虚拟现实技术在注意缺陷多动障碍儿童康复中的应用进展

注意缺陷多动障碍 （attention deficit disorder with hyperactivity，ADDH）是一种以注意缺陷或多动冲动为核心症状的神经发育障碍疾病， 多发病于个体的童年时期， 在18 岁及以下人群中患病率约为5%

。 随着年龄的增长，ADDH 患病率呈下降趋势，但疾病相关症状仍可持续至患者成年后， 引发一系列心理健康问题，导致学业成绩不佳、人际交往困难甚至犯罪等不良后果

。 对ADDH 儿童进行及时有效的识别和干预有利于改善其健康相关结局。 虚拟现实（virtual reality，VR）技术作为一种综合集成技术，可通过逼真的三维视觉、听觉、触觉等形式，使参与者实时与虚拟世界中的事物进行交互

。VR 技术在儿童患者领域有较多优势， 如可模拟其日常生活环境，独立评估干扰因素的影响，促进儿童认知及行为的改变等。 ADDH 儿童的治疗通常包含药物和非药物手段的多模式干预，但存在着缺乏动机、用药依从性差等问题

。 VR 技术的沉浸性、交互性、想象性特点有利于维持ADDH 儿童的动机， 并显著改善其认知功能， 因此被逐渐用于干预ADDH 儿童的不良行为。 此外，VR 技术具有灵活调整场景、提高测量生态效应、可与其他手段联合等优势

，为ADDH 儿童的康复提供了新的视角。鉴于目前尚未有研究对VR 技术在ADDH 儿童中的应用进行综述， 本研究基于VR 技术在ADDH 儿童中的辅助评估和干预方面进行综述， 以期为促进其治疗与康复提供借鉴。

1 注意缺陷多动障碍儿童康复常见虚拟现实技术

随着信息化技术的不断发展，VR 技术的内涵得到了丰富和扩展， 不再局限于头戴式显示器等设备所采用的技术， 而包括一切与之相关的具有自然交互、逼真体验的技术和方法

。 VR 技术可根据应用系统、通信技术、用户规模及沉浸程度呈现不同的分类形式

。 如在应用系统方面，VR 技术在ADDH儿童康复领域中使用的应用系统可分为Unity、Nesplora、HTC Vive 及Oculus 等。在用户规模及沉浸程度方面，VR 技术可分为桌面式、沉浸式、增强现实式和分布式4 种形式。其中，桌面式通常以计算机显示屏作为参与者观察虚拟环境的窗口， 并通过外部设备与虚拟环境进行交互。 沉浸式通常借助各种头戴式显示器使参与者进入一个虚拟空间。 增强现实式更加强调参与者的沉浸感，通过显示器，参与者可看到叠加于现实世界的虚拟图像。 分布式则致力于使位于不同物理环境的参与者共享同一虚拟空间

。 目前VR 技术在ADDH 儿童康复的实际应用中以沉浸式和桌面式较为常见。

2.1 水力劈裂原理，指是在水压力作用下，使原物体产生裂缝或使原有裂缝扩大的过程。如果无限域中的圆孔受到均匀液体压力P，要计算介质中的应力，已有经典解答。如果介质初始应力为零，则当P＞σi就会被劈裂，其中σi为介质的抗拉强度。若果介质初始应力为σ，则当P≥σ+σi就会被劈裂，式中如果σ是拉应力，则P+σ≥σi就会被劈裂。

2 虚拟现实技术在注意缺陷多动障碍儿童康复中的应用

2.1 辅助评估 在ADDH 儿童的诊断中，目前尚缺乏具有特异性和敏感性的生物标志物， 且基于临床访谈和问卷调查的评估方式易产生回顾性和主观性偏倚

。 一些研究表明，基于VR 技术的ADDH 评估与常用的临床测量结果密切相关

，且VR 技术可与各种工具相结合， 收集到患者运动及认知功能的相关数据，使得评估结果更加客观准确。

2、重要交通道路监测。监测结果表明：库区2012至2017年间新增交通道路用地5925.47亩。本监测重点分析涉及涔天河水库扩建的两条主要道路，包括从江华县城到涔天河水库大坝的S356省道以及涔天河库区道路复建项目S355省道工程，这两条重要交通道路的建设对库区完善交通路网、带动沿线基础设施建设、促进当地旅游业发展、带动扶贫工作有重要意义。

2.1.1 虚拟现实技术结合连续行为任务测试 连续行为任务测试 （continuous performance test，CPT）是评估ADDH 患者注意力缺陷的常用方式

。 在CPT中，当电脑屏幕上出现某些字符时，参与者被要求尽可能快地按下键盘上的空格键。 其中，遗漏错误、错认错误、反应时间、反应时间变异性和总准确性被作为评估参与者表现的评价指标，并可为ADDH 儿童的辅助诊断提供依据。 目前已有VR 技术与CPT 结合以提高评估准确性的相关实践。 Negut 等

