虛擬現實技術應用于殘疾人康復健身指導的背景研究

劉靜然

(北京體育大學運動醫學與康復學院 北京 100084)

國家在新時期發展過程中高度重視人民群眾的實際需求，并且在2016年頒布了《“健康中國2030”規劃綱要》［1］。該文通過對這一文件進行梳理，得知國家開始高度關注殘疾人以及老年和兒童等諸多弱勢群體的身體健康狀況，并通過采取體育活動等諸多形式來實現這類人群的強身健體。在現階段發展過程中，由于殘疾人群體的特殊性，開展體育活動時，面臨的阻礙較為突出，然而要想實現全民健康，這一問題必須解決。增強其體質健康水平，戰勝疾病，通過體育活動，調節身心，滿足精神文化需求，為早日實現健康中國目標打下基礎。我國是世界上殘疾人數量最多的國家，殘疾人由于身體上的缺陷，其生活質量較低，且不具備穩定的經濟來源，這也使得他們無法獲取更好的生活品質，很多殘疾人在開展體育鍛煉活動時，喜歡獨自進行，甚至絕大部分殘疾人對體育鍛煉毫不在意，殘疾人的健康及生活狀況關系到人權以及平等等方面的問題，不僅如此，全面小康社會的建設也離不開殘疾人的力量，因此加強殘疾人體育活動，勢在必行。該文主要就虛擬現實技術（Virtual Reality，VR）在殘疾人康復健身指導的研究中取得的成果進行概述，以期該技術在殘疾人康復健身指導領域中的應用獲得更好的發展。

1 VR技術在康復醫學中的應用

VR技術于1960年在美國首次提出，作為一種先進的交互方式，需要將計算機技術和傳感器技術進行緊密結合［2］，它具備較為顯著的交互性以及想象性［3］。在近些年的發展過程中，隨著三維軟件的不斷完善，結合計算機平臺就能夠對虛擬環境進行構建，能夠模擬視覺以及聽覺等諸多感官體系，使用者結合數據頭盔以及手套等諸多設備，就能夠在虛擬環境中進行互動，將其融入康復醫學中，能夠實現訓練等諸多目標。近年來，該技術受到了社會各界的高度關注，在不斷創新之下，也在航空以及教育等諸多領域得到了廣泛的運用。

近年來，醫療康復領域結合了先進的計算機技術，并得到了飛速發展，虛擬外科手術的模擬等諸多模式已經開始造福病人［4］，隨著學者的深入探究，也逐漸研究出了虛擬現實暴露療法等諸多系統，發展前景極為廣闊［5］。虛擬情景訓練是近年來國內外研究較多的一種新型康復治療策略，能夠讓患者沉浸在虛擬環境中，通過完成設計的相應任務，來實現運動功能的不斷強化［6］，患者能夠快速學習到運動技能并保持該技能，從而實現患者真正意義上的獨立自理生活。

1.1 國外VR技術在康復醫學中的應用

VR在骨科手術的外科培訓中的應用，包括關節鏡檢查、關節成形術和創傷等，增加受訓者在低后果環境中隨時練習手術的機會，這對于受訓者在患者數量少的環境中接受培訓尤為重要，并有助于提高受訓者的熟悉度和信心［7］。

