论文部分内容阅读
【摘要】 本文旨在介绍虚拟现实技术在脑卒中后遗症，包括认知障碍、平衡功能障碍、步行功能障碍和上肢功能障碍康复中的应用情况。通过综述近十年来应用虚拟现实技术于脑卒中后康复的研究，分析了虚拟现实技术的优缺点，并对虚拟现实技术在康复医学领域未来的发展前景进行了展望。结果表明虽然虚拟现实技术应用于康复临床仍有值得进一步研究的地方，但近年来的一些随机对照临床实验研究表明，将虚拟现实技术应用于脑卒中后的康复是有效的。
【关键词】 虚拟现实； 脑卒中； 康复
【Abstract】 The aim of the review is to introduce the application of virtual reality（VR） technology on rehabilitation for stroke sequelae including cognitive impairment，balance dysfunction，walking dysfunction and upper limb dysfunction.Studies of VR application on stroke sequelae conducted over the past ten years were reviewed，compared with the traditional rehabilitation methods，analyzed the advantages and disadvantages of virtual reality technology and prospected the future development of virtual reality technology in the field of rehabilitation medicine.The few randomized controlled trials that have been completed show that some applications are effective on the rehabilitation for stroke patients by virtual reality technology although further study is needed.
【Key words】 Virtual reality； Stroke； Rehabilitation
First-author’s address：Yueyang Hospital of Integrated Traditional Chinese and Western Medicine，Shanghai University of Traditional Chinese Medicine，Shanghai 200437，China
doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2017.29.035
脑卒中（stroke）又称脑中风或脑血管意外（cerebrovascular accident，CVA），是指急性起病，由于脑局部血液循环障碍所导致的局限性或全功能障碍，症状持续时间至少达24 h或者引起死亡的临床症候群。我国流行病学资料显示，脑卒中患者在人口死因顺序中居第二位，全国每年新发脑卒中患者约200万人，每年死于该病的患者约150万人，存活的患者人数（600～700）万，存活者中有70%以上有不同程度的功能障碍，其中40%为重度残疾。脑卒中的具体临床表现为认知功能障碍、运动功能障碍、言语功能障碍、情感障碍和其他功能障碍等[1]。
虚拟现实（virtual reality，VR），是一种计算机仿真系统，可以用来创建和体验虚拟世界。VR概念最早是由美国的VPL公司创始人Jaron Lanier于1989年提出的，经过将近30年的发展，VR已经集合了仿真技术、计算机图形学、多传感技术、人工智能技术、网络技术等多种计算机前沿技术，具有现场感（presence）、交互性（interactivity）、沉浸性（immersion）、构想性（Imagination）等特点，因此又被称为人工环境（artificial environments）、虚拟环境（virtual environments）、网络空间（cyberspace）[2]。随着计算机信息技术和人工智能的飞速发展，VR技术在娱乐、军事、教育、工业、建筑、医学等领域得到了广泛的应用[3]。在医学方面，VR技术为医学教育和培訓、疾病诊断和治疗、疾病的康复提供了全新的方法[4]。在康复医学中，VR技术目前主要应用于脑卒中后的认知功能康复、平衡功能康复和上肢运动功能康复。
1 VR在脑卒中认知功能康复中的应用
认知功能障碍主要包括记忆障碍、失语、失用、失认、失读、视空间障碍等[5]，是见于脑卒中、脑损伤、脑瘫等脑部疾病的后遗症，其中记忆障碍占45.4%[6]。传统的认知功能康复方法，如运动疗法、作业疗法、物理治疗、药物治疗和针灸治疗等[7]。VR技术作为一种新的计算机虚拟工具，为脑卒中患者认知功能的康复提供了全新的治疗思路与方法。
