虛擬現實技術在痙攣型腦癱患兒康復護理中的應用進展

王楠，高巖 ，任麗杰 ，楊艷

(1.中國醫科大學附屬盛京醫院 護理部，遼寧 沈陽 110004；2.中國醫科大學附屬盛京醫院 康復中心)

腦癱(cerebral palsy,CP)是由發育中的大腦靜態(非進行性)損傷引起的一系列兒童姿勢和運動障礙綜合征，是造成兒童終身殘疾的最常見原因[1]。2013年國內的流行病學調查[2]顯示，我國腦癱的患病率為2.46‰。痙攣型腦癱(spastic cerebral palsy,SCP)是腦癱最常見的類型，包括痙攣型雙癱、痙攣型四肢癱和痙攣型偏癱[3]。腦癱除了會出現運動障礙往往還會有感覺、知覺、認知、交流和行為障礙，并伴有癲癇和繼發性肌肉骨骼問題[4]。有研究[5-8]顯示，虛擬現實(virtual reality,VR)技術以其獨特的優勢在痙攣型腦癱患兒的運動障礙、認知障礙以及疼痛等的康復護理中起到了不可忽略的作用。VR技術安全性高、趣味性強，目前已廣泛應用于帕金森、腦卒中等患者的康復中[9-12]。然而，我國由于整體兒童康復起步較晚，對VR技術在痙攣型腦癱患兒中的關注不足，應用研究也較少。因此，本研究通過檢索國內外相關文獻，對VR技術在痙攣型腦癱患兒的康復護理中的應用情況進行綜述，為臨床醫護人員提供參考和借鑒。

1 虛擬現實技術在痙攣型腦癱患兒康復護理中應用的意義

雖然傳統的康復療法顯示了在痙攣型腦癱患兒功能康復中的作用，但患兒對這些療法的興趣較低、配合性較差，痙攣型腦癱患兒的康復與護理一直是個難點。VR技術是由計算機的硬件和軟件創建的一種交互式模擬，涉及到身體和神經康復中的3個要素:重復、感覺反饋和動機[13]，這些要素可以促進患兒主動接受多次康復訓練并給予實時積極的反饋。神經可塑性研究[14]表明，虛擬現實康復與干預期間積極參與的動機呈正相關。除了動機之外，虛擬療法還能增強神經重組，從而優化痙攣型腦癱患兒的康復效果。Levac等[15]總結了為什么VR在痙攣型腦癱患兒康復護理中具有獨特的意義:患兒可以在VR環境中增加練習的持續時間、強度和頻率，多次重復能促進神經通路的恢復；VR可以模擬一個與現實生活類似的環境，這有助于使患兒從醫院過渡到現實生活；VR環境可以輕松調整任務難度，為患兒提供足夠的挑戰；VR還可以提供與任務績效或結果相關的即時視覺和聽覺反饋，使醫護人員及時發現不足并加以調整；VR游戲可以為患兒提供解決問題的機會，以優化運動學習，導致神經可塑性變化；由于游戲的特點和動畫，VR可以增加患兒在游戲過程中的動機和參與度，使患兒能多次重復的訓練而不感到厭倦。基于以上傳統康復療法不具有的優勢，VR技術已經成為了痙攣型腦癱患兒康復護理中的一個有前途的工具。

2 在痙攣型腦癱患兒康復護理中應用的主要虛擬現實技術

2.1 個體化設計的虛擬現實訓練系統 個體化設計的系統可根據痙攣型腦癱患兒不同部位、功能、康復時限和內容進行設計，兼具專業性與定制性。這種系統能依據患兒的興趣對患兒上肢肩、肘、 腕、手指等關節的靈活性、協調性及下肢腿、膝、腳等部位的平衡性、行走功能、控制功能等實現針對性的康復訓練，減輕患兒厭訓情緒，加快指定部位的功能恢復，減少康復護理人員的工作量[16]。但因其成本較高、耗時較長以及專業性較強，目前還未得到廣泛的使用。

2.2 基于Wii的虛擬現實訓練系統 Wii系統包括Wii Sports以及Wii Fit等，由主機與手柄運動傳感設備組成。痙攣型腦癱患兒通過遙控器來感知動作，從而提供有關動作的信息和反饋。Wii Sports包括射箭、籃球、高爾夫球等，Wii Fit包括瑜伽、力量訓練和有氧運動等。現有的研究[14]已證實,Wii在改善痙攣型腦癱患兒上肢的運動質量和肌肉能力、下肢的平衡控制和移動，視覺-知覺處理方面的有效性。

