虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在前庭康復(fù)護(hù)理中的研究進(jìn)展

徐 檬，趙斐斐

眩暈是一種使人衰弱的癥狀，導(dǎo)致醫(yī)療保健利用率增加和病人工作效率下降[1]。前庭康復(fù)用于管理前庭疾病的癥狀表現(xiàn)。然而，前庭康復(fù)受到可及性和時(shí)間投入的限制。近些年，虛擬現(xiàn)實(shí)被描述為一種前庭康復(fù)工具，可以規(guī)避這些治療障礙。盡管如此，虛擬現(xiàn)實(shí)對(duì)前庭康復(fù)的效果仍不清楚。本研究旨在回顧和總結(jié)目前關(guān)于基于虛擬現(xiàn)實(shí)的前庭康復(fù)有效性的文獻(xiàn)，了解近年虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在前庭康復(fù)中的研究進(jìn)展。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在前庭功能障礙病人康復(fù)護(hù)理中的應(yīng)用意義

前庭康復(fù)是眩暈病人的主要治療手段，治療場(chǎng)地可以在家和醫(yī)院中完成。虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)技術(shù)作為一種前庭康復(fù)的輔助手段可以使前庭功能障礙病人暴露于動(dòng)態(tài)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，對(duì)存在運(yùn)動(dòng)或視覺刺激癥狀的病人應(yīng)用虛擬平衡游戲，與常規(guī)VR相比，頭暈和生活質(zhì)量都有所改善，采用沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)輔助VR治療慢性前庭功能低下的病人取得了良好的效果，提供了一種更愉悅的訓(xùn)練方法[2]。Campbell等[3]強(qiáng)調(diào)了堅(jiān)持治療在確定通過旨在預(yù)防視障者跌倒的家庭干預(yù)措施所獲得的益處方面的重要性。有氧訓(xùn)練方案相關(guān)的交互式視頻游戲系統(tǒng)比單獨(dú)的有氧訓(xùn)練方案更能提高依從性和身體健康水平[4]。因此，使用VR/AR可以改善前庭康復(fù)依從性和整體結(jié)果[5-6]。虛擬現(xiàn)實(shí)在治療前庭功能障礙方面的效用在于它有可能通過更積極的前庭康復(fù)實(shí)現(xiàn)改善的習(xí)慣化，替代和適應(yīng)，已被研究為一種康復(fù)干預(yù)，并被發(fā)現(xiàn)可以改善各種疾病癥狀。綜上所述，VR主要增強(qiáng)病人前庭和平衡系統(tǒng)的適應(yīng)性；可以降低對(duì)頭暈的高度警惕，減輕焦慮等情緒困擾[7]；因此，臨床中可以根據(jù)病人的需求和治療偏好，虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練法是很有前景的，可在安全且相對(duì)容易控制的條件下提供更具挑戰(zhàn)性的交互環(huán)境，增加病人的沉浸感和訓(xùn)練興趣，以強(qiáng)化訓(xùn)練效果[8]。