国外较早开展了VR在脑卒中患者认知康复方面的应用。Faria等[8]选择了18名脑卒中患者进行对照研究，结果发现VR对脑卒中患者的认知功能康复是有效的。也有学者尝试将VR应用在认知康复和其他方面的结合上，如Monica等研究将情感认知融入到VR运动康复训练中，通过VR设备让脑卒中患者用肢体的运动去完成在数张图像中选择出目标图像并进行回忆任务。目标图像对应着不同的情感特征，有积极的、中性的和消极的，有10名脑卒中患者参加了实验，结果发现与中性图像相比，带有消极情感特征的图像更加难以引起脑卒中患者的注意力，消极情感特征的图像更加难以被正确地回忆，能够获得更多关于脑卒中患者情感和认知关系方面的信息[9]。 国内最近也开始将VR应用在脑卒中患者的认知康复中，取得了不错的效果。王大为等[10]应用Anokan-VR虚拟现实康复训练系统对轻度认知功能障碍患者60例进行对照研究，结果发现VR在治疗轻度认知功能障碍方面有一定作用。
国内在应用VR进行脑卒中认知康复的同时，还尝试对其机制进行了探索和研究。如温鸿源等[11]研究发现3DVR训练能够促进脑卒中记忆功能障碍患者海马区脑组织代谢的改善。海马是大脑记忆功能的重要结构，研究显示海马左侧中的H-MRS与记忆功能障碍有一定联系，这说明VR训练可能通过改善大脑记忆功能的结构海马组织来改善大脑记忆功能。
2 VR在脑卒中步行功能康复中的应用
步行能力是脑卒中偏瘫患者运动功能的重要体现[12-13]，其中步行速度和稳定性则体现了步行能力的两个方面[14]。脑卒中患者的康复目的之一就是恢复正常的步态和步行能力。
国外许多研究组织早已成功运用虚拟现实技术对卒中后的患者进行运动康复训练，取得了一定的临床资料和治疗成果。如Dickstein[15]最先运用虚拟现实“虚拟人”对卒中后的患者进行运动康复训练，结果表明提高了患者的康复速度。Deutsch等[16]开发了由脚踝关节运动控制的虚拟康复训练程序，经过研究发现，利用虚拟现实技术使患者脚踝运动功能的康复速度得到了提高。You等[17]利用虚拟游戏系统来训练患者的步行能力，结果发现，步行速度、社区中的行走距离，以及跨越的台阶数均有明显增加。
国内将虚拟现实技术应用于运动康复中的研究也越来越多，并将VR康复与传统康复的效果进行了对比。文献[18-19]选取脑卒中后偏瘫患者进行随机对照实验，对照组采用传统运动康复疗法，实验组用VR进行康复，结果发现VR康复治疗可有效改善由脑血管疾病造成的躯体、肢体运动功能障碍，提高患者的日常生活能力。
国内也有学者尝试将VR训练结合其他训练同时进行，发现VR结合运动康复训练也能取得很好的效果。林玲等[20]通过研究发现，VR结合减重平板训练对脑卒中患者步行功能的改善作用优于常规步态训练，并推测VR系统可能是通过激活并建立前额叶皮层与各运动皮层的神经连接来帮助患者加快了运动功能的康复。肖湘等[21]通过研究发现，VR结合同步减重训练可改善亚急性期脑梗死患者步态的时间不对称性和下肢Fugl-Meyer评分。金怡等[22]研究发现，应用VR技术辅助脑血管患者进行八段锦训练，让患者跟着图形影音训练的疗效要优于常规步行训练，改善了脑卒中患者的步行能力。说明VR辅助下的体育运动康复训练增强了训练效果，改善了脑卒中患者的运动功能。
3 VR在脑卒中平衡功能康复中的应用
平衡功能障碍是影响脑卒中患者恢复正常运动功能的多种障碍之一，脑卒中患者中50%～80%遗留有平衡功能障碍[23]，这是因为脑卒中患者由于高位中枢病变失去了对低位中枢的控制，常出现肌张力异常及运动不协调，从而影响躯干控制可站立位平衡恢复。平衡训练可以改善脑卒中患者平衡和步行功能[24-25]，故平衡能力对于脑卒中患者运动功能的恢复十分重要。
国外的一些研究发现VR在脑卒中患者平衡能力康复方面可以取得不错的效果。Yang等[26]研究发现VR结合跑台训练比单纯的跑台训练在改善患者平衡能力方面可以取得更好的效果。Kim等[27]应用VR系统与传统康复方法进行研究对比发现VR在改善患者平衡能力方面可以取得更好的效果。Cho等[28]通过对22名脑卒中患者进行随机对照发现，参与VR平衡训练的患者比接受传统康复治疗的患者在动态平衡能力方面取得了显著的提高。
国内也有不少学者对VR平衡训练与传统康复训练的效果进行了对比研究，文献[29-31]对脑卒中患者进行随机对照研究发现，基于VR的平衡训练能有效提高脑卒中患者的站立平衡功能，尤其在长期的站立平衡功能上有显著的促进作用，说明虚拟游戏训练有助于改善脑卒中患者的平衡功能，可以作为脑卒中患者恢复平衡功能的训练方法。
4 VR在脑卒中上肢运动功能康复中的应用
脑卒中后的上肢肢体功能障碍是患者及其家属在后期康复中需要解决的主要问题之一。脑卒中后遗症中最常见的是中风后的偏瘫，痉挛性偏瘫是常见的脑性瘫痪之一，占偏瘫发病的36%，一般步行能力良好，主要遗留有单侧上肢功能障碍。85%脑卒中患者在发病的开始就有手功能障碍，30%～36%的脑卒中患者在发病6个月时仍遗留有手功能障碍[32]，这对患者运动功能的康复十分不利，给患者的日常活动带来了诸多不便，影响了患者正常的生活。
国外许多研究机构对虚拟现实技术应用于脑卒中患者上肢运动功能康复训练进行了探索和研究。Jack等[33]开发出基于PC的桌面虚拟环境系统，并根据手部运动的具体参数设计出交互式的虚拟游戏应用于脑损伤患者手部功能训练，3名脑卒中患者接受了临床实验，取得了很好的效果。Connelly等[34]利用VR结合充气手套对脑卒中后手功能患者康复训练，实验结果表明患者在手腕关节活动和手掌收缩方面有所改善。Kayyali等[35]开发了一套针对脑卒中患者的虚拟康复系统，该系统结合有触觉反馈作用的收据手套，并设计了不同的训练场景来满足不同的训练需求。Godfrey[36]利用VR结合手部外骨骼机器人，对慢性脑卒中后手部痉挛患者进行康复训练，结果表明患者的手指关节活动度都有一定程度的改善。
