虛擬現實技術在帕金森病康復中的研究進展

馮浩　李翠云　劉鎵雨　王亮　馬靜　李光磊　甘露　商曉英

[摘要] 虛擬現實技術作為目前新興的康復治療手段已被廣泛應用于神經系統疾病，其對于帕金森病的康復具有重要意義。本文對虛擬現實技術在帕金森病康復中的研究進展進行綜述，有利于今后虛擬現實技術在該領域的進一步研究。

[關鍵詞] 虛擬現實;帕金森病;康復

[中圖分類號] R742.5? ? ? ? ? [文獻標識碼] A? ? ? ? ? [文章編號] 1673-9701（2019）22-0165-04

[Abstract] Virtual reality technology， as a new emerging rehabilitation therapy， has been widely used in neurological diseases， which is of great significance for the rehabilitation of Parkinson's disease. This paper reviews the research progress of virtual reality technology in the rehabilitation of Parkinson's disease， which is conducive to the further research of virtual reality technology in this field.

[Key words] Virtual reality; Parkinson's disease; Rehabilitation

帕金森病（Parkinson's disease，PD）是一種常見的中老年神經系統變性疾病，主要病變部位在黑質和紋狀體。震顫、運動遲緩、僵硬和姿勢不穩定是本病的主要特征。隨著我國老齡化的加劇，其生活質量逐漸得到重視[1]。目前，我國大部分帕金森病患者并未進行有效的系統康復治療[2]，導致患者藥物依賴明顯，跌倒風險驟增，而精細化的康復治療對于帕金森病患者癥狀改善具有積極作用[3]。運動學習的研究表明，反復和持續的運動訓練可能是最好的方法抵消帕金森病中出現的運動行為退化，物理及運動療法長期以來一直被認為對帕金森病患者有益，可以改善患者日常生活活動所出現的主要癥狀和生活質量。虛擬現實技術（Virtual reality，VR）是一種新興的康復方法，主要包括模擬環境、感知、自然技能和傳感設備等方面，并將三維空間事物清楚地表達出來，患者可以直接、自然地與虛擬環境中的各種對象進行交互作用，近年來逐漸應用于神經系統疾病的康復領域[4]。作為其特有的優勢，交互性、沉浸性、想象性可以明顯提高帕金森病患者康復的主動性及持續性，有助于改善患者運動功能。本文對近年來虛擬現實訓練技術在帕金森病運動功能康復中的研究進展總結如下。

1虛擬現實技術對帕金森病患者平衡功能的影響

帕金森病患者平衡功能障礙常由于姿勢控制異常所引起，表現為動作遲緩，嚴重影響患者生活質量，其平衡功能受到不斷變化的環境和其他因素影響，使得前饋控制困難;然而，訓練可以提高這種能力。為了更有效地訓練帕金森病患者形成前饋策略，重要的是治療的目標是患者想要改善的癥狀，讓病人得到充分的反饋，以及關于當前運動模式和需要改進的地方，包括持續時間、強度及治療時間的設置，以最大限度地提高運動平衡能力。研究表明，虛擬現實技術可以對帕金森病患者平衡功能障礙改善具有積極作用[5-6]。盡管Stozek等[7]發現系統的康復訓練能夠明顯提高帕金森病患者的平衡功能，甚至軀體旋轉能力，但是虛擬現實技術在此基礎上，可使其重心擺動速度更快，顯著提高其運動幅度[8]，通過前庭覺及視覺的整合，加強感覺輸入能力，使得肌肉能夠更加有效控制，改善動態及靜態平衡能力[9-10]。帕金森病患者的平衡功能障礙主要表現在站立位時存在姿勢異常模式[11]，對于外界刺激的瞬間調整反射喪失，虛擬現實技術借由趣味性的游戲任務，調整患者軀干及四肢協調能力，改善踝關節、膝關節、髖關節的控制能力，進而達到最大化的平衡保持。正如■zg？觟nenel等[12]研究所表明，虛擬的游戲操作對于帕金森病患者來說，是促進其協調功能障礙的重要方法。此外，一項測試發現，TUG（Time up and go，TUG）測試和Berg平衡量表（Berg Balance Scale，BBS）與傳統的平衡訓練相比，帕金森病患者動態穩定性有明顯的提高[13]。運動學習的理論表明，反復和持續的虛擬現實環境刺激，對于抵消帕金森病患者所出現的運動行為退化及平衡功能障礙是一種較好的方式，而目前虛擬現實技術對于帕金森病患者平衡方面改善的研究主要集中在確定最佳的治療類型、強度、持續時間及重復治療劑量等方面[14-17]。

