陳美玲，潘志庚，宋建文，安 輝，湯慶豐

(1.杭州師范大學(xué) 醫(yī)學(xué)院，浙江 杭州 311121；2.浙江中醫(yī)藥大學(xué) 人文與管理學(xué)院，浙江 杭州 310053；3.中國(guó)美術(shù)學(xué)院 文創(chuàng)設(shè)計(jì)制造業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，浙江 杭州 310024)

跌倒是指突發(fā)的、不自主的、非故意的體位改變，倒在地上或更低的平面上。根據(jù)2014年全國(guó)疾病監(jiān)測(cè)系統(tǒng)死因監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，≥65歲老年人跌倒死亡率為50.02/10萬(wàn)，因跌倒死亡是該年齡人群因傷害致死的第一位死因。另?yè)?jù)國(guó)外研究數(shù)據(jù)顯示，在≥65歲的老年人中，每年有1/3的老年人有過(guò)跌倒經(jīng)歷，在≥85歲的老年人中，跌倒比例達(dá)到了1/2[1]。意外跌倒和跌倒損傷的概率會(huì)隨著年齡的增加而增加，它會(huì)導(dǎo)致死亡、殘疾、生活質(zhì)量下降、個(gè)人及社會(huì)醫(yī)療支出增加等問(wèn)題。老年人群跌倒的高發(fā)生率、高疾病負(fù)擔(dān)和可預(yù)防性特點(diǎn)使得開(kāi)展其預(yù)防和干預(yù)工作顯得尤為重要和必要。

跌倒預(yù)防已成為一個(gè)迫切需要解決的公共衛(wèi)生挑戰(zhàn)[2]。隨著科技的發(fā)展，一些新興的技術(shù)開(kāi)始用于老年康復(fù)領(lǐng)域，其中以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)最為典型。雖然虛擬現(xiàn)實(shí)(virtual reality,VR)技術(shù)早在上世紀(jì)80年代就開(kāi)始應(yīng)用于娛樂(lè)應(yīng)用，但是直到90年代才開(kāi)始用于康復(fù)領(lǐng)域。VR技術(shù)通過(guò)提供精確的測(cè)評(píng)、輔助、監(jiān)督、訓(xùn)練等手段，保證了運(yùn)動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練的趣味性和有效性、患者參與康復(fù)訓(xùn)練的積極性和主動(dòng)性，克服了傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的局限。本文就虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在老年跌倒預(yù)防中的應(yīng)用綜述如下。

1 概述

1.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 虛擬現(xiàn)實(shí)是指采用以計(jì)算機(jī)為核心的現(xiàn)代高科技手段生成的逼真的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)等一體化的虛擬環(huán)境，用戶借助一些特殊的輸入輸出設(shè)備，采用自然的方式與虛擬世界的物體進(jìn)行交互、相互影響，從而產(chǎn)生親臨真實(shí)環(huán)境的感覺(jué)和體驗(yàn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有以下特點(diǎn)，即想象性(imagination)、交互性(interactivity)和沉浸性(immersion)[3]。想象性是指通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以將人類的想象力和創(chuàng)造思維最大程度地顯現(xiàn)出來(lái)。交互性是指參與模擬者可以通過(guò)模擬設(shè)備實(shí)現(xiàn)人與虛擬世界之間的完整交流互動(dòng)。沉浸性是指通過(guò)模擬，可以讓參與者有更好的投入感，能夠全身心的投入到虛擬的環(huán)境當(dāng)中。VR技術(shù)在沉浸水平上可分為三類：沉浸式、非沉浸式和半沉浸式[4]。常見(jiàn)的沉浸式輸出設(shè)備有外接式頭戴顯示器、一體式頭戴顯示器、頭戴手機(jī)盒子等，輸入設(shè)備有游戲手柄、動(dòng)作捕捉設(shè)備、手勢(shì)識(shí)別設(shè)備、跑步機(jī)、方向盤等。

