謝藝婷，柳維林，吳勁松，陶靜

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在腦卒中患者運動功能康復(fù)中的應(yīng)用進展

謝藝婷，柳維林，吳勁松，陶靜

腦卒中后運動功能障礙嚴重影響患者的生活質(zhì)量。虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為一種新興康復(fù)治療策略，能夠改善腦卒中患者的關(guān)節(jié)活動度、運動準確度、平衡能力以及異常步態(tài)等。

腦卒中；運動功能；虛擬現(xiàn)實技術(shù)；康復(fù)；綜述

全世界每年大約有67%腦卒中生存者遺留運動功能障礙[1]。我國腦卒中患者平均年齡呈逐漸降低趨勢，且發(fā)病年齡比美國提早十余年[2]，其中約1/2患者存在不同程度運動功能障礙，嚴重影響患者生活質(zhì)量，也給家庭和社會帶來巨大經(jīng)濟負擔(dān)[3]。針對腦卒中運動功能障礙，傳統(tǒng)的康復(fù)訓(xùn)練，如運動再學(xué)習(xí)、Bobath技術(shù)等，通常需要大量人力投入，且治療過程單調(diào)乏味，治療效果不易評估，患者依從性差。

虛擬現(xiàn)實(virtual reality,VR)是一種新興的技術(shù)，因其具有安全性高、趣味性強、及時評估反饋等特點，在腦卒中運動功能障礙的康復(fù)中得到應(yīng)用。

2008年卒中康復(fù)執(zhí)行概要循證回顧(Evidence-Based Review of Stroke Rehabilitation Executive Summary,EBRSR)建議使用VR改善腦卒中患者運動功能障礙，推薦強度為A[4]。目前，應(yīng)用VR改善腦卒中運動功能障礙成為研究熱點[5]。VR是一種新的康復(fù)訓(xùn)練策略，被認為是改善腦卒中后運動功能障礙的一種愉悅的替代方案[6]。國內(nèi)外已經(jīng)對該領(lǐng)域進行探討，并獲得一定臨床數(shù)據(jù)。

1 上肢康復(fù)

腦卒中后上肢功能的恢復(fù)一直是臨床上較難解決的問題。有研究表明，15%腦卒中幸存者的手功能可以恢復(fù)到原來的一半左右，僅3%患者可以恢復(fù)70%以上[7]。約85%腦卒中患者在初次得病時就出現(xiàn)上肢功能障礙[8]，約30%～36%腦卒中患者在發(fā)病后6個月仍有上肢功能障礙，其中僅11.6%患者的上肢功能能夠得到完全恢復(fù)[9]。

VR起初主要用于肩肘關(guān)節(jié)；隨著手部傳感設(shè)備的出現(xiàn)，VR手功能康復(fù)系統(tǒng)也開始發(fā)展。臨床研究證明，VR有助于腦卒中患者上肢運動功能的恢復(fù)[10-13]。

1.1 基于VR的上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)

國內(nèi)基于VR的上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)尚處于初步發(fā)展階段，但已經(jīng)取得一些成果[14-16]。

瞿暢等[17]研發(fā)的基于Kinect的上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，用于改善腦卒中患者上肢肩、肘關(guān)節(jié)運動功能障礙。該系統(tǒng)設(shè)計了數(shù)字匹配、抓面包、拼圖大師三個游戲項目，患者通過玩游戲進行訓(xùn)練。腦卒中患者在常規(guī)訓(xùn)練的基礎(chǔ)上加用該系統(tǒng)進行干預(yù)，2周后患者Fugl-Meyer上肢運動功能評分及Wolf評分均較對照組高。丁偉利等[18]也開發(fā)了一套基于Kinect的上肢虛擬康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)。該系統(tǒng)根據(jù)訓(xùn)練初期動作要盡可能簡單，然后再逐漸加難的原則設(shè)計10個典型動作，并允許患者選擇用左手、右手或雙手進行訓(xùn)練。通過對腦卒中患者為期15 d的康復(fù)，證明該系統(tǒng)有效。

