虚拟现实技术在帕金森病康复中的研究进展

冯浩　李翠云　刘镓雨　王亮　马静　李光磊　甘露　商晓英

[摘要] 虚拟现实技术作为目前新兴的康复治疗手段已被广泛应用于神经系统疾病，其对于帕金森病的康复具有重要意义。本文对虚拟现实技术在帕金森病康复中的研究进展进行综述，有利于今后虚拟现实技术在该领域的进一步研究。

[关键词] 虚拟现实;帕金森病;康复

[中图分类号] R742.5          [文献标识码] A          [文章编号] 1673-9701（2019）22-0165-04

[Abstract] Virtual reality technology， as a new emerging rehabilitation therapy， has been widely used in neurological diseases， which is of great significance for the rehabilitation of Parkinson's disease. This paper reviews the research progress of virtual reality technology in the rehabilitation of Parkinson's disease， which is conducive to the further research of virtual reality technology in this field.

[Key words] Virtual reality; Parkinson's disease; Rehabilitation

帕金森病（Parkinson's disease，PD）是一种常见的中老年神经系统变性疾病，主要病变部位在黑质和纹状体。震颤、运动迟缓、僵硬和姿势不稳定是本病的主要特征。随着我国老龄化的加剧，其生活质量逐渐得到重视[1]。目前，我国大部分帕金森病患者并未进行有效的系统康复治疗[2]，导致患者药物依赖明显，跌倒风险骤增，而精细化的康复治疗对于帕金森病患者症状改善具有积极作用[3]。运动学习的研究表明，反复和持续的运动训练可能是最好的方法抵消帕金森病中出现的运动行为退化，物理及运动疗法长期以来一直被认为对帕金森病患者有益，可以改善患者日常生活活动所出现的主要症状和生活质量。虚拟现实技术（Virtual reality，VR）是一种新兴的康复方法，主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设备等方面，并将三维空间事物清楚地表达出来，患者可以直接、自然地与虚拟环境中的各种对象进行交互作用，近年来逐渐应用于神经系统疾病的康复领域[4]。作为其特有的优势，交互性、沉浸性、想象性可以明显提高帕金森病患者康复的主动性及持续性，有助于改善患者运动功能。本文对近年来虚拟现实训练技术在帕金森病运动功能康复中的研究进展总结如下。

1虚拟现实技术对帕金森病患者平衡功能的影响

帕金森病患者平衡功能障碍常由于姿势控制异常所引起，表现为动作迟缓，严重影响患者生活质量，其平衡功能受到不断变化的环境和其他因素影响，使得前馈控制困难;然而，训练可以提高这种能力。为了更有效地训练帕金森病患者形成前馈策略，重要的是治疗的目标是患者想要改善的症状，让病人得到充分的反馈，以及关于当前运动模式和需要改进的地方，包括持续时间、强度及治疗时间的设置，以最大限度地提高运动平衡能力。研究表明，虚拟现实技术可以对帕金森病患者平衡功能障碍改善具有积极作用[5-6]。尽管Stozek等[7]发现系统的康复训练能够明显提高帕金森病患者的平衡功能，甚至躯体旋转能力，但是虚拟现实技术在此基础上，可使其重心摆动速度更快，显著提高其运动幅度[8]，通过前庭觉及视觉的整合，加强感觉输入能力，使得肌肉能够更加有效控制，改善动态及静态平衡能力[9-10]。帕金森病患者的平衡功能障碍主要表现在站立位时存在姿势异常模式[11]，对于外界刺激的瞬间调整反射丧失，虚拟现实技术借由趣味性的游戏任务，调整患者躯干及四肢协调能力，改善踝关节、膝关节、髋关节的控制能力，进而达到最大化的平衡保持。正如■zg？觟nenel等[12]研究所表明，虚拟的游戏操作对于帕金森病患者来说，是促进其协调功能障碍的重要方法。此外，一项测试发现，TUG（Time up and go，TUG）测试和Berg平衡量表（Berg Balance Scale，BBS）与传统的平衡训练相比，帕金森病患者动态稳定性有明显的提高[13]。运动学习的理论表明，反复和持续的虚拟现实环境刺激，对于抵消帕金森病患者所出现的运动行为退化及平衡功能障碍是一种较好的方式，而目前虚拟现实技术对于帕金森病患者平衡方面改善的研究主要集中在确定最佳的治疗类型、强度、持续时间及重复治疗剂量等方面[14-17]。