1.2 老年人跌倒

1.2.1 危險(xiǎn)因素 老年人跌倒的主要危險(xiǎn)因素包括生理因素、病理因素、心理因素、藥物因素、環(huán)境因素等。生理因素中可以改變的主要危險(xiǎn)因素有肌力下降、步態(tài)障礙、平衡能力下降、認(rèn)知缺陷等。①肌力，尤其是下肢肌力的下降是引起老年人跌倒具有臨床與統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的最重要也是最直接的危險(xiǎn)因素[5]，有研究顯示下肢虛弱的老年人跌倒危險(xiǎn)性可增加5倍。②步態(tài)障礙。15%～20%的社區(qū)老年人有平衡和步態(tài)障礙問(wèn)題。特別是步速慢的老年人，跌倒的幾率會(huì)顯著升高。③平衡能力與跌倒有密切關(guān)系，老年人進(jìn)行平衡能力評(píng)測(cè)可以有效預(yù)防跌倒風(fēng)險(xiǎn)。④絕大多數(shù)研究認(rèn)為認(rèn)知缺陷是跌倒的一個(gè)危險(xiǎn)因素，其中的短時(shí)記憶能力最能反映認(rèn)知與跌倒之間的關(guān)系，對(duì)于>75歲經(jīng)常跌倒的老年人來(lái)說(shuō)是個(gè)獨(dú)立的危險(xiǎn)因素。除上述因素外，還有相關(guān)疾病、感覺(jué)系統(tǒng)受損、維生素D缺乏、混雜用藥、近期跌倒史、環(huán)境因素等都是老年跌倒的危險(xiǎn)因素。

1.2.2 干預(yù)方法 國(guó)內(nèi)外學(xué)者多采用功能性評(píng)估量表、簡(jiǎn)易平衡及移動(dòng)能力的測(cè)評(píng)對(duì)跌倒風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，如計(jì)時(shí)起立行走測(cè)試(TUGT)、Berg平衡量表(BBS)、跌倒功效量表(FES)、特異性活動(dòng)平衡自信量表(ABC)、Tinetti平衡與步態(tài)量表(Tinetti POMA)、活動(dòng)步態(tài)指數(shù)(DGI)、四方步測(cè)試(FSST)、功能性步態(tài)評(píng)價(jià)(FGA)等。根據(jù)已有研究顯示，傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，如伸展、力量訓(xùn)練、平衡運(yùn)動(dòng)和跑步機(jī)訓(xùn)練、太極拳等，可以降低老年的跌倒風(fēng)險(xiǎn)。2017年中國(guó)康復(fù)醫(yī)學(xué)會(huì)老年康復(fù)專業(yè)委員會(huì)專家共識(shí)組、上海市康復(fù)醫(yī)學(xué)會(huì)專家共識(shí)組發(fā)布了《預(yù)防老年人跌倒康復(fù)綜合干預(yù)專家共識(shí)》，共識(shí)指出預(yù)防老年跌倒的主要手段包括認(rèn)知訓(xùn)練、肌力訓(xùn)練、平衡、步態(tài)功能訓(xùn)練、運(yùn)動(dòng)鍛煉、維生素D的補(bǔ)充、藥物的合理應(yīng)用、改善居住環(huán)境等[6]。2018年美國(guó)預(yù)防醫(yī)學(xué)工作組(USPSTF) 對(duì)2012年USPSTF預(yù)防社區(qū)老年人跌倒建議進(jìn)行了更新，發(fā)布了關(guān)于社區(qū)老年人跌倒的預(yù)防措施建議，USPSTF建議對(duì)≥65歲的社區(qū)老年人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)干預(yù)以預(yù)防跌倒(B級(jí)推薦)，同時(shí)也強(qiáng)調(diào)了多因素干預(yù)[7]。

2 VR技術(shù)用于預(yù)防老年跌倒的主要領(lǐng)域

2.1 降低老年跌倒風(fēng)險(xiǎn)的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練 肌力下降與老年人耐力差，身體不活動(dòng)，步態(tài)過(guò)緩和行動(dòng)不足有關(guān)，下肢肌肉無(wú)力會(huì)使老年人跌倒的概率增加2～3倍[8]。世界衛(wèi)生組織建議65歲以上的老年人每周應(yīng)該進(jìn)行150分鐘中等強(qiáng)度或75分鐘高等強(qiáng)度的體力活動(dòng)[9]。Liao等[10]通過(guò)隨機(jī)對(duì)照實(shí)驗(yàn)得出，基于VR技術(shù)的健身游戲和與傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練在增強(qiáng)患有帕金森病的老年人的肌肉力量、感覺(jué)統(tǒng)合能力和行走能力具有同樣的效果。在Hasselmann等[11]的研究中，跟傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練組相比，VR訓(xùn)練組顯著改善髖關(guān)節(jié)肌力和平衡控制。