大連海事大學(xué)開發(fā)的基于VR的三自由度主動式上肢康復(fù)機器人系統(tǒng)是一套主動康復(fù)系統(tǒng)[19]，采用末端牽引方式，主要針對不能完成自主活動的患者。該機器人能夠?qū)崿F(xiàn)肩、肘關(guān)節(jié)的屈伸和肩關(guān)節(jié)的內(nèi)收外展。李晉等[20]研發(fā)基于VR的手功能康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，評估手關(guān)節(jié)的活動度以及運動幅度。該系統(tǒng)實現(xiàn)了診斷簡單化、可視化，更重要的是可根據(jù)診斷結(jié)果讓患者在交互界面的提示下進行相應(yīng)的康復(fù)訓(xùn)練，從而達到診斷、康復(fù)一體化。

國外上肢VR康復(fù)訓(xùn)練裝置出現(xiàn)較早，種類也較多[21-23]。麻省理工學(xué)院開發(fā)的麻省理工手(Massachusetts Institute of Technology-Manus,MIT-MANUS)是美國使用最廣泛的上肢康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備[24]，后來有學(xué)者將VR游戲融入其中[25]，但并沒有將該技術(shù)進行推廣。Merians等[26]將VR與機器人融合，設(shè)計上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，主要針對上臂、腕關(guān)節(jié)及手指關(guān)節(jié)?；颊咄ㄟ^該系統(tǒng)進行8 d訓(xùn)練，證實該系統(tǒng)可提高腦卒中患者的近端穩(wěn)定性、運動平滑度。Burdea等[27]開發(fā)Rutgers ArmⅡ康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，用于訓(xùn)練腕關(guān)節(jié)和掌指關(guān)節(jié)的屈伸，能改善腦卒中后期患者的功能[28]。

除了VR上肢康復(fù)機器人，將游戲機與VR結(jié)合用于康復(fù)治療的VR游戲機也流行起來。任天堂的VR Wii游戲機應(yīng)用最為廣泛，由無線控制桿、紅外線傳感器和顯示屏組成。控制桿內(nèi)的傳感器能夠根據(jù)患者的運動，改變游戲中人物的運動，從而進行各種虛擬游戲[29]。眾多研究表明VR Wii游戲機能夠改善腦卒中患者上肢運動功能[30-31]。

1.2 改善關(guān)節(jié)活動度

Subramanian等[10]將32例腦卒中患者隨機分成試驗組和對照組，分別接受3D虛擬環(huán)境治療和普通物理環(huán)境治療。兩組患者均進行用患手指向前方一手臂長的6個不同物體，訓(xùn)練類型、強度等相近，但虛擬環(huán)境能給患者提供各種感覺反饋。4周后，試驗組肩關(guān)節(jié)外展和肘關(guān)節(jié)屈伸的改善更明顯。傳統(tǒng)康復(fù)訓(xùn)練強調(diào)進行動作分解練習(xí)，而沒有提供任務(wù)需求，很難將增加的關(guān)節(jié)活動度與日常生活活動聯(lián)系起來[32]。VR訓(xùn)練不僅可以提高關(guān)節(jié)活動度，還能夠?qū)⑵滢D(zhuǎn)換到日?；顒又?。

Mouawad等[31]讓腦卒中患者進行網(wǎng)球、高爾夫、拳擊、保齡球和棒球的Wii體育游戲，每天1 h實驗室正式監(jiān)督訓(xùn)練，從第2天開始，患者利用家庭Wii系統(tǒng)進行家庭訓(xùn)練，時間從每天30 min逐漸增加到每天180 min，連續(xù)10 d。訓(xùn)練后，患者上肢功能明顯提升，而且上肢主、被動關(guān)節(jié)活動度均增加，日常生活活動能力提高。

