虚拟现实技术应用于残疾人康复健身指导的背景研究

刘静然

(北京体育大学运动医学与康复学院 北京 100084)

国家在新时期发展过程中高度重视人民群众的实际需求，并且在2016年颁布了《“健康中国2030”规划纲要》［1］。该文通过对这一文件进行梳理，得知国家开始高度关注残疾人以及老年和儿童等诸多弱势群体的身体健康状况，并通过采取体育活动等诸多形式来实现这类人群的强身健体。在现阶段发展过程中，由于残疾人群体的特殊性，开展体育活动时，面临的阻碍较为突出，然而要想实现全民健康，这一问题必须解决。增强其体质健康水平，战胜疾病，通过体育活动，调节身心，满足精神文化需求，为早日实现健康中国目标打下基础。我国是世界上残疾人数量最多的国家，残疾人由于身体上的缺陷，其生活质量较低，且不具备稳定的经济来源，这也使得他们无法获取更好的生活品质，很多残疾人在开展体育锻炼活动时，喜欢独自进行，甚至绝大部分残疾人对体育锻炼毫不在意，残疾人的健康及生活状况关系到人权以及平等等方面的问题，不仅如此，全面小康社会的建设也离不开残疾人的力量，因此加强残疾人体育活动，势在必行。该文主要就虚拟现实技术（Virtual Reality，VR）在残疾人康复健身指导的研究中取得的成果进行概述，以期该技术在残疾人康复健身指导领域中的应用获得更好的发展。

1 VR技术在康复医学中的应用

VR技术于1960年在美国首次提出，作为一种先进的交互方式，需要将计算机技术和传感器技术进行紧密结合［2］，它具备较为显著的交互性以及想象性［3］。在近些年的发展过程中，随着三维软件的不断完善，结合计算机平台就能够对虚拟环境进行构建，能够模拟视觉以及听觉等诸多感官体系，使用者结合数据头盔以及手套等诸多设备，就能够在虚拟环境中进行互动，将其融入康复医学中，能够实现训练等诸多目标。近年来，该技术受到了社会各界的高度关注，在不断创新之下，也在航空以及教育等诸多领域得到了广泛的运用。

近年来，医疗康复领域结合了先进的计算机技术，并得到了飞速发展，虚拟外科手术的模拟等诸多模式已经开始造福病人［4］，随着学者的深入探究，也逐渐研究出了虚拟现实暴露疗法等诸多系统，发展前景极为广阔［5］。虚拟情景训练是近年来国内外研究较多的一种新型康复治疗策略，能够让患者沉浸在虚拟环境中，通过完成设计的相应任务，来实现运动功能的不断强化［6］，患者能够快速学习到运动技能并保持该技能，从而实现患者真正意义上的独立自理生活。

1.1 国外VR技术在康复医学中的应用

VR在骨科手术的外科培训中的应用，包括关节镜检查、关节成形术和创伤等，增加受训者在低后果环境中随时练习手术的机会，这对于受训者在患者数量少的环境中接受培训尤为重要，并有助于提高受训者的熟悉度和信心［7］。

