虚拟现实技术应用于感觉-运动功能康复的专家共识.pdf
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1、2024年,第39卷,第4期 专家共识 虚拟现实技术应用于感觉-运动功能康复的专家共识*摘要目的:制定虚拟现实(virtual reality,VR)技术应用于感觉-运动功能康复的专家共识,为感觉运动功能障碍患者的VR康复提供指导意见。方法:本共识由科技部国家重点研发计划(2018YFC2001600)项目组牵头组织康复医学、工程学、人工智能等多学科专家,经过多轮专家调研、会议讨论,并在循证医学方法学的指导下,通过系统检索临床研究数据、评价临床证据及判断证据质量,再经讨论后制订。结果:本共识聚焦于VR技术应用于感觉运动功能的康复评估和康复治疗,内容包含VR感觉运动康复的适应证、禁忌证和不良反应
2、、基于VR技术的感觉运动康复的内容要求、康复流程以及临床应用推荐,为感觉运动功能障碍患者的VR康复提供指导意见。结论:本共识的制定为VR技术在感觉运动功能康复领域的应用提供了系统化和标准化的指导,有助于促进相关技术的进一步发展和临床实践的推广。关键词虚拟现实;感觉运动功能;康复;临床应用;专家共识中图分类号:R493文献标识码:B文章编号:1001-1242(2024)-04-0461-10感觉或运动障碍是很多疾病存在的问题。良好的平衡、步行、协调能力依赖于感觉系统,需要视觉、前庭觉和本体感觉的输入。感觉系统提供了头和身体在空间中的定向,以及身体部位的相对位置和运动反馈1。除了肌肉骨骼系统疾病
3、,大多数神经系统疾病如脑卒中和帕金森病患者的上下肢运动能力下降,平衡和协调、步行等方面存在问题,导致日常生活能力降低2。即使神经系统疾病的患者肌肉力量不受影响,如果出现感觉功能受损,也可能会出现严重的运动功能障碍3。国际功能、残疾和健康分类 指出,健康应从身体功能与结构、活动及参与三个方面考虑。感觉或运动障碍的患者身体功能降低,活动和参与减少,增加感觉或运动障碍患者的日常生活活动能力、提高生活质量是康复的目标4。虚拟现实(virtual reality,VR)采用以计算机为核心的现代高科技手段生成逼真的视觉、听觉、触觉、嗅觉及味觉等多感官一体化的数字化人工环境。在这个基础上,用户借助一些输入与
4、输出设备,采用自然的方式与虚拟世界的对象进行交互,相互影响,从而产生亲临真实环境的感觉和体验。VR作为一种计算机生成的仿真技术,可以创造一个丰富、逼真的环境,促进特定任务的训练,并通过取代或加强对用户的反馈(例如视觉、听觉、触觉),提供在虚拟世界中存在的感觉5。尤其在感觉和运动功能康复中,VR不仅可以模拟各种日常生活活动,还能够实时反馈患者的表现。虚拟环境和物体为用户提供视觉反馈,可以通过头戴式设备、投影系统或平板屏幕进行呈现。反馈也可以通过感官提供,例如听觉、触觉、运动、平衡和嗅觉6,多感官信息整合促进感觉运动功能康复。近年来,随着VR技术的普及和成本的降低,VR技术在康复医学领域崭露头角,
5、成为感觉和运动功能康复的有力工具7。尽管相关研究领域快速发展,但目前学界尚无VR康复的规范化专家共识。基于此,本共识聚焦于VR技术应用于感觉运动功能的康复评估和康复治疗,由科技部国家重点研发计划(2018YFC2001600)项目组牵头组织康复医学、工程学、人工智能等多学科专家,经过多轮专家调研、会议讨论,并在循证医学方法学的指导下,通过系统检索临床研究数据、评价临床证据及判断证据质量,再经讨论后制订,以期为感觉运动功能障碍患者的VR康复提供指导意见。徐建光1,2,3,11华续赟1,2,3王彤4郑谋雄1,2,3单春雷3吴佳佳1,2,3敖丽娟5郭川4胡昔权6陈茉弦5郭帅7艾一楠6周俊明8马洁2李