国内也有学者尝试开发应用于脑卒中患者上肢功能康复的VR系統，如华南理工大学的伍平平[37]开发了一套针对脑卒中恢复期患者偏瘫上肢运动功能康复的虚拟现实系统，该系统利用3DMAX构建了虚拟超市场景模型和虚拟手模型，并选择了20例偏瘫恢复期且有上肢运动功能障碍患者进行临床实验，临床实验结果表明虚拟现实系统对恢复期患者上肢的运动功能的恢复有很大的改善作用，能有效的提高患者的日常生活能力。 VR在上肢功能康复的临床应用效果方面，国内也进行了一些尝试，如程秀艳[38]进行随机对照研究发现，虚拟现实技术配合手功能训练比单独进行手功能训练治疗的痉挛型偏瘫患儿的上肢功能的疗效更好，可以更好地改善偏瘫患者上肢功能和日常生活自理能力。
5 VR的优势与不足
相对于传统运动康复训练的枯燥和单一，VR技术在康复领域中有如下优势：（1）身临其境感，投入感强。VR技术的特点之一就是沉浸性，可以让患者在训练时有身临其境的感觉，这样就能够更加专注的投入到康复训练中，从而提高训练的效率。（2）轻松有趣。VR康复技术使用的各种康复训练游戏，能让患者在轻松愉悦的心理状态下进行康复训练，这能让原本枯燥乏味的康复训练变的更为生动有趣，同时VR康复系统也可以不断开发新的程序，大大增强了康复训练的乐趣，这对于减轻患者由于疾病带来的心理问题，也是十分有益的。（3）便利性。VR训练设备可以移动，方便患者在家中训练，这对于开展社区康复和家庭康复十分便利，从而减轻了康复患者对医护人员和家属的依从性，节约了医疗资源。（4）训练直观，便于操作。VR康复系统通过形象直观的图像来引导患者进行任务训练，这对于患者理解训练内容和任务十分有利，尤其是对于有语言理解障碍的患者，减轻了医患之间的沟通难度，从而使得康复训练能够更加顺利的进行。不足：（1）多是局部训练，缺少针对整体功能的产品开发。目前用于康复训练的VR系统，多数只是针对患者某一种运动功能进行设计和应用，还没有涵盖整体功能方面的产品。（2）交互性和沉浸感不足。用于康复的VR系统交互模式还比较单调，沉浸感设计方面的模式也较为单一，互动体验模式也不够丰富。（3）临床应用较少，还处于产品研发阶段。作为一种新兴的技术，VR康复系统在临床上的应用才刚刚开始，多数产品还在研发阶段，临床应用方面还有待推广。（4）对环境的安全性要求高，VR训练设备多需佩戴特殊的头戴式眼镜，这就使患者对真实的环境信息的识别和确认存在一定的风险，加上脑卒中患者多伴有运动功能障碍，因此就需要在陪护者的辅助下进行训练，以免发生危险事故。
6 VR在康复医学中的前景
随着人工智能技术和计算机虚拟网络技术的发展，以及越来越多的老龄化人口和日益增多的康复患者，VR技术的优势使其将在运动康复、神经康复、肢体功能康复等领域大有可为。高盛预测报告显示，到2025年，VR市场规模将高达800亿美元，其中医疗健康领域将占51亿美元，用户数约320万。基层康复医疗资源的短缺，尤其是康复医生的不足和康复技术的短缺，为VR在康复中的应用提供了广阔的前景。社区康复和居家康复的开展与推广，也为VR的应用提供了充足的空间。除了康复的临床需求，康复医学生的学习需求，尤其是康复医学对于从业者在操作技能方面的熟练掌握，也使得VR在康复医学院校和康复专业的教育方面的应用前景十分广阔。相信随着技术的进步，资金的投入和康复市场的不断扩大，VR将在康复医学中发挥越来越广阔的作用。
参考文献
[1]南登崑.康复医学[M].4版.北京：人民卫生出版社，2011：158.
[2]张占龙，罗辞，何为.虚拟现实技术概述[J].计算机仿真，2005，22（3）：1-3.
[3]郑彦平，贺均.虚拟现实技术的应用及发展[J].信息技术，2005，（12）：94-95.
[4]王進嘉，张喆，虚拟现实技术在医疗领域应用的发展建议[J].电信网技术，2017，（2）：14-18.
[5]李舜伟.认知功能障碍的诊断与治疗[J].中国神经精神疾病杂志，2006，2（2）：189-191.
[6]黄海芬，游咏，易善清，等.不同部位脑卒中患者认知功能损害的特点分析[J].现代生物医学进展，2013，13（1）：91-94.
[7]张婷，高晓平.脑卒中后认知功能障碍的康复治疗与进展[J].安徽医药，2013，17（8）：1414-1415.
[8] Faria A L，Andrade A，Soares L，et al.Benefits of virtual reality based cognitive rehabilitation through simulated activities of daily living：a randomized controlled trial with stroke patients[J].
J Neuroeng Rehabil，2016，13（1）：96.
[9] Cameir?o M S，Faria A L，Paulino T，et al.The impact of positive，negative and neutral stimuli in a virtual reality cognitive-motor rehabilitation task：a pilot study with stroke patients[J].
J Neuroeng Rehabil，2016，13（1）：70.
