王碧茹，周甜甜，廖維靖

腦卒中是我國成年人死亡和殘疾的主要原因之一，在過去十年中，我國腦卒中發(fā)病率顯著上升，每年大約有240萬新增病例[1]，40～74歲居民首次腦卒中標(biāo)化發(fā)病率平均每年增加8.3%[2]。腦卒中后患者常伴有肢體運(yùn)動、言語、認(rèn)知、感覺等神經(jīng)功能障礙，導(dǎo)致日常生活活動能力低下，生活質(zhì)量嚴(yán)重下降，給家庭和社會帶來沉重負(fù)擔(dān)?？祻?fù)治療是促進(jìn)神經(jīng)功能障礙恢復(fù)的一大醫(yī)學(xué)手段，腦卒中后有效的康復(fù)治療可以減輕患者功能上的殘疾，提高患者生活自理能力，幫助其重返生活和工作，減輕家庭和社會負(fù)擔(dān)。近年來，越來越多的新技術(shù)和新方法應(yīng)用于腦卒中后的神經(jīng)康復(fù)治療，如遠(yuǎn)程康復(fù)，外骨骼機(jī)器人，腦機(jī)接口等，其中，虛擬現(xiàn)實(virtual reality，VR)技術(shù)以其諸多優(yōu)點(diǎn)受到許多研究者的青睞，在腦卒中后患者的康復(fù)治療中開展的大量研究結(jié)果顯示了VR改善神經(jīng)功能的有效性，具有廣闊的應(yīng)用前景。

1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述

VR技術(shù)是利用計算機(jī)合成三維環(huán)境模型并用于創(chuàng)建和體驗虛擬世界的技術(shù)，是一種多源信息融合交互式的三維動態(tài)視景和實體行為的系統(tǒng)仿真，可借助場景顯示器、力/觸覺傳感裝置、位置跟蹤器等設(shè)備，讓用戶進(jìn)入虛擬空間，通過視覺、聽覺或觸覺等實時感知和操作虛擬世界中的各種對象，從而獲得身臨其境的真實感受[3]。VR具有3個基本特征[4]：想象、沉浸、交互。隨著醫(yī)學(xué)事業(yè)的發(fā)展，VR逐漸應(yīng)用于醫(yī)學(xué)臨床研究，尤其在腦卒中后的康復(fù)治療研究中應(yīng)用廣泛。

目前，應(yīng)用于神經(jīng)康復(fù)領(lǐng)域的VR治療系統(tǒng)可以分為兩大類：①商業(yè)視頻游戲機(jī)，如體感游戲任天堂Wii和Xbox-Kinect等，利用紅外攝像機(jī)跟蹤用戶的運(yùn)動[5-6]；②沉浸式虛擬環(huán)境系統(tǒng)，常見的有以下三種模式：頭盔式，借助頭戴式顯示器、位置跟蹤器、數(shù)據(jù)手套和其他設(shè)備，讓用戶對虛擬環(huán)境進(jìn)行觀察和操作[7]；桌面式，使用普通或立體顯示器作為用戶觀察虛擬境界的一個窗口[8]；投影式，利用三個以上彼此相連的投影屏作為顯示面構(gòu)成“洞穴”形狀的立方體，為用戶呈現(xiàn)全方位的立體虛擬場景，用戶通過立體眼鏡獲得逼真的視覺感知并沉浸于其中[9]。