在康復領域，邁拓醫療作為全球較為出名的醫療公司，在近些年發展過程中，高度重視手指以及肘、肩關節等諸多關節的康復評估，并結合先進的計算機技術來開發各類訓練軟件，讓患者通過康復鍛煉，實現運動速度以及運動范圍的進步［8］。不僅如此，患者也能夠結合自身的實際情況來進行針對性的康復訓練。隨著人們對VR 技術在醫療康復領域的不斷探索，VR 技術在神經疾病患者的康復包括運動功能的改善、心理和認知功能的改善等方面，發揮著積極作用［9］。基于虛擬現實的治療，在改善腦卒中患者的上肢運動功能［10］、執行功能、記憶和視覺空間功能方面效果明顯，但目前對于整體認知功能、注意力、語言流暢性、抑郁和生活質量，還需要進一步研究［11］。完全身臨其境的跑步機VR游戲作為腦卒中后步態康復的一部分，讓卒中幸存者體驗鍛煉和成就的動機，通過引人入勝的游戲，完成任務，有利于腦卒中后步態的康復，具有趣味性、可行性和安全性，得到了腦卒中幸存者和臨床醫生一致認可［12］。準確測量姿勢搖擺是平衡評估和康復的重要組成部分，VR 耳機有內置傳感器，可進行位置和方向跟蹤，參與者體驗覆蓋其整個視野的定制VR 環境，同時從耳機和力板中收集位置數據，使其成為平衡評估的有效工具［13］。Villiger Michae 等［14］對12 名不完全脊髓損傷受試者使用了基于家庭的移動版下肢VR 訓練系統，訓練4周后，受試者下肢肌力、平衡和功能活動度均有顯著改善，治療后2～3個月，功能活動度仍有顯著改善。基于VR 的空間導航運動功能，VR 導航訓練用于提高老年癡呆患者認知功能［15］。VR 技術通過讓帕金森患者置身于豐富和高度個性化的復雜環境中，提高對帕金森患者復雜損傷的理解和治療能力，為人們提供了安全識別個人特定僵硬步態的觸發和平衡缺陷的機會，從而為個性化的培訓提供依據［16］。

1.2 我國VR技術在康復醫學中的應用

VR技術的適用范圍非常廣泛，然而國內康復應用的領域還比較局限，基于VR技術的康復訓練系統尚處于初步發展階段，大部分研究主要聚焦于身體功能方面的干預。北京奧諾康醫療科技有限公司近些年在康復醫學領域取得了突出成就，研發了Anokan-VR 系統［17］，坐姿訓練以及上肢功能訓練等相關內容均包含其中，在運用這一軟件進行訓練時，患者只需要跟隨屏幕中的情境變化以及相關提示來做出相應動作即可，趣味性強。

這一技術的不斷進步，能夠開拓創新傳統的訓練環境，也能夠更好地對中樞神經進行刺激，為現代康復醫學的發展創新了思維［18］。VR 技術在促進腦卒中患者的上肢力量與協調性以及提高患者的康復動機與參與性方面具有積極意義［19］。王偉［20］在研究過程中結合腦卒中引起的手功能障礙，結合3ds max等諸多先進技術，構建了完善的手功能康復訓練系統，它具備訓練場景豐富以及訓練層次完善的特征。患者在運用這一軟件進行康復訓練時，能夠沉浸其中，對患者神經進行良好的刺激，使康復效果得到提高，除此之外，這一軟件的熟練運用也能夠真正實現自主的康復訓練。虛擬現實的人體平衡能力檢測及訓練系統進行需求分析、系統設計和實現，測試系統可以區分正常人群與障礙人群，有效地提高障礙人群平衡能力［21］，如能顯著提高腦卒中偏癱患者和帕金森病患者的平衡、姿勢控制能力［22，23］。VR 技術對改善輕度認知障礙患者及腦卒中患者的認知功能、日常生活活動參與都有促進作用［24，25］，VR 技術用于痙攣性腦癱患兒的肢體運動、認知功能和疼痛等方面及言語失用癥患者的語言能力的康復中效果顯著［26，27］，周海榮等［28］選取腦癱患者40例，對該技術在偏癱型腦癱患者上肢功能訓練中的作用進行了深入研究，研究結果表明與傳統療法相比，這一技術的作用更加突出。

VR技術目前已經應用于心臟康復過程，在改善心血管疾病患者身心健康以及提高患者生活質量方面具有重要作用［29］，在現階段發展過程中，患者只需要緊跟這一技術的相關提示就能夠促進手部功能的逐漸恢復，趣味性高于傳統療法，并且未來將會對該系統進一步優化與設計，同時進行大樣本的測試［30］。

2 殘疾人的健身現狀

有學者對《2030年可持續發展議程》這一文件進行研究認為，到2030 年為止，要重視健康生活方式的普及，促進全民健康工作的有序開展［31］。在開展健康服務工作過程中，需要對殘疾人重點關注，這也是人類社會進步和可持續發展的重要體現。