2.3 基于Xbox Kinect的虛擬現實訓練系統 Xbox Kinect系統由虛擬環境、紅外攝像頭傳感器和監視軟件包組成。3D動作捕捉和手勢識別是Xbox Kinect相對于其他VR產品最突出的特點。用戶無需觸碰任何游戲控制器，通過手勢便可控制游戲環境并與之互動，這有助于使精細運動技能和靈敏度受損的痙攣型腦癱患兒有效的參與其中[6]。根據參與者的運動功能，在Xbox Kinect 中通常選擇包括足球、沙灘排球和保齡球在內的運動項目。參與者通常在站立姿勢下進行髖關節屈曲、髖關節外展、髖關節外旋等主動運動，促進了痙攣型腦癱患兒平衡和日常生活活動能力的恢復。相比于Wii，其器材更加繁瑣復雜，需在專業的醫療護理人員的指導下使用。

3 虛擬現實技術在痙攣型腦癱患兒康復護理中的應用方法

3.1 基于虛擬現實技術的上肢運動康復護理 痙攣性偏癱與上肢運動相關的大腦區域的單側靜態損傷和運動障礙相關，包括關節活動范圍受限、粗大和精細運動功能異常、感覺運動不協調和肌肉無力等[17]。這會嚴重損害兒童的上肢功能，影響患兒日常生活活動的參與、獨立性和生活質量，如接觸、抓握和操縱物體，吃飯、穿衣和洗澡等[18]。Ren等[19]在作業療法后對痙攣型腦癱患兒中的實驗組進行40 min/次，1次/d，5次/周的個體化設計的VR訓練。3個月后，VR 組患兒上肢抓握、視覺-運動整合、精細運動發育得到了顯著的改善。個體化設計的VR訓練能針對性的鍛煉患兒的運動功能，增加訓練的趣味性，帶來更好的康復效果。Do等[8]在一項研究中招募了3名痙攣型偏癱腦癱患兒，使用任天堂Wii游戲結合雙側手臂訓練對患兒進行干預。結果表明，基于VR的雙側手臂訓練是提高痙攣型腦癱患兒患側上肢運動技能和雙側協調能力的有效干預方法并具有長期的作用。VR使患兒沉浸在與游戲互動的虛擬世界中，不僅調動了其積極性，也使患兒精神上得到了放松，減輕了護理人員的負擔。塁ahin等[20]在兒科診所將60名單側痙攣型腦癱患兒隨機分為實驗組和對照組，實驗組進行8周的Xbox Kinect訓練，結果表明，Kinect可以改善患兒的精細運動功能，如上肢協調性、反應速度和靈活性等，提高日常生活活動能力和社會認知等。兒童手部使用是康復護理過程中最具挑戰性的問題之一，對于手部功能的康復單獨應用傳統治療方法(如物理療法、職業療法、機器人療法)是不夠的。在VR模擬的環境中，痙攣型腦癱患兒可以實現視、聽、觸、動覺等方面的虛擬互動和反饋，上肢以及手部的運動功能可以通過長期規律的練習得到改善。以往的研究多關注痙攣型腦癱患兒的粗大運動功能，未來的研究應集中在對患兒手部的精細功能的康復護理，從而促進患兒早日回歸正常的生活。

3.2 基于虛擬現實技術的下肢運動康復護理 痙攣型腦癱患兒一般會出現下肢肌張力增高、肌力下降、粗大運動功能受限、以及會出現步態和平衡能力的受損。這些癥狀會嚴重影響患兒的行走能力，使患兒難以像正常的同齡人一樣參與各項日常活動。任凱等[16]在一項研究中將個體化VR訓練應用于實驗組，干預3個月后，患兒的粗大運動能力、平衡能力以及步速均較干預前有所提升，下肢腓腸肌的肌張力和步態周期明顯低于對照組。Tarakci等[21]將38名痙攣型腦癱患兒(雙癱、偏癱、運動障礙型)隨機分配到常規平衡訓練組和基于Wii Fit平衡的視頻游戲組，每組完成12周的鍛煉計劃，研究表明，該方法能顯著提高痙攣型腦癱患兒的平衡功能和日常生活活動的獨立性水平。此外，VR訓練作為一項新的康復技術，在改善患兒的各項功能康復的同時也提高了患兒和家庭的滿意度。Jung等[22]使用Xbox Kinect對4名痙攣型雙癱腦癱患兒進行4周的排球、足球和保齡球等項目的VR訓練，研究表明，訓練后患兒的選擇性運動控制、平衡和步態方面均顯示出積極的反應。但由于受試者過少參與時間較短，并且此研究沒有對照組，相關結論仍需進一步驗證。Grecco等[7]將連續經顱直流電刺激與VR訓練結合，結果表明，干預組在步態、大肌肉運動功能和移動性方面顯示了積極的影響，說明VR訓練結合連續經顱直流電刺激更有助于痙攣型腦癱患兒的下肢康復。與單純應用VR相比，VR結合其他作業療法或者物理療法等會對痙攣型腦癱患兒產生更明顯的作用。