在康复领域，迈拓医疗作为全球较为出名的医疗公司，在近些年发展过程中，高度重视手指以及肘、肩关节等诸多关节的康复评估，并结合先进的计算机技术来开发各类训练软件，让患者通过康复锻炼，实现运动速度以及运动范围的进步［8］。不仅如此，患者也能够结合自身的实际情况来进行针对性的康复训练。随着人们对VR 技术在医疗康复领域的不断探索，VR 技术在神经疾病患者的康复包括运动功能的改善、心理和认知功能的改善等方面，发挥着积极作用［9］。基于虚拟现实的治疗，在改善脑卒中患者的上肢运动功能［10］、执行功能、记忆和视觉空间功能方面效果明显，但目前对于整体认知功能、注意力、语言流畅性、抑郁和生活质量，还需要进一步研究［11］。完全身临其境的跑步机VR游戏作为脑卒中后步态康复的一部分，让卒中幸存者体验锻炼和成就的动机，通过引人入胜的游戏，完成任务，有利于脑卒中后步态的康复，具有趣味性、可行性和安全性，得到了脑卒中幸存者和临床医生一致认可［12］。准确测量姿势摇摆是平衡评估和康复的重要组成部分，VR 耳机有内置传感器，可进行位置和方向跟踪，参与者体验覆盖其整个视野的定制VR 环境，同时从耳机和力板中收集位置数据，使其成为平衡评估的有效工具［13］。Villiger Michae 等［14］对12 名不完全脊髓损伤受试者使用了基于家庭的移动版下肢VR 训练系统，训练4周后，受试者下肢肌力、平衡和功能活动度均有显著改善，治疗后2～3个月，功能活动度仍有显著改善。基于VR 的空间导航运动功能，VR 导航训练用于提高老年痴呆患者认知功能［15］。VR 技术通过让帕金森患者置身于丰富和高度个性化的复杂环境中，提高对帕金森患者复杂损伤的理解和治疗能力，为人们提供了安全识别个人特定僵硬步态的触发和平衡缺陷的机会，从而为个性化的培训提供依据［16］。

1.2 我国VR技术在康复医学中的应用

VR技术的适用范围非常广泛，然而国内康复应用的领域还比较局限，基于VR技术的康复训练系统尚处于初步发展阶段，大部分研究主要聚焦于身体功能方面的干预。北京奥诺康医疗科技有限公司近些年在康复医学领域取得了突出成就，研发了Anokan-VR 系统［17］，坐姿训练以及上肢功能训练等相关内容均包含其中，在运用这一软件进行训练时，患者只需要跟随屏幕中的情境变化以及相关提示来做出相应动作即可，趣味性强。

这一技术的不断进步，能够开拓创新传统的训练环境，也能够更好地对中枢神经进行刺激，为现代康复医学的发展创新了思维［18］。VR 技术在促进脑卒中患者的上肢力量与协调性以及提高患者的康复动机与参与性方面具有积极意义［19］。王伟［20］在研究过程中结合脑卒中引起的手功能障碍，结合3ds max等诸多先进技术，构建了完善的手功能康复训练系统，它具备训练场景丰富以及训练层次完善的特征。患者在运用这一软件进行康复训练时，能够沉浸其中，对患者神经进行良好的刺激，使康复效果得到提高，除此之外，这一软件的熟练运用也能够真正实现自主的康复训练。虚拟现实的人体平衡能力检测及训练系统进行需求分析、系统设计和实现，测试系统可以区分正常人群与障碍人群，有效地提高障碍人群平衡能力［21］，如能显著提高脑卒中偏瘫患者和帕金森病患者的平衡、姿势控制能力［22，23］。VR 技术对改善轻度认知障碍患者及脑卒中患者的认知功能、日常生活活动参与都有促进作用［24，25］，VR 技术用于痉挛性脑瘫患儿的肢体运动、认知功能和疼痛等方面及言语失用症患者的语言能力的康复中效果显著［26，27］，周海荣等［28］选取脑瘫患者40例，对该技术在偏瘫型脑瘫患者上肢功能训练中的作用进行了深入研究，研究结果表明与传统疗法相比，这一技术的作用更加突出。

VR技术目前已经应用于心脏康复过程，在改善心血管疾病患者身心健康以及提高患者生活质量方面具有重要作用［29］，在现阶段发展过程中，患者只需要紧跟这一技术的相关提示就能够促进手部功能的逐渐恢复，趣味性高于传统疗法，并且未来将会对该系统进一步优化与设计，同时进行大样本的测试［30］。

2 残疾人的健身现状

有学者对《2030年可持续发展议程》这一文件进行研究认为，到2030 年为止，要重视健康生活方式的普及，促进全民健康工作的有序开展［31］。在开展健康服务工作过程中，需要对残疾人重点关注，这也是人类社会进步和可持续发展的重要体现。

