陳雪婷 姚黎清 李旺祥 李政超 毛銳濤

昆明醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科，云南昆明 650000

腦卒中是我國致死率和致殘率最高的疾病，在全球范圍也分別位列第二和第三位[1]。腦卒中后常遺留運(yùn)動(dòng)、感覺、認(rèn)知、言語和吞咽等多種功能障礙；康復(fù)醫(yī)療在我國起步較晚，多數(shù)地區(qū)康復(fù)手段還較為單一，各級醫(yī)院康復(fù)資源有限，亞?？聘采w面較窄且住院周期短暫導(dǎo)致患者在漫長的恢復(fù)期中很難得到連續(xù)規(guī)范有效的康復(fù)訓(xùn)練，日常生活不同程度受限，給家庭和社會(huì)帶來沉重的負(fù)擔(dān)。

虛擬現(xiàn)實(shí)（virtual reality，VR）技術(shù)，又稱靈境技術(shù)，是20 世紀(jì)發(fā)展起來的全新的實(shí)用技術(shù)，它將計(jì)算機(jī)、電子信息、仿真技術(shù)結(jié)合一體，使虛擬環(huán)境具有與真實(shí)環(huán)境相似的沉浸感[2]。近年來，VR 技術(shù)被認(rèn)為是康復(fù)治療領(lǐng)域中最具潛力的新技術(shù)之一，現(xiàn)已嘗試用于促進(jìn)腦卒中患者多方面的功能康復(fù)。本文將結(jié)合目前VR 技術(shù)在腦卒中康復(fù)中的應(yīng)用進(jìn)展，探討運(yùn)動(dòng)和認(rèn)知在腦卒中后高級運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)中的關(guān)聯(lián)，繼而根據(jù)現(xiàn)階段的相關(guān)研究提出一些意見與建議。

1 VR 技術(shù)

1.1 VR 技術(shù)與康復(fù)

VR 技術(shù)早期主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，供士兵在虛擬環(huán)境內(nèi)進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作等科目訓(xùn)練。目前，民用方面可提供此技術(shù)且較為成熟的廠商和設(shè)備包括任天堂（Nintendo Wii）、微軟（Xbox Kinect）、索尼（PlayStation VR）及宏達(dá)（HTC VIVE）等。近年來康復(fù)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域開始嘗試?yán)肰R 技術(shù)促進(jìn)腦卒中患者的功能恢復(fù)[3]。一套VR 系統(tǒng)通常由特定的軟件程序、輸入/輸出及外圍設(shè)備組成，利用仿真技術(shù)與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)接口技術(shù)和多媒體技術(shù)等讓用戶通過輸出設(shè)備接收到由計(jì)算機(jī)程序所構(gòu)建的虛擬環(huán)境，再通過捕捉設(shè)備（體感手套、操縱桿、鼠標(biāo)）將用戶的手勢、動(dòng)作、表情、語音，甚至眼球或腦電波等人體產(chǎn)生的反應(yīng)由輸入設(shè)備傳入電腦，電腦重新計(jì)算并依據(jù)真實(shí)世界規(guī)則對虛擬環(huán)境進(jìn)行調(diào)整，再傳遞給用戶實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)互動(dòng)，如此反復(fù)使用戶感受到身臨其境般的沉浸式體驗(yàn)。已有研究顯示，在功能改善方面VR 技術(shù)較傳統(tǒng)康復(fù)治療具有更佳的促進(jìn)效果[4-5]。