[10]王大为，吕陵.Anokan-VR虚拟现实康复训练系统结合原络通经针法治疗轻度认知功能障碍的临床观察[J].世界最新医学信息文摘，2016，16（13）：17-18.
[11]温鸿源，李力强，龙洁珍，等.3D虚拟现实技术对脑卒中记忆功能障碍患者疗效及H-MRS的影响[J].中国老年学杂志，2017，37（1）：100-102.
[12]李林，许光旭，孟殿怀，等.区域性震动训练对老年脑卒中步行功能的临床研究[J].实用老年医学，2014，28（3）：218-225.
[13]向伟华，江钟立.脑卒中平衡功能的评估和训练进展[J].实用老年医学，2015，29（6）：448-449. [14] Kollen B，Kwakkel G，Lindeman E.Hemiplegic gain after stroke：is measurement of maximum speed required[J].Arch Phys Med Rehabil，2006，87（3）：358-363.
[15] Dickstein R.Rehabilitation of gait speed after stroke：a critical review of intervention approaches[J].Neurorehabil Neural Repair，2008，22（6）：649-660.
[16] Deutsch J E，Latonio J，Burdea G C，et al.Post-stroke rehabilitation with the Rutgers Ankle system：a case study[J].Presence，2001，10（4）：416-430.
[17] You S H，Jiang S H，Kim Y H，et al.Virtual reality-induced cortical reorganization and associated locomoter recovery in chronic stroke：an experimenter-blind randomized study[J].Stroke，2005，36（7）：1166-1171.
[18]马宏霞.基于虚拟现实技术的运动康复应用研究[J].中国老年学杂志，2010，6（30）：1630-1631.
[19]赵一瑾，黄国志，谢笑，等.虚拟现实技术对脑卒中患者偏瘫步态训练的临床研究[J].中国康复医学杂志，2014，29（5）：442-445.
[20]林玲，江利，肖湘，等.虚拟现实结合减重平板训练对脑卒中患者步行功能恢复的作用和机制：纵向功能磁共振研究[J].神经影像学，2014，20（4）：313-317.
[21]肖湘，毛玉瑢，赵江莉，等.虚拟现实同步减重训练对脑梗死患者步态对称性及神经网络的影响[J].中国康复医学杂志，2013，28（12）：1104-1108.
[22]金怡，孟殿怀.虚拟现实体育疗法对老年脑卒中患者步行能力的影响[J].实用老年医学，2016，30（12）：1039-1040.
[23]陈绍贞，张保峰，赵江莉.脑卒中患者平衡调节过程中的高级脑功能成份分析[J].中国康复医学杂志，2010，25（2）：139-144.
[24]黄小静，窦祖林，丘卫红，等.动态姿态平衡仪训练对脑卒中偏瘫患者平衡功能的影响[J].中国康复医学杂志，2011，26（11）：1029-1034.
[25]徐林峰，宋水江，杨丹丹，等.强化平衡功能训练对脑卒中患者ADL及步行能力的影响[J].中风与神经疾病杂志，2007，24（2）：241.
[26] Yang S，Hwang W H，Tsai Y C，et al.Improving balance skills in patients who had stroke through virtual reality treadmill training[J].Am J Phys Med Rehabil，2011，90（12）：969-978.
[27] Kim J H，Jiang S H，Kim C S，et al.Use of virtual reality to enhance balance and ambulation in chronic stroke：A double-blind，randomized controlled study[J].Am J Phys Med Rehabil，2009，88（9）：693-701.
[28] Cho K H，Lee K J，Song C H.Virtual-reality balance training with a video-game system in chronic stroke patients[J].Tohoku J Exp Med，2012，228（1）：69-74.
[29]冯绍雯，王萍，王建國，等.虚拟平衡游戏训练在脑卒中患者平衡步行功能康复中的应用[J].中国康复医学杂志，2015，30（11）：1171-1173.
[30]孙然，张通，赵军，等.虚拟现实技术对脑卒中偏瘫患者平衡功能的疗效[J].中国康复理疗与实践，2014，20（5）：458-463.
[31]谢笑，应用虚拟现实平衡训练技术对脑卒中后平衡功能改善的临床疗效观察研究[D].广州：南方医科大学，2015.
[32] Kwakkel G，Kollen B J，vander Grond J，et al.Prohability of regaining dexterity in the flaccid upper limb：impact of severity of paresis and time since on set in acute stroke[J].Stroke，2003，34（9）：2171-2186.
[33] Jack D，Boian R，Merians A S，et al.Virtual reality-based exercise program for stroke rehabilitation[M].In：Proceedings of Assets 2000 Fourth ACM SIGCAPH Conference on Assistive Technologies.ACM Press，2000：56-63.
[34] Connelly L，Jia Y，Toro M L，et al.A Pneumatic Glove and Immersive Virtual Reality Environment for Hand Rehabilitative Training After Stroke.IEEE Transactions on Neural and Rehabilitation Systems Engineering，2010，18（5）：551-559.
[35] Kayyali R，Shirmohammadil S，Saddik A E.Measurement of Progress for Haptic Motor Rehabilitation Patients[M].IEEE International Workshop on Medical Measurements and Applications，2008：108-113.
[36] Godfrey S B.Hand function recovery in chronic stroke with HEXORR robotic training：A case series[J].Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc，2010，2010（10）：4485-4488.
