虛擬現實技術在燒傷康復中的應用進展

王慧，范盧明，孫林利，張孟吉，李霞，孟美芬

1.昆明醫科大學第二附屬醫院燒傷科，云南昆明市650101；2.昆明醫科大學護理學院，云南昆明市650500；3.云南省第一人民醫院，云南昆明市650032

大面積燒傷后，患者經濟負擔重、容貌改變、瘢痕增生攣縮、肢體關節功能障礙，導致工作、生活、學習能力下降，焦慮、恐懼、創傷后應激障礙(post-traumatic stress disorder,PTSD)等心理問題突出，遠期生活質量低下，嚴重阻礙其回歸社會[1-4]。我國大多數燒傷單位已開展功能訓練和瘢痕治療。功能訓練多以傳統手法牽伸或持續被動訓練為主，因強制牽伸導致疼痛，效果不佳；疼痛管理和心理治療在大多數燒傷中心并未引起足夠重視，且缺乏規范、有效的干預措施[5-6]。虛擬現實技術于2000年被Hoffman等[7]用于輔助燒傷患者疼痛控制，隨后澳大利亞、荷蘭等國也開始將此技術引入燒傷領域，應用范圍從輔助疼痛控制逐漸擴展到心理治療和功能康復訓練。

1 功能訓練

將虛擬現實技術用于訓練燒傷患者具體功能的研究較少，但可以借鑒其他領域的研究成果。

1.1 上肢

據美國燒傷學會統計，手部燒傷的發生率占所有燒傷的39%，手部功能占個體功能的57%，大多精細動作主要由手來完成，手功能障礙易造成個體自理能力受限，生活質量低下[8]。目前臨床手功能康復以體位擺放和功能訓練為主，輔以矯形器、壓力手套等防止手部肌肉攣縮、關節畸形及瘢痕增生，因訓練形式單一、過程枯燥、疼痛管理不足等因素，患者難以長時間堅持，訓練效果不佳。將虛擬現實引入手功能康復有助于解決這些問題。

Adamovich等[9]設計仿真鋼琴訓練4例偏癱患者手及手臂功能，采用CyberGloves手套，系統可對受試者視覺、觸覺、聽覺做出反饋，患者通過鋼琴音符、聲音、音樂及手隨手臂運動的觸覺和視覺反饋訓練手指功能，通過想象自己的手在虛擬空間中移動，增強參與感；手臂追蹤可輔助患者訓練手及手臂的協調性，強調雙側運動及操作時間的整體性。訓練10 d后，患者按鍵的準確性和持續性均有提高；受傷最輕的2例，Jebsen手功能評定量表(Jebsen Test of Hand Function,JTHF)總用時下降；2例Wolf運動功能測試量表(Wolf Motor Function Test,WMFT)評分適度改善(9 s和4 s)，1例有重要改善(59 s)。手功能訓練一直是燒傷領域的熱點和難點，虛擬鋼琴系統較好運用虛擬現實的多感知性、沉浸感和交互性訓練患者手指的靈敏性，促進患者主動運動。若將該系統用于訓練燒傷患者的手功能，既可吸引患者，延長訓練時間，又可減少常規牽拉訓練造成的交叉感染等問題。

1.2 下肢

趙雅寧等[10]采用虛擬現實技術聯合下肢康復機器人訓練，模擬不同訓練場景，如街道、運動場、公園等；8周后，患者Fugl-Meyer評定量表、Berg平衡量表評分均高于對照組。Gokeler等[11]用虛擬現實技術訓練前交叉韌帶重建術后患者膝關節活動度，在一個非虛擬環境和展現人行橫道的虛擬環境中完成跳臺任務，運動分析系統根據測力板上的數據分析受試者膝關節屈曲角度、關節活動范圍和垂直于地面的作用力。研究顯示，虛擬現實組和非虛擬現實組在垂直于地面的作用力、關節活動范圍和膝關節屈曲角度上均有顯著性差異。這一研究顯示虛擬現實技術對膝關節的生物力學有重要作用，可將虛擬現實應用到燒傷患者膝關節康復中。

