虚拟现实在神经系统相关疾病康复治疗中的应用

来源:用户上传      作者:舒画 石蕾 吴丹红 韩翔

　　摘 要 随着计算机技术和智慧医疗的发展，虚拟现实已用于某些疾病的康复治疗。本文概要介绍目前虚拟现实在神经系统相关疾病康复治疗中的应用情况。未来，虚拟现实必会在康复治疗领域得到更广泛的应用。
　　关键词 虚拟现实 神经系统相关疾病 康复治疗
　　中图分类号：R493； R741.05 文献标志码：A 文章编号：1006-1533（2019）19-0008-03
　　The application of virtual reality in the rehabilitation of nervous system-related diseases*
　　SHU Hua1**， SHI Lei1， WU Danhong1， HAN Xiang1， 2***（1. Department of Neurology， Shanghai 5th People’s Hospital， Fudan University， Shanghai 200240， China； 2. Department of Neurology， Huashan Hospital， Fudan University， Shanghai 200040， China）
　　ABSTRACT With the development of computer technology and artificial intelligence in healthcare， virtual reality has been used in the rehabilitation of diseases. An overview of the current application of virtual reality in the rehabilitation of nervous system-related diseases is introduced in this article. In the future， virtual reality will be more widely used in the field of rehabilitation.
　　KEy WORDS virtual reality； nervous system-related diseases； rehabilitation
　　科技部办公厅2017年5月印发的《“十三五”医疗器械科技创新专项规划》中提出，先进医疗器械是健康保障体系建设的重要基础，是推进医学诊疗技术进步的主要动力，是优化医疗服务供给的核心引擎，也是引领医学模式转变的变革性力量，具有高度的战略性、带动性和成长性，是一个国家科技进步和全民健康保障能力的重要标志。如今，计算机技术蓬勃发展，虚拟现实技术的发展势头也越来越猛。虚拟现实不仅在游戏娱乐、教育培训、航空航天等领域有广阔的应用空间，在医疗领域中同样有巨大的应用潜力。
　　1 虚拟现实
　　虚拟现实于1989年被首次提出，它是指利用计算机模拟产生一个三维空间的虚拟世界，可让使用者如身临其境般地观察虚拟三维空间内的事物。虚拟现实具备3个特性，即沉浸性、交互性、构想性，其技术属跨学科的综合集成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等多个技术领域。
　　虚拟现实技术设备包括头戴式显示器（head mount display， HMD）、传统平板显示器、平板电脑、智能手机、全壁式显示器甚至如房间大小的“沉浸式”外壳。虚拟现实包括沉浸式虚拟现实、非沉浸式虚拟现实。在沉浸式虚拟现实中，真实世界完全被视野所遮挡，使用者可彻底沉浸在虚拟世界中。非沉浸式虚拟现实则虽会遮挡真实世界，但使用者仍可认识到他们正处在虚拟环境中，因此被冠名为“非沉浸式”。在沉浸式和非沉浸式虚拟现实系统中，使用者戴着遮挡真实世界的HMD，可通过头部移动和身体走动在虚拟环境内进行活动，HMD中的运动传感器跟踪头部移动，外部相机跟踪身体走动时的情况，跟踪结果会在虚拟环境中转化为运动场景。或者，使用者在虚拟环境中使用具有触觉反馈的手持设备操纵对象，这样就会产生与虚拟环境及其内的对象进行实际交互的幻觉。虚拟现实中看到的场景和人物全是假的，它可将人的意识带入一个虚拟的世界中。
　　虚拟现实是“智慧医疗”模式的构件之一，国内外均在推进虚拟现实与医疗领域的融合，其中在术前规划、术中导航方面的应用已较成熟。2016年9月，虚拟现实产业联盟成立大会在北京举行。Walter Greenleaf在会上报告中指出，虚拟现实已用于神经系统相关疾病的康复治疗，且应用前景非常广阔。
　　2 应用场景
　　2.1 在痴呆症康复治疗中的应用
　　随着人口老龄化，神经退行性疾病的患病率明显升高，尤其是痴呆症。到2050年，全球痴呆症患者数将达到3亿人。为了应对痴呆症问题，除设法延缓痴呆症进展外，对患者进行认知功能康复治疗同样十分重要。