[37]伍平平.基于EON的上肢康复训练系统研究与实现[D].广州：华南理工大学，2013.
[38]程秀艳.虚拟现实技术在脑卒中后手功能障碍恢复中的临床应用[D].呼和浩特：内蒙古大学，2016.
（收稿日期：2017-08-09） （本文编辑：程旭然）
【关键词】 虚拟现实； 脑卒中； 康复
【Abstract】 The aim of the review is to introduce the application of virtual reality（VR） technology on rehabilitation for stroke sequelae including cognitive impairment，balance dysfunction，walking dysfunction and upper limb dysfunction.Studies of VR application on stroke sequelae conducted over the past ten years were reviewed，compared with the traditional rehabilitation methods，analyzed the advantages and disadvantages of virtual reality technology and prospected the future development of virtual reality technology in the field of rehabilitation medicine.The few randomized controlled trials that have been completed show that some applications are effective on the rehabilitation for stroke patients by virtual reality technology although further study is needed.
【Key words】 Virtual reality； Stroke； Rehabilitation
First-author’s address：Yueyang Hospital of Integrated Traditional Chinese and Western Medicine，Shanghai University of Traditional Chinese Medicine，Shanghai 200437，China
doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2017.29.035
脑卒中（stroke）又称脑中风或脑血管意外（cerebrovascular accident，CVA），是指急性起病，由于脑局部血液循环障碍所导致的局限性或全功能障碍，症状持续时间至少达24 h或者引起死亡的临床症候群。我国流行病学资料显示，脑卒中患者在人口死因顺序中居第二位，全国每年新发脑卒中患者约200万人，每年死于该病的患者约150万人，存活的患者人数（600～700）万，存活者中有70%以上有不同程度的功能障碍，其中40%为重度残疾。脑卒中的具体临床表现为认知功能障碍、运动功能障碍、言语功能障碍、情感障碍和其他功能障碍等[1]。
虚拟现实（virtual reality，VR），是一种计算机仿真系统，可以用来创建和体验虚拟世界。VR概念最早是由美国的VPL公司创始人Jaron Lanier于1989年提出的，经过将近30年的发展，VR已经集合了仿真技术、计算机图形学、多传感技术、人工智能技术、网络技术等多种计算机前沿技术，具有现场感（presence）、交互性（interactivity）、沉浸性（immersion）、构想性（Imagination）等特点，因此又被称为人工环境（artificial environments）、虚拟环境（virtual environments）、网络空间（cyberspace）[2]。随着计算机信息技术和人工智能的飞速发展，VR技术在娱乐、军事、教育、工业、建筑、医学等领域得到了广泛的应用[3]。在医学方面，VR技术为医学教育和培訓、疾病诊断和治疗、疾病的康复提供了全新的方法[4]。在康复医学中，VR技术目前主要应用于脑卒中后的认知功能康复、平衡功能康复和上肢运动功能康复。
1 VR在脑卒中认知功能康复中的应用
认知功能障碍主要包括记忆障碍、失语、失用、失认、失读、视空间障碍等[5]，是见于脑卒中、脑损伤、脑瘫等脑部疾病的后遗症，其中记忆障碍占45.4%[6]。传统的认知功能康复方法，如运动疗法、作业疗法、物理治疗、药物治疗和针灸治疗等[7]。VR技术作为一种新的计算机虚拟工具，为脑卒中患者认知功能的康复提供了全新的治疗思路与方法。
国外较早开展了VR在脑卒中患者认知康复方面的应用。Faria等[8]选择了18名脑卒中患者进行对照研究，结果发现VR对脑卒中患者的认知功能康复是有效的。也有学者尝试将VR应用在认知康复和其他方面的结合上，如Monica等研究将情感认知融入到VR运动康复训练中，通过VR设备让脑卒中患者用肢体的运动去完成在数张图像中选择出目标图像并进行回忆任务。目标图像对应着不同的情感特征，有积极的、中性的和消极的，有10名脑卒中患者参加了实验，结果发现与中性图像相比，带有消极情感特征的图像更加难以引起脑卒中患者的注意力，消极情感特征的图像更加难以被正确地回忆，能够获得更多关于脑卒中患者情感和认知关系方面的信息[9]。 国内最近也开始将VR应用在脑卒中患者的认知康复中，取得了不错的效果。王大为等[10]应用Anokan-VR虚拟现实康复训练系统对轻度认知功能障碍患者60例进行对照研究，结果发现VR在治疗轻度认知功能障碍方面有一定作用。