在燒傷領域，各國學者主要關注物理治療過程中的疼痛，沒有重視各肢體關節訓練效果的測量。Markus等[12]使用虛擬現實頭盔和SnowWorld軟件為10例燒傷患者進行物理治療，有一定效果，但受技術和人員培訓的限制。此外，虛擬現實還用于改善老年人臀部肌力和平衡[13]，提高社區老年人平衡能力和靈活性；Oculus Rift虛擬現實眼鏡能控制燒傷患兒物理治療過程中的疼痛[14-15]。未來研究應側重評價虛擬現實輔助燒傷患者功能訓練的客觀效果，如關節活動度、運動范圍、燒傷瘢痕、握力等。

1.3 其他功能訓練

Yom等[16]將20例腦卒中患者隨機分組，各10例。實驗組用虛擬現實技術訓練踝關節，對照組觀看視頻訓練，兩組每天分別干預30 min，每周5次，干預6周后，虛擬現實組動態平衡能力、肌張力和步行能力明顯提高。Elliott等[17]聯合使用盆底肌肉訓練和虛擬現實康復治療老年婦女混合性尿失禁，包括動態功能練習和用來增強訓練動機的視頻游戲，提高了參與度，促進患者堅持訓練，干預后尿失禁的頻率降低、漏尿量減少。虛擬現實技術輔助燒傷患者功能訓練，一則可根據個體情況設置任務，激發參與動機；二則可對虛擬現實系統進行參數設置，對動作不規范者，系統可做出提示和矯正，促進患者主動運動，減少被動訓練造成的感染。但目前虛擬現實輔助燒傷功能訓練的研究較少，且側重評價虛擬現實改善燒傷康復訓練過程中的疼痛、焦慮等效果，缺少對肢體關節活動效果的客觀評價。

2 疼痛管理

2.1 應用現狀

大面積燒傷患者疼痛體驗易被專家和患者家屬忽視，但卻是導致患者不配合治療、不堅持鍛煉的重要原因。Hoffman等[7]最早將虛擬現實技術引入燒傷領域，就是為了控制燒傷患者的疼痛。他還研究虛擬現實技術減輕燒傷患者清創術中疼痛的效果[18]，11例患者分別接受非虛擬現實清創護理3 min和虛擬現實清創護理3 min，6例患者表示有很強的沉浸感，圖形等級疼痛評分由非虛擬現實期的平均7.2分降到虛擬現實期的3.7分。隨后虛擬現實技術用于燒傷疼痛控制的研究越來越多。

Sharar等[19]、Faber等[20]使用沉浸式虛擬現實系統有效減輕成年燒傷患者和患兒在換藥過程中的疼痛。Guo等[21]對98例患者進行隨機對照試驗，實驗組在換藥過程中佩戴3D眼鏡觀看3D電影，可明顯減輕手部傷口換藥時的疼痛，且無副作用，也不依賴醫生處方，方便護士使用，尤其是不能使用止痛劑時，該方法顯現出其特有優勢。Small等[22]設計了交互式虛擬現實環境+止痛劑、被動式虛擬現實環境+止痛劑、單獨使用止痛劑3種方案，比較虛擬現實技術對減輕燒傷患者換藥時疼痛的療效，結果顯示，交互式虛擬現實組鎮痛效果最好。Jeffs等[23]將30例青少年隨機分成3組，分別為常規護理、看電影和使用三角臂裝置的虛擬現實，結果發現，即使不使用頭盔顯示器，虛擬現實組疼痛也比其他兩組輕。

2.2 鎮痛原理

藥物止痛是燒傷疼痛治療方案的基礎，但它們效果有限，且有一定副作用，如惡心、過度鎮靜、認知功能障礙和便秘等，甚至有藥物成癮危險。非藥物鎮痛技術，如虛擬現實，一般無副作用。這種非侵入性和非成癮性的鎮痛技術是傳統藥物止痛的重要補充。虛擬現實系統鎮痛的可能機制為，患者對疼痛的感知受心理成分影響，當患者主要關注創傷時，對疼痛的感知會加劇；虛擬現實的多感知性、沉浸感、交互性和自主性特征，可將患者注意力重新定向，從而減少患者對疼痛的感知。頭盔顯示器可使患者沉浸在虛擬環境中，并阻斷患者與設備、衛生保健人員及自身創面的聯系，有助于分散注意力，達到鎮痛效果[24-25]。

