虛擬現實在神經系統相關疾病康復治療中的應用

舒畫 石蕾 吳丹紅 韓翔

摘 要 隨著計算機技術和智慧醫療的發展，虛擬現實已用于某些疾病的康復治療。本文概要介紹目前虛擬現實在神經系統相關疾病康復治療中的應用情況。未來，虛擬現實必會在康復治療領域得到更廣泛的應用。

關鍵詞 虛擬現實 神經系統相關疾病 康復治療

中圖分類號：R493； R741.05 文獻標志碼：A 文章編號：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 Peoples 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

科技部辦公廳2017年5月印發的《“十三五”醫療器械科技創新專項規劃》中提出，先進醫療器械是健康保障體系建設的重要基礎，是推進醫學診療技術進步的主要動力，是優化醫療服務供給的核心引擎，也是引領醫學模式轉變的變革性力量，具有高度的戰略性、帶動性和成長性，是一個國家科技進步和全民健康保障能力的重要標志。如今，計算機技術蓬勃發展，虛擬現實技術的發展勢頭也越來越猛。虛擬現實不僅在游戲娛樂、教育培訓、航空航天等領域有廣闊的應用空間，在醫療領域中同樣有巨大的應用潛力。

1 虛擬現實

虛擬現實于1989年被首次提出，它是指利用計算機模擬產生一個三維空間的虛擬世界，可讓使用者如身臨其境般地觀察虛擬三維空間內的事物。虛擬現實具備3個特性，即沉浸性、交互性、構想性，其技術屬跨學科的綜合集成技術，涉及計算機圖形學、人機交互技術、傳感技術、人工智能等多個技術領域。

虛擬現實技術設備包括頭戴式顯示器（head mount display， HMD）、傳統平板顯示器、平板電腦、智能手機、全壁式顯示器甚至如房間大小的“沉浸式”外殼。虛擬現實包括沉浸式虛擬現實、非沉浸式虛擬現實。在沉浸式虛擬現實中，真實世界完全被視野所遮擋，使用者可徹底沉浸在虛擬世界中。非沉浸式虛擬現實則雖會遮擋真實世界，但使用者仍可認識到他們正處在虛擬環境中，因此被冠名為“非沉浸式”。在沉浸式和非沉浸式虛擬現實系統中，使用者戴著遮擋真實世界的HMD，可通過頭部移動和身體走動在虛擬環境內進行活動，HMD中的運動傳感器跟蹤頭部移動，外部相機跟蹤身體走動時的情況，跟蹤結果會在虛擬環境中轉化為運動場景。或者，使用者在虛擬環境中使用具有觸覺反饋的手持設備操縱對象，這樣就會產生與虛擬環境及其內的對象進行實際交互的幻覺。虛擬現實中看到的場景和人物全是假的，它可將人的意識帶入一個虛擬的世界中。

虛擬現實是“智慧醫療”模式的構件之一，國內外均在推進虛擬現實與醫療領域的融合，其中在術前規劃、術中導航方面的應用已較成熟。2016年9月，虛擬現實產業聯盟成立大會在北京舉行。Walter Greenleaf在會上報告中指出，虛擬現實已用于神經系統相關疾病的康復治療，且應用前景非常廣闊。

2 應用場景

2.1 在癡呆癥康復治療中的應用

隨著人口老齡化，神經退行性疾病的患病率明顯升高，尤其是癡呆癥。到2050年，全球癡呆癥患者數將達到3億人。為了應對癡呆癥問題，除設法延緩癡呆癥進展外，對患者進行認知功能康復治療同樣十分重要。

Fasilis等[1]進行了一項研究，研究共納入10例老年患者，這些老年患者患有各種類型的癡呆癥，包括血管性癡呆癥、阿爾茨海默病、路易體癡呆癥和混合性癡呆癥，并均存在輕度或中度的大腦高級皮質功能障礙。所有患者均在虛擬現實系統中接受4 ～ 5周總計10 h的“嚴肅游戲”的康復治療。治療中患者須完成3項任務，任務在虛擬環境中完成，設計的模式與真實的日常活動情形高度相似。第一項任務是超市購物；第二項任務是準備早餐；第三項任務是清理房間。從完成每項任務的第一步開始，系統均提供大量的輔助工具，包括屏幕清單、口頭和書面指示以及游戲中的箭頭指示。每項任務中含有多個關卡，其中最后3個關卡與實際生活情形極為相似。在康復治療開始前和結束后，根據標準的神經心理測試（測試內容包括工作記憶、記憶保持、注意力、解決問題能力、思維和執行功能）評估患者的表現。通過比較患者治療前、后的評分發現，所有患者的各項測試成績均有所改善。