对传统CPT 和VR-CPT 进行了比较，在7～13 岁的ADDH儿童或正常儿童中进行了相关研究。 其中，VR-CPT通过头戴式显示器与虚拟世界进行交互，并可开展多种测试。 结果表明，VR-CPT 可用于区分ADDH儿童和正常儿童。 Eom 等

探讨了虚拟场景中儿童的注意力表现特征，在6～17 岁的ADDH 儿童或正常儿童中进行了相关研究。 患儿通过头戴式显示器可看到一名虚拟教师站在面前，虚拟教师将给出相关手势指示或口头指令。 结果表明，VR-CPT 是测试注意力能力的有效方式，且虚拟环境中人物的存在可影响ADDH 儿童的注意力表现。

2.2.2 虚拟现实技术结合严肃游戏 严肃游戏最初是指以教育而非娱乐为目的，具有严肃主题的游戏，现多泛指以培训、教育或医疗健康为目的，寓教于乐的数字化游戏

。 严肃游戏可用于ADDH 儿童的干预以提高其注意力和视觉辨别等认知能力

。 富言

基于教娱属性、体感体验、情感互动、引导与鼓励以及易用性原则， 针对5～7 岁ADDH 儿童构建了VR教育游戏设计方案，用于锻炼患儿的集中注意力、识别有效信息等能力。 该游戏方案主体为6 个不断向前运动的线性空间， 在这6 个空间中会不断出现各种各样的环，患儿需要通过眼睛瞄准这些环，同时按下手中的控制器按钮以捕捉这些环。 Rodrigo-Yanguas 等

针对ADDH 的核心症状，结合VR 技术设计了一款名为 “月球秘密通道” 的严肃游戏，在12～22 岁的青少年和ADDH 儿童中进行了初步研究，证实其可以补充ADDH 的多模式干预。 该VRSG 包含5 个小游戏， 旨在训练ADDH 儿童的注意力、视觉空间能力、计划、记忆和推理等功能。游戏过程中， 患儿通过佩戴头戴式显示器看到相关的游戏界面，并通过操作控制器来完成游戏任务。整个视频游戏时间持续约20 min 左右，游戏结束后约有86%的患儿表示对该游戏方式表示满意， 但有14%的患儿在游戏过程中出现了头晕等相关症状。 基于上述结果及相应改进措施，Rodrigo-Yanguas 等

进一步开展了一项随机对照试验研究。 在该研究中，12～22岁的青少年和ADDH 儿童被随机分配至“月球秘密通道”组、在线象棋训练组及对照组中。结果显示，在接受规律药物治疗的ADHD 患者中，VR 技术结合严肃游戏比传统电子游戏具有更多优势。

2.2.1 虚拟现实技术结合课堂任务 目前有一些研究将VR 技术与课堂任务相结合

，如Bioulac 等

制定了一项基于虚拟教室任务的认知修复计划，探讨其在7～11 岁ADDH 儿童中的效果。 在这项随机对照研究中，患儿被分为虚拟认知修复组、哌醋甲酯组和心理干预组。在虚拟认知修复组，患儿使用头戴式显示器和控制器进入虚拟教室环境并完成相应任务。患儿必须执行字母检测任务，同时克服各种逐步增加的干扰因素对注意力的影响。在哌醋甲酯组，患儿接受长效药物治疗，在心理干预组，患儿则接受个性化的支持性心理治疗。研究结果表明，在虚拟教室中实施的认知修复计划可减少ADDH 儿童的注意力分散频次， 并可在特定情况下替代哌醋甲酯的治疗效果。Mühlberger 等

也将VR 技术及课堂任务相结合， 比较了接受哌醋甲酯治疗的ADDH 儿童、未接受药物治疗的ADDH 儿童和正常儿童的表现。 结果证实，未服药的ADDH 儿童比正常儿童组遗漏错误多，反应速度慢，且反应时间变异性更高，显示出VR 技术在评估多动症症状中的应用前景。

2.2 干预训练

2.1.2 虚拟现实技术结合机器学习模型 机器学习聚焦于运用计算机进行数据学习， 可用于开发风险模型和定义患者类别。 已有研究者将VR 技术与机器学习模型相结合， 用于ADDH 儿童的辅助评估。Yeh 等

将沉浸式VR 教室场景与神经行为的机器学习模型相结合， 在6～12 岁的ADDH 儿童或正常儿童中进行实践。其中，认知任务内容包括音频测试和选择性注意的视觉任务，并增加教师站起、同学打哈欠等视听混合的干扰事件。测试过程中，儿童佩戴头戴式显示器后即可看到自己置身于虚拟教室中，并通过按下控制器按钮的方式回答相应任务题目，整个测试过程持续约15 min。 结果表明，结合任务表现和神经行为的机器学习模型可有效区分ADDH儿童和健康儿童。Wiguna 等

提出，基于ADDH-VR的游戏诊断工具有利于便捷准确地诊断ADDH。 其中， 患儿在VR 游戏中的动作等表现可作为机器学习模型的输入数据， 通过卷积神经网络及模型化的多层人工神经元处理后， 最终转化形成具有特异性和敏感性的ADDH 症状诊断数据。 Baumann 等

