虛擬現實技術在腦卒中領域的研究與發展

喻安琦 楊力凝 陳青 陳大為 白定群

隨著醫學的進步，腦卒中死亡率明顯降低，但致殘率極高[1]，幸存者的生活[2]受到影響，給家庭和社會帶來沉重負擔，腦卒中康復需求迫切。虛擬現實（virtual reality，VR）可提供實時效果反饋的支持，提高患者的積極性和治療依從性[3]。VR 已被證實能有效促進肢體功能[4-5]及認知[6]的恢復，但因應用場景的限制，未能廣泛用于臨床。為加強VR在腦卒中患者中的有效應用，本文利用文獻計量分析工具CiteSpace 軟件，對已發表的相關文獻進行了回顧性分析，對1999—2022 年間虛擬現實技術在腦卒中的研究進行了回顧性分析。本研究旨在：（1）客觀評價作者、國家和機構的研究成果。（2）系統概述虛擬現實技術在腦卒中康復領域的發展情況，明確研究方向，為未來的研究與應用提供指導。

1 資料與方法

1.1 文獻檢索

2022 年11 月23 日，以“stroke”“poststroke”“hemipleg ia” AND “virtual reality”“VR”等為主題詞，檢索Web of Science 核心數據庫中相關文獻。

1.2 納入和排除標準

納入標準：（1）文獻類型為綜述或論著。（2）發表時間1999—2022 年。（3）發表語言為英文。排除標準：（1）資訊或會議類論文。（2）字段缺失的文章。（3）與本研究內容不相符的文章。經軟件去重及人工去重，共獲得3 563篇文獻。

1.3 統計學處理

使用Microsoft Office Excel 2021 來管理數據和分析年度出版物，利用CiteSpace 軟件6.1.R6 版本對檢索所得文獻進行可視化分析，合作網絡分析以作者、國家及研究機構為節點，共被引圖譜以被引文獻為節點，共現、時間演化和突顯詞分析以關鍵詞為節點，得到相應的可視化知識圖譜。

參數設置為：時間段為1999—2022 年，時間分度設置為1 年，閾值項選擇k ＝25，節點類型先后選擇作者/機構/國家/關鍵詞/參考文獻，裁剪方式同時選擇Pathfinder， Pruning sliced networks 和Pruning the Merged network 3 種算法，回溯年份為5 年，其他參數均為系統默認。

2 結果

2.1 年發文量

虛擬現實技術結合腦卒中康復發文量及被引量逐年增多，見圖1。2010 年之前，虛擬現實技術在腦卒中領域的發文量很少（＜100 篇/年）。此后，虛擬現實技術與腦卒中的研究逐漸得到關注，尤其是近5 年，相關研究的年發文量呈指數上升，2018 年發文量超過270 篇，2021 年更是達到450 篇之多。文獻引文總數超過11 萬條，其中2021年引文超過1.7 萬條。平均每篇文章被引用31.22 次，平均H 指數為138，說明該領域文獻被引用次數多，整體影響力較高，具有較高的研究水平和學術價值。

圖1 1999—2022 年發文量及被引頻次

2.2 相關文獻的國家（地區）和機構分布與國際合作

分析特定領域內各國/地區的研究分布和合作情況，有助于了解每個國家的研究能力，并探索國家之間的差異。1999—2022 年，有108 個國家/地區的作者發表了關于虛擬現實技術和腦卒中的論文。其中，美國作者總發文量排名世界第1 位（899 篇，25.23%），意大利作者發文量（447篇，12.55%）排名第2 位，中國大陸作者以405 篇（11.37%）排名世界第3 位，韓國、加拿大、英格蘭、西班牙、德國等發達國家發文量均在200 篇以上。圖2 中節點代表國家，節點大小代表發文量多少；具有深色粗外環的國家/地區，如蘇格蘭、新西蘭和印度尼西亞，具有較高的中介中心性，在國家合作中發揮著重要作用[7]；美國、日本、德國等10多個國家的節點外環呈深色細外環，這意味著該國在某段時間內論文數量激增，并達到峰值。兩國間的連線代表國際合作發表的論文數量，連線越粗表示合作次數越多，兩國聯系越密切。通過對虛擬現實技術結合腦卒中康復領域資助發文量最多的機構進行分析，發現該領域研究的先鋒大多為發達國家，這一現象可能與經濟發達國家擁有許多高科技產業有關，國家和企業提供了大量資金鼓勵科研。

