虛擬現實技術在前庭康復護理中的研究進展

徐 檬，趙斐斐

眩暈是一種使人衰弱的癥狀，導致醫療保健利用率增加和病人工作效率下降[1]。前庭康復用于管理前庭疾病的癥狀表現。然而，前庭康復受到可及性和時間投入的限制。近些年，虛擬現實被描述為一種前庭康復工具，可以規避這些治療障礙。盡管如此，虛擬現實對前庭康復的效果仍不清楚。本研究旨在回顧和總結目前關于基于虛擬現實的前庭康復有效性的文獻，了解近年虛擬現實技術在前庭康復中的研究進展。

1 虛擬現實技術在前庭功能障礙病人康復護理中的應用意義

前庭康復是眩暈病人的主要治療手段，治療場地可以在家和醫院中完成。虛擬現實(VR)和增強現實(AR)技術作為一種前庭康復的輔助手段可以使前庭功能障礙病人暴露于動態虛擬現實環境中，對存在運動或視覺刺激癥狀的病人應用虛擬平衡游戲，與常規VR相比，頭暈和生活質量都有所改善，采用沉浸式虛擬現實技術輔助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練方法[2]。Campbell等[3]強調了堅持治療在確定通過旨在預防視障者跌倒的家庭干預措施所獲得的益處方面的重要性。有氧訓練方案相關的交互式視頻游戲系統比單獨的有氧訓練方案更能提高依從性和身體健康水平[4]。因此，使用VR/AR可以改善前庭康復依從性和整體結果[5-6]。虛擬現實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實現改善的習慣化，替代和適應，已被研究為一種康復干預，并被發現可以改善各種疾病癥狀。綜上所述，VR主要增強病人前庭和平衡系統的適應性；可以降低對頭暈的高度警惕，減輕焦慮等情緒困擾[7]；因此，臨床中可以根據病人的需求和治療偏好，虛擬現實訓練法是很有前景的，可在安全且相對容易控制的條件下提供更具挑戰性的交互環境，增加病人的沉浸感和訓練興趣，以強化訓練效果[8]。

2 在前庭病人康復中應用的主要虛擬現實技術

2.1 前庭運動和光動刺激虛擬現實系統 虛擬現實設備 (OCULUS GO)由虛擬現實耳機和控制器構成[9]。頭戴式顯示器(HMD) 是可移動的無線顯示器，視野為110°，分辨率為2 560×1 440 K，刷新率為60 Hz。該虛擬現實系統由前庭運動(VE)和視動刺激(VRT)兩部分組成，在虛擬現實環境中，目標是一個機器人，它引導參與者跟隨，并通過音頻指導。所有參與者使用帶有頭戴式顯示器的虛擬現實系統接受VE 20 min，每周1次，持續4周[10]。前庭鍛煉計劃包括三個環節，第一個環節是一個自適應前庭眼反射練習在穩定的背景下，在一個房間里病人的頭部安裝顯示器必須旋轉超過15°的一個固定目標；第二個環節是一個自適應的視覺引導前庭-眼部反射練習慣用的背景(海里的魚)；第三環節是頭頸部的活動，因為視野是270°，病人應迅速轉動頭部尋找目標。每一個環節增加難度，使得移動頭部和/或眼睛更快。光動刺激像夜空中星星一樣的小閃電點來刺激，圍繞病人順時針旋轉。VE可以改善前庭功能障礙的頭暈，生活質量和步態功能;對于有視覺眩暈癥狀的個體如持續性姿勢知覺頭暈的病人應額外用光動刺激治療，Choi[9]的研究證明視覺刺激有積極作用。

2.2 沉浸式虛擬現實技術模擬現實系統 沉浸式虛擬現實技術(VR)通過兩種不同的策略將受試者置于模擬的現實世界中來治療前庭功能障礙。一個使用頭戴式顯示器VR設備的門診系統，第二個使用全身浸入式住院系統，如沉浸式康復鍛煉系統(Gesturetek Heath)[11]；根據虛擬現實系統的種類也可以分為高端系統、現成系統，高端系統主要有頭戴式顯示和廣角顯示，現成系統任天堂Wii、微軟公司Kinect和混合系統(利用低價系統和專門開發軟件)。這些系統在沉浸感、技術規格、前端靈活性、可用性、價格和是否可應用關于康復等方面都有所區分。在過去的幾年里,可下載的康復輔助視頻游戲已經引起了物理康復師的濃厚興趣。此外,很多實驗也證明老年病人非常享受有這種視頻游戲的康復體驗。與VR相比，AR增強了現實世界的環境，而不是取代它。增強現實通過計算機生成的聲音、文本和圖形，將投射到用戶的自然視覺和聽覺領域，從而增加受試者的現實世界感官輸入[12]。增強現實平臺已被用于使用AR眼鏡治療前庭疾病。