基于VR的運(yùn)動(dòng)干預(yù)手段主要有：行走訓(xùn)練、平衡訓(xùn)練、有氧訓(xùn)練、平衡加有氧訓(xùn)練[2]。Mirelman[12]設(shè)計(jì)了用于降低老年跌倒風(fēng)險(xiǎn)的跑步機(jī)VR訓(xùn)練系統(tǒng)。VR系統(tǒng)包括運(yùn)動(dòng)捕捉攝像機(jī)和計(jì)算機(jī)仿真投影，虛擬場(chǎng)景是專門為降低老年人跌倒風(fēng)險(xiǎn)而設(shè)計(jì)的，內(nèi)容是日常生活中的各種障礙物，老年人需要不斷調(diào)整步伐才可躲避干擾物。干預(yù)主要通過(guò)調(diào)節(jié)虛擬障礙物的尺寸和出現(xiàn)的頻率、跑步機(jī)的速度、訓(xùn)練持續(xù)的時(shí)間等實(shí)現(xiàn)，參與者行走時(shí)戴安全帶防止在訓(xùn)練中跌倒。

老年跌倒預(yù)防運(yùn)動(dòng)干預(yù)的VR裝置主要有手持式慣性傳感設(shè)備(如Wii)、帶有壓力傳感器的平衡板(如Wii Fit)、攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)(如Kinect)等。①Wii是日本任天堂公司 2006年推出的家用游戲主機(jī)，已經(jīng)被一些醫(yī)生用于損傷的輔助治療，但是直接使用Wii游戲用于康復(fù)訓(xùn)練會(huì)存在難度過(guò)高、缺乏對(duì)任務(wù)定制、分級(jí)和定量測(cè)量的問(wèn)題[13]。②Wii Fit能夠檢測(cè)使用者產(chǎn)生的壓力，從而得到重量、平衡狀態(tài)等各方面數(shù)據(jù)，通過(guò)無(wú)線方式與Wii主機(jī)進(jìn)行通信。③Kinect不需要使用任何控制器，它依靠相機(jī)捕捉三維空間中玩家的運(yùn)動(dòng)，由于它不需要傳統(tǒng)的游戲手柄，所以可能更適合老年人。Wii是早期用于VR運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的最常見(jiàn)設(shè)備，現(xiàn)在的VR系統(tǒng)用的比較多的裝置是Wii Fit和Kinect。

圖1 基于Kinect的VR訓(xùn)練系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖

圖1為基于Kinect的VR訓(xùn)練系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)圖。體系結(jié)構(gòu)主要分為硬件設(shè)備、開(kāi)發(fā)接口、應(yīng)用程序三個(gè)層次。Wiemeyer等[14]指出針對(duì)老年人開(kāi)發(fā)的健身游戲需要注意選擇適合老年人的游戲、選擇合適的裝置、設(shè)計(jì)合適的游戲強(qiáng)度等問(wèn)題。Webster[15]指出kinect設(shè)備在老年人群中的應(yīng)用主要在跌倒監(jiān)測(cè)、跌倒風(fēng)險(xiǎn)降低和疾病的康復(fù)訓(xùn)練。商業(yè)化的健身游戲具有低成本、易擴(kuò)散等特點(diǎn)，很適合應(yīng)用于個(gè)人居家環(huán)境中。

2.2 老年跌倒恐懼癥治療 害怕跌倒(fear of falling，F(xiàn)OF)，也稱恐懼跌倒癥，是指在進(jìn)行某些活動(dòng)時(shí)為了避免跌倒而出現(xiàn)的自我效能或信心降低[16]。跌倒恐懼癥在老年人中非常的常見(jiàn)，普通老年人的患病率為24%～55%，在有跌倒史的老年人中，患病率提高至24%～92%。FOF會(huì)引起老年人日后跌倒、活動(dòng)受限及軀體功能下降、焦慮和抑郁、生活質(zhì)量降低等[17]。根據(jù)Jung等[18]的Meta分析，F(xiàn)OF的傳統(tǒng)干預(yù)方法主要通過(guò)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練、髖部保護(hù)裝置、聯(lián)合干預(yù)等。這些干預(yù)方法主要側(cè)重于對(duì)跌倒恐懼的平衡維度，而不考慮心理維度。Levy等[17]認(rèn)為害怕跌倒是一種焦慮癥，應(yīng)該進(jìn)行認(rèn)知行為治療。多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)已表明虛擬現(xiàn)實(shí)暴露療法(reality exposure therapy，VRET)是一種治療各種心理障礙如陌生環(huán)境恐怖癥、體像障礙、飛行恐懼癥，特別是治療戰(zhàn)斗有關(guān)的創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙有用的治療工具，VRET在老年群體中的應(yīng)用首先要解決的評(píng)估這些技術(shù)在老年群體中的可行性和耐受性[19]。