2虛擬現實技術對帕金森病患者步態的影響

凍結步態是帕金森病患者運動功能障礙主要表現之一，其特征是非對稱性，盡管患者具有步行的意圖，但其前進速度周期性地缺失或減少[18]，作為帕金森病患者跌倒及死亡的最常見原因之一，約50%的帕金森病患者存在這種現象，但目前其病理生理仍不清楚。虛擬現實技術對于帕金森病患者步態的影響近年來被廣泛研究，已被證明對于其步行能力的提高安全有效，是一種可供選擇的康復治療方式[19]。帕金森病患者步態改善在很大程度上依賴于前饋學習，虛擬現實技術可以提高瞬時反應情況下的外部干擾或變化條件，加強患者在干擾情況下的前饋運動模式，如雙重任務或在低感覺下操作反饋，對于帕金森病患者來說，在某些特殊困難任務下的步態保持是其康復的重點。凍結步態是帕金森病患者臨床表現中常見且最具有致殘性的病理步態，多發生于疾病的中晚期，易導致跌倒、外傷、抑郁，嚴重影響患者的生活質量和社會功能。帕金森病患者凍結步態出現前的最后五步步行時間顯著延長，最后三步步行時間無遞增性差異[20]，目前臨床上主要治療方式包括藥物治療、腦深部電刺激、傳統康復訓練，而采用靜態虛擬現實技術對帕金森病患者進行康復訓練，可以顯著提高患者的步速和步長，改善步行效率。此外，虛擬現實游戲中提供的3D圖像可提供良好視覺刺激并改善步幅。同時，虛擬現實游戲中的視覺反饋可以讓患者在視覺跟蹤的基礎上，獲知自身在空間里的定位及運動方位，協調身體位置控制。同樣，聽覺刺激對于帕金森病患者步態的恢復至關重要，Plotnik等[21]通過一項研究表明，對帕金森病患者進行6周的康復治療，配合聽覺刺激，可使其步態障礙發生率下降，由此說明，帕金森病患者存在高級中樞功能缺損，導致其感知綜合處理能力下降。而虛擬現實康復技術可以統合視覺及聽覺刺激，使患者沉浸在治療中，達到改善凍結步態的目的。

3虛擬現實技術對帕金森病患者認知的影響

近年來，隨著對帕金森病臨床研究的深入，人們逐漸認識到帕金森病患者不僅表現為運動癥狀，還有許多非運動癥狀，如認知功能障礙、精神系統癥狀等。認知障礙作為帕金森病最常見非運動癥狀，癡呆隨病程進展，嚴重者給社會及家庭帶來沉重負擔。帕金森病患者認知異常主要表現在記憶力、注意力和執行能力的損害，這些均在患者行為運動中發揮作用。對于帕金森病患者來說，即使在疾病早期尚未表現出認知障礙時，也可表現出記憶的缺陷。研究表明，帕金森病患者運動功能障礙主要由于多巴胺的缺乏導致，認知功能障礙則與前基底節環路障礙相關[22-23]。同時，任務導向性訓練對于帕金森病患者的認知水平改善具有積極作用[24]。虛擬現實康復訓練可以通過不同的游戲設計，有助于腦功能代償及腦功能重組，使患者具有較好的信息處理能力，形成正常的功能模式，促進帕金森病患者認知障礙的最大程度恢復。一項針對129例獨居老年人進行虛擬現實迷宮游戲任務，并對最終完成情況進行分析，研究結果表明，測試者通過捕捉受試者活動時肌肉變化情況，同時觀察老年人對外界刺激的反饋激活能力，在實施虛擬現實訓練8周后，受試者伸髖的能力以及平衡控制功能明顯提高，此外，空間定向能力也有所提高，在進行認知行為時，較好地調動認知資源[25]。

