虚拟现实（VR）技术在神经损伤患者运动康复训练中的创新实践

2022 年 11 月 1 日，我国多个部门联合印发《虚拟现实与行业应用融合发展行动计划（2022—2026 年）》，产业普遍认为政策的支持、技术的成熟优化将持续催熟“虚拟现实+”行业融合向更深更广发展。虚拟现实技术是一系列信息技术的集合，其交互性、沉浸式的特点能提供真实世界的及时反馈信息，使人在虚拟环境中产生身临其境的感觉。近些年来，随着信息技术的发展和医疗领域的进步，虚拟现实技术逐渐应用于医疗运动康复当中。虚拟现实技术能为患者打造一个具备视觉、听觉和触觉的感知世界，可以根据患者的具体情况调节运动量和运动难度，提升患者生存质量，已逐渐发展成康复医学的前沿技术。

1.虚拟现实技术应用于运动康复的优势

1.1 人机交互增强感官刺激

虚拟现实技术应用于运动康复中，能够生成具有真实体验感的虚拟世界，使患者与虚拟环境中的对象进行互动和交流，增强患者的感官刺激，从而提升患者参与运动康复训练的积极性和主动性，提升医疗运动康复效果。比如，虚拟现实技术主要通过脑电采集设备检测患者头皮的脑电信号，通过对脑电信号分析处理，计算出患者的主动运动意图，平均单次指令识别时间为 1s，准确率 90% 以上。通过虚拟生物运动诱发场景，提高康复过程的趣味性，增强患者的临浸感，促进镜像神经元的激活。同时借助脑机接口驱动康复机器人带动肢体协同运动，进而刺激患者运动感知神经，实现主被动协同控制。除了能帮助具有严重功能障碍的患者建立与外界的交流通道，还可将康复训练中很多的被动运动转换成患者的主动运动，进一步提高患者的主观能动性，还可以在患者受损的中枢神经中形成反馈，刺激脑的重塑或代偿从而提高康复效果，克服了传统康复手段被动单一介导的缺陷。根据虚拟现实技术在运动康复中的应用，患者可在更加接近现实的环境中产生质量更高的大脑信息。并且虚拟现实技术研发出视觉、听觉神经假体恢复病人视听觉神经功能，帮助意识障碍人群恢复原有意识状态，治疗自闭症、多动症、抑郁症等疾病人群等。

1.2 更有耐心和一致性

将VR与医疗结合，通过计算机响应程序，创建虚拟教练为患者提供康复训练指导，能够提升患者运动康复效果。一方面，VR治疗与远程视频医疗融合。患者可以和复健教练配对，教练每周与患者通话，指导缓解疼痛的锻炼。而在其他时间，患者需要在VR中自主联系三个月。患者会根据视觉指导来运动身体，同时VR头显和手柄会追踪患者的姿态，从而触发与VR互动。其中还包含了一些运动游戏，比如射箭模拟，可用于恢复背部或肩膀运动，或是有趣的吸尘器游戏，帮助患者进行日常恢复锻炼。在VR有趣的交互和视觉体验中，患者更容易忘记身体的疼痛，更有动力去运动，从而促进体内运动神经恢复。另一方面，虚拟运动康复教练由于是机器人构造，比人类更具有耐心，患者完全可以根据自身情况选择康复训练难度。例如，西安臻泰智能科技有限公司已研发了面向人体精神状态及各类神经性疾病的相关检测系统，同时布局了脑机接口上下肢康复机器人、脑机接口手功能康复机器人以及脑电采集核心部件等产品线，用于运动康复训练能有效提升医疗康复效果。

1.3 允许用户进行个性化设置

医疗运动康复中的虚拟现实技术能实现患者的个性化设置，提升运动康复的针对性。一方面，可以将康复体系划分为三级，分别是在三甲医院康复科进行的早期发病治疗，一般需要 2 到 4 周；在二级康复医院或社区康复中心进行长期的三个月左右治疗；后期在居家环境下进行精细动作的训练，实现生活的自理。另一方面，虚拟现实技术可以对患者的身体特征、运动心理、运动康复训练等情况进行分析，并根据患者的特点制定针对性的运动康复训练，加快康复进程。虚拟现实技术可以为患者定制个性化“康复处方”，包括呼吸康复、肢体康复、营养支持治疗、心理治疗等，从而缩短病程，加速康复。