2虚拟现实技术对帕金森病患者步态的影响

冻结步态是帕金森病患者运动功能障碍主要表现之一，其特征是非对称性，尽管患者具有步行的意图，但其前进速度周期性地缺失或减少[18]，作为帕金森病患者跌倒及死亡的最常见原因之一，约50%的帕金森病患者存在这种现象，但目前其病理生理仍不清楚。虚拟现实技术对于帕金森病患者步态的影响近年来被广泛研究，已被证明对于其步行能力的提高安全有效，是一种可供选择的康复治疗方式[19]。帕金森病患者步态改善在很大程度上依赖于前馈学习，虚拟现实技术可以提高瞬时反应情况下的外部干扰或变化条件，加强患者在干扰情况下的前馈运动模式，如双重任务或在低感觉下操作反馈，对于帕金森病患者来说，在某些特殊困难任务下的步态保持是其康复的重点。冻结步态是帕金森病患者临床表现中常见且最具有致残性的病理步态，多发生于疾病的中晚期，易导致跌倒、外伤、抑郁，严重影响患者的生活质量和社会功能。帕金森病患者冻结步态出现前的最后五步步行时间显著延长，最后三步步行时间无递增性差异[20]，目前临床上主要治疗方式包括药物治疗、脑深部电刺激、传统康复训练，而采用静态虚拟现实技术对帕金森病患者进行康复训练，可以显著提高患者的步速和步长，改善步行效率。此外，虚拟现实游戏中提供的3D图像可提供良好视觉刺激并改善步幅。同时，虚拟现实游戏中的视觉反馈可以让患者在视觉跟踪的基础上，获知自身在空间里的定位及运动方位，协调身体位置控制。同样，听觉刺激对于帕金森病患者步态的恢复至关重要，Plotnik等[21]通过一项研究表明，对帕金森病患者进行6周的康复治疗，配合听觉刺激，可使其步态障碍发生率下降，由此說明，帕金森病患者存在高级中枢功能缺损，导致其感知综合处理能力下降。而虚拟现实康复技术可以统合视觉及听觉刺激，使患者沉浸在治疗中，达到改善冻结步态的目的。

3虚拟现实技术对帕金森病患者认知的影响

近年来，随着对帕金森病临床研究的深入，人们逐渐认识到帕金森病患者不仅表现为运动症状，还有许多非运动症状，如认知功能障碍、精神系统症状等。认知障碍作为帕金森病最常见非运动症状，痴呆随病程进展，严重者给社会及家庭带来沉重负担。帕金森病患者认知异常主要表现在记忆力、注意力和执行能力的损害，这些均在患者行为运动中发挥作用。对于帕金森病患者来说，即使在疾病早期尚未表现出认知障碍时，也可表现出记忆的缺陷。研究表明，帕金森病患者运动功能障碍主要由于多巴胺的缺乏导致，认知功能障碍则与前基底节环路障碍相关[22-23]。同时，任务导向性训练对于帕金森病患者的认知水平改善具有积极作用[24]。虚拟现实康复训练可以通过不同的游戏设计，有助于脑功能代偿及脑功能重组，使患者具有较好的信息处理能力，形成正常的功能模式，促进帕金森病患者认知障碍的最大程度恢复。一项针对129例独居老年人进行虚拟现实迷宫游戏任务，并对最终完成情况进行分析，研究结果表明，测试者通过捕捉受试者活动时肌肉变化情况，同时观察老年人对外界刺激的反馈激活能力，在实施虚拟现实训练8周后，受试者伸髋的能力以及平衡控制功能明显提高，此外，空间定向能力也有所提高，在进行认知行为时，较好地调动认知资源[25]。