1.2 VR 技術(shù)的優(yōu)勢

1.2.1 適合我國目前的腦卒中康復(fù)現(xiàn)狀 VR 技術(shù)的使用和操作較傳統(tǒng)康復(fù)治療技術(shù)簡單，并有一定趣味性和激勵(lì)作用，在獲得訓(xùn)練相關(guān)參數(shù)反饋后及時(shí)做出相應(yīng)調(diào)整，可輔助或替代部分人工治療。隨著5G 通信技術(shù)的推廣，可以利用智能手機(jī)、平板電腦、遠(yuǎn)程醫(yī)療中心等多媒體通信設(shè)備，將患者、照護(hù)者與專業(yè)的康復(fù)團(tuán)隊(duì)聯(lián)系起來，提供個(gè)性化的VR 家庭治療方案，通過實(shí)時(shí)監(jiān)控來滿足腦卒中康復(fù)治療需要重復(fù)、強(qiáng)化、以目標(biāo)為導(dǎo)向等要求[6]；從而弱化目前普遍存在的住院周期短，康復(fù)從業(yè)人員水平參差不齊的現(xiàn)實(shí)壁壘，讓患者出院后能繼續(xù)接受持續(xù)有效的康復(fù)治療。

1.2.2 患者高參與度，訓(xùn)練效率提升 在澳大利亞和國際卒中指南中VR 技術(shù)被推薦作為改善運(yùn)動(dòng)和功能結(jié)局的可行輔助治療[7]。與傳統(tǒng)康復(fù)治療手段比較，使用VR 技術(shù)進(jìn)行功能訓(xùn)練的患者具有更高的參與度[8]。VR 技術(shù)能夠讓患者在更高強(qiáng)度的治療下參與功能任務(wù)的模擬實(shí)踐，隨著時(shí)間的推移自動(dòng)評估運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，靈活地縮放任務(wù)限制，以及各種獎(jiǎng)勵(lì)模式，幫助患者保持較高的依從性[9]，并通過改善患者的參與水平和自主性培養(yǎng)治療過程中的幸福感[10]。此外，VR 技術(shù)可以改善大腦皮層功能或再激活，并優(yōu)化感覺皮層的信息處理功能[11-12]。

2 VR 技術(shù)在腦卒中康復(fù)中的應(yīng)用

2.1 上肢運(yùn)動(dòng)功能

統(tǒng)計(jì)顯示，約50%的腦卒中患者其功能障礙會(huì)伴隨終生，約40%的腦卒中患者個(gè)體日常生活為重度依賴[6,13]。由于大腦皮層控制區(qū)對人體各部位包括運(yùn)動(dòng)精細(xì)程度在內(nèi)的多種功能調(diào)控存在差異，以及上下肢功能需求的不同，上肢通常比下肢更難恢復(fù)。Choi 等[6]開發(fā)了一種運(yùn)動(dòng)類的VR 游戲程序來替代一部分由作業(yè)治療師進(jìn)行的常規(guī)作業(yè)治療以促進(jìn)上肢運(yùn)動(dòng)功能的康復(fù)，治療兩周后，偏癱上肢的運(yùn)動(dòng)功能和患者滿意度較傳統(tǒng)訓(xùn)練模式顯著提高。Ikbali 等[14]利用微軟Xbox 360 Kinect 地VR 視頻游戲進(jìn)行試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，4 周后實(shí)驗(yàn)組上肢Brunnstrom 分期和Box&Block Test（箱塊測試）改善明顯高于對照組。Lee 等[15]利用基于劃艇游戲的VR 系統(tǒng)為亞急性期腦卒中患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，5 周后實(shí)驗(yàn)組的改良功能性前伸測試、手功能測試均有顯著改善。相反，?gün 等[16]利用基于上舉（特指上肢在空中擺動(dòng)的動(dòng)作）的VR 游戲?qū)θ毖阅X卒中患者進(jìn)行上肢功能訓(xùn)練，包括融入了日常生活活動(dòng)能力任務(wù)導(dǎo)向性的四項(xiàng)訓(xùn)練：①抓握游戲；②融合上舉動(dòng)作的游戲，如用樹葉和水果裝飾一棵樹；③廚房體驗(yàn)，如炒菜、加入調(diào)味品等任務(wù)；④擊鼓游戲（訓(xùn)練上肢屈曲和伸展）。結(jié)果顯示，VR 似乎能夠改善上肢功能和自我照護(hù)技能，但對功能獨(dú)立性沒有明顯改善。Brunner 等[17]研究發(fā)現(xiàn)，在亞急性期腦卒中患者上肢功能恢復(fù)方面VR 訓(xùn)練并不優(yōu)于額外的常規(guī)治療，但二者具有同樣的效果，VR 可以作為常規(guī)康復(fù)治療的一種輔助或替代手段，有著節(jié)省人力、物力，增加患者主動(dòng)性、安全性、趣味性兼具治療方案個(gè)性化的優(yōu)勢，可以實(shí)現(xiàn)患者出院回歸社區(qū)后繼續(xù)獲得專業(yè)有效的訓(xùn)練以改善功能，提高獨(dú)立生活能力和社會(huì)參與度。