1.3 改善上肢運動準確度

Rojo等[33]利用音樂導(dǎo)向VR訓(xùn)練，讓腦卒中患者用8鍵迷你VR鋼琴訓(xùn)練手部精細運動，同時采用8音節(jié)VR鼓練習(xí)粗大運動。4周后，患者手敲擊速度加快，頻率提高，手指敲擊運動更流利。

Szturm等[34]對患者進行交互式運動游戲，讓其用患側(cè)手指滾動圓柱形和錐形物體，以及具有不同直徑和表面特性的運動球，共15次，每周3次。訓(xùn)練后，患者完成動作的數(shù)量增加，動作幅度變大并更加穩(wěn)定。

Tong等[35]開發(fā)了意圖驅(qū)動手功能任務(wù)訓(xùn)練機器人，2例慢性腦卒中患者共接受15次1.5 h任務(wù)訓(xùn)練，發(fā)現(xiàn)VR機器手五根獨立手指可幫助腕關(guān)節(jié)及手指單關(guān)節(jié)和多關(guān)節(jié)活動，增加手指各關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)性，逐漸提高患手肌力和耐力。

Merians等[36]運用VR訓(xùn)練模塊對腦卒中發(fā)病6個月以上、腕關(guān)節(jié)和手指背伸均大于10°的患者進行康復(fù)訓(xùn)練，共8 d。發(fā)現(xiàn)患側(cè)肢體近端穩(wěn)定性增加，平滑度及效率均有所提高，患手功能明顯改善。

1.4 改善上肢功能性活動

2016年，美國心臟協(xié)會(American Heart Association,AHA)和美國卒中協(xié)會(American Stroke Association,ASA)發(fā)布了“成人腦卒中康復(fù)指南”[37]，其中VR康復(fù)技術(shù)應(yīng)用于腦卒中后上肢功能障礙為Ⅱa類B級推薦。大量研究表明，VR對腦卒中后上肢功能性活動的恢復(fù)有積極意義[37-40]。

Yong等[41]用COTS交互式電腦游戲設(shè)備對腦卒中患者進行訓(xùn)練，發(fā)現(xiàn)患者Fugl-Meyer運動功能評分、肌力指數(shù)(motricity index,MI)提高，且優(yōu)于傳統(tǒng)訓(xùn)練；問卷調(diào)查顯示，患者在進行VR訓(xùn)練時更加愉快。

Turolla等[42]對腦卒中患者進行上肢常規(guī)治療1 h和VR治療1 h，或常規(guī)治療2 h，發(fā)現(xiàn)VR能改善上肢功能，并將訓(xùn)練效果轉(zhuǎn)移到現(xiàn)實生活中，從而提高患者生活質(zhì)量。

有少數(shù)文獻指出VR訓(xùn)練效果與傳統(tǒng)訓(xùn)練相比，并沒有明顯差別[13,43-44]，但VR能將改善的功能與日常生活活動相聯(lián)系，符合康復(fù)的最終目的。

臨床上應(yīng)用的上肢VR系統(tǒng)種類繁多，配備的虛擬情境和硬件設(shè)施也有差異，但已有系統(tǒng)實現(xiàn)診療一體化。雖然使用的VR設(shè)備不同，但訓(xùn)練一般選擇10～20次為1個訓(xùn)練療程，每次訓(xùn)練30～180 min。

2 下肢康復(fù)

腦卒中后下肢功能障礙往往影響患者生活質(zhì)量。其中平衡障礙是腦卒中后最普遍的下肢運動功能障礙，而平衡功能差是導(dǎo)致跌倒風(fēng)險增加的首要原因[45]。有研究指出，步行障礙是腦卒中后最嚴重的殘疾，改善步態(tài)也成為腦卒中后康復(fù)的首要目標[46]。大量研究表明，VR康復(fù)訓(xùn)練可顯著改善偏癱患者下肢功能障礙及平衡能力[47-48]。

2.1 基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的下肢康復(fù)系統(tǒng)