国内在应用VR进行脑卒中认知康复的同时，还尝试对其机制进行了探索和研究。如温鸿源等[11]研究发现3DVR训练能够促进脑卒中记忆功能障碍患者海马区脑组织代谢的改善。海马是大脑记忆功能的重要结构，研究显示海马左侧中的H-MRS与记忆功能障碍有一定联系，这说明VR训练可能通过改善大脑记忆功能的结构海马组织来改善大脑记忆功能。
2 VR在脑卒中步行功能康复中的应用
步行能力是脑卒中偏瘫患者运动功能的重要体现[12-13]，其中步行速度和稳定性则体现了步行能力的两个方面[14]。脑卒中患者的康复目的之一就是恢复正常的步态和步行能力。
国外许多研究组织早已成功运用虚拟现实技术对卒中后的患者进行运动康复训练，取得了一定的临床资料和治疗成果。如Dickstein[15]最先运用虚拟现实“虚拟人”对卒中后的患者进行运动康复训练，结果表明提高了患者的康复速度。Deutsch等[16]开发了由脚踝关节运动控制的虚拟康复训练程序，经过研究发现，利用虚拟现实技术使患者脚踝运动功能的康复速度得到了提高。You等[17]利用虚拟游戏系统来训练患者的步行能力，结果发现，步行速度、社区中的行走距离，以及跨越的台阶数均有明显增加。
国内将虚拟现实技术应用于运动康复中的研究也越来越多，并将VR康复与传统康复的效果进行了对比。文献[18-19]选取脑卒中后偏瘫患者进行随机对照实验，对照组采用传统运动康复疗法，实验组用VR进行康复，结果发现VR康复治疗可有效改善由脑血管疾病造成的躯体、肢体运动功能障碍，提高患者的日常生活能力。
国内也有学者尝试将VR训练结合其他训练同时进行，发现VR结合运动康复训练也能取得很好的效果。林玲等[20]通过研究发现，VR结合减重平板训练对脑卒中患者步行功能的改善作用优于常规步态训练，并推测VR系统可能是通过激活并建立前额叶皮层与各运动皮层的神经连接来帮助患者加快了运动功能的康复。肖湘等[21]通过研究发现，VR结合同步减重训练可改善亚急性期脑梗死患者步态的时间不对称性和下肢Fugl-Meyer评分。金怡等[22]研究发现，应用VR技术辅助脑血管患者进行八段锦训练，让患者跟着图形影音训练的疗效要优于常规步行训练，改善了脑卒中患者的步行能力。说明VR辅助下的体育运动康复训练增强了训练效果，改善了脑卒中患者的运动功能。
3 VR在脑卒中平衡功能康复中的应用
平衡功能障碍是影响脑卒中患者恢复正常运动功能的多种障碍之一，脑卒中患者中50%～80%遗留有平衡功能障碍[23]，这是因为脑卒中患者由于高位中枢病变失去了对低位中枢的控制，常出现肌张力异常及运动不协调，从而影响躯干控制可站立位平衡恢复。平衡训练可以改善脑卒中患者平衡和步行功能[24-25]，故平衡能力对于脑卒中患者运动功能的恢复十分重要。
国外的一些研究发现VR在脑卒中患者平衡能力康复方面可以取得不错的效果。Yang等[26]研究发现VR结合跑台训练比单纯的跑台训练在改善患者平衡能力方面可以取得更好的效果。Kim等[27]应用VR系统与传统康复方法进行研究对比发现VR在改善患者平衡能力方面可以取得更好的效果。Cho等[28]通过对22名脑卒中患者进行随机对照发现，参与VR平衡训练的患者比接受传统康复治疗的患者在动态平衡能力方面取得了显著的提高。
国内也有不少学者对VR平衡训练与传统康复训练的效果进行了对比研究，文献[29-31]对脑卒中患者进行随机对照研究发现，基于VR的平衡训练能有效提高脑卒中患者的站立平衡功能，尤其在长期的站立平衡功能上有显著的促进作用，说明虚拟游戏训练有助于改善脑卒中患者的平衡功能，可以作为脑卒中患者恢复平衡功能的训练方法。
4 VR在脑卒中上肢运动功能康复中的应用
脑卒中后的上肢肢体功能障碍是患者及其家属在后期康复中需要解决的主要问题之一。脑卒中后遗症中最常见的是中风后的偏瘫，痉挛性偏瘫是常见的脑性瘫痪之一，占偏瘫发病的36%，一般步行能力良好，主要遗留有单侧上肢功能障碍。85%脑卒中患者在发病的开始就有手功能障碍，30%～36%的脑卒中患者在发病6个月时仍遗留有手功能障碍[32]，这对患者运动功能的康复十分不利，给患者的日常活动带来了诸多不便，影响了患者正常的生活。
国外许多研究机构对虚拟现实技术应用于脑卒中患者上肢运动功能康复训练进行了探索和研究。Jack等[33]开发出基于PC的桌面虚拟环境系统，并根据手部运动的具体参数设计出交互式的虚拟游戏应用于脑损伤患者手部功能训练，3名脑卒中患者接受了临床实验，取得了很好的效果。Connelly等[34]利用VR结合充气手套对脑卒中后手功能患者康复训练，实验结果表明患者在手腕关节活动和手掌收缩方面有所改善。Kayyali等[35]开发了一套针对脑卒中患者的虚拟康复系统，该系统结合有触觉反馈作用的收据手套，并设计了不同的训练场景来满足不同的训练需求。Godfrey[36]利用VR结合手部外骨骼机器人，对慢性脑卒中后手部痉挛患者进行康复训练，结果表明患者的手指关节活动度都有一定程度的改善。