洞穴式[26]和頭盔式[27]沉浸是虛擬現實常見沉浸模式；頭部轉動式、站著或坐著左右轉動體驗、空間式三維定位模式是虛擬現實三種交互模式。患者越沉浸于虛擬現實系統，對疼痛的感知就越少。“冰雪世界”是一款專門治療燒傷的虛擬環境軟件，患者佩戴頭盔顯示器后，可體驗在虛擬環境中飛越冰封峽谷、俯瞰河流瀑布，將患者的注意力從創傷或疼痛轉移到虛擬世界中來。Haik等[28]將索尼PlayStation 2眼鏡用于減輕重度燒傷患者物理治療過程中的疼痛，該工具提供有挑戰性和動機性的虛擬環境，可讓燒傷患者沉浸其中，分散注意力，從而減輕疼痛，增強患者配合度，延長患者康復訓練時間。該工具無需與身體接觸，可降低交叉感染的風險；也有利于提高患者合作水平，激勵患者重復練習康復動作，加快功能恢復。

3 心理康復

燒傷后焦慮、抑郁、恐懼和PTSD是成年患者常見的心理問題，行為障礙、焦慮、抑郁和睡眠問題則是燒傷患兒較突出的心理問題[29-30]。2012年前，虛擬現實在心理治療方面的研究大多集中在焦慮癥、恐懼癥和PTSD；隨后，虛擬現實在治療恐高癥、恐飛行癥、恐蜘蛛癥等方面也取得突出成效[31]。

3.1 焦慮、抑郁

燒傷后約20%患者出現PTSD，超過50%患者住院早期或燒傷后2年出現中到重度抑郁[32]。Kampmann等[33]將60例社交焦慮患者隨機分為虛擬現實暴露療法(virtual reality exposure therapy,VRET)組(n=30)和現實暴露療法(in vivo exposure therapy,ivET)組(n=30)，VRET采用德爾夫特遠程虛擬現實暴露療法系統，包括與虛擬環境中的虛擬人進行口頭交流，虛擬環境包括在觀眾面前演講、和陌生人說話、購買衣服、參加工作面試、被記者采訪、和朋友在餐廳里吃飯、相親等；ivET指逐漸暴露到現實環境中。干預3個月后，ivET和VRET都可有效降低焦慮，VRET主要運用虛擬現實沉浸性特征，吸引患者沉浸到虛擬環境中，不斷讓自身暴露在焦慮環境中，最終適應環境，減輕焦慮。

3.2 PTSD

VRET還被認為是PTSD的一線治療方法。McLay等[34]比較VRET與控制暴露療法(control exposure therapy,CET)對治療PTSD的療效，采用臨床管理PTSD量表(clinician-administered PTSD scale,CAPS)進行評價。VRET組采用Virtual Iraq和VirtualAfghanistan System兩個系統，患者暴露在虛擬環境中，根據虛擬環境內容增加一些觸覺和嗅覺等體驗；CET組通過常規電腦屏幕看圖片。結果提示，VRET可取得與控制暴露療法相似的療效。提示在虛擬現實設備不足的條件下，可以讓患者看靜態圖片代替虛擬現實治療。

想象暴露療法常不能使患者有效沉浸到創傷場景中，一些患者因此中止治療。虛擬現實系統沉浸性好，可促進PTSD患者的情感參與，患者可在虛擬環境中接受多種感官刺激，避免出現回避癥狀。虛擬環境的存在感能增強患者的參與度，激活患者創傷記憶，促進患者對創傷記憶的情感處理。虛擬現實系統可根據患者病情程度和治療需要進行程序和參數設置，循序漸進，使患者逐步暴露在恐懼感遞增的虛擬環境中；它還可用于難以控制或無法預測的情況，避免直接暴露在真實情境中患者可能遭受的危險[35-36]。虛擬現實系統允許對所有患者的治療時間和暴露類型進行標準化，在臨床研究中，可使量化的結果更為準確。

3.3 恐懼癥

VRET比現實暴露和想象暴露更易控制，因此被越來越多地用于治療焦慮癥和恐懼癥[37]。Martin等[38]采用的質性研究顯示，燒傷后2年有可見瘢痕的燒傷患者情緒障礙包括恐懼、自我意識感覺窘迫和羞恥。嚴重燒傷患兒的父母也可能存在恐懼情緒[39]。