美國健身事業發展得較為成熟，在人群居住的區域內就開設了許多健身房，向附近的居民提供健身服務，并且在社區中還專門為殘疾人設置了無障礙通道，以及安排了專業的體育社會指導員來指導殘疾人進行科學的健身。在為殘疾人群特設的健身場所中，健身房中具有專業認證的教練，并對教練員進行嚴格的管理，可以為殘疾人提供人性化服務［32］。為了更好地保證殘疾人的正常權益不受到侵害，美國頒布了《美國殘疾人法》，其規定殘疾人可以在美國任何一個體育場館進行體育鍛煉，不僅有殘疾人專用的健身設施以及特定的交通工具，還有專門為殘疾人服務的組織與機構［33］。挪威在許多大型的健身場所以及體育場所，都專門為殘疾人設置了無障礙通道，在體育俱樂部中，健康人群與殘疾人群在一起進行體育鍛煉活動，同時殘疾人群還可以得到健康人群的保護、幫助、指導與交流。挪威對于殘疾人體育事業并沒有完全放在競技體育上，而是突出殘疾人的康復性鍛煉，鼓勵支持殘疾人參加體育鍛煉活動，讓他們重樹信心，克服自身困難，樂觀地面對生活，參與社會活動，從而提高生活質量。

中國特色社會主義在發展過程中就極為重視殘疾人事業的有序開展，習近平總書記指出，殘疾人事業契合我國發展的實際需要，實現全面小康建設工作過程中，對殘疾群體伸出援手是極為重要的，也是構建人類共同體的集中展現［34］。研究顯示，我國殘疾人體育健身與康復的意識不斷提高，殘疾人不管是參與體育運動的次數還是人數，也在近些年發展過程中顯著提升［35］。盡管如此，由于受到場地資源限制以及經濟能力欠缺、健身機構不完善等諸多因素的影響［36］，絕大多數殘疾人參與健身時，由于別人異樣的眼神，使得他們的自尊心受到了嚴重傷害，無法再繼續開展體育鍛煉活動。研究指出，很多單位的體育設施以及住宅小區是殘疾人主要的健身場所，現有的體育設施不能滿足殘疾人的健身需求［37］，國內很少有殘疾人的專用健身場地，受教育程度整體偏低。在現階段發展過程中，殘疾人群體也并不具備較為科學和完善的體育健身意識，無法有效把控健身強度，除此之外，他們的生活水平也較低［38］，上述因素也使得他們盡管具有較強的健身需求，但是卻并沒有充足的經濟實力進行支撐，長此以往，他們的身體素質必然也會處于較低水準。經過對南京17所高校調查，南京高校存在體育館出入口關閉、輪椅坡道規格不標準、基本無可供殘疾學生使用的教學設施、健身器材和體育輔助器具等問題，在教學中為殘疾大學生設置的體育課比較單調，不能充分發揮殘疾大學生的運動潛能與興趣，在無障礙體育設施的建設中投入不足，缺乏專項資金支持［39］。

在現階段發展過程中，我國殘疾人體育健身服務的運行機制依舊處于起步階段，在發展過程中需要結合實際情況進行完善，尤其需要在體制、組織機構以及精神關懷等諸多層面加大關注［40］。在現階段發展過程中，很多地區由于經濟等諸多因素的影響，在對殘疾人專屬的運動場所進行構建時，心有余而力不足，不僅如此，很多公共體育設施的人性化也極為欠缺，并沒有專門針對殘疾人的需求進行改善［41］。

3 殘疾人居家運動受限

居家康復是社區康復的重要內容，也是幫助重度殘疾患者享受優質、便捷康復服務最直接的有效手段［42］。該研究指出，國家在新時期發展過程中也逐漸意識到，重度殘疾人之所以無法融入或體育活動中，主要是因為不易出戶以及家庭困難等諸多因素的影響，為了有效解決上述問題，國家在2015 年試施了康復體育進家庭這一工作。通過對相關數據進行梳理發現，國家在2016年共資助了西部6個省級行政單位的康復體育進家庭的項目，數量已經突破8000戶［43］。全國殘疾人康復體育關愛家庭服務到2017 年為止，已經服務了超過13.3 萬戶家庭［44］。熊妮娜等［45］為北京市1393例肢殘患者提供了居家康復服務，與諸多研究者的研究結果一致，居家康復能夠實現殘疾人群體日常生活活動能力的顯著提高。目前，有關居家康復的需求很多。裘鳳黔［46］在研究過程中，選擇了12名腦卒中患者作為研究對象，研究結果表明，社區醫生上門指導是他們迫切需要的，然而很多家庭并沒有采取有效措施對家庭設施進行改善。陳東驥等［47］對某城區131例肢體殘疾患者調查分析顯示，超過85.7%殘疾兒童和81.7%殘疾成年患者都認為居家康復很重要。