2 在前庭病人康復(fù)中應(yīng)用的主要虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

2.1 前庭運(yùn)動(dòng)和光動(dòng)刺激虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng) 虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備 (OCULUS GO)由虛擬現(xiàn)實(shí)耳機(jī)和控制器構(gòu)成[9]。頭戴式顯示器(HMD) 是可移動(dòng)的無線顯示器，視野為110°，分辨率為2 560×1 440 K，刷新率為60 Hz。該虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)由前庭運(yùn)動(dòng)(VE)和視動(dòng)刺激(VRT)兩部分組成，在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，目標(biāo)是一個(gè)機(jī)器人，它引導(dǎo)參與者跟隨，并通過音頻指導(dǎo)。所有參與者使用帶有頭戴式顯示器的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)接受VE 20 min，每周1次，持續(xù)4周[10]。前庭鍛煉計(jì)劃包括三個(gè)環(huán)節(jié)，第一個(gè)環(huán)節(jié)是一個(gè)自適應(yīng)前庭眼反射練習(xí)在穩(wěn)定的背景下，在一個(gè)房間里病人的頭部安裝顯示器必須旋轉(zhuǎn)超過15°的一個(gè)固定目標(biāo)；第二個(gè)環(huán)節(jié)是一個(gè)自適應(yīng)的視覺引導(dǎo)前庭-眼部反射練習(xí)慣用的背景(海里的魚)；第三環(huán)節(jié)是頭頸部的活動(dòng)，因?yàn)橐曇笆?70°，病人應(yīng)迅速轉(zhuǎn)動(dòng)頭部尋找目標(biāo)。每一個(gè)環(huán)節(jié)增加難度，使得移動(dòng)頭部和/或眼睛更快。光動(dòng)刺激像夜空中星星一樣的小閃電點(diǎn)來刺激，圍繞病人順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。VE可以改善前庭功能障礙的頭暈，生活質(zhì)量和步態(tài)功能;對(duì)于有視覺眩暈癥狀的個(gè)體如持續(xù)性姿勢(shì)知覺頭暈的病人應(yīng)額外用光動(dòng)刺激治療，Choi[9]的研究證明視覺刺激有積極作用。

2.2 沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng) 沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(VR)通過兩種不同的策略將受試者置于模擬的現(xiàn)實(shí)世界中來治療前庭功能障礙。一個(gè)使用頭戴式顯示器VR設(shè)備的門診系統(tǒng)，第二個(gè)使用全身浸入式住院系統(tǒng)，如沉浸式康復(fù)鍛煉系統(tǒng)(Gesturetek Heath)[11]；根據(jù)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的種類也可以分為高端系統(tǒng)、現(xiàn)成系統(tǒng)，高端系統(tǒng)主要有頭戴式顯示和廣角顯示，現(xiàn)成系統(tǒng)任天堂Wii、微軟公司Kinect和混合系統(tǒng)(利用低價(jià)系統(tǒng)和專門開發(fā)軟件)。這些系統(tǒng)在沉浸感、技術(shù)規(guī)格、前端靈活性、可用性、價(jià)格和是否可應(yīng)用關(guān)于康復(fù)等方面都有所區(qū)分。在過去的幾年里,可下載的康復(fù)輔助視頻游戲已經(jīng)引起了物理康復(fù)師的濃厚興趣。此外,很多實(shí)驗(yàn)也證明老年病人非常享受有這種視頻游戲的康復(fù)體驗(yàn)。與VR相比，AR增強(qiáng)了現(xiàn)實(shí)世界的環(huán)境，而不是取代它。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)通過計(jì)算機(jī)生成的聲音、文本和圖形，將投射到用戶的自然視覺和聽覺領(lǐng)域，從而增加受試者的現(xiàn)實(shí)世界感官輸入[12]。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)平臺(tái)已被用于使用AR眼鏡治療前庭疾病。

2.3 基于虛擬顯示技術(shù)的運(yùn)動(dòng)感覺組織測(cè)試 基于虛擬顯示技術(shù)的運(yùn)動(dòng)感覺組織測(cè)試(LSOT)是一種評(píng)估前庭功能障礙病人步態(tài)姿勢(shì)的新方法。它是在感覺組織測(cè)試(SOT)這個(gè)廣泛研究的一個(gè)拓展，因?yàn)樵谶\(yùn)動(dòng)等更動(dòng)態(tài)的任務(wù)中，人們對(duì)這些過程知之甚少。有學(xué)者開發(fā)并實(shí)施了一種實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置由集成的儀器化多感官虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境組成，LSOT設(shè)備由VR環(huán)境和包含兩個(gè)嵌入式測(cè)力板的儀器化跑步機(jī)組成，集成到一個(gè)系統(tǒng)中允許同步數(shù)據(jù)收集和刺激顯示[13]。步行過程中的視覺輸入具有獨(dú)特的編碼任務(wù)特定信息的能力，包括行進(jìn)距離，導(dǎo)航，規(guī)劃步行軌跡和感知環(huán)境特征[14]。假設(shè)我們行走過程中的動(dòng)態(tài)姿勢(shì)控制會(huì)受到單峰和多模態(tài)感覺擾動(dòng)的影響，從而誘導(dǎo)感覺重新校準(zhǔn)。該儀器也揭示了多感官的相互作用，視覺在保持動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)任務(wù)中將顯著增加視覺條件引起的姿勢(shì)擾動(dòng)，LSOT條件下視覺增益的增加反映了視覺輸入對(duì)運(yùn)動(dòng)控制的重要性[15]。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在前庭康復(fù)病人康復(fù)護(hù)理中的應(yīng)用方法