　　Fasilis等[1]进行了一项研究，研究共纳入10例老年患者，这些老年患者患有各种类型的痴呆症，包括血管性痴呆症、阿尔茨海默病、路易体癡呆症和混合性痴呆症，并均存在轻度或中度的大脑高级皮质功能障碍。所有患者均在虚拟现实系统中接受4 ～ 5周总计10 h的“严肃游戏”的康复治疗。治疗中患者须完成3项任务，任务在虚拟环境中完成，设计的模式与真实的日常活动情形高度相似。第一项任务是超市购物；第二项任务是准备早餐；第三项任务是清理房间。从完成每项任务的第一步开始，系统均提供大量的辅助工具，包括屏幕清单、口头和书面指示以及游戏中的箭头指示。每项任务中含有多个关卡，其中最后3个关卡与实际生活情形极为相似。在康复治疗开始前和结束后，根据标准的神经心理测试（测试内容包括工作记忆、记忆保持、注意力、解决问题能力、思维和执行功能）评估患者的表现。通过比较患者治疗前、后的评分发现，所有患者的各项测试成绩均有所改善。 　　Taegh Sokhey研發出一款虚拟现实软件Swann，后者能辅助治疗阿尔茨海默病患者的记忆丧失。Swann为患者提供了一幅可记忆的地图，此地图可在5种虚拟环境间切换，通过让患者在虚拟环境中查找对象且逐渐增加查找难度，训练并改善患者的空间记忆能力。Swann适配Oculus Rift（一种HMD）后，患者在家也可接受康复治疗，经济性也好。
　　2.2 在精神心理疾病康复治疗中的应用
　　精神分裂症是一种严重的慢性精神疾病，尽管有许多药物和心理社会干预措施，但仍有部分患者持续存在精神症状，特别是听觉语言幻觉。du Sert等[2]应用沉浸式虚拟现实系统来治疗精神分裂症。在虚拟现实系统中，患者在康复师的帮助下向虚拟环境中的化身主动表达自己，以改善患者的情绪和增加患者的自信性。治疗3个月后的结果显示，患者听觉语言幻觉的严重程度显著减轻，抑郁症状和生活质量也获改善。虚拟现实系统是一种治疗精神分裂症相关难治性听觉语言幻觉的有前途的新干预措施，对与声音有关的症状的治疗效果较为突出，治疗过程可控，治疗环境安全。
　　脊髓损伤可引发不少精神问题，包括自杀企图、消极情绪（如愤怒）、抑郁、焦虑等。Flores等[3]的研究纳入了2例脊髓损伤且伴有焦虑或抑郁的患者。2例患者均佩戴虚拟现实护目镜，他们眼中看到的是河流、树木、巨石和山脉。患者在接受辩证行为疗法治疗指导的同时，幻想正在虚拟现实中沿着河流缓慢漂流。通过比较治疗前、后患者的神经心理测试评分发现，虚拟环境下的辩证行为疗法治疗能够改善患者的抑郁或焦虑情绪。
　　Maples-Keller等[4]进行的一项临床试验显示，对飞行恐惧患者，应用虚拟现实系统治疗可缓解患者的焦虑情绪。Yang等[5]应用虚拟现实系统帮助训练年轻自闭症患者的社交技能，结果发现这种训练可显著增强患者的与社会理解能力有关的大脑活动区域的活动。卡伦（CAREN）系统是一种融虚拟现实、增强现实和混合现实技术于一体的智能环境运动系统，该系统可虚拟特定的人或环境特效，焦虑症、记忆障碍、恐惧症等患者均能应用该系统来增强自我效能感，进而达到一定的康复治疗目的[6]。
　　2.3 在脑卒中后运动障碍康复治疗中的应用
　　全球每年有550万例患者罹患脑卒中，脑卒中后运动障碍的发生率很高，康复治疗非常重要。
　　虚拟现实系统已用于运动训练，应用于脑卒中后运动障碍、尤其是上肢运动障碍的康复治疗也有一定的效果[7-10]。Cameir？o等[8]进行的研究共纳入48例脑卒中后患者，观察了基于虚拟现实技术的康复游戏系统对患者运动功能康复治疗的效果。该康复游戏系统可与视觉跟踪系统、触觉反馈系统和动力外骨骼相结合，组合后的系统更有利于脑卒中后患者上肢运动功能的康复治疗。Viau等[10]进行的研究纳入了8名健康成人和7例脑卒中后轻度偏瘫患者，他们通过运动学分析发现，在虚拟现实系统中训练手臂运动有利于运动障碍患者康复。应用虚拟现实系统训练也可有效改善患者的远端精细运动控制能力，但通常需结合机器人装置才效果明显。
　　3 结语
　　综上所述，虚拟现实已用于某些疾病的康复治疗，这有助于进一步提高医疗水平。不过，虚拟现实用于医疗时对虚拟现实产品有比较高的要求，而目前国内的虚拟现实技术产品均存在一些问题：①现有的虚拟现实技术产品过重，佩戴的舒适度难以令人满意；②会产生眩晕感，这是因为使用者视野范围内的虚拟环境在移动而其本人身体并未移动，即感官位移和身体位移不同步所造成的；③计算机和智能手机的配置还较低，导致虚拟环境画面的清晰度不够。此外，使用者隐私数据的安全性也是一大问题。相信随着虚拟现实技术的高速发展，虚拟现实必会更广泛地用于康复治疗，为患者造福。
　　参考文献
　　[1] Fasilis T， Patrikelis P， Siatouni A， et al. A pilot study and brief overview of rehabilitation via virtual environment in patients suffering from dementia [J]. Psychiatriki， 2018， 29（1）： 42-51.
　　[2] du Sert OP， Potvin S， Lipp O， et al. Virtual reality therapy for refractory auditory verbal hallucinations in schizophrenia： a pilot clinical trial [J]. Schizophr Res， 2018， 197： 176-181.