美国健身事业发展得较为成熟，在人群居住的区域内就开设了许多健身房，向附近的居民提供健身服务，并且在社区中还专门为残疾人设置了无障碍通道，以及安排了专业的体育社会指导员来指导残疾人进行科学的健身。在为残疾人群特设的健身场所中，健身房中具有专业认证的教练，并对教练员进行严格的管理，可以为残疾人提供人性化服务［32］。为了更好地保证残疾人的正常权益不受到侵害，美国颁布了《美国残疾人法》，其规定残疾人可以在美国任何一个体育场馆进行体育锻炼，不仅有残疾人专用的健身设施以及特定的交通工具，还有专门为残疾人服务的组织与机构［33］。挪威在许多大型的健身场所以及体育场所，都专门为残疾人设置了无障碍通道，在体育俱乐部中，健康人群与残疾人群在一起进行体育锻炼活动，同时残疾人群还可以得到健康人群的保护、帮助、指导与交流。挪威对于残疾人体育事业并没有完全放在竞技体育上，而是突出残疾人的康复性锻炼，鼓励支持残疾人参加体育锻炼活动，让他们重树信心，克服自身困难，乐观地面对生活，参与社会活动，从而提高生活质量。

中国特色社会主义在发展过程中就极为重视残疾人事业的有序开展，习近平总书记指出，残疾人事业契合我国发展的实际需要，实现全面小康建设工作过程中，对残疾群体伸出援手是极为重要的，也是构建人类共同体的集中展现［34］。研究显示，我国残疾人体育健身与康复的意识不断提高，残疾人不管是参与体育运动的次数还是人数，也在近些年发展过程中显著提升［35］。尽管如此，由于受到场地资源限制以及经济能力欠缺、健身机构不完善等诸多因素的影响［36］，绝大多数残疾人参与健身时，由于别人异样的眼神，使得他们的自尊心受到了严重伤害，无法再继续开展体育锻炼活动。研究指出，很多单位的体育设施以及住宅小区是残疾人主要的健身场所，现有的体育设施不能满足残疾人的健身需求［37］，国内很少有残疾人的专用健身场地，受教育程度整体偏低。在现阶段发展过程中，残疾人群体也并不具备较为科学和完善的体育健身意识，无法有效把控健身强度，除此之外，他们的生活水平也较低［38］，上述因素也使得他们尽管具有较强的健身需求，但是却并没有充足的经济实力进行支撑，长此以往，他们的身体素质必然也会处于较低水准。经过对南京17所高校调查，南京高校存在体育馆出入口关闭、轮椅坡道规格不标准、基本无可供残疾学生使用的教学设施、健身器材和体育辅助器具等问题，在教学中为残疾大学生设置的体育课比较单调，不能充分发挥残疾大学生的运动潜能与兴趣，在无障碍体育设施的建设中投入不足，缺乏专项资金支持［39］。

在现阶段发展过程中，我国残疾人体育健身服务的运行机制依旧处于起步阶段，在发展过程中需要结合实际情况进行完善，尤其需要在体制、组织机构以及精神关怀等诸多层面加大关注［40］。在现阶段发展过程中，很多地区由于经济等诸多因素的影响，在对残疾人专属的运动场所进行构建时，心有余而力不足，不仅如此，很多公共体育设施的人性化也极为欠缺，并没有专门针对残疾人的需求进行改善［41］。

3 残疾人居家运动受限

居家康复是社区康复的重要内容，也是帮助重度残疾患者享受优质、便捷康复服务最直接的有效手段［42］。该研究指出，国家在新时期发展过程中也逐渐意识到，重度残疾人之所以无法融入或体育活动中，主要是因为不易出户以及家庭困难等诸多因素的影响，为了有效解决上述问题，国家在2015 年试施了康复体育进家庭这一工作。通过对相关数据进行梳理发现，国家在2016年共资助了西部6个省级行政单位的康复体育进家庭的项目，数量已经突破8000户［43］。全国残疾人康复体育关爱家庭服务到2017 年为止，已经服务了超过13.3 万户家庭［44］。熊妮娜等［45］为北京市1393例肢残患者提供了居家康复服务，与诸多研究者的研究结果一致，居家康复能够实现残疾人群体日常生活活动能力的显著提高。目前，有关居家康复的需求很多。裘凤黔［46］在研究过程中，选择了12名脑卒中患者作为研究对象，研究结果表明，社区医生上门指导是他们迫切需要的，然而很多家庭并没有采取有效措施对家庭设施进行改善。陈东骥等［47］对某城区131例肢体残疾患者调查分析显示，超过85.7%残疾儿童和81.7%残疾成年患者都认为居家康复很重要。