2.2 平衡功能和步態(tài)

腦卒中后本體感覺、姿勢控制和平衡等功能障礙導(dǎo)致患者出現(xiàn)中至重度的跌倒風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重影響其日常生活和社會(huì)參與能力。de Rooij 等[18]研究顯示，加入VR 訓(xùn)練較傳統(tǒng)的平衡、步態(tài)訓(xùn)練更具改善效果；另一項(xiàng)研究通過觀測10 米步行試驗(yàn)、計(jì)時(shí)起立行走測試、Berg 平衡量表和Mini BESTest 等指標(biāo)，證明VR較傳統(tǒng)康復(fù)治療對腦卒中患者的平衡和步態(tài)有顯著改善[19]。一方面用VR 訓(xùn)練代替部分或全部傳統(tǒng)訓(xùn)練在步速、平衡和綜合運(yùn)動(dòng)功能方面均有明顯改善；另一方面VR 用于康復(fù)的后續(xù)成本較少，就社會(huì)層面而言，VR技術(shù)節(jié)省了大量人工和時(shí)間，提供了便捷且較為正規(guī)的康復(fù)治療；就患者家庭而言，VR 技術(shù)降低了后續(xù)治療的經(jīng)濟(jì)成本且不受時(shí)間場地限制，個(gè)性化的訓(xùn)練方案正向促進(jìn)康復(fù)進(jìn)程[20]。與此相反，也有研究表示與傳統(tǒng)的物理治療比較，VR 技術(shù)在改善亞急性期和恢復(fù)期腦卒中患者的動(dòng)態(tài)平衡和預(yù)防跌倒方面可能有效，但不一定優(yōu)于傳統(tǒng)治療[21]。一項(xiàng)中等證據(jù)強(qiáng)度的研究顯示，對于恢復(fù)期的腦卒中患者，VR 技術(shù)相比于傳統(tǒng)訓(xùn)練具有顯著增益作用，但對于急性期或亞急性期的患者平衡功能的影響尚不清楚，有待進(jìn)一步研究[22]。