大腦可塑性和功能重組是腦損傷后恢復(fù)的主要機(jī)制[10]，目前，臨床上針對腦卒中后功能恢復(fù)的康復(fù)治療大部分也是基于這一理論機(jī)制進(jìn)行展開的，對患者進(jìn)行重復(fù)高強(qiáng)度的功能性或任務(wù)導(dǎo)向性的康復(fù)訓(xùn)練強(qiáng)化學(xué)習(xí)，進(jìn)一步影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)的適應(yīng)性重組[11-13]，從而促進(jìn)功能恢復(fù)。VR應(yīng)用于腦卒中的治療原理體現(xiàn)在其可提供重復(fù)、反饋、動機(jī)三個方面。VR康復(fù)訓(xùn)練能給患者提供豐富且安全的環(huán)境刺激，最大程度地縮小實驗室環(huán)境和現(xiàn)實生活的差距，讓患者去執(zhí)行一些在傳統(tǒng)的康復(fù)治療中難以實現(xiàn)的與日常生活有關(guān)的任務(wù)；還可針對性設(shè)計誘導(dǎo)偏癱側(cè)肢體運(yùn)動的功能性訓(xùn)練游戲，在其中設(shè)置獎懲機(jī)制，增加訓(xùn)練的趣味性，并且通過視聽覺等給予患者實時反饋，提高患者參與訓(xùn)練的積極性和主動性，更有利于實現(xiàn)重復(fù)高強(qiáng)度的康復(fù)訓(xùn)練。

2 VR在腦卒中患者康復(fù)治療中的應(yīng)用

治療師通常通過對腦卒中后患者的功能評估，選擇有針對性的VR交互游戲?qū)颊哌M(jìn)行功能訓(xùn)練，以下將結(jié)合近幾年研究，從腦卒中后各個功能障礙的VR治療應(yīng)用進(jìn)行描述。

2.1 用于促進(jìn)上下肢運(yùn)動功能恢復(fù) 2016美國心臟協(xié)會(American heart association，AHA)/ 美國卒中協(xié)會(American stroke association，ASA)成人腦卒中康復(fù)治療指南(下文簡稱2016 AHA/ASA指南)推薦對腦卒中患者進(jìn)行VR訓(xùn)練促進(jìn)上肢運(yùn)動功能恢復(fù)，使患者積極參與康復(fù)過程和增加運(yùn)動量，推薦強(qiáng)度為B[14]。一個包含27項關(guān)于VR干預(yù)腦卒中的隨機(jī)臨床對照試驗，共1094名受試者參與的Meta分析從國際功能、殘疾和健康分類(international classification of functioning, disability and health，ICF)中的身體功能和結(jié)構(gòu)、活動和參與三個方面進(jìn)行分析，研究結(jié)果顯示，相比于傳統(tǒng)物理和作業(yè)治療康復(fù)方法，VR治療后患者的上肢運(yùn)動功能評定量表(Fugl-Meyer upper limb scale，F(xiàn)M-UL)得分、代表活動的盒子和障礙物測試(box and block test，BBT)得分以及代表參與的動作活動記錄量表(motor activity log，MAL)得分均有更明顯的提高；該研究的亞組分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過VR治療，亞急性期卒中患者較慢性期的上肢功能障礙的恢復(fù)更為顯著，VR干預(yù)總時長超過15h的患者上肢功能障礙才有顯著改善[15]。Wang等[16]和Bao等[17]對VR促進(jìn)亞急性期腦卒中患者上肢運(yùn)動功能障礙恢復(fù)的神經(jīng)機(jī)制進(jìn)行了研究，功能磁共振fMRI結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)過VR訓(xùn)練治療，患者損傷側(cè)大腦半球初級感覺運(yùn)動皮層的激活強(qiáng)度和側(cè)性指數(shù)增加，提示VR可促進(jìn)大腦神經(jīng)重組。上肢功能的恢復(fù)進(jìn)程與腦功能重組的程度有關(guān)，在腦卒中發(fā)生后的數(shù)天或數(shù)周內(nèi)是大腦可塑性較強(qiáng)的階段，所以亞急性期的卒中患者接受VR訓(xùn)練后上肢功能可能會較慢性期患者改善更為顯著。在一項關(guān)于在增強(qiáng)反饋虛擬環(huán)境中進(jìn)行任務(wù)訓(xùn)練結(jié)合傳統(tǒng)物理治療對腦卒中下肢功能障礙的影響研究中，患者經(jīng)過3周共15次的治療干預(yù)后，踝關(guān)節(jié)跖屈肌痙攣下降，改良Ashworth量表評分顯著降低[18]。不過該研究的樣本量很小，僅為10例，結(jié)果的可信度有賴于進(jìn)一步大樣本研究。Lee等[19]的Meta分析發(fā)現(xiàn)VR訓(xùn)練在改善上下肢功能的諸多方面中，降低肌張力和增強(qiáng)肌力的效果最佳，且VR訓(xùn)練結(jié)合常規(guī)康復(fù)促進(jìn)功能障礙恢復(fù)的效果更佳。另一Meta分析針對不同類型的VR康復(fù)系統(tǒng)進(jìn)行了比較，結(jié)果顯示沉浸式VR訓(xùn)練系統(tǒng)對促進(jìn)腦卒中后患者上肢運(yùn)動功能障礙恢復(fù)的效果要顯著優(yōu)于常規(guī)康復(fù)治療，而視頻游戲類VR和常規(guī)康復(fù)的療效并無顯著差異[20]。關(guān)于VR對不同類型腦卒中的治療效果，Kiper等[21]的研究報道，VR結(jié)合常規(guī)治療干預(yù)對提高缺血性和出血性兩種類型腦卒中患者的上肢運(yùn)動功能的康復(fù)效果一致。從以上研究可以看出，VR可結(jié)合常規(guī)康復(fù)治療用于促進(jìn)各種類型和不同時期腦卒中患者的上下肢功能恢復(fù)，亞急性期患者接受VR干預(yù)效果會更佳，且應(yīng)首選沉浸式VR訓(xùn)練系統(tǒng)。