导致人的身体功能障碍的原因很多，残疾人通常有一个或多个方面的损害，如手臂或下肢的力量、活动范围、平衡、步态或从椅子转移到浴缸、厕所的能力不足等。残疾人居家运动存在居家场地不合格、健身器材缺乏、缺乏专业健身指导、缺少运动同伴相互交流和鼓励支持、部分残疾人没有做适合自身残疾情况的家居改装等问题，另外，还有如房子的门宽对轮椅来说太窄，可能会限制人们使用助行器、拐杖等问题。从一种类型的地板表面过渡到另一种类型的地板表面，是一个挑战，因为相邻的表面通常高度不同，影响行动能力较弱的残疾人，如步态障碍，经常发现这些质地上的差异，有绊倒的危险。在这种情况下，建议设置门槛坡道，它可以使穿越门槛更容易、更安全。建议在浴缸、淋浴和厕所附近，安装扶手杆。对于使用轮椅的人来说，建造无门槛的无障碍淋浴是最佳选择。噪声性听力损失的成年人在有背景噪音存在的情况下，他们很难听到较高频率的声音和语音中的某些辅音，也很难理解语音，可以使用配备扬声器和振铃器的电话。居家康复作为一项惠及残疾患者的新兴事业，除了居家场地不合格、健身设备缺乏，还存在许多限制，如康复服务资源不足等诸多问题，始终影响着康复工作的可持续发展。

4 结语

随着VR 技术的不断发展，VR 技术在康复领域取得了良好成果，可行性强，VR技术能够帮助残疾人以更主动、更轻松且高效、更容易理解的方式来开展康复训练，VR技术可以进行居家操作，康复健身指导员可以通过远程咨询，为残疾人量身定制个性化康复健身方案，降低了治疗师的工作量，使其从易疲劳、效率低的工作状态中恢复过来，以便有更多时间分析和设计残疾人的康复健身方案。但我国残疾人康复健身还存在缺乏兴趣、资金缺乏以及残疾人居家活动严重受限等不足，目前仍未有明确的证据，指出VR 训练的最佳干预时间、频率和强度，研究人员应该根据患者的年龄和病情以及具体的功能障碍部位，设计出有针对性的、个性化的、精准的方案，这将成为未来进一步研究的方向。

针对目前我国残疾人健身现状，提出以下建议。要多为残疾人提供文化知识学习机会，提升其文化素养，通过开展残疾人健身讲座、发放知识手册及宣传活动等多种方式，使残疾人群获得专业的健身知识，使残疾人群及其家庭从内心认识到健身的意义，并积极参与体育健身。通过为残疾人提供有针对性的职业培训、增加生活补贴等方式，改善残疾人群的生活状况，从而使这些人群有一定的经济能力参与到体育健身中，提高身体素质。政府在对体育公共设施进行修建的过程中，也需要对残疾人的特殊需求进行充分考虑，为他们提供良好的活动场所，开展体育锻炼活动。残疾人在社会中本就处于弱势地位，由于种种原因，许多残疾人的合法权益都无法得到正常的保障，目前我国倡导依法治国，残疾人的体育事业同样也需要相关的法律来保驾护航，需要结合我国具体的国情来建构一套行之有效的法律体系。在今后发展过程中，有关部门需要提升对残疾人体育健身活动的关注度，整合优势资源进行投资，更需要来自社会各界的理解和支持，保障残疾人生活质量的不断提升。