與上肢VR康復(fù)系統(tǒng)相比，基于VR技術(shù)的下肢康復(fù)系統(tǒng)相對較少。國外VR技術(shù)出現(xiàn)較早，VR康復(fù)系統(tǒng)也出現(xiàn)較早[49-50]。Koritnik等[51]研發(fā)了一套VR下肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，由采集設(shè)備、虛擬鏡子等組成，虛擬鏡子上可以看到一個實體模型，一個半透明模型：其中實體模型為患者本身，半透明模型表示“虛擬導(dǎo)師”?；颊哂^察實體模型和“虛擬導(dǎo)師”的動作差異進行調(diào)整。張磊杰等[52]開發(fā)出基于VR的步態(tài)訓(xùn)練康復(fù)機器人系統(tǒng)，引入虛擬游戲，使訓(xùn)練更具趣味性。東南大學(xué)研發(fā)出基于Unity3D與Kinect的康復(fù)訓(xùn)練機器人情景交互系統(tǒng)[53]，通過輸入患者的體感信息來控制虛擬場景中的人物同步運動與交互。

2.2 改善平衡功能

伴隨經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們生活水平不斷提高，住院患者對醫(yī)院護理質(zhì)量也提出了更加嚴格的要求。尤其是老年住院患者，受年齡趨于老年化、病理不一以及少數(shù)患者生活無法自理等因素影響，在很大程度上增加了臨床護理工作的難度[1]。本文作者對50例實施護理風(fēng)險評估干預(yù)的老干部病房優(yōu)質(zhì)護理患者作出如下報道，以期為臨床相關(guān)研究提供部分參考數(shù)據(jù)。現(xiàn)報告如下。

跌倒是腦卒中后較為明顯的并發(fā)癥，對腦卒中患者進行平衡功能訓(xùn)練是必要的[54]。大量研究表明，VR能夠改善腦卒中患者的平衡能力[55-57]。

Singh等[58]讓腦卒中患者進行傳統(tǒng)物理治療和VR平衡游戲，對照組每天僅進行傳統(tǒng)物理治療，6周后結(jié)果顯示，實驗組Barthel指數(shù)評分比對照組高。

孫然等[59]利用STABLE-穩(wěn)定性平衡學(xué)習(xí)環(huán)境對腦卒中患者進行平衡訓(xùn)練4周，結(jié)果表明，基于VR的平衡訓(xùn)練比傳統(tǒng)平衡訓(xùn)練效果更好。

Ding等[60]使用基于VR的強制誘導(dǎo)運動療法訓(xùn)練電腦游戲訓(xùn)練慢性腦卒中患者的平衡功能，表明VR可以用于改善平衡功能。

Caglio等[61]把以遠程VR為基礎(chǔ)的平衡訓(xùn)練與在物理治療師陪同下的平衡功能訓(xùn)練進行比較，發(fā)現(xiàn)遠程VR平衡訓(xùn)練與常規(guī)平衡訓(xùn)練在改善腦卒中患者平衡功能上沒有明顯差別。

2.3 改善步態(tài)

腦卒中偏癱患者步態(tài)異常，通常表現(xiàn)為步長縮短、不對稱，步速緩慢以及步頻減小。VR能夠模擬現(xiàn)實環(huán)境，給患者提供一種行于真實世界的感覺，患者也能夠模擬步行于城市道路、公園以及商店等。目前研究表明，VR在改善腦卒中患者步態(tài)方面有效[62-64]。

趙雅寧等[66]采用VR結(jié)合康復(fù)機器人對腦梗死患者進行步態(tài)功能訓(xùn)練，訓(xùn)練結(jié)束后采用VR的患者Fugl-Meyer下肢運動功能評分較高。

Shema等[67]使用VR訓(xùn)練患者，5周后，患者2 min步行測試以及四方步測試(Four Square Step Test,FSST)成績均有提高。

陳佩順等[68]進行隨機對照試驗，治療組除給予常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練，還進行VR訓(xùn)練，4周后發(fā)現(xiàn)，結(jié)合VR訓(xùn)練的患者運動能力、步行功能以及日常生活活動能力均比僅接受傳統(tǒng)訓(xùn)練的患者改善更多。

