虛擬現實技術在多發性硬化患者康復訓練中的應用進展

劉佳珍 楊麗

多發性硬化（multiple sclerosis,MS）是一種以中樞神經系統炎性脫髓鞘病變為主要特征的免疫介導性疾病，病變主要累及白質，其病因尚不明確，可能與遺傳、環境、病毒感染等多種因素相關[1]。MS好發于青壯年，男女患病比例為1∶1.5～1∶2。中樞神經系統各個部位均可受累，因此MS臨床表現多樣，常見癥狀包括運動障礙、感覺障礙、認知損害、眩暈、疲乏、共濟失調、情感障礙、視覺障礙、直腸或膀胱功能障礙等[2]。虛擬現實技術（virtual reality,VR）被定義為是一種媒介，通常由交互式計算機模擬組成，其能檢測用戶的行動和位置，通過取代或加強對用戶的反饋（例如視覺、聽覺、觸覺），提供在虛擬世界中存在的感覺[3]。雖然VR已被國內外廣泛應用于神經康復領域，如腦卒中、帕金森病、脊髓損傷等疾病的康復治療[4]，但國內應用VR對MS患者進行康復訓練的研究較少，本研究對VR在MS患者康復訓練中的應用進展作一綜述。

1 VR概述

1.1 VR特點和應用形式 VR的兩個基本概念是存在感和沉浸感：存在感是指在虛擬環境中存在的感覺，沉浸感是VR相關平臺誘發用戶產生的對現實世界的感覺。在康復訓練中，患者可通過簡單設備（操縱桿、捕捉運動系統、傳感器或觸覺反饋系統）與環境互動，VR場景會重現現實生活中的活動，練習內容可根據用戶的需求進行調整[5]。VR系統有3種類型：（1）非沉浸式。基于計算機的3D圖形系統，系統允許用戶將導航的虛擬環境顯示在計算機屏幕上。（2）半沉浸式。系統將圖形顯示投影到大屏幕上，同時使用某些形式的手勢識別系統來實現更自然的互動，其特點包括可顯示較大的立體視覺及可捕捉微小的動作。（3）完全沉浸式。通過頭戴式顯示器將用戶視覺完全包圍，創造完全沉浸感[6]。通過VR場景進行康復訓練是以游戲形式進行，游戲形式包括嚴肅游戲、娛樂游戲兩種模式：嚴肅游戲是指以恢復有限功能為目的而構思和開發的游戲；娛樂游戲是指民眾在使用的常見游戲。游戲設備包括任天堂Wii Fit訓練器、微軟Kinect傳感器、X-box360訓練器、BIODEX訓練器和CAREN訓練器等[7-8]。兩種游戲模式都需要由計算機、軟件平臺和訓練終端組成，其中娛樂游戲由于更有趣味性而更受歡迎，同時因其開發成熟，較嚴肅游戲經濟效益更好。

1.2 VR應用于MS患者康復的機制 現有研究認為，再髓鞘化對于修復脫髓鞘病變和改善患者的臨床癥狀至關重要[9]，且新突觸重組要求神經元有更強可塑性。VR訓練可增加MS患者大腦受損神經元的可塑性，促進突觸重組完成再髓鞘化[10]，因神經元可塑性隨著年齡和患病時間增加而下降[11]，所以對患者行早期康復尤其重要。此外，使用VR設備進行運動或在VR設備中進行可視化運動，可促進MS患者鏡像神經元系統的激活。鏡像神經元系統位于大腦額葉和頂葉[12]，在進行運動和觀察其他物體運動時可被激活[13]，大腦由此產生皮質和皮質下的變化，進一步刺激大腦運動區域的突觸重組和再髓鞘化[14]。VR訓練還可激活膽堿能和多巴胺能系統，提高患者訓練中的注意力，增加患者的康復意愿，促使訓練效果提高[15]。還有研究發現，人的感覺、運動、認知相互影響關聯，需要大腦中丘腦、基底核、腦干、小腦等多個部位參與[16-17]，VR通過高強度、高重復性、任務導向的強反饋過程刺激大腦[18]，可產生康復鍛煉的效果，同時對運動、認知和感覺功能等多項進行干預。