1.4 减少安全风险

运用虚拟现实技术，能简化康复训练任务，使患者进行运动康复训练的过程中减少由于人工错误操作而导致的风险。一方面，虚拟现实技术对于个人信息窃取、视觉恐怖主义、恶意软件和病毒等安全风险，需要解决好发展与安全的关系。将虚拟现实技术应用于医疗领域，必须考虑安全隐患，推动安全可信的虚拟现实产品和服务发展，还要加强安全技术研制，研究关键安全技术标准。此外，要提高安全方面的投入，提升对数据滥用、侵犯隐私等行为的风险防范。另一方面，将虚拟现实技术应用于医疗领域，患者在进行运动康复的过程中置身于虚拟环境之中，能减少在现实世界中由于某个错误操作产生的安全风险，从而提升运动康复整体效果。

1.5 提供多种形式的反馈信息

VR 技术凭借着拟真世界的这一特点，逐渐成为心理治疗的一种新兴手段。虚拟技术能为在运动康复训练中的患者提供多种形式的反馈信息，可以为患者提供鼓励、支持、建议等方面的信息，使患者在运动过程中感觉到放松，从而激发患者参与运动康复训练的兴趣。此外，医生可以通过虚拟现实技术了解到患者的真实想法，从而调整运动康复计划，并随时进行复盘。提升运动康复治疗效果。比如，具有创伤应激反应的患者，通过应用 VR 重现情境，该世界可以由临床医生控制，根据患者心理创伤的经验的来客制化整个虚拟世界，使得患者可以安全地在该世界里行走。患者可以构建属于自己的 VR 世界，比如可以将身旁的大石头，标记为坏情绪，然后举起来、丢到海里；也可以对世界里任何事物叙说偶尔冒出的回忆和内心的想法。这些被患者在 VR 世界里赋予新象征和新意义的事物，会成为患者在心理治疗中的浮木，也让医生更好地了解他们。并且，患者在虚拟实境中进行的每次互动和呓语都能被医生记录下来，方便治疗结束后的复盘。

2.虚拟现实技术在运动康复中的具体应用

2.1 在脑卒中康复中的应用

卒中后肩手综合征是脑卒中常见的疾病之一，卒中后肩手综合征患者出现这种疾病的原因，主要在于腕关节过度屈曲或伸展、脑梗、心梗、关节疾病、内分泌代谢疾病，不利于患者日常生活。脑卒中患者具有认知和运动障碍，对于运动康复治疗中的患者来说，自我照顾能力弱。通过将虚拟现实技术对脑卒中患者的功能进行评估，并制定个性化的VR任务对患者进行运动康复训练。例如，江西中医药大学“趣为智疗”团队利用学校优势，搭建校企联动平台，研发打造一款结合VR虚拟现实技术帮助脑卒中患者创新康复产品，新型VR康复设备包括VR头显、脉搏血氧仪、角速度传感器等部件，精确采集患者实时步态数据、生理参数、运动数据等，为分析患者实时状态数据奠定基础。基于传统康复训练原理，结合VR技术搭建虚拟训练平台，构建训练认知能力所需具有医学意义的场景，趣味化的训练让患者能够坚持康复。已经帮助了多位脑卒中患者恢复正常的生活，其中患者纪某经过VR康复训练，在半年的时间内从无法自主行动到现在可以独自出门，在有趣的康复训练中收获了有效的康复。

2.2 在脊柱损伤和中风康复中的应用

瘫痪患者数量不仅剧增，也都在年轻化，在生活面前，困扰着他们移动是致命的，无论是日常行走还是心理上的创伤在都很难得到“解决”，传统的治疗方法漫长而不一定有效。困扰着他们的是丧失严重的运动能力。脊柱损伤和中风都会削弱脑细胞和肌肉细胞之间的电连接，导致偶发性和活动性下降。通常，遭受这些伤害并且脑细胞和肌肉细胞之间的连接减弱的患者必须接受强化物理治疗计划。虽然身体康复有利于恢复这些联系，但它需要大量的时间和精力。用VR创造虚拟的治疗环境，可能会很快帮助患者重新站起来行走。研究人员设计了一种VR机器人肢体，它可以帮助脊柱受伤或中风的患者恢复正常的腿部运动。机器人肢体使用脑机接口和脊柱电刺激来帮助患者移动他们的腿，并帮助脑细胞重新建立与负责正常运动的肌肉细胞的电通信能力。患者只需坐在椅子上，戴上虚拟现实耳机和非侵入式电极帽，并使用虚拟现实头显，患者就会看到一个场景，在他们面前有六个不同的瓷砖。当患者在虚拟现实模拟中想要踏上特定的瓷砖时，非侵入式电极帽可以检测来自大脑的电信号并将信号传输到计算机。然后计算机可以解释大脑信号并记录患者移动腿的意图。这将使计算机能够将该信息传达给控制患者腿部的机械臂。在虚拟现实模拟中，患者会看到自己踏上了预定的瓷砖。同时，机械臂会以模仿迈步动作的方式为他们移动患者的腿，从而促进瘫痪患者的康复效果。