Marivan等[20]在2015年首次評(píng)估了老年人跌倒后心理康復(fù)VR訓(xùn)練系統(tǒng)的可行性和可接受性，他們?cè)趯I(yè)的心理學(xué)家和精神治療師指導(dǎo)下設(shè)計(jì)了用于跌倒恐懼癥治療的VR場(chǎng)景。在該場(chǎng)景中，兩邊的墻壁會(huì)不斷往后退，前面沒(méi)有盡頭，老年人需要通過(guò)操縱桿控制虛擬人平穩(wěn)地走過(guò)長(zhǎng)長(zhǎng)的走廊。受試者對(duì)該VR系統(tǒng)給出了積極的反應(yīng)，VR系統(tǒng)的易操作性、真實(shí)性、有用性受到了認(rèn)可，但是該研究并未對(duì)VR技術(shù)用于跌倒后應(yīng)激障礙的心理治療效果展開(kāi)討論。Levy 等[17]通過(guò)實(shí)驗(yàn)評(píng)估了融合嚴(yán)肅游戲和VR技術(shù)的VR暴露療法在治療跌倒恐懼癥的有效性。有跌倒恐懼癥的老年人被隨機(jī)分成實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組，實(shí)驗(yàn)組進(jìn)行了為期12周的VR暴露治療，對(duì)照組采用傳統(tǒng)的干預(yù)方法。結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)組的FFM(害怕跌倒測(cè)量表)得分明顯低于對(duì)照組，但是該研究總樣本量比較少(16人)，同時(shí)沒(méi)有解釋其潛在機(jī)制。

3 VR技術(shù)預(yù)防老年跌倒的工作機(jī)制和優(yōu)勢(shì)

3.1 工作機(jī)制 VR技術(shù)用于預(yù)防老年跌倒的工作機(jī)制與用于康復(fù)治療的工作機(jī)制類似，主要包含重復(fù)、反饋和動(dòng)機(jī)3個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)[21]。重復(fù)是學(xué)會(huì)一項(xiàng)運(yùn)動(dòng)最基本的素質(zhì)，但是僅僅重復(fù)的動(dòng)作是不夠的，還必須獲得成功的反饋和體驗(yàn)。視覺(jué)和本體感覺(jué)給予的反饋可以很好地強(qiáng)化練習(xí)者的正確行為，維持練習(xí)者的行動(dòng)水平和積極性，并且可以得到很好的成功情緒體驗(yàn)，使其不斷地練習(xí)最終掌握。

3.2 優(yōu)勢(shì) 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提供了重復(fù)練習(xí)、成績(jī)反饋和維持動(dòng)機(jī)3個(gè)關(guān)鍵要素的技術(shù)手段，與傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練相比，具體獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。首先，沉浸感提高了運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的趣味性和安全性。傳統(tǒng)康復(fù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練受到時(shí)間、空間、人力和費(fèi)用等方面的限制，而虛擬現(xiàn)實(shí)可以不受時(shí)空的限制并且可以提供很強(qiáng)的沉浸感，常用于一些復(fù)雜的、高風(fēng)險(xiǎn)的、高成本的任務(wù)訓(xùn)練[22]?；赩R技術(shù)的健身游戲不僅可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的效果或者更好的效果，還增加了整個(gè)康復(fù)過(guò)程的趣味性和安全性，在虛擬環(huán)境中老人在運(yùn)動(dòng)中由于失誤造成的自身危險(xiǎn)性大大降低。

其次，及時(shí)的反饋和監(jiān)督增加了參與者的依從性。監(jiān)督和反饋在康復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中非常重要，它會(huì)直接影響康復(fù)的效果。Pompeu等[23]指出，很多慢性病的物理治療指南建議物理康復(fù)應(yīng)該長(zhǎng)期進(jìn)行，但是因?yàn)橹貜?fù)性的物理訓(xùn)練是很乏味的，這可能會(huì)影響病人對(duì)治療的依從性，因此VR訓(xùn)練可以成為一個(gè)很好的替代。VR技術(shù)的反饋即包括訓(xùn)練時(shí)的實(shí)時(shí)反饋也包括訓(xùn)練后的成績(jī)反饋，這兩種形式的反饋有利于提高老年人對(duì)結(jié)果的知曉感。Hasselmann等[11]比較了在無(wú)監(jiān)督的狀態(tài)下，康復(fù)機(jī)構(gòu)的老年人傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)練習(xí)與VR技術(shù)的健身游戲在運(yùn)動(dòng)量平衡能力提高的差異，結(jié)論是健身游戲練習(xí)能夠以形式多樣的反饋不斷激發(fā)并維持老年人重復(fù)練習(xí)的動(dòng)機(jī)，進(jìn)而增加了訓(xùn)練量、提高了平衡能力，它跟傳統(tǒng)的自主練習(xí)相比，擁有更大的優(yōu)勢(shì)。