Czerniak等[40]對3例飛行恐懼癥男性患者進行3次VRET訓練，采用CAREN high-end系統，患者在虛擬環境中感受飛機起飛、降落及空中飛行，并通過設備輔助給予患者視覺、觸覺、聽覺和運動覺感受。治療幾個月后，3例患者焦慮水平均下降，2例參加實際飛行，且VRET成本比現實暴露療法低。VRET還用于治療恐蜘蛛癥等，療效確切[41-42]。

VRET的心理治療效果得益于虛擬現實沉浸性好、交互性佳、安全性高等特征，且可進行個性化治療。對于燒傷后恐懼火、燒傷現場的患者，也可用VRET治療。可將刺激物分級，逐步使患者適應，循序漸進地暴露到真實環境中。

4 困難及機遇

4.1 困難

4.1.1 人力和時間投入不足

我國目前護理人員配置普通病房床護比為1∶0.4，醫護比為1∶1。隨著人口老齡化發展，護理人員已遠不能滿足臨床需求。有學者記錄10例燒傷患者進行虛擬現實治療每個環節所花時間，發現設置設備平均需要23 min，會隨著使用的次數增加而減少；指導、治療和清洗的時間分別是6 min、13 min、16 min，整個過程中真正治療時間僅占22%。在當前背景下，投入近1 h進行虛擬現實治療不太現實。

虛擬現實治療對護士的知識儲備有一定要求。國家衛計委數據顯示，截至2015年底，我國本科及以上護士僅占14.6%[43]。人力資源不足、學歷偏低是目前虛擬現實推廣到臨床面臨的一個難題。

4.1.2 非藥物鎮痛觀念淡薄

目前我國大部分燒傷中心醫生無痛治療觀念淡薄，非藥物鎮痛意識不足。醫護人員主要關注燒傷創面治療，忽視患者換藥和治療過程中的痛苦，鎮痛方案多以傳統藥物鎮痛為主，非藥物鎮痛應用較少。要推廣虛擬現實技術，必須先改變醫務人員的鎮痛理念，重視無痛治療。

4.1.3 技術水平低和研發成本高

虛擬現實技術在燒傷領域中的應用效果已在多項研究中得到證實，但多集中在美國、澳大利亞等發達國家，發展中國家對該領域的研究較少。發展中國家衛生預算有限，一般優先考慮危及患者生命的治療[44]。現有虛擬現實產品對發展中國家而言仍較昂貴，燒傷患者經濟負擔重，難以自費進行虛擬現實治療。

4.2 機遇

4.2.1 人工智能和計算機技術發展迅速

近年來，我國計算機、互聯網和人工智能發展迅速，科技創新不斷突破，有望以更低成本提供虛擬現實產品，低成本就有推廣的可能。將虛擬現實技術與人工智能結合，研發出操作簡便，使用方便且可自動指導患者使用、自動清洗的超智能虛擬現實產品，這樣可節省人力物力，促進虛擬現實在燒傷中心推廣。

4.2.2 政府對虛擬現實研究投入增加

據工信部數據，2016年我國對虛擬現實的投資高達50多億元[45]。隨著研究投入的增加，相關學者可進行相關立項研究，將研究成果轉化到臨床實踐。

4.2.3 患者無痛治療需求強烈

疼痛幾乎貫穿燒傷整個分期，從體液滲出期到康復期，傷口護理、換藥、康復訓練中都伴隨不同程度疼痛，影響睡眠、情緒，進而影響創面愈合。無痛治療和護理是燒傷患者長久的呼聲。一旦技術成熟、操作簡便、成本降低，虛擬現實在燒傷領域的應用前景廣闊。

虛擬現實可作為一種心理療法用于治療恐懼癥、焦慮癥等，也可作為一種工具輔助臨床醫生進行手術模擬、手術預演[46]。虛擬現實技術在燒傷領域疼痛管理和心理治療方面的研究已較成熟，療效也得到證實，但在功能訓練方面的研究仍較少，且缺乏對功能的客觀評價。未來研究可著眼虛擬現實技術輔助燒傷患者功能訓練，對訓練結果進行客觀評價，并結合人工智能技術，研發低成本、操作簡便、耗時少、超智能化的虛擬現實產品，以便早日推廣應用到臨床工作中。

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