将VR 技术与机器学习模型结合， 提出了ADDH-VR数字游戏诊断工具开发的4 个步骤， 分别为构建工具理论概念、进行可行性研究、进行有效性研究和开展多中心临床试验，可为相关实践提供参考。

街边有个早点摊，罗爹爹停下来，从摊桌下拖了条板凳，一屁股坐下，然后大声叫：“细婆，给阿里来碗热干面。”

2.2.3 虚拟现实技术结合运动锻炼 运动作为一种低成本的非药物干预方式，近年来在改善ADDH 儿童执行功能和注意力控制方面显示出优势

。 Shema-Shiratzky 等

将跑步机步行训练与VR 认知行为训练相结合，初步检验了该模式在8～12 岁确诊为ADDH 但未服用药物的患儿中的效果。 患儿在训练过程中系着安全带在跑步机上行走，并躲避路面上出现的各种虚拟障碍物。 运动捕捉摄像仪将患儿动作投射至跑步机前的屏幕上，系统可提供相应视听觉反馈提出是否需要调整步幅。 结果显示，在行为症状方面，患儿训练后在社交障碍行为及经常抱怨等心理性行为、执行功能和记忆功能方面得到改善。该研究团队基于上述预试验结果开展了1 项随机对照试验，探讨虚拟现实技术联合运动认知训练对ADDH儿童行为、认知功能和双任务处理中的有效性

。 未接受药物治疗的ADDH 儿童在6 周内接受18 次培训，训练包括在跑步机上行走及同时克服虚拟障碍等内容。 结果显示，训练后儿童的社会和行为问题得到明显改善，执行功能和记忆力得到改善，双任务行走时步态规律性明显增加，但注意力未发生显著变化，进一步证实了步行训练与VR 认知行为训练相结合的有效性。 邓婉婷等

将传感器技术与VR技术相结合，构建了一个用于ADDH 儿童注意力评估的VR 系统。 该系统可通过手部运动数据和评定量表定量评价儿童综合表现，探测在虚拟环境中ADDH 儿童和正常儿童的手部交互运动差异，为识别ADDH 儿童提供辅助决策。

2.2.4 虚拟现实技术结合神经生物反馈训练 神经生物反馈训练是一种通过脑-机接口改善大脑活动的自我调节方式， 目前在ADDH 干预中得到应用，且具有较为持久干预效果的优势

。 Skalski 等

将VR 技术与基于脑血流图的生物反馈训练相结合，在9～15 岁的ADDH 儿童中进行实践。 患儿被随机分为3 组，分别接受标准二维的生物反馈训练、简单视觉场景的VR 生物反馈训练和复杂视觉场景的VR 生物反馈训练。 其中，在复杂视觉场景组中，患儿通过头戴式显示器看到的是一个虚拟房间， 内部设备齐全，房间内的电脑屏幕上用于显示动画游戏。研究结果表明，与标准二维的生物反馈训练相比，结合VR 技术的生物反馈训练组在注意力缺陷方面的改善方面更为有效，且与场景的复杂程度无关，证实了VR 技术在动机促进方面的优势。Blume 等

基于1 项随机对照研究设计， 将VR 技术与基于近红外光谱的神经反馈训练相结合， 在6～10 岁的ADDH儿童中开展研究， 评估VR 场景中基于近红外光谱的神经反馈训练的干预效果。 患儿被随机分配到基于近红外光谱的VR 神经反馈训练组、 基于近红外光谱的神经反馈训练组和基于肌电图的VR 生物反馈训练组。 在该研究中，VR 技术主要借助于头戴式显示器实现，另外需额外佩戴近红外光谱设备帽或将肌电图电极置于冈上肌和乳突上。 该研究以ADDH 症状、自我控制、健康相关生活质量、学校表现等指标作为研究指标，将在干预前后以及6 个月的随访中进行评估。 鉴于该研究团队尚未完成整个研究，其应用效果有待检验。

3 展望

VR 技术在ADDH 儿童的辅助评估和干预方面显示出了良好潜力， 其与各种工具的结合使得ADDH 儿童的评估更加客观准确。 此外，VR 技术与多种ADDH 干预方案的结合提高了患儿的治疗依从性，增加了干预的趣味性，减少其抵触心理，有助于巩固干预结果。 目前针对VR 技术在ADDH 康复中的多数研究已显示出理想效果， 但仍存在一些问题，如在使用头戴式显示器开展ADDH 评估或训练的过程中，少部分患儿出现头晕、头痛等不适，后续有待提升VR 程序的设计及画面质量， 提高设备的舒适度，优化使用体验，此外，后续研究可进一步探索VR 技术与更多生理测量方式结合的运行模式，如眼动追踪、肌电图等，以提高评估的准确性。其中，机器学习作为人工智能的核心，在ADDH 诊断工具的开发中可发挥重要价值， 后续可积极探索基于机器学习的图像识别、语音识别等功能在ADDH 诊断评估中的应用， 以及VR 技术与不同干预训练结合的应用效果，以促进ADDH 儿童的治疗与康复。

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