再次，多重因素干預(yù)提高了老年跌倒預(yù)防的有效性。傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)療法多為單因素干預(yù)，而虛擬現(xiàn)實(shí)療法可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和認(rèn)知等多因素的干預(yù)，多重因素干預(yù)提高了老年跌倒預(yù)防的有效性。Mirelman等[12]采用隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)在五個(gè)國(guó)家的五個(gè)臨床中心進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，與僅跑步機(jī)訓(xùn)練相比，同時(shí)改善機(jī)體運(yùn)動(dòng)和認(rèn)知障礙的非沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)聯(lián)合跑步機(jī)訓(xùn)練身體跌倒的發(fā)生幾率更低。該研究將五個(gè)臨床中心的302名前6個(gè)月內(nèi)跌倒≥2次的60～90歲高風(fēng)險(xiǎn)的老年人隨機(jī)分配為跑步機(jī)訓(xùn)練加VR組和跑步機(jī)訓(xùn)練組，兩組患者均進(jìn)行為期6周、每周3次、每次45分鐘的訓(xùn)練。訓(xùn)練前，兩組的跌倒事件發(fā)生率相似。訓(xùn)練6個(gè)月后，跑步機(jī)訓(xùn)練加VR組患者的跌倒發(fā)生率明顯低于訓(xùn)練前，而僅跑步機(jī)訓(xùn)練組改善不明顯[12]。

4 存在問(wèn)題與展望

4.1 現(xiàn)有研究普遍存在方法學(xué)問(wèn)題 雖然虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)用于老年跌倒預(yù)防的可行性、有效性已經(jīng)得到初步的證實(shí)，但是現(xiàn)有研究還是存在比較大的方法學(xué)問(wèn)題。文中所列的相關(guān)文獻(xiàn)中，納入的樣本量最大的有302人[12]，樣本量最小的只有8人[20]，樣本量過(guò)低、質(zhì)量不高是一個(gè)共性的問(wèn)題。真正滿足隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)(RCT)這個(gè)國(guó)際上公認(rèn)為臨床防治性研究方法的金標(biāo)準(zhǔn)的文章非常少，其效果的推廣存在一定的局限；大多數(shù)的研究對(duì)象是有障礙或疾病的老年人，純粹關(guān)注健康老人的研究很少[24]；在VR干預(yù)方案的設(shè)計(jì)上理論依據(jù)不足，干預(yù)的時(shí)間設(shè)置比較隨意，干預(yù)時(shí)間長(zhǎng)的有12周[17]，短的僅有10天[20]，缺乏規(guī)范化、系統(tǒng)化的跌倒預(yù)防的鍛煉措施，鍛煉的時(shí)間、頻率與強(qiáng)度沒(méi)有規(guī)范化的標(biāo)準(zhǔn)。未來(lái)的研究很有必要進(jìn)行高質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)，以充分顯示各組間跌倒率的差異、跌倒預(yù)防的效果、干預(yù)措施的成本效益等問(wèn)題。

4.2 VR系統(tǒng)的適老化設(shè)計(jì)研究不足 老年人對(duì)于VR系統(tǒng)的使用跟年輕人相比有著特殊的需求，比如簡(jiǎn)單的啟動(dòng)按鈕和菜單導(dǎo)航[13]、導(dǎo)航速度的調(diào)節(jié)、隨時(shí)可以中斷或重啟游戲的按鈕、跟現(xiàn)實(shí)世界密切相關(guān)等[25]。Mendes等[8]指出患者在進(jìn)行VR運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練后學(xué)習(xí)、記憶、學(xué)習(xí)遷移能力的提升主要依賴于游戲本身對(duì)參與者需要投入的要求、特別是認(rèn)知方面的要求，所以在進(jìn)行基于虛擬現(xiàn)實(shí)的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練過(guò)程中，游戲本身的選擇顯得尤為重要。Liao等[10]、Mendes等[8]、Pompeu等[23]的研究中都使用了常見(jiàn)的VR健身游戲?qū)夏耆诉M(jìn)行干預(yù)，這些健身游戲會(huì)存在適老化設(shè)計(jì)不足、康復(fù)目的性不強(qiáng)等問(wèn)題?；诶夏甑腣R系統(tǒng)需要健壯且易于操作的用戶界面、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目祻?fù)功能開(kāi)發(fā)，這些系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要多學(xué)科研究團(tuán)隊(duì)的參與，包括工程師、臨床醫(yī)生、人類學(xué)專家和認(rèn)知心理學(xué)專家等，以應(yīng)付這些VR系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工作所帶來(lái)的挑戰(zhàn)[15]。