　　[3] Flores A， Linehan MM， Todd SR， et al. The use of virtual reality to facilitate mindfulness skills training in dialectical behavioral therapy for spinal cord injury： a case study [J/ OL]. Front Psychol， 2018， 9： 531 [2018-11-17]. doi： 10.3389/ fpsyg.2018.00531.
　　[4] Maples-Keller JL， Bunnell BE， Kim SJ， et al. The use of virtual reality technology in the treatment of anxiety and other psychiatric disorders [J]. Harv Rev Psychiatry， 2017， 25（3）： 103-113.
　　[5] Yang YJD， Allen T， Abdullahi SM， et al. Brain responses to biological motion predict treatment outcome in young adults with autism receiving Virtual Reality Social Cognition Training： preliminary findings [J]. Behav Res Ther， 2017， 93： 55-66. 　　[6] Vermetten E， Meijer L， van der Wurff P， et al. The effect of military motion-assisted memory desensitization and reprocessing treatment on the symptoms of combat-related post traumatic stress disorder： first preliminary results [J]. Stud Health Technol Inform， 2013， 191： 125-127.
　　[7] Laver K， George S， Thomas S， et al. Cochrane review： virtual reality for stroke rehabilitation [J]. Eur J Phys Rehabil Med， 2012， 48（3）： 523-530.
　　[8] Cameir？o MS， Badia SB， Duarte E， et al. The combined impact of virtual reality neurorehabilitation and its interfaces on upper extremity functional recovery in patients with chronic stroke [J]. Stroke， 2012， 43（10）： 2720-2728.
　　[9] Saposnik G， Levin M， Outcome Research Canada （SORCan） Working Group. Virtual reality in stroke rehabilitation： a meta-analysis and implications for clinicians [J]. Stroke， 2011， 42（5）： 1380-1386.
　　[10] Viau A， Feldman AG， McFadyen BJ， et al. Reaching in reality and virtual reality： a comparison of movement kinematics in healthy subjects and in adults with hemiparesis [J/OL]. J Neuroeng Rehabil， 2004， 1（1）： 11 [2018-11-17]. doi： 10.1186/1743-0003-1-11.
　　*基金項目：①上海市卫生和计划生育委员会智慧医疗专项研究项目（2018ZHYL0219）；②上海市闵行区医疗系统大学科建设项目（2017MWDXK02）
　　**作者简介：舒画，住院医师。研究方向：脑血管病的诊断和治疗。E-mail： catherine2018@sina.cn
　　***通信作者：韩翔，副主任医师。研究方向：常见和罕见脑血管病的诊断和治疗、缺血性小血管病相关认知功能损害的临床和病理学研究、颅颈动脉夹层的影像学研究和治疗。E-mail： hansletter@163.com
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