4虛擬現實技術對帕金森病患者家庭康復的影響

隨著康復意識的普及，針對帕金森病患者家庭康復的理念逐漸得到人們重視。對于帕金森病患者來說，康復治療應貫穿整個疾病過程，但是以往的康復治療手段簡單枯燥，患者重返家庭后難以得到有效持續，導致無法得到滿意的康復效果。近年來，虛擬現實技術作為家庭康復的重要方法已然成為研究熱點[26]，這種更適合患者居家康復的治療方式表明，可以改善帕金森病患者穩定性，是一項可供患者選擇的具有補充價值的康復措施[27-28]。基于帕金森病患者家庭康復的雙重任務治療已經被證實可以提高患者的步幅及步行節奏，而每天30 min的居家虛擬提示系統訓練可以提高帕金森病患者的步速、步長及重心的轉移[29]。感覺統合測試（Sensory Organization Test）提示虛擬現實技術對于家庭康復患者的動態平衡同樣具有積極作用[30]。由此可見，患者通過虛擬現實康復設備在進行游戲的同時完成康復訓練，不同的音樂畫面以及語音提示，帶給患者正面的激勵反饋，提高帕金森病患者的主觀能動性，并且沒有時間及空間的限制，可以使患者具有較好的依從性。

5虛擬現實技術對帕金森病患者康復的展望

伴隨虛擬現實康復治療技術研究的不斷深入，在康復治療領域的應用日新月異，人工智能為康復醫學技術的發展開辟出一條新的道路。對于帕金森病患者來說，盡管傳統康復治療手段已被證明有效，但如何提高康復過程的趣味性、應用性以及患者的依從性，是康復醫學未來的研究方向。虛擬現實技術將成為改善帕金森病患者各項功能、提高生活質量的一種新型康復手段。美國退休人員創新實驗室（American Association of Retired Persons Innovation Lab）通過虛擬現實設備推出一款遠程健康交流互動平臺，可以讓患者居家進行虛擬現實康復治療的同時，統計數據被醫生遠程訪問。遠程康復是目前我國康復領域的研究熱點，主要通過計算機多媒體信息技術以及虛擬現實康復技術給予殘障人士康復指導。針對帕金森病患者運動功能障礙，遠程虛擬現實康復治療技術不僅可以讓患者在家中進行訓練，還可以通過視頻、音頻得到反饋，對訓練效果進行綜合評估，更加精準地指導帕金森病患者的康復治療情況。將帕金森病患者置于虛擬現實環境之中，通過整合空間定位感覺反饋設備、無線網絡以及多媒體等，生物醫學工程很快將發展成為更加理想的康復系統，帕金森病患者可以體驗到身臨其境般的遠程虛擬現實環境。與此同時，神經生物學家及神經生理學家正在基于視覺、聽覺等多種反饋機制，有望在未來研發出多種適用于帕金森病康復領域的訓練程序，操作簡單的應用系統、更加低廉的虛擬現實技術成本、虛擬現實遠程康復的高效推廣等問題需要在未來一段時間不斷努力加以完善。

6虛擬現實技術對帕金森病患者康復的局限性

虛擬現實技術的發展目前如火如荼，對于帕金森病患者的康復治療來說，其優勢有目共睹，比如對于患者實時反饋，大腦皮質可塑性的增強效應，任務導向性訓練模式，并改變以往傳統康復手段的不足。盡管如此，虛擬現實技術對于帕金森病患者的康復應用仍存在一定的局限性：（1）雖然虛擬的情景模式已足夠逼真，但是與真實環境相比，帕金森病患者對距離的感知能力仍存在一定的誤差。（2）帕金森病患者多為中老年人，其視覺所看到的虛擬現實畫面，與患者前庭系統所感受到的真實位置信息相比，仍不能完全一致，很容易引起患者頭暈等不適反應。（3）目前在臨床上，有關虛擬現實康復訓練技術針對帕金森病患者的大樣本隨機對照臨床試驗數量較少，尚未建立統一的評價方法[31]。

7小結

本綜述總結近年來虛擬現實技術對于帕金森病患者康復的最新研究，由此可見，虛擬現實技術對于帕金森病患者是一項重要的康復手段。虛擬現實技術可以為患者提供多種情景模式，使整個康復訓練過程充滿樂趣，提高患者依從性。與此同時，其將坐位平衡訓練、動態平衡訓練、步行訓練、認知訓練等虛擬現實模式，應用于帕金森病患者康復中，可以明顯增加患者關節活動能力，對于帕金森病患者的平衡功能、步態的改善以及認知功能的提高較傳統康復治療手段更加有效。

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（收稿日期：2019-04-22）