2.3 在ICU重症康复中的应用

ICU重症患者的病情相对严重且复杂，将虚拟现实技术应用于ICU重症患者的运动康复治疗中，主要在于减少其并发症的产生，减轻疾病症状，缩短出院时间，促进患者部分身体功能的恢复。根据研究可知，ICU重症患者在治疗后仍存在认知和身体功能障碍，虚拟现实技术能完善ICU前的风险和病情评估，形成前ICU、ICU中、ICU后的救治以及ICU后的康复重症医学一体化。通过VR 游戏系统可以缓解ICU重症患者的焦虑和抑郁情绪，减轻其认知障碍和运动障碍。通过研究表明，部分应用虚拟现实技术的患者运动能力提升到中等水平，极大地提升其运动康复治疗的效果。

2.4 在心脏病患者康复中的应用

近年来，我国心血管疾病患者逐渐增多，心脏病患者出现这种疾病的原因，主要在于冠状动脉阻塞或狭窄，并可能出现心肌坏死、缺血性心脏病等并发病症，不利于患者日常生活。为了帮助心脏病患者改善自身状况，将虚拟现实技术应用到心脏病患者的运动康复训练之中，以改善患者心肺功能，提升患者身体素质。由于心脏病是一种慢性疾病，很难在短期内恢复。大部分心脏病患者在治疗过程中容易产生心理压力大、焦虑和恐慌等问题，而这些心理问题会使患者的交感神经处于兴奋的状态，容易引起血压升高、心率加快等问题。因此，虚拟现实技术能从患者实际治疗情况出发，了解患者的心理健康状态，选择适当强度的模拟运动提升患者心脏功能，并根据患者自身情况调整运动的频率和持续时间等。心脏病患者通过头戴VR设备，能对睡眠质量有所改善，进而促进心肺功能的恢复。

2.5 在其他常见疾病康复中的应用

虚拟现实技术应用于其他常见疾病运动康复中，有利于减轻患者疼痛，减轻患者症状。对于烧伤患者而言，在治疗康复过程中需要经历反复清创、上药、包扎的痛苦，而虚拟现实技术能帮助患者减轻在运动康复中的疼痛感。烧伤患者通过VR头盔，运用沉浸式体验减轻运动康复时会产生的疼痛。对于焦虑症、恐惧症的患者来说，VR技术应用于运动康复能有效减轻其恐惧和焦虑症症状。可以2022 年 4 月，英国牛津大学教授费里曼（Prof. Daniel Freeman）发表的研究表明，通过VR技术可以有效治疗有广场恐惧症的焦虑症患者。研究团队在虚拟实境里建构出日常场景，并鼓励病患在一个明显虚构的空间中，完成无法克服的恐惧。对于肿瘤、内脏疾病患者，虚拟现实技术能从精神层面对患者的康复起到积极作用，利用VR技术，为病人提供定制的剧场式和交互式VR体验，借此高质量的娱乐体验，减轻病人术后的不适与焦虑感。实验证明，VR技术能够有效地减轻癌症病人在化疗过程中的副作用和疲劳。而接受VR作为辅助治疗的癌症病人，其情感健康和身心状态得到了显著的改善，且拥有更少的负面心理症状。

结语

总而言之，虚拟现实技术面世已有很多年了，它的应用场景在不断地扩展：影视行业、数字展馆、课程教学、游戏娱乐等，如今，虚拟现实正在应用于另一个重要领域：医疗。对于运动康复的患者来说，虚拟现实可以发挥巨大的作用。虚拟现实技术能给患者进行运动康复带来不一样的真实体验，将其应用于医学运动康复中，能增强患者的感官刺激，比人类更加具有耐心和一致性，减少安全风险，还能提供多种形式的反馈信息，持续深耕虚拟现实技术+医疗行业的深度融合创新，发挥赋能效应、激发垂直应用活力。虚拟现实技术在运动康复中主要应用于平衡和体态康复训练、行走运动康复训练、上下肢康复训练、日常生活行为康复训练。医疗界对虚拟现实技术发展充满信心和期待，政策落地激发产业新活力，虚拟现实+医疗行业应用融合走向更深更广，医疗行业整体将迈上新台阶。

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