導致人的身體功能障礙的原因很多，殘疾人通常有一個或多個方面的損害，如手臂或下肢的力量、活動范圍、平衡、步態或從椅子轉移到浴缸、廁所的能力不足等。殘疾人居家運動存在居家場地不合格、健身器材缺乏、缺乏專業健身指導、缺少運動同伴相互交流和鼓勵支持、部分殘疾人沒有做適合自身殘疾情況的家居改裝等問題，另外，還有如房子的門寬對輪椅來說太窄，可能會限制人們使用助行器、拐杖等問題。從一種類型的地板表面過渡到另一種類型的地板表面，是一個挑戰，因為相鄰的表面通常高度不同，影響行動能力較弱的殘疾人，如步態障礙，經常發現這些質地上的差異，有絆倒的危險。在這種情況下，建議設置門檻坡道，它可以使穿越門檻更容易、更安全。建議在浴缸、淋浴和廁所附近，安裝扶手桿。對于使用輪椅的人來說，建造無門檻的無障礙淋浴是最佳選擇。噪聲性聽力損失的成年人在有背景噪音存在的情況下，他們很難聽到較高頻率的聲音和語音中的某些輔音，也很難理解語音，可以使用配備揚聲器和振鈴器的電話。居家康復作為一項惠及殘疾患者的新興事業，除了居家場地不合格、健身設備缺乏，還存在許多限制，如康復服務資源不足等諸多問題，始終影響著康復工作的可持續發展。

4 結語

隨著VR 技術的不斷發展，VR 技術在康復領域取得了良好成果，可行性強，VR技術能夠幫助殘疾人以更主動、更輕松且高效、更容易理解的方式來開展康復訓練，VR技術可以進行居家操作，康復健身指導員可以通過遠程咨詢，為殘疾人量身定制個性化康復健身方案，降低了治療師的工作量，使其從易疲勞、效率低的工作狀態中恢復過來，以便有更多時間分析和設計殘疾人的康復健身方案。但我國殘疾人康復健身還存在缺乏興趣、資金缺乏以及殘疾人居家活動嚴重受限等不足，目前仍未有明確的證據，指出VR 訓練的最佳干預時間、頻率和強度，研究人員應該根據患者的年齡和病情以及具體的功能障礙部位，設計出有針對性的、個性化的、精準的方案，這將成為未來進一步研究的方向。

針對目前我國殘疾人健身現狀，提出以下建議。要多為殘疾人提供文化知識學習機會，提升其文化素養，通過開展殘疾人健身講座、發放知識手冊及宣傳活動等多種方式，使殘疾人群獲得專業的健身知識，使殘疾人群及其家庭從內心認識到健身的意義，并積極參與體育健身。通過為殘疾人提供有針對性的職業培訓、增加生活補貼等方式，改善殘疾人群的生活狀況，從而使這些人群有一定的經濟能力參與到體育健身中，提高身體素質。政府在對體育公共設施進行修建的過程中，也需要對殘疾人的特殊需求進行充分考慮，為他們提供良好的活動場所，開展體育鍛煉活動。殘疾人在社會中本就處于弱勢地位，由于種種原因，許多殘疾人的合法權益都無法得到正常的保障，目前我國倡導依法治國，殘疾人的體育事業同樣也需要相關的法律來保駕護航，需要結合我國具體的國情來建構一套行之有效的法律體系。在今后發展過程中，有關部門需要提升對殘疾人體育健身活動的關注度，整合優勢資源進行投資，更需要來自社會各界的理解和支持，保障殘疾人生活質量的不斷提升。