3.1 沉浸式VR輔助前庭功能的康復(fù)護(hù)理 使用沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)輔助前庭康復(fù)系統(tǒng)軟件,訓(xùn)練軟件系統(tǒng)包括2個(gè)級(jí)別:入門適應(yīng)級(jí)別(坐式訓(xùn)練)15場(chǎng)景,鞏固提高級(jí)別(站立式訓(xùn)練)21場(chǎng)景。要求病人使用頭戴式顯示器、手柄在虛擬場(chǎng)景完成各項(xiàng)指定任務(wù):目光跟隨訓(xùn)練、傳送帶任務(wù)訓(xùn)練、置物訓(xùn)練、控制訓(xùn)練。訓(xùn)練過程中系統(tǒng)通過場(chǎng)景變化、聲光反饋效果等產(chǎn)生逼真的立體視覺、聽覺線索,讓病人跟隨線索做眼、頭、腰協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)完成指定任務(wù),系統(tǒng)根據(jù)人機(jī)交互功能以任務(wù)完成情況給予評(píng)分,使病人在沉浸訓(xùn)練環(huán)境中產(chǎn)生游戲感,增加趣味性,減少對(duì)訓(xùn)練的乏味感[16]。該訓(xùn)練對(duì)訓(xùn)練場(chǎng)地陪護(hù)人員沒有特殊要求,更適合離院家庭式訓(xùn)練。為利用VR技術(shù)對(duì)平衡功能障礙病人進(jìn)行有針對(duì)性的個(gè)體化康復(fù)治療,能夠顯著提高前庭康復(fù)的效率和效果可改善病人的平衡功能、日常活動(dòng)能力及生活質(zhì)量。有研究表明沉浸式VR輔助前庭功能的康復(fù)護(hù)理可降低老年人跌倒風(fēng)險(xiǎn)[17]。

3.2 虛擬技術(shù)對(duì)病人平衡功能的康復(fù)護(hù)理 虛擬平衡訓(xùn)練包括坐位時(shí)頭部及身體的姿勢(shì)控制，站立時(shí)身體平衡控制及WBB上身體平衡控制等，如障礙滑雪、果園采摘、沙灘排球、超市購物等平衡訓(xùn)練游戲[18]。障礙滑雪虛擬情景為:在設(shè)有各種障礙的虛擬滑雪賽道上，病人站立于平衡板上，通過向前、向后、向左、向右移動(dòng)來調(diào)節(jié)身體重心以躲過障礙物并完成任務(wù)，主要訓(xùn)練眩暈病人的穩(wěn)定極限[19]。果園采摘虛擬情景為:果園里有各種閃爍的水果和蔬菜，病人需要以不同的速度和幅度來移動(dòng)重心并完成采摘，主要訓(xùn)練眩暈病人的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。沙灘排球虛擬情景為:病人雙腳站立保持與肩同寬，排球從不同方向飛來，病人通過調(diào)整身體重心來用手拍擊排球以完成任務(wù)，主要訓(xùn)練眩暈病人的姿勢(shì)穩(wěn)定性。超市購物虛擬情景為:在復(fù)雜的虛擬商品陳列背景下，通過調(diào)整虛擬通道的長(zhǎng)度、寬度及視物內(nèi)容來改變超市內(nèi)視覺環(huán)境的復(fù)雜性，是前庭-眼反射意志的強(qiáng)化訓(xùn)練。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)借助精確的測(cè)評(píng)、反饋、訓(xùn)練等手段，增強(qiáng)了康復(fù)訓(xùn)練的趣味性，同時(shí)還提高了訓(xùn)練效果，病人也愿意積極地參與鍛煉，提高了訓(xùn)練的效果[20]。