3.3 基于虛擬現實技術的認知功能康復護理 認知功能的下降也是痙攣型腦癱患兒的一個典型癥狀。認知障礙可以導致注意力不集中、執行力下降、記憶和學習障礙以及定位障礙等。國內外已有相關文獻證實VR在改善腦卒中患者、急性心肌梗死患者以及癡呆患者認知功能中的積極療效，但將VR應用于痙攣型腦癱患兒中探索認知能力的文獻較少。Aran 等[6]對痙攣型腦癱的兒童采用Xbox Kinect游戲進行干預，使用的VR游戲包括跳躍、向前或向左右傾斜、踢足球等，結果表明，與干預前相比，兒童認知功能相關評分顯著提高。VR通過趣味性的虛擬游戲場景與腦癱患兒進行互動，反復訓練了兒童的認知能力，如定向、空間感知、視覺感知和執行功能，因此該研究建議將VR應用于痙攣型腦癱患兒的認知康復中。但是此研究的基線認知水平測試可能沒有提供足夠的代表患兒認知能力的信息，未來可以同時使用多個認知測試來確認患兒的基線認知水平，以減少偏差。

3.4 基于虛擬現實技術的疼痛管理 痙攣型腦癱患兒比正常同齡人更容易經歷疼痛。疼痛感可由多種原因引起，包括肌肉骨骼畸形、肌張力亢進、肌肉痙攣等，也有一些是由于偏癱患兒康復的治療中帶來的疼痛，如物理療法、中醫推拿等。疼痛是一種復雜的體驗，長期的慢性疼痛會阻礙患兒的恢復進程。有研究[23]證明，VR對于改善兒童的急慢性疼痛以及緩解焦慮是有效的。這可能是因為患兒在與沉浸式VR交互時會轉移注意力，導致對傳入的疼痛信號反應較慢。傳統的止痛劑阻斷了疼痛在向中樞神經系統傳遞時的C纖維通路而阻止疼痛信號的傳遞，VR不中斷疼痛信號，但通過注意力、情緒、注意力、記憶和其他感官直接和間接作用于疼痛感[24]。我國學者徐怡等[5]對痙攣型腦癱患兒在常規康復的治療基礎上增加VR訓練。根據患兒的認知水平選擇播放海底世界等3D全景視頻和一款以美麗的樹木和花朵為背景的平靜而又輕松的解謎游戲來使患兒沉浸在虛擬環境中，結果證明，VR可以顯著緩解痙攣型腦癱患兒的疼痛感并且幫助患兒提高康復療效。但目前關于VR在痙攣型腦癱患兒中疼痛的應用較少，可以進一步探索VR是否能改善痙攣型腦癱引起的疼痛或者改善疼痛的程度。

4 小結和展望

綜上所述，無論是在肢體運動還是認知、疼痛等方面，VR都展示了它在促進痙攣型腦癱患兒康復護理中的積極作用。隨著科技的普及以及虛擬設備價格的降低，將VR應用于家庭進行遠程康復訓練也是未來的一個研究方向。然而，關于VR有以下幾點不足：(1)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；(2)考慮到VR的商業性以及各痙攣型腦癱患兒之間的差異，研究人員應該根據患兒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游戲和方案；(3)盡管有很多研究證明了應用VR治療痙攣型腦癱患兒短期內能更好的提高康復療效，但長期的效果仍然難以確定；(4)目前的研究中大多都是在干預后用量表評分，這可能會帶來一定的偏倚。未來可以用相應的儀器設備檢測干預后的痙攣型腦癱患兒大腦的神經通路，驗證VR是否對大腦產生了重塑作用。