2 VR對MS患者康復的影響

2.1 VR對MS患者平衡功能的影響 約50%～80%的MS患者可出現平衡功能障礙[19]。可采用Berg平衡量表（Berg balance scale,BBS）、閉目立足試驗對平衡功能進行測量。

目前，多數研究認為VR對MS患者平衡功能有好的影響[8,20-22]。雷鋮等[8]以BBS為測量工具，對MS患者的VR平衡功能康復訓練作Meta分析，結果發現VR組患者平衡功能改善效果優于常規訓練組，差異有統計學意義（P＜0.05）。Yazgan等[20]將47例MS患者分為Wii Fit組、平衡器訓練組和對照組，經過2次/周共8周的訓練后，Wii Fit組BBS得分顯著高于平衡器訓練組和對照組，差異均有統計學意義（P＜0.05）。VR聯合常規訓練對改善MS患者的平衡功能也有很好的效果。Munari等[21]將17例MS患者分為VR聯合機器人訓練組和機器人訓練組，經過2次/周共6周的訓練，VR聯合機器人訓練組患者BBS得分提高幅度大于機器人訓練組，差異有統計學意義（P＜0.05）。但也有研究認為VR訓練較常規訓練對MS患者平衡功能的影響并無差異。Casuso-Holgado等[22]對MS患者的VR平衡功能康復訓練進行綜述，納入5項以BBS為測量工具的研究，結果顯示VR組與常規訓練組比較，平衡功能改善效果的差異無統計學意義（P＞0.05，I2=79%）；納入7項以閉目立足試驗為測量工具的研究，兩組平衡功能改善效果的差異仍無統計學意義（P＞0.05，I2=80%），但因兩項結果的I2高，將影響I2的研究剔除，則顯示VR組得分更高，差異有統計學意義（P＜0.05，I2=0%）。

2.2 VR對MS患者運動功能的影響 約50%～85%的MS患者可出現運動功能障礙[19]，臨床表現為運動能力下降、感覺異常、靈敏度下降等[23]。臨床上常采用九孔手功能測試（9 hole peg test,9HPT）和箱塊試驗（box and block，BBT）對上肢運動功能進行測量，采用行走速度測定、起立-行走計時測試（timed up and go,TUG）、2 min步行試驗、10 min步行試驗對下肢運動功能進行測量。

目前研究認為VR對MS患者上肢運動功能有好的影響[24-26]。Walino-Paniagua等[24]將 26 例 MS 患者分為兩組，實驗組為VR聯合作業治療，對照組為單獨作業治療，兩組均進行2次/周共10周的上肢訓練，訓練后實驗組和對照組在任務精確度和有效性方面均得到改善，且實驗組優于對照組，差異有統計學意義（P＜0.05）。Norouzi等[25]將45例MS患者分為VR組、常規體能訓練組和VR聯合常規體能訓練3組，對訓練前后3組患者雙手協調度進行測定，訓練后4周后隨訪，VR聯合常規體能訓練組協調度高于VR組，VR組協調度高于常規體能訓練組，差異均有統計學意義（均P＜0.05）。MS患者上肢運動功能障礙初始時多為單側，逐漸發展為雙側。Jonsdottir等[26]研究認為患者單側上肢參與VR訓練后，雙上肢的9HPT和BBT結果均較前改善，差異均有統計學意義（均P＜0.05）。