国内也有学者尝试开发应用于脑卒中患者上肢功能康复的VR系統，如华南理工大学的伍平平[37]开发了一套针对脑卒中恢复期患者偏瘫上肢运动功能康复的虚拟现实系统，该系统利用3DMAX构建了虚拟超市场景模型和虚拟手模型，并选择了20例偏瘫恢复期且有上肢运动功能障碍患者进行临床实验，临床实验结果表明虚拟现实系统对恢复期患者上肢的运动功能的恢复有很大的改善作用，能有效的提高患者的日常生活能力。 VR在上肢功能康复的临床应用效果方面，国内也进行了一些尝试，如程秀艳[38]进行随机对照研究发现，虚拟现实技术配合手功能训练比单独进行手功能训练治疗的痉挛型偏瘫患儿的上肢功能的疗效更好，可以更好地改善偏瘫患者上肢功能和日常生活自理能力。
5 VR的优势与不足
相对于传统运动康复训练的枯燥和单一，VR技术在康复领域中有如下优势：（1）身临其境感，投入感强。VR技术的特点之一就是沉浸性，可以让患者在训练时有身临其境的感觉，这样就能够更加专注的投入到康复训练中，从而提高训练的效率。（2）轻松有趣。VR康复技术使用的各种康复训练游戏，能让患者在轻松愉悦的心理状态下进行康复训练，这能让原本枯燥乏味的康复训练变的更为生动有趣，同时VR康复系统也可以不断开发新的程序，大大增强了康复训练的乐趣，这对于减轻患者由于疾病带来的心理问题，也是十分有益的。（3）便利性。VR训练设备可以移动，方便患者在家中训练，这对于开展社区康复和家庭康复十分便利，从而减轻了康复患者对医护人员和家属的依从性，节约了医疗资源。（4）训练直观，便于操作。VR康复系统通过形象直观的图像来引导患者进行任务训练，这对于患者理解训练内容和任务十分有利，尤其是对于有语言理解障碍的患者，减轻了医患之间的沟通难度，从而使得康复训练能够更加顺利的进行。不足：（1）多是局部训练，缺少针对整体功能的产品开发。目前用于康复训练的VR系统，多数只是针对患者某一种运动功能进行设计和应用，还没有涵盖整体功能方面的产品。（2）交互性和沉浸感不足。用于康复的VR系统交互模式还比较单调，沉浸感设计方面的模式也较为单一，互动体验模式也不够丰富。（3）临床应用较少，还处于产品研发阶段。作为一种新兴的技术，VR康复系统在临床上的应用才刚刚开始，多数产品还在研发阶段，临床应用方面还有待推广。（4）对环境的安全性要求高，VR训练设备多需佩戴特殊的头戴式眼镜，这就使患者对真实的环境信息的识别和确认存在一定的风险，加上脑卒中患者多伴有运动功能障碍，因此就需要在陪护者的辅助下进行训练，以免发生危险事故。
6 VR在康复医学中的前景
随着人工智能技术和计算机虚拟网络技术的发展，以及越来越多的老龄化人口和日益增多的康复患者，VR技术的优势使其将在运动康复、神经康复、肢体功能康复等领域大有可为。高盛预测报告显示，到2025年，VR市场规模将高达800亿美元，其中医疗健康领域将占51亿美元，用户数约320万。基层康复医疗资源的短缺，尤其是康复医生的不足和康复技术的短缺，为VR在康复中的应用提供了广阔的前景。社区康复和居家康复的开展与推广，也为VR的应用提供了充足的空间。除了康复的临床需求，康复医学生的学习需求，尤其是康复医学对于从业者在操作技能方面的熟练掌握，也使得VR在康复医学院校和康复专业的教育方面的应用前景十分广阔。相信随着技术的进步，资金的投入和康复市场的不断扩大，VR将在康复医学中发挥越来越广阔的作用。
参考文献
[1]南登崑.康复医学[M].4版.北京：人民卫生出版社，2011：158.
[2]张占龙，罗辞，何为.虚拟现实技术概述[J].计算机仿真，2005，22（3）：1-3.
[3]郑彦平，贺均.虚拟现实技术的应用及发展[J].信息技术，2005，（12）：94-95.
[4]王進嘉，张喆，虚拟现实技术在医疗领域应用的发展建议[J].电信网技术，2017，（2）：14-18.
[5]李舜伟.认知功能障碍的诊断与治疗[J].中国神经精神疾病杂志，2006，2（2）：189-191.
[6]黄海芬，游咏，易善清，等.不同部位脑卒中患者认知功能损害的特点分析[J].现代生物医学进展，2013，13（1）：91-94.
[7]张婷，高晓平.脑卒中后认知功能障碍的康复治疗与进展[J].安徽医药，2013，17（8）：1414-1415.
[8] Faria A L，Andrade A，Soares L，et al.Benefits of virtual reality based cognitive rehabilitation through simulated activities of daily living：a randomized controlled trial with stroke patients[J].
J Neuroeng Rehabil，2016，13（1）：96.
[9] Cameir?o M S，Faria A L，Paulino T，et al.The impact of positive，negative and neutral stimuli in a virtual reality cognitive-motor rehabilitation task：a pilot study with stroke patients[J].
J Neuroeng Rehabil，2016，13（1）：70.
[10]王大为，吕陵.Anokan-VR虚拟现实康复训练系统结合原络通经针法治疗轻度认知功能障碍的临床观察[J].世界最新医学信息文摘，2016，16（13）：17-18.
[11]温鸿源，李力强，龙洁珍，等.3D虚拟现实技术对脑卒中记忆功能障碍患者疗效及H-MRS的影响[J].中国老年学杂志，2017，37（1）：100-102.