圖2 國家/地區發文貢獻及跨國合作

發文量前10 的機構分別是麻省理工學院（76 篇）、麥吉爾大學（66 篇）、西北大學（64 篇）、蘇黎世大學（51 篇）、瑞士聯邦理工學院（43 篇）、馬里蘭大學（42 篇）、長庚大學（41 篇）、圣安娜高等學院（39 篇）、多倫多大學（38篇）、瑞士聯邦理工學院（37 篇）。結合圖2、圖3 分析可見，虛擬現實技術與腦卒中研究的主力是歐洲國家的知名大學，以這些大學為中心的國內研究機構之間的合作相對密切，但國際合作強度不高。

2.3 作者主要關注點

在活躍的作者中，Calabro、Rocco Salvatore 和Riener、Robert 的貢獻最為突出，見圖4。利用Citespace 中的作者數據，進行關鍵詞聚類，見圖5，以獲取作者的主要研究領域，發現虛擬現實技術與腦卒中的研究呈現出多核心發展模式，作者的主要關注點在于虛擬現實技術對腦卒中后上肢功能康復的作用和對認知的影響[8-9]。

圖4 作者貢獻圖

圖5 作者關鍵詞聚類

2.4 虛擬現實技術在腦卒中領域的發展歷程

2.4.1 關鍵詞分析

高中心性關鍵詞通常代表著該領域的研究重心、發展方向或者核心問題，是研究者們最為關注的問題，高突現關鍵詞通常可以代表這個領域或時間段內的研究熱點或發展趨勢。經Citespace 分析獲得758 個關鍵詞，其中有16個高中心性（≥0.1），89 個強突現性，見圖6。突現關鍵詞時間線見圖7，在研究的早期（2003—2014 年），“體質量支撐”“運動控制”開始突現；2008—2017 年“腦損傷”“偏癱”“皮層”及“隨機對照試驗”先后得到較多關注；從2019 年、2020 年至今“生活質量”“系統回顧”“平衡”及“可行性”等關鍵詞突現性增強。突現詞的出現代表虛擬現實技術與腦卒中研究的重要轉折點[7]，關注這些轉折點，可以了解該領域的發展趨勢，并預測未來可能出現的新熱點。

圖6 關鍵詞中心性

圖7 關鍵詞突現時間線

突現熱度持續至2022 年的9 個關鍵詞代表了近年的研究前沿及熱點主題，這些關鍵詞，特別是“平衡”“生活質量”“可行性”等在未來較長時間內仍是VR 與腦卒中的研究需要關注的重點。

2.4.2 高被引文獻分析

高被引文獻在學術界具有重要的影響力和引領作用，分析高被引文獻，可以幫助初學者更好地理解當前學術領域的研究前沿和研究趨勢，以及這些前沿和趨勢對于未來的可能影響。同時也可以幫助學者們更好地把握研究方向和目標，提高研究的針對性和效率。

選取2018—2022 年的文獻，時間切片設置為1 年，分析近5 年論文的參考文獻，按關鍵詞聚類，得到研究前沿的集合[7]，見圖8。因為施引文獻是建立在參考文獻基礎上的，所以從這些參考文獻的施引文章中提取出的聚類標簽可大致代表研究的前進足跡。