2.3 認(rèn)知功能

高達(dá)80%的腦卒中患者存在認(rèn)知障礙，表現(xiàn)在再入院率和死亡率的增加，同時(shí)也加重了醫(yī)療資源的壓力[23]。Faria 等[24]通過Reh@City（在模擬城市中將記憶、注意力、視覺空間能力和執(zhí)行任務(wù)整合到一些日常事務(wù)的執(zhí)行中）進(jìn)行對照研究，以Addenbrooke 認(rèn)知評估量表為主要觀測指標(biāo)，證明VR 技術(shù)較傳統(tǒng)療法在整體認(rèn)知功能、注意力和執(zhí)行功能方面有更大的改善。Rogers 等[9]發(fā)現(xiàn)，使用定制的Elements VR 系統(tǒng)（需要患者調(diào)動(dòng)注意力、推理和解決問題能力來辨別任務(wù)要求并推斷出完成任務(wù)的正確方法）對21 例亞急性期腦卒中患者進(jìn)行對照研究，1 個(gè)月后，實(shí)驗(yàn)組蒙特利爾認(rèn)知評估量表、格羅頓迷宮學(xué)習(xí)測試和神經(jīng)行為功能調(diào)查表得分明顯優(yōu)于傳統(tǒng)治療的對照組，并在隨訪中得以維持，提供了基于游戲設(shè)計(jì)的VR 系統(tǒng)對于腦卒中患者的認(rèn)知功能恢復(fù)具有正向作用，且優(yōu)于傳統(tǒng)治療的有力證據(jù)。Maier 等[25]發(fā)現(xiàn)僅針對某一特定認(rèn)知能力的訓(xùn)練遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足日常生活活動(dòng)的需要，也不能充分刺激和訓(xùn)練大腦潛在的認(rèn)知過程，通過沉浸在多模態(tài)任務(wù)環(huán)境中的虛擬角色，從第一人稱具象化的角度提供游戲化任務(wù)導(dǎo)向，對隨機(jī)分組的38 例患者進(jìn)行自適應(yīng)性連接認(rèn)知訓(xùn)練，實(shí)驗(yàn)組在注意力、記憶、執(zhí)行功能和空間意識(shí)計(jì)算方面的表現(xiàn)均優(yōu)于常規(guī)對照組，結(jié)果有力地證明了VR 對于恢復(fù)期腦卒中患者的注意力和空間意識(shí)以及抑郁情緒有積極影響。此外，Wiley 等[26]薈萃分析結(jié)果表明，VR 治療在改善腦卒中患者認(rèn)知能力方面并沒有明顯優(yōu)勢，未來的研究應(yīng)該包括高質(zhì)量有力的試驗(yàn)來檢驗(yàn)VR 治療對腦卒中后認(rèn)知的影響。

2.4 運(yùn)動(dòng)與認(rèn)知

VR 技術(shù)對腦卒中后恢復(fù)期患者的上肢運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)具有顯著促進(jìn)作用，上肢運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)需要多樣化和重復(fù)指定任務(wù)，認(rèn)知損害程度和認(rèn)知訓(xùn)練效果與腦卒中患者運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)之間有著重要關(guān)聯(lián)，上肢運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)相比較下肢更容易受認(rèn)知的影響，認(rèn)知障礙越嚴(yán)重，上肢運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)越差[27-29]。運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向的VR 訓(xùn)練可改善腦卒中患者的注意力和記憶[6,30]。研究者使用Reh@Task（結(jié)合了手臂伸展，注意力和記憶訓(xùn)練的一項(xiàng)VR 技術(shù)）對24 例認(rèn)知和運(yùn)動(dòng)障礙恢復(fù)期的腦卒中患者進(jìn)行對照試驗(yàn)，使用VR 技術(shù)進(jìn)行認(rèn)知和運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的患者Fugl-Meyer 評分、改良Ashworth 量表、Barthel 指數(shù)均優(yōu)于常規(guī)治療組，結(jié)果支持了結(jié)合運(yùn)動(dòng)和認(rèn)知訓(xùn)練的VR 工具的可行性[31]。Kannan 等[32]使用任天堂Wii（一款包含四個(gè)運(yùn)動(dòng)任務(wù)的VR 游戲）評估了認(rèn)知運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的療效，患者站在帶有測力功能的平衡板上，同時(shí)進(jìn)行三個(gè)不同的認(rèn)知任務(wù)，反復(fù)提醒患者對平衡和認(rèn)知兩者給予同等關(guān)注，每場訓(xùn)練結(jié)束后給予分?jǐn)?shù)反饋，作為運(yùn)用VR 進(jìn)行運(yùn)動(dòng)認(rèn)知訓(xùn)練可以有效改善平衡控制和認(rèn)知（意識(shí)和反應(yīng)、執(zhí)行功能和注意力）的證據(jù)，外界對注意力的干擾與自我能力認(rèn)知的不足會(huì)對腦卒中患者的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)造成一定影響，因此在卒中患者運(yùn)動(dòng)和認(rèn)知功能的訓(xùn)練中還應(yīng)考慮二者之間的關(guān)系和影響[33]。