4 VR用于前庭康復(fù)中存在的問題

在國外，目前已有很多文章報(bào)告了虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用(特別是游戲平臺(tái))，針對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)損傷或老年病人姿勢(shì)穩(wěn)定性差的特點(diǎn)，可用動(dòng)態(tài)平衡訓(xùn)練改善[6,21]。直至近些年,才有應(yīng)用于前庭適應(yīng)性鍛煉的相關(guān)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相繼面世,如凝視視靶同時(shí)行頭部運(yùn)動(dòng)[22]。盡管虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)在應(yīng)用方面有很多可能性，但大部分仍不能商用，主要限制在于需要巨大的空間或者特殊訓(xùn)練的技師干預(yù)指導(dǎo),價(jià)格過于昂貴，因此這項(xiàng)技術(shù)對(duì)于大部分前庭康復(fù)臨床醫(yī)生與病人來說都是難以企及的。

我國的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)起步較晚，目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)受價(jià)格、技術(shù)等方面的制約還不能更多地普及應(yīng)用。缺乏合適的內(nèi)容、費(fèi)用昂貴是其面臨的主要障礙，雖然生物仿真學(xué)及腦科學(xué)等領(lǐng)域的研究問題還未能完全實(shí)現(xiàn)，但VR在醫(yī)學(xué)保健領(lǐng)域發(fā)展趨勢(shì)較好。VR技術(shù)不僅可有效提高外科手術(shù)質(zhì)量，降低醫(yī)療風(fēng)險(xiǎn)，還可以提高成本效益。因此，建議未來VR干預(yù)應(yīng)立足病人需求，結(jié)合用戶反饋，探索VR內(nèi)容，拓寬使用場(chǎng)景，進(jìn)而提高VR干預(yù)的有效性；繼續(xù)監(jiān)測(cè)不良事件，建立臨床緩解病人風(fēng)險(xiǎn)的證據(jù)基礎(chǔ)，促進(jìn)醫(yī)護(hù)人員全面認(rèn)識(shí)疾病進(jìn)展，推動(dòng)護(hù)理模式變革。

5 小結(jié)和展望

綜上所述，針對(duì)傳統(tǒng)康復(fù)療法不具有的優(yōu)勢(shì)，VR技術(shù)已經(jīng)成為前庭康復(fù)護(hù)理中的一個(gè)有前途的工具。未來病人的前庭康復(fù)鍛煉地點(diǎn)可以更加廣泛，不只是在家中、醫(yī)院，而是可以隨時(shí)隨地進(jìn)行，這將是虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)中創(chuàng)造的模擬環(huán)境中的有趣活動(dòng)可能增加益處的領(lǐng)域，可以大大提高前庭康復(fù)鍛煉的效率。未來應(yīng)不斷創(chuàng)新VR技術(shù)，依托多學(xué)科團(tuán)隊(duì)，開展大規(guī)模、設(shè)計(jì)科學(xué)、多人群、關(guān)注病人的個(gè)人偏好與VR體驗(yàn)滿意度，指導(dǎo)臨床醫(yī)護(hù)人員參與VR系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用，指導(dǎo)病人正確、高效地進(jìn)行康復(fù)鍛煉，提升頭戴顯示器的智能化、情景化，提高病人參與VR的積極性，把VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，提供輕便、簡(jiǎn)單的硬件設(shè)備和生動(dòng)形象的虛擬場(chǎng)景，提升VR技術(shù)的延伸服務(wù)，增加VR潛在的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，開發(fā)適用于我國醫(yī)療背景、操作簡(jiǎn)單的VR新技術(shù)，推動(dòng)VR在臨床中的廣泛應(yīng)用。