Taegh Sokhey研發出一款虛擬現實軟件Swann，后者能輔助治療阿爾茨海默病患者的記憶喪失。Swann為患者提供了一幅可記憶的地圖，此地圖可在5種虛擬環境間切換，通過讓患者在虛擬環境中查找對象且逐漸增加查找難度，訓練并改善患者的空間記憶能力。Swann適配Oculus Rift（一種HMD）后，患者在家也可接受康復治療，經濟性也好。

2.2 在精神心理疾病康復治療中的應用

精神分裂癥是一種嚴重的慢性精神疾病，盡管有許多藥物和心理社會干預措施，但仍有部分患者持續存在精神癥狀，特別是聽覺語言幻覺。du Sert等[2]應用沉浸式虛擬現實系統來治療精神分裂癥。在虛擬現實系統中，患者在康復師的幫助下向虛擬環境中的化身主動表達自己，以改善患者的情緒和增加患者的自信性。治療3個月后的結果顯示，患者聽覺語言幻覺的嚴重程度顯著減輕，抑郁癥狀和生活質量也獲改善。虛擬現實系統是一種治療精神分裂癥相關難治性聽覺語言幻覺的有前途的新干預措施，對與聲音有關的癥狀的治療效果較為突出，治療過程可控，治療環境安全。

脊髓損傷可引發不少精神問題，包括自殺企圖、消極情緒（如憤怒）、抑郁、焦慮等。Flores等[3]的研究納入了2例脊髓損傷且伴有焦慮或抑郁的患者。2例患者均佩戴虛擬現實護目鏡，他們眼中看到的是河流、樹木、巨石和山脈。患者在接受辯證行為療法治療指導的同時，幻想正在虛擬現實中沿著河流緩慢漂流。通過比較治療前、后患者的神經心理測試評分發現，虛擬環境下的辯證行為療法治療能夠改善患者的抑郁或焦慮情緒。

Maples-Keller等[4]進行的一項臨床試驗顯示，對飛行恐懼患者，應用虛擬現實系統治療可緩解患者的焦慮情緒。Yang等[5]應用虛擬現實系統幫助訓練年輕自閉癥患者的社交技能，結果發現這種訓練可顯著增強患者的與社會理解能力有關的大腦活動區域的活動。卡倫（CAREN）系統是一種融虛擬現實、增強現實和混合現實技術于一體的智能環境運動系統，該系統可虛擬特定的人或環境特效，焦慮癥、記憶障礙、恐懼癥等患者均能應用該系統來增強自我效能感，進而達到一定的康復治療目的[6]。

2.3 在腦卒中后運動障礙康復治療中的應用

全球每年有550萬例患者罹患腦卒中，腦卒中后運動障礙的發生率很高，康復治療非常重要。

虛擬現實系統已用于運動訓練，應用于腦卒中后運動障礙、尤其是上肢運動障礙的康復治療也有一定的效果[7-10]。Cameir？o等[8]進行的研究共納入48例腦卒中后患者，觀察了基于虛擬現實技術的康復游戲系統對患者運動功能康復治療的效果。該康復游戲系統可與視覺跟蹤系統、觸覺反饋系統和動力外骨骼相結合，組合后的系統更有利于腦卒中后患者上肢運動功能的康復治療。Viau等[10]進行的研究納入了8名健康成人和7例腦卒中后輕度偏癱患者，他們通過運動學分析發現，在虛擬現實系統中訓練手臂運動有利于運動障礙患者康復。應用虛擬現實系統訓練也可有效改善患者的遠端精細運動控制能力，但通常需結合機器人裝置才效果明顯。

3 結語

綜上所述，虛擬現實已用于某些疾病的康復治療，這有助于進一步提高醫療水平。不過，虛擬現實用于醫療時對虛擬現實產品有比較高的要求，而目前國內的虛擬現實技術產品均存在一些問題：①現有的虛擬現實技術產品過重，佩戴的舒適度難以令人滿意；②會產生眩暈感，這是因為使用者視野范圍內的虛擬環境在移動而其本人身體并未移動，即感官位移和身體位移不同步所造成的；③計算機和智能手機的配置還較低，導致虛擬環境畫面的清晰度不夠。此外，使用者隱私數據的安全性也是一大問題。相信隨著虛擬現實技術的高速發展，虛擬現實必會更廣泛地用于康復治療，為患者造福。

參考文獻

[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.