既往研究中VR對MS患者下肢運動功能的影響結論不一，雷鋮等[8]對2018年之前的研究進行Meta分析，結果顯示VR組和常規訓練組患者的行走速度和TUG測量結果比較，差異無統計學意義（P＞0.05）。Casuso-Holgado等[22]研究也得到相同結果。但2018年之后，多項研究結果認為VR可以改善MS患者的下肢運動功能[20-21，27-29]。Molhemi等[27]將 39 例 MS 患者分為VR組和常規訓練組，VR組使用Kinect進行運動訓練，兩組均進行3次/周共6周的訓練，結果顯示VR組2 min步行試驗結果明顯更優，且訓練后4周后隨訪，兩組比較差異仍有統計學意義（均P＜0.05）。VR組10 min步行試驗結果同樣優于常規訓練組，差異有統計學意義（P＜0.05）。Munari等[21]研究認為，MS患者接受VR聯合機器人訓練比單純接受機器人訓練效果好，2 min步行試驗和10 min步行試驗結果均提高，差異均有統計學意義（均P＜0.05）。上述2018年之后研究與雷鋮等[8]2018年之前研究結果不同的原因可能是2018年之后的研究樣本量偏少，也可能是隨著科技進步，VR技術水平進一步提高，患者可取得更好的康復效果。

2.3 VR對MS患者認知功能的影響 約65%的MS患者可出現認知功能障礙。認知功能障礙會影響患者日常生活能力，加重患者家屬照顧負擔，可能出現在疾病的初始階段或后期嚴重殘疾階段[30]。

在認知功能評估方面，VR可在一定程度上避免因評估者操作不規范、指導語不統一等原因造成的結果誤差。Lamargue-Hamel等[31]對30例中度認知功能障礙的MS患者進行測試，16例患者在VR環境中操作駕駛任務失敗，24例患者使用VR模擬器操作駕駛任務失敗。

在認知功能訓練方面，VR可提高MS患者認知功能評分、障礙識別率和反應速度等[29，32-33]。Maggio等[29]將60例MS患者分為實驗組和對照組各30例，實驗組進行半沉浸式VR認知訓練，對照組進行常規認知訓練，兩組均進行3次/周共8周的訓練，訓練后實驗組患者蒙特利爾認知評估量表評分改善高于對照組，差異有統計學意義（P＜0.05）。Peruzzi等[32]將8例MS患者分為VR組和跑步機組，結果顯示VR組患者較跑步機組患者更容易完成雙重任務和通過障礙物。Hsieh等[33]將144例MS患者分為兩組，實驗組為VR聯合跑步機訓練，對照組僅采用跑步機訓練，兩組進行3次/周共6周訓練，通過關注持續注意力和信息處理速度的試驗——符號數字模式測試（symbol digit modalities test,SDMT）進行認知測試，結果顯示實驗組的雙任務步態速度和信息處理速度均較對照組顯著提高。雙任務步態速度和信息處理速度增快不僅對認知功能訓練有益，還給予患者正向反饋，可提高患者康復積極性，繼而促進患者日常生活能力的提高。

3 小結

MS可導致成年人非創傷性神經殘疾，影響全球約230萬人，給社會帶來沉重負擔[34]。常規康復訓練常因枯燥乏味，而導致患者依從性低。由于MS疾病反復復發-緩解的特性，患者殘疾程度逐漸加重，故MS患者需要長期甚至終生進行康復治療。在新型冠狀病毒肺炎疫情背景下，患者就醫康復更為困難，但VR提供了一種可長期居家的康復方式。VR訓練可改善MS患者平衡、運動、認知功能，當VR聯合常規訓練時效果更佳。此外，VR訓練可提高患者鍛煉積極性與依從性[35]，改善患者情緒和疲勞感[32，36]，提高日常生活能力[37]。但因為各項研究方法學的差異，加之研究所采用的VR設備種類模式的多樣性（如2D或3D、屏幕的大小、畫面立體度等），VR訓練方法的多樣性（訓練方式、時間、次數等）造成了研究結果的差異。此外，MS是一種罕見病，患者分散，現有研究患者的數量相對較少，進一步驗證VR康復訓練的效果還需多中心大樣本的研究。目前，我國應用VR對MS患者進行康復訓練的研究較少。2018年，MS被納入我國《第一批罕見病目錄》，社會對其關注度逐漸增加，越來越多初次發病、癥狀輕或偏遠地區的患者得以確診。相信隨著VR應用日益增加，將大大助力MS患者康復，減輕疾病負擔，提高生活質量。