2.2 用于改善平衡功能 Lee等[22]利用視頻游戲VR結(jié)合常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練對15例亞急性期腦卒中患者進(jìn)行獨(dú)木舟劃槳練習(xí)，30 min/d，3次/周，訓(xùn)練5周后，接受VR訓(xùn)練的實驗組的站立平衡壓力中心和擺動路徑長度對比單純接受常規(guī)訓(xùn)練的對照組有更顯著的下降，姿勢平衡得到了更好的改善。另一研究發(fā)現(xiàn)VR結(jié)合跑步機(jī)訓(xùn)練也可以改善腦卒中后患者的靜態(tài)平衡，該研究將20例慢性期腦卒中患者隨機(jī)分配到實驗組和對照組，實驗組在基于社區(qū)的虛擬環(huán)境中進(jìn)行跑步機(jī)訓(xùn)練，對照組接受單純的跑步機(jī)訓(xùn)練，2組訓(xùn)練頻率為30 min/d，3d/周，4 周后，2組的擺動速度、前后和總體擺動長度都有明顯下降，實驗組較對照組下降地更顯著[23]。Meta分析發(fā)現(xiàn)使用VR技術(shù)可以顯著提高慢性期腦卒中患者Berg平衡量表評分(Berg balance scale，BBS)，改善靜態(tài)和動態(tài)平衡，且VR姿勢訓(xùn)練對促進(jìn)平衡功能恢復(fù)最有效[24]。維持一個人的平衡需要從多個系統(tǒng)(如前庭、視覺、本體感覺和認(rèn)知整合)持續(xù)同步的數(shù)據(jù)處理，VR系統(tǒng)恰好可以提供多感覺刺激和實時反饋，這可能是VR訓(xùn)練改善腦卒中平衡功能障礙的優(yōu)越性體現(xiàn)。