4虚拟现实技术对帕金森病患者家庭康复的影响

随着康复意识的普及，针对帕金森病患者家庭康复的理念逐渐得到人们重视。对于帕金森病患者来说，康复治疗应贯穿整个疾病过程，但是以往的康复治疗手段简单枯燥，患者重返家庭后难以得到有效持续，导致无法得到满意的康复效果。近年来，虚拟现实技术作为家庭康复的重要方法已然成为研究热点[26]，这种更适合患者居家康复的治疗方式表明，可以改善帕金森病患者稳定性，是一项可供患者选择的具有补充价值的康复措施[27-28]。基于帕金森病患者家庭康复的双重任务治疗已经被证实可以提高患者的步幅及步行节奏，而每天30 min的居家虚拟提示系统训练可以提高帕金森病患者的步速、步长及重心的转移[29]。感觉统合测试（Sensory Organization Test）提示虚拟现实技术对于家庭康复患者的动态平衡同样具有积极作用[30]。由此可见，患者通过虚拟现实康复设备在进行游戏的同时完成康复训练，不同的音乐画面以及语音提示，带给患者正面的激励反馈，提高帕金森病患者的主观能动性，并且没有时间及空间的限制，可以使患者具有较好的依从性。

5虚拟现实技术对帕金森病患者康复的展望

伴随虚拟现实康复治疗技术研究的不断深入，在康复治疗领域的应用日新月异，人工智能为康复医学技术的发展开辟出一条新的道路。对于帕金森病患者来说，尽管传统康复治疗手段已被证明有效，但如何提高康复过程的趣味性、应用性以及患者的依从性，是康复医学未来的研究方向。虚拟现实技术将成为改善帕金森病患者各项功能、提高生活质量的一种新型康复手段。美国退休人员创新实验室（American Association of Retired Persons Innovation Lab）通过虚拟现实设备推出一款远程健康交流互动平台，可以让患者居家进行虚拟现实康复治疗的同时，统计数据被医生远程访问。远程康复是目前我国康复领域的研究热点，主要通过计算机多媒体信息技术以及虚拟现实康复技术给予残障人士康复指导。针对帕金森病患者运动功能障碍，远程虚拟现实康复治疗技术不仅可以让患者在家中进行训练，还可以通过视频、音频得到反馈，对训练效果进行综合评估，更加精准地指导帕金森病患者的康复治疗情况。将帕金森病患者置于虚拟现实环境之中，通過整合空间定位感觉反馈设备、无线网络以及多媒体等，生物医学工程很快将发展成为更加理想的康复系统，帕金森病患者可以体验到身临其境般的远程虚拟现实环境。与此同时，神经生物学家及神经生理学家正在基于视觉、听觉等多种反馈机制，有望在未来研发出多种适用于帕金森病康复领域的训练程序，操作简单的应用系统、更加低廉的虚拟现实技术成本、虚拟现实远程康复的高效推广等问题需要在未来一段时间不断努力加以完善。

6虚拟现实技术对帕金森病患者康复的局限性

虚拟现实技术的发展目前如火如荼，对于帕金森病患者的康复治疗来说，其优势有目共睹，比如对于患者实时反馈，大脑皮质可塑性的增强效应，任务导向性训练模式，并改变以往传统康复手段的不足。尽管如此，虚拟现实技术对于帕金森病患者的康复应用仍存在一定的局限性：（1）虽然虚拟的情景模式已足够逼真，但是与真实环境相比，帕金森病患者对距离的感知能力仍存在一定的误差。（2）帕金森病患者多为中老年人，其视觉所看到的虚拟现实画面，与患者前庭系统所感受到的真实位置信息相比，仍不能完全一致，很容易引起患者头晕等不适反应。（3）目前在临床上，有关虚拟现实康复训练技术针对帕金森病患者的大样本随机对照临床试验数量较少，尚未建立统一的评价方法[31]。

7小结

本综述总结近年来虚拟现实技术对于帕金森病患者康复的最新研究，由此可见，虚拟现实技术对于帕金森病患者是一项重要的康复手段。虚拟现实技术可以为患者提供多种情景模式，使整个康复训练过程充满乐趣，提高患者依从性。与此同时，其将坐位平衡训练、动态平衡训练、步行训练、认知训练等虚拟现实模式，应用于帕金森病患者康复中，可以明显增加患者关节活动能力，对于帕金森病患者的平衡功能、步态的改善以及认知功能的提高较传统康复治疗手段更加有效。

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（收稿日期：2019-04-22）