總之，VR應(yīng)用于腦卒中下肢運動功能康復(fù)有效。處方一般每周3～5次，每次30～120 min，共3～6周。但基于VR的下肢康復(fù)系統(tǒng)種類較少，且體積相對龐大，不利于廣泛使用。

3 小結(jié)

除小部分研究結(jié)果表明VR技術(shù)改善腦卒中運動障礙效果不明顯或無效，其余研究均證實VR技術(shù)的有效性，但也需要更多大樣本、多中心、設(shè)計科學(xué)、操作規(guī)范的高標準臨床隨機對照試驗進一步證明。研究也表明，并不是所有腦卒中患者都適合VR運動功能訓(xùn)練，因為使用VR技術(shù)進行康復(fù)訓(xùn)練需要患者主動參與，因此患者需具備一定的運動能力，通常Brunnstrom分期上肢≥Ⅲ期，手和下肢≥Ⅱ期，改良Ashworth痙攣量表評定肌張力≤Ⅱ級；患者不能有嚴重認知功能障礙和視力障礙，能夠理解基本指令。

目前國內(nèi)運動康復(fù)訓(xùn)練存在治療師匱乏、早期康復(fù)手段不完善、亞急性期和恢復(fù)期治療方法缺乏系統(tǒng)性，以及普及率低等現(xiàn)狀。VR的出現(xiàn)和發(fā)展為腦卒中患者運動康復(fù)提供了有效的治療手段。雖然國內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)將診斷和康復(fù)相結(jié)合的VR康復(fù)設(shè)備，多數(shù)只能進行簡單的人機交互；為了能夠采集更多運動信息，患者需要穿戴復(fù)雜的傳感設(shè)備，這容易讓患者產(chǎn)生抵觸心理；另外虛擬場景帶給患者的沉浸感不夠。研究已經(jīng)證明VR能夠改善腦卒中患者運動功能障礙。今后我們應(yīng)該設(shè)計針對腦卒中后運動障礙更加智能化的VR診療系統(tǒng)，更好地將運動功能評估與康復(fù)訓(xùn)練整合，同時配備簡單輕便的硬件系統(tǒng)和生動形象的3D動畫角色。

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Application of Virtual Reality in Rehabilitation of Motor Function in Stroke Patients(review)

XIE Yi-ting,LIU Wei-lin,WU Jing-song,TAO Jing
College of Rehabilitation Medicine,Fujian University of Traditional Chinese Medicine,Fuzhou,Fujian 350122,China

TAO Jing.E-mail:taojing01@163.com

Motor dysfunction seriously affects the quality of life in stroke patients.Virtual reality,as a new strategy of rehabilitation,can be used to improve the range of motion of joint,movement accuracy,balance and gait,and so on,in stroke patients.

stroke;motor function;virtual reality;rehabilitation;review

10.3969/j.issn.1006-9771.2017.11.011

R743.3

A

1006-9771(2017)11-1294-05

[本文著錄格式] 謝藝婷，柳維林，吳勁松，等.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在腦卒中患者運動功能康復(fù)中的應(yīng)用進展[J].中國康復(fù)理論與實踐,2017,23(11):1294-1298.

CITED AS:Xie YT,Liu WL,Wu JS,et al.Application of virtual reality in rehabilitation of motor function in stroke patients(review)[J].Zhongguo Kangfu Lilun Yu Shijian,2017,23(11):1294-1298.

福建省科技廳高校產(chǎn)學(xué)合作項目(No.2017Y4101)。

福建中醫(yī)藥大學(xué)康復(fù)醫(yī)學(xué)院，福建福州市350122。作者簡介：謝藝婷(1993-)，女，漢族，福建安溪縣人，碩士研究生，主要研究方向：神經(jīng)康復(fù)與認知科學(xué)。通訊作者：陶靜。E-mail:taojing01@163.com。

2017-07-17

2017-10-10)