2.3 用于改善步態(tài) 2016 AHA/ASA指南推薦利用VR改善步態(tài)，推薦強(qiáng)度為B[14]。一項隨機(jī)單盲臨床對照實驗將42例能獨(dú)坐的慢性期腦卒中后患者隨機(jī)分配到實驗組和對照組，2組患者在接受常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，實驗組接受的速度交互VR踏車訓(xùn)練，即虛擬環(huán)境踏車速度與受試者試劑踏車速度實時同步，對照組則接受單純的踏車訓(xùn)練，2組的訓(xùn)練頻率都為40 min/d，5d/周，結(jié)果顯示，6周后，接受VR訓(xùn)練的患者的下肢運(yùn)動功能、坐位靜態(tài)和動態(tài)平衡以及步態(tài)包括步速、步頻、步長等時空參數(shù)都比對照組有更加顯著的改善[25]。其中的作用機(jī)制可能是在坐位下踏車訓(xùn)練需利用軀干控制平衡，有利于激活骨盆及脊柱周圍核心肌群，提高整體穩(wěn)定性，下肢肌力也能得到增強(qiáng)，從而進(jìn)一步改善步態(tài)。Daniel等[26]的研究發(fā)現(xiàn)VR結(jié)合常規(guī)康復(fù)治療可以提高腦卒中患者的功能性步行能力，經(jīng)過3w的訓(xùn)練后，聯(lián)合治療組的計時起立行走(timed up and go，TUG)和兩分鐘步行測試(two-minute walk test，TMWT)結(jié)果較常規(guī)治療組都有更顯著的提高。由此可見，VR結(jié)合其他常規(guī)訓(xùn)練康復(fù)效果更佳提示VR技術(shù)可作為常規(guī)康復(fù)治療改善步態(tài)和提高步行能力的補(bǔ)充治療[27]。有學(xué)者對VR結(jié)合跑步機(jī)訓(xùn)練改善腦卒中后患者的步態(tài)的神經(jīng)機(jī)制進(jìn)行了初步研究，干預(yù)后損傷側(cè)大腦半球的初級感覺運(yùn)動皮層和與偏癱足運(yùn)動有關(guān)的雙側(cè)輔助運(yùn)動區(qū)的激活增加，且損傷側(cè)半球皮層的募集與步行能力呈正相關(guān)，提示大腦皮層網(wǎng)絡(luò)可能是一個可塑性位點(diǎn)，它們的募集可能是VR結(jié)合跑步機(jī)促進(jìn)步態(tài)功能恢復(fù)的機(jī)制[28]。

2.4 用于促進(jìn)認(rèn)知功能恢復(fù) 認(rèn)知功能障礙是腦卒中事件發(fā)生后患者常見的并發(fā)癥之一，其主要受累的認(rèn)知領(lǐng)域包括結(jié)構(gòu)和視空間、記憶、注意力、定向力和執(zhí)行功能[29]。2016 AHA/ASA指南推薦使用VR治療腦卒中后認(rèn)知功能障礙，改善單側(cè)忽略，推薦強(qiáng)度為A；改善視空間/感知功能，推薦強(qiáng)度為B；改善卒中早期患者的視覺注意力和短期非文字記憶，推薦強(qiáng)度為C[14]。研究表明，經(jīng)過3周，30 min/d，5d/周的鏡像VR訓(xùn)練，有單側(cè)忽略的腦卒中患者的星型劃銷測試、線段二等分測試、凱瑟琳-波哥量表(Catherine Bergego scale，CBS)得到了顯著提高，且對比常規(guī)對照組，單側(cè)忽略的臨床癥狀改善更明顯[30]。有研究將18例腦卒中后有認(rèn)知障礙的患者隨機(jī)分成實驗組和對照組，利用VR技術(shù)給實驗組提供一個三維虛擬城市街景，讓患者去執(zhí)行與日常生活活動相關(guān)的任務(wù)如找到商店并購買早餐等，對照組則接受常規(guī)認(rèn)知康復(fù)訓(xùn)練，采用阿登布魯克認(rèn)知測驗(Addenbrooke cognitive examination，ACE)、連線測驗A和B(trail making test A and B，TMT A&B)、韋氏成人智力量表 III中的圖畫排列測驗對所有受試者的認(rèn)知功能進(jìn)行評估，結(jié)果顯示，與對照組比較，經(jīng)過12次VR訓(xùn)練的患者的注意力、記憶力、視覺空間能力、執(zhí)行功能均有更顯著的提高[31]。Maier等[32]利用VR技術(shù)給慢性期卒中患者進(jìn)行為期6周，30 min/d的認(rèn)知游戲訓(xùn)練包括球體攔截、星座記憶連接和食品質(zhì)量檢測三個游戲，該VR系統(tǒng)可自動根據(jù)患者的游戲表現(xiàn)評估患者的認(rèn)知功能障礙程度并給予患者適合的游戲難度，經(jīng)過18w的隨訪跟蹤后，評估發(fā)現(xiàn)該VR訓(xùn)練不僅可以促進(jìn)患者注意力和空間能力的恢復(fù)，還可以改善抑郁情緒。Lorenz等[33]的研究則發(fā)現(xiàn)基于ADL的VR訓(xùn)練可以顯著改善伴有偏盲或象限盲卒中患者的視覺空間技能，這種訓(xùn)練可以幫助提高有視野缺損卒中患者的與日常生活有關(guān)的認(rèn)知功能。以上研究結(jié)果提示VR訓(xùn)練在促進(jìn)腦卒中患者多個認(rèn)知領(lǐng)域功能恢復(fù)方面效果顯著，還可減輕患者的抑郁情緒，具有很好的應(yīng)用潛能。