圖8 近5 年發表論文的參考文獻關鍵詞聚類

#0 聚類是最大的聚類，標簽是機器人輔助步態訓練，共包含45 個節點，該集群的主要施引文獻通過系統比較特異性和非特異性VR 的治療效果，得出“量身定制的VR 系統能為腦卒中提供有效運動康復”這一結論，肯定了VR對腦卒中后運動康復的作用，并指出未來的研究應該著力于探索哪種VR 技術最適合促進神經康復。#1 集群標簽是隨機對照試驗，包含38 個節點，這表明近年來學者們使用嚴格的方法驗證了VR 對腦卒中的作用。#2 聚類標簽是基于VR 的鏡像治療計劃，包含33 個節點，主要施引文獻[11]評估了VR 干預在腦損傷患者的身體和認知康復中的有效性，提出VR 系統的個性化定制可提高治療效果，并需充分考慮安全性及可行性。#3 聚類標記為研究結果，包含32 個節點，該集群主要施引文獻發現：通過游戲進行腦卒中后上肢康復，依從性越高效果越好[12]。并提出未來需要制定一套綜合的神經康復原則。#4 被標記為機器人輔助訓練，包含30 個節點，主要施引文獻發現機器人治療誘導肩部/ 肘關節協調的改善更明顯，且伴隨更少軀干異常運動[13]。

為提高腦卒中患者的生活質量，研究者們已經把VR對腦卒中患者運動功能（如上肢功能康復、步態訓練、神經反饋等）的影響進行了橫向和深入的研究，對于非運動康復（如卒中后癡呆、抑郁或記憶力下降等）方面，盡管已有研究發現VR 可以通過改善腦卒中后癡呆及抑郁等癥狀從而提高預后，但目前仍缺乏有力的客觀證據[14-15]。

3 討論

通過分析最終共納入的3 563 篇相關文章發現：在過去20 余年里，越來越多的研究人員關注虛擬現實在腦卒中康復領域的作用，形成了以Calabro， Rocco Salvatore 和Naro， Antonino 等為代表的多產作者群體。以上幾位作者均來自意大利科學研究協會，幾乎每年都有所產出，在該領域具有舉足輕重的地位。美國國家級研究資金資助發表論文數量占美國發表論文的大半，這與美國對新技術發展的大力支持密不可分。

盡管現代人們實現全球聯系如此便捷，但各個國家/地區機構間的合作仍較欠缺，多數作者局限于自己研究領域中，很難實現技術或思維上的突破，若能加強各國合作，引導思維碰撞，達到技術整合，或許能使當前研究發展更為迅猛，對VR 在腦卒中領域的發展和應用定大有裨益。突現強度持續至今的前5 個關鍵詞中“平衡”排名第一，而“生活質量”“可行性”“系統回顧”和“量表”是新興的研究焦點。平衡是完成動作的基本保證，VR 環境可以將患者的聽覺、視覺和觸覺等整合起來，提供多感官刺激，幫助患者建立良好的平衡，為進一步完成日常生活所需、提高生活質量打好基礎，以上關鍵詞突現度的增加可以看作VR 在腦卒中康復臨床應用中進一步發展的方向。通過對近5 年的研究熱點分析可知，VR 技術對腦卒中后上肢康復及認知康復等方面的研究得到了充分關注。VR 在腦卒中上肢康復已有相當數量的研究，且效果已得到客觀證實，接下來需以目標為導向，全面考慮效果、安全性及可行性，個性化制定康復方案，拓寬VR 治療使用場景，達到精準醫療，使治療效果最大化、副作用最小化。但目前VR 用于腦卒中認知等非運動康復的治療效果僅限于臨床報道，仍缺乏強有力的客觀證據，如量表、生物標志物、影像學資料的支持，所以未來臨床應用和研究VR 改善非運動功能時還應擴大樣本量，注重全面詳細的客觀數據收集，以進一步指導個性化康復方案的制定，提高腦卒中失能患者的生活質量。

綜上所述，通過對已發表文獻的分析，未來虛擬現實技術在腦卒中的臨床應用還應關注以下幾方面：一是加強各學科領域的融合，強化跨國/跨地區合作；二是探索基于VR 康復的機制，細化促進腦卒中患者康復的手段，精準醫療；三是關注患者非運動癥狀對運動康復的影響，搜集高質量證據等。

本研究僅納入WOS 核心合集中的綜述和論著進行文獻計量學和可視化分析，存在單一數據庫采集數據的問題，且限制了文獻類型，可能會對結果造成一定偏倚。