改善，结果表明虚拟现实组在注意力和执行功能方面的表现更好【3司。最新的研究还证实了使用虚拟现实对中风患者同时进行运动和认知训练的优势B刀，然而仍然没有足够数量的严格试验在临床上验证，未来可以从此方向入手进行研究。偏盲所致的视空间隙碍也是脑卒中后常见的认知障碍之一MJ。Lorenz等人将20例脑卒中后偏盲患者置于完全沉浸式虚拟现实超市中完成购物任务，包括正确的购买数量、购物时间、及行走轨迹，经过6周的训练后的结果显示沉浸式VR系统不仅改善了脑卒中后偏盲患者的视空间障碍，且情绪评估量表显示患者焦虑抑郁症状在游戏之后得到了显著的改善。记忆力受损是卒中患者认知功能隙碍的核心症状，因此记忆的康复训练尤为重要。基于VR的记忆训练多为前瞻性记忆训练及情景记忆训练。Mathews等人针对卒中后前瞻记忆开发了一款基于视觉图像技术的VR训练系统，训练过程中，15名卒中后患者逐渐从记忆单个单词发展到记忆复杂的现实世界的任务，如单词识记、在商场购买指定商品、导航找到回家路线等。研究的结果显示训练4周后，患者的前瞻记忆明显改善，随访四周，这种改善能够维持稳定40。WalIet等人41认为导航任务是改善情景记忆的重要方法，他们利用虚拟环境，再现了实际城市区域的空间布局，例如建筑物、街道等，20名卒中患者在基本的模拟虚拟现实设置中与环境交互，完成三种导航路线的记忆任务:（1）寻路任务，受试者在现实世界中再现虚拟路线；（2草图绘制任务，要求患者绘制可视化路线；（3）场景分类任务，经过一个月的训练，患者的空间能力及情景记忆均得到明显改善。但是，基于虚拟现实的记忆训练很少涉及到工作记忆，需要以后的研究者来填补这一空白。基于虚拟现实的认知康复系统通常适用于轻度认知隙碍，而对中、重度的认知障碍效果并不好。除脑卒中外，该系统还适用于多种疾病导致的认知隙碍的评估与训I练，如脑瘫儿童、帕金森症、阿兹海默症等。5、VR在言语康复中的应用言语失用是卒中后语言隙碍的表现之一，通常与非流利型失语症同时存在，明显影响口语的恢复，逐渐引起语言学家的广泛关注42。焦欢欢43等人设计了一种基于VR的言语失用康复训练系统，该系统包括三个板块，学习模块采用虚拟人发音嘴型的形式模拟汉语中26个单音节发音嘴型动画；训练模块和场景模块通过SKD语音识别系统识别词语和句子，从而实现语音评估的功能。结果表明系统中的虚拟人发音过程能够逼真地模拟真实发音器官的运动，能准确识别患者语音错误，准确率达87%,对提高患者的语言能力具有积极作用。目前言语失用的虚拟现实康复系统临床应用尚不足，训练材料不够丰富，未来需进一步对系统进行优化及升级。卒中后的言语康复是长期的过程，住院治疗的费用高，难以负担，家庭言语康复显得尤为重要。虚拟远程康复是家庭言语康复的重要组成部分44L虚拟远程康复应用电脑、交流和虚拟信息技术结合，改善功能障碍者、残疾者享受康复服务的权力，支持独立的生活。患者只需通过虚拟网络即可与治疗师开展治疗，不需要治疗师与患者身体间的接触，为长期卒中康复提供更多的便利和机会。MareSCa阐等人利用家庭远程虚拟现实康复系统(VRRS-Tablet)对30例失语症患者进行语言康复训练，经过6个月的训练，实验组在理解、命名、阅读、重复和计算均有改善，但在写作方面改善不明显。该研究表明家庭远程虚拟现实康复系统是脑卒中后失语症患者出院后的一种有效的治疗方法,不仅增强患者语言能力,促进心理健康，同时降低康复成本。不足与展望随着科技的发展，基于虚拟现实的康复会越来越多地用于脑卒中后康复。近年来娱乐行业广受欢迎的的VR游戏系统，如Wii任天堂和KineCt系统，由于低成本及趣味性，已广泛用于康复治疗。但是，这些类似游戏的系统通常只适用于有一定肌肉力量的患者，出于安全考虑，这些系统的使用仅限于临床，为了积极用于家庭远程康复，未来VR系统的设计不仅应增加沉浸感及趣味性，更应注重安全性及适用性。更值得关注的是，目前脑卒中后功能的恢复机制已经成为研究的热点之一，虚拟VR训练可能通过视觉、听觉反馈激活感觉运动中枢以及重复导向性训练促进大脑皮质重组及神经的重塑以实现运动功能的恢复,但目前的理论模型均不完善，需要进一步的研究来论证。VR作为一种新型康复技术，在脑卒中的康复研究还处于初级阶段，已有的系统还存在一些不足：(I)VR康复是近年来发展的新兴治疗技术，临床普及较少，各种产品仍不够完善，训练过程中常由于沉浸感不足及关节识别的滞后性，导致患者依从性差，训练达不到预期效果。(2)临床上的VR产品大多训练肢体局部功能，缺乏整体性的VR康复系统，难以完全满足临床训练要求。(3)多数关于VR的临床研究样本量均偏小，缺乏大样本、多中心、高质量的随机双盲对照临床试验研究，其有效性仍待进一步考证，且临床评估工具存在天花板效应，未来的研究应该增加样本量和开发新的评估工具。参考文献：1 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