2.5 用于提高日常生活活動能力 Mohd等[34]將VR和常規(guī)物理治療康復(fù)訓(xùn)練相結(jié)合，對36例慢性期患者進(jìn)行8周，1次/周，每次30 minVR和90 min常規(guī)的康復(fù)訓(xùn)練，結(jié)果發(fā)現(xiàn)VR和常規(guī)治療結(jié)合的實驗組較對照組在工具性日?；顒幽芰?instrumental activity of daily life，IADL)方面有更好的改善。Kwon等[35]將26例急性期腦卒中患者隨機(jī)分配到試驗組和常規(guī)組，實驗組接受4周，5d/周，30 min/d VR和70 min/d 常規(guī)訓(xùn)練，用改良Barthel指數(shù)(modified Barthel index，MBI)評估患者的日常生活活動能力(activity of daily life，ADL)，研究發(fā)現(xiàn)，實驗組經(jīng)過VR結(jié)合常規(guī)訓(xùn)練后MBI有明顯的提高，但與常規(guī)對照組比較MBI的提高并沒有顯著差異。而另一臨床對照試驗將42例急性期腦卒中患者隨機(jī)分成2組[36]，實驗組接受頭盔式VR結(jié)合電腦進(jìn)行沉浸式認(rèn)知訓(xùn)練，對照組接受常規(guī)電腦認(rèn)知訓(xùn)練，訓(xùn)練頻率為30min/d，5d/周，共4周，用功能獨(dú)立量表(functional independent measure，F(xiàn)IM)評估患者的ADL能力，初步的研究結(jié)果顯示實驗組較對照組的FIM評分有更顯著的提升，活動依賴性明顯降低。但目前，關(guān)于VR應(yīng)用于提高ADL的臨床研究較少，每個研究的樣本量較少，采用的VR系統(tǒng)和評估量表也不一致，因此，VR對ADL的影響有待進(jìn)一步研究確定。

3 總結(jié)及展望

綜上所述，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在腦卒中后的功能障礙恢復(fù)中應(yīng)用廣泛且康復(fù)效果佳，可促進(jìn)上下肢功能恢復(fù)，改善平衡功能，改善步態(tài)，提高步行能力，提高認(rèn)知功能以及日常生活活動能力。需要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是目前關(guān)于VR的研究多是基于常規(guī)康復(fù)治療上進(jìn)行的，獲得的是綜合臨床療效，并非完全是其單一療效?，F(xiàn)有的研究也普遍存在樣本量小的問題，缺乏大樣本多中心的臨床研究。而且目前尚缺乏證實VR有效性的具體腦部區(qū)域神經(jīng)重組的科學(xué)研究數(shù)據(jù)，對神經(jīng)機(jī)制研究仍處于初步階段，對于VR訓(xùn)練的最佳強(qiáng)度、種類及總時長均無一致定論，關(guān)于何種VR訓(xùn)練類型、強(qiáng)度、頻率針對何種患者的康復(fù)治療效果最佳的研究也嚴(yán)重缺乏，導(dǎo)致VR應(yīng)用于腦卒中的功能康復(fù)還無法實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。這些問題若得以解決，將對提高腦卒中患者生活質(zhì)量，重返社會具有重大意義。