3 總結(jié)與展望

盡管有很多積極的研究結(jié)果，但仍有一些問題需要正視，一是患者通常存在多方面的功能障礙，僅僅關(guān)注運(yùn)動(dòng)或認(rèn)知某一方面的治療可能無法解決作為一個(gè)整體調(diào)控中樞的神經(jīng)學(xué)問題；二是目前針對VR的應(yīng)用研究結(jié)局指標(biāo)的選擇較為單一，規(guī)模較小，得出的結(jié)論還不夠全面，證據(jù)等級還不夠高。目前對于腦卒中后運(yùn)動(dòng)功能和認(rèn)知功能的獨(dú)立研究較多，且研究也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)二者之間存在的相互影響，但機(jī)制尚未明確。既往對于運(yùn)動(dòng)認(rèn)知的定義在于心理層面是如何計(jì)劃和產(chǎn)生技能動(dòng)作，關(guān)注動(dòng)作的準(zhǔn)備和產(chǎn)生階段以及再認(rèn)知、預(yù)期和對他人動(dòng)作的解釋[34]，基于腦卒中后運(yùn)動(dòng)和認(rèn)知二者之間的相互影響，我們試著將腦卒中后的運(yùn)動(dòng)認(rèn)知詳細(xì)化，是指個(gè)體對運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的自我認(rèn)知，對自身能力與運(yùn)動(dòng)強(qiáng)難度之間契合度的認(rèn)知水平，同時(shí)包括個(gè)體對周圍環(huán)境，時(shí)機(jī)和對完成目標(biāo)任務(wù)的影響因素的綜合判斷能力。例如判斷在跨上一級臺(tái)階時(shí)下肢各關(guān)節(jié)應(yīng)該如何協(xié)調(diào)抬至合適的高度、支撐側(cè)軀體及下肢能否維持身體平衡，拿起一塊豆腐需要用多大的力量；這些都需要個(gè)體對自身能力是否滿足所執(zhí)行的任務(wù)有正確的認(rèn)知，類似于運(yùn)動(dòng)的前饋控制作用。VR 技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于體育領(lǐng)域（運(yùn)動(dòng)員）運(yùn)動(dòng)認(rèn)知的研究[35]，醫(yī)療領(lǐng)域?qū)\(yùn)動(dòng)認(rèn)知的關(guān)注少之又少，在現(xiàn)代Bobath 理念中[36]，理解高效的運(yùn)動(dòng)功能是理解臨床推理的根本，幫助患者加深對運(yùn)動(dòng)的理解是康復(fù)的關(guān)鍵，高級運(yùn)動(dòng)認(rèn)知有助于患者理解高效運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)換到臨床實(shí)施中可以具體為姿勢控制，姿勢控制是高效運(yùn)動(dòng)的根本，這其中包括了如何選擇最佳的平衡策略，形成正確有效的運(yùn)動(dòng)模式、速度和準(zhǔn)確性以及力量和耐力，我們應(yīng)當(dāng)更加關(guān)注高級認(rèn)知腦功能和運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)之間的關(guān)系以及二者之間相互作用的機(jī)制研究。VR 技術(shù)通過捕捉人的腦電波并傳入電腦計(jì)算分析，進(jìn)而給出表現(xiàn)反饋；改善大腦皮層功能或再激活，并優(yōu)化感覺皮層的信息處理功能，一系列理論基礎(chǔ)指向VR 對高級運(yùn)動(dòng)認(rèn)知的作用及影響，具體的作用機(jī)制以及如何將高效運(yùn)動(dòng)與VR 緊密結(jié)合起來，將是一個(gè)值得研究的新領(lǐng)域，一旦機(jī)制明確，將為臨床應(yīng)用提供可靠依據(jù)。此外，有關(guān)VR 應(yīng)用于恢復(fù)期腦卒中相應(yīng)功能障礙最佳的訓(xùn)練頻率、強(qiáng)度、時(shí)間以及某類定制的VR 技術(shù)是否適用于目標(biāo)人群，都需要更細(xì)致的研究及進(jìn)一步延長隨訪時(shí)間以期得到結(jié)論。