2.3 基于虛擬顯示技術的運動感覺組織測試 基于虛擬顯示技術的運動感覺組織測試(LSOT)是一種評估前庭功能障礙病人步態姿勢的新方法。它是在感覺組織測試(SOT)這個廣泛研究的一個拓展，因為在運動等更動態的任務中，人們對這些過程知之甚少。有學者開發并實施了一種實驗裝置，該裝置由集成的儀器化多感官虛擬現實環境組成，LSOT設備由VR環境和包含兩個嵌入式測力板的儀器化跑步機組成，集成到一個系統中允許同步數據收集和刺激顯示[13]。步行過程中的視覺輸入具有獨特的編碼任務特定信息的能力，包括行進距離，導航，規劃步行軌跡和感知環境特征[14]。假設我們行走過程中的動態姿勢控制會受到單峰和多模態感覺擾動的影響，從而誘導感覺重新校準。該儀器也揭示了多感官的相互作用，視覺在保持動態運動任務中將顯著增加視覺條件引起的姿勢擾動，LSOT條件下視覺增益的增加反映了視覺輸入對運動控制的重要性[15]。

3 虛擬現實技術在前庭康復病人康復護理中的應用方法

3.1 沉浸式VR輔助前庭功能的康復護理 使用沉浸式虛擬現實輔助前庭康復系統軟件,訓練軟件系統包括2個級別:入門適應級別(坐式訓練)15場景,鞏固提高級別(站立式訓練)21場景。要求病人使用頭戴式顯示器、手柄在虛擬場景完成各項指定任務:目光跟隨訓練、傳送帶任務訓練、置物訓練、控制訓練。訓練過程中系統通過場景變化、聲光反饋效果等產生逼真的立體視覺、聽覺線索,讓病人跟隨線索做眼、頭、腰協調運動完成指定任務,系統根據人機交互功能以任務完成情況給予評分,使病人在沉浸訓練環境中產生游戲感,增加趣味性,減少對訓練的乏味感[16]。該訓練對訓練場地陪護人員沒有特殊要求,更適合離院家庭式訓練。為利用VR技術對平衡功能障礙病人進行有針對性的個體化康復治療,能夠顯著提高前庭康復的效率和效果可改善病人的平衡功能、日常活動能力及生活質量。有研究表明沉浸式VR輔助前庭功能的康復護理可降低老年人跌倒風險[17]。

3.2 虛擬技術對病人平衡功能的康復護理 虛擬平衡訓練包括坐位時頭部及身體的姿勢控制，站立時身體平衡控制及WBB上身體平衡控制等，如障礙滑雪、果園采摘、沙灘排球、超市購物等平衡訓練游戲[18]。障礙滑雪虛擬情景為:在設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、向右移動來調節身體重心以躲過障礙物并完成任務，主要訓練眩暈病人的穩定極限[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重心并完成采摘，主要訓練眩暈病人的動態穩定性。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，病人通過調整身體重心來用手拍擊排球以完成任務，主要訓練眩暈病人的姿勢穩定性。超市購物虛擬情景為:在復雜的虛擬商品陳列背景下，通過調整虛擬通道的長度、寬度及視物內容來改變超市內視覺環境的復雜性，是前庭-眼反射意志的強化訓練。虛擬現實技術借助精確的測評、反饋、訓練等手段，增強了康復訓練的趣味性，同時還提高了訓練效果，病人也愿意積極地參與鍛煉，提高了訓練的效果[20]。

4 VR用于前庭康復中存在的問題

在國外，目前已有很多文章報告了虛擬現實應用(特別是游戲平臺)，針對神經系統損傷或老年病人姿勢穩定性差的特點，可用動態平衡訓練改善[6,21]。直至近些年,才有應用于前庭適應性鍛煉的相關虛擬現實技術相繼面世,如凝視視靶同時行頭部運動[22]。盡管虛擬現實系統在應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練的技師干預指導,價格過于昂貴，因此這項技術對于大部分前庭康復臨床醫生與病人來說都是難以企及的。

我國的虛擬現實技術起步較晚，目前虛擬現實技術受價格、技術等方面的制約還不能更多地普及應用。缺乏合適的內容、費用昂貴是其面臨的主要障礙，雖然生物仿真學及腦科學等領域的研究問題還未能完全實現，但VR在醫學保健領域發展趨勢較好。VR技術不僅可有效提高外科手術質量，降低醫療風險，還可以提高成本效益。因此，建議未來VR干預應立足病人需求，結合用戶反饋，探索VR內容，拓寬使用場景，進而提高VR干預的有效性；繼續監測不良事件，建立臨床緩解病人風險的證據基礎，促進醫護人員全面認識疾病進展，推動護理模式變革。

5 小結和展望

綜上所述，針對傳統康復療法不具有的優勢，VR技術已經成為前庭康復護理中的一個有前途的工具。未來病人的前庭康復鍛煉地點可以更加廣泛，不只是在家中、醫院，而是可以隨時隨地進行，這將是虛擬現實(VR)和增強現實(AR)中創造的模擬環境中的有趣活動可能增加益處的領域，可以大大提高前庭康復鍛煉的效率。未來應不斷創新VR技術，依托多學科團隊，開展大規模、設計科學、多人群、關注病人的個人偏好與VR體驗滿意度，指導臨床醫護人員參與VR系統的開發應用，指導病人正確、高效地進行康復鍛煉，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虛擬現實技術和遠程網絡相結合，提供輕便、簡單的硬件設備和生動形象的虛擬場景，提升VR技術的延伸服務，增加VR潛在的經濟效益與社會效益，開發適用于我國醫療背景、操作簡單的VR新技術，推動VR在臨床中的廣泛應用。