[12]李林，许光旭，孟殿怀，等.区域性震动训练对老年脑卒中步行功能的临床研究[J].实用老年医学，2014，28（3）：218-225.
[13]向伟华，江钟立.脑卒中平衡功能的评估和训练进展[J].实用老年医学，2015，29（6）：448-449. [14] Kollen B，Kwakkel G，Lindeman E.Hemiplegic gain after stroke：is measurement of maximum speed required[J].Arch Phys Med Rehabil，2006，87（3）：358-363.
[15] Dickstein R.Rehabilitation of gait speed after stroke：a critical review of intervention approaches[J].Neurorehabil Neural Repair，2008，22（6）：649-660.
[16] Deutsch J E，Latonio J，Burdea G C，et al.Post-stroke rehabilitation with the Rutgers Ankle system：a case study[J].Presence，2001，10（4）：416-430.
[17] You S H，Jiang S H，Kim Y H，et al.Virtual reality-induced cortical reorganization and associated locomoter recovery in chronic stroke：an experimenter-blind randomized study[J].Stroke，2005，36（7）：1166-1171.
[18]马宏霞.基于虚拟现实技术的运动康复应用研究[J].中国老年学杂志，2010，6（30）：1630-1631.
[19]赵一瑾，黄国志，谢笑，等.虚拟现实技术对脑卒中患者偏瘫步态训练的临床研究[J].中国康复医学杂志，2014，29（5）：442-445.
[20]林玲，江利，肖湘，等.虚拟现实结合减重平板训练对脑卒中患者步行功能恢复的作用和机制：纵向功能磁共振研究[J].神经影像学，2014，20（4）：313-317.
[21]肖湘，毛玉瑢，赵江莉，等.虚拟现实同步减重训练对脑梗死患者步态对称性及神经网络的影响[J].中国康复医学杂志，2013，28（12）：1104-1108.
[22]金怡，孟殿怀.虚拟现实体育疗法对老年脑卒中患者步行能力的影响[J].实用老年医学，2016，30（12）：1039-1040.
[23]陈绍贞，张保峰，赵江莉.脑卒中患者平衡调节过程中的高级脑功能成份分析[J].中国康复医学杂志，2010，25（2）：139-144.
[24]黄小静，窦祖林，丘卫红，等.动态姿态平衡仪训练对脑卒中偏瘫患者平衡功能的影响[J].中国康复医学杂志，2011，26（11）：1029-1034.
[25]徐林峰，宋水江，杨丹丹，等.强化平衡功能训练对脑卒中患者ADL及步行能力的影响[J].中风与神经疾病杂志，2007，24（2）：241.
[26] Yang S，Hwang W H，Tsai Y C，et al.Improving balance skills in patients who had stroke through virtual reality treadmill training[J].Am J Phys Med Rehabil，2011，90（12）：969-978.
[27] Kim J H，Jiang S H，Kim C S，et al.Use of virtual reality to enhance balance and ambulation in chronic stroke：A double-blind，randomized controlled study[J].Am J Phys Med Rehabil，2009，88（9）：693-701.
[28] Cho K H，Lee K J，Song C H.Virtual-reality balance training with a video-game system in chronic stroke patients[J].Tohoku J Exp Med，2012，228（1）：69-74.
[29]冯绍雯，王萍，王建國，等.虚拟平衡游戏训练在脑卒中患者平衡步行功能康复中的应用[J].中国康复医学杂志，2015，30（11）：1171-1173.
[30]孙然，张通，赵军，等.虚拟现实技术对脑卒中偏瘫患者平衡功能的疗效[J].中国康复理疗与实践，2014，20（5）：458-463.
[31]谢笑，应用虚拟现实平衡训练技术对脑卒中后平衡功能改善的临床疗效观察研究[D].广州：南方医科大学，2015.
[32] Kwakkel G，Kollen B J，vander Grond J，et al.Prohability of regaining dexterity in the flaccid upper limb：impact of severity of paresis and time since on set in acute stroke[J].Stroke，2003，34（9）：2171-2186.
[33] Jack D，Boian R，Merians A S，et al.Virtual reality-based exercise program for stroke rehabilitation[M].In：Proceedings of Assets 2000 Fourth ACM SIGCAPH Conference on Assistive Technologies.ACM Press，2000：56-63.
[34] Connelly L，Jia Y，Toro M L，et al.A Pneumatic Glove and Immersive Virtual Reality Environment for Hand Rehabilitative Training After Stroke.IEEE Transactions on Neural and Rehabilitation Systems Engineering，2010，18（5）：551-559.
[35] Kayyali R，Shirmohammadil S，Saddik A E.Measurement of Progress for Haptic Motor Rehabilitation Patients[M].IEEE International Workshop on Medical Measurements and Applications，2008：108-113.
[36] Godfrey S B.Hand function recovery in chronic stroke with HEXORR robotic training：A case series[J].Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc，2010，2010（10）：4485-4488.
[37]伍平平.基于EON的上肢康复训练系统研究与实现[D].广州：华南理工大学，2013.
[38]程秀艳.虚拟现实技术在脑卒中后手功能障碍恢复中的临床应用[D].呼和浩特：内蒙古大学，2016.
（收稿日期：2017-08-09） （本文编辑：程旭然）