6、春波9薛炘2张道强10DOI:10.3969/j.issn.1001-1242.2024.04.002*基金项目:国家科技部重点研发计划项目(2018YFC2001600)1中医智能康复教育部工程研究中心,上海市,201203;2上海中医药大学附属岳阳中西医结合医院康复医学中心;3上海中医药大学康复医学院;4江苏省人民医院康复医学中心;5昆明医科大学康复医学院;6中山大学附属第三医院康复医学科;7上海大学;8复旦大学附属华山医院;9上海市精神卫生中心;10南京航空航天大学;11通讯作者第一作者简介:徐建光,男,教授,主任医师;收稿日期:2024-01-Chinese Journal of Re
7、habilitation Medicine,Apr.2024,Vol.39,No.41证据来源本共识通过检索PubMed、Embase、Web of Science英文数据库以及中国知网、万方数据库、维普数据库等中文数据库,纳入基于VR技术的感觉运动功能康复评估和康复治疗的研究文献,参考牛津循证医学中心(Oxford Centre for Ev-idence-Based Medicine,OCEBM)证据等级评价系统对证据质量进行评价。采用2009年更新制定的版本,并依据临床证据分级标准和推荐强度系统将循证等级划分为 5 级(15级),推荐强度采用AD(从强到弱)。2VR感觉运动康复的临床应用
8、2.1适应证VR在感觉运动康复中的应用展示了其在医疗领域的多样性和深远影响。VR感觉运动康复主要集中在提供模拟环境和活动来帮助患者恢复或提高他们的运动和感觉功能。这一技术的应用范围广泛,适用于多种疾病引起的感觉运动功能障碍的评估和治疗,包括但不限于上肢、下肢、躯干控制等。相关疾病包括:神经系统疾病,如脑卒中、脑外伤、脊髓损伤、帕金森病、多发性硬化等811,在脑损伤后的不同康复阶段均有适用1215;老年人康复训练,保持运动功能,减少跌倒的风险1618;慢性疼痛管理1920;儿童发育性障碍,如脑性瘫痪、自闭症等2123;运动损伤24;骨关节疾病,如膝骨关节炎、前交叉韧带重建术后、膝关节置换术后、肌
9、腱损伤修复术后、断指再植术后、髋关节置换术等2531;截肢患者的幻肢痛治疗及运动康复32;肿瘤康复33;精神疾病患者的身体康复34;内脏功能康复,如慢性阻塞性肺疾病、心脏病、血液透析患者的功能康复3537。康复训练场所包括医院康复科、社区康复中心、养老机构、家庭康复等。通过VR技术可提供更加方便的远程康复服务。2.2禁忌证与不良反应不良反应包括VR本身的不良反应,如眩晕、头痛、恶心、眼睛疲劳等,这些可能因长时间使用VR设备或对虚拟环境的不适应而产生,建议提供个性化的适应训练,逐渐增加VR的使用时间。对于易患癫痫或有癫痫倾向的人,VR中的快速闪烁可能诱发癫痫发作,这是VR使用的一个严重但不广泛的
10、副作用3839。建议控制屏幕闪烁频率,避免使用过于剧烈的视觉效果,对有癫痫风险的患者进行筛查,避免高风险患者使用,尤其在儿童康复中。也包括与感觉运动康复相关的不良反应,如在进行特定的感觉运动训练时,可能出现肌肉疼痛、关节压力增加等,尤其是在初期不适应训练强度时。对于感觉功能障碍康复的患者,VR程序中的感觉刺激可能过于强烈,导致感觉过载40。同时,高度沉浸的虚拟环境可能使某些患者产生迷失感。建议根据患者的个体情况调整刺激,并提供有定向辅助的、易于耐受的环境。对于运动功能障碍康复的患者,虚拟环境中的运动控制可能比真实环境更加困难,导致挫败感进而训练效果不佳。建议根据患者实际能力调整训练难度,给予适
11、当的运动辅助,并提供易操作的交互界面。另外还会产生心理反应,某些患者可能会因VR环境产生焦虑或恐惧感,尤其是在面对模拟的高风险或挑战性场景时。在康复治疗过程中,应综合考虑VR技术的特性和感觉运动康复的需求,对潜在不良反应进行监测和管理,以确保安全有效的康复过程。禁忌证:存在明确的康复治疗禁忌证(如不稳定心绞痛、急性心肌梗死、严重高血压、心肝肾功能严重不全及严重感染、各种出血倾向、生命体征不稳定、癫痫发作期、严重器质性疾病等);神志不清、精神障碍、严重听理解或认知障碍等不配合治疗;视力、听力有严重障碍不能使用VR设备。3基于VR技术的感觉运动康复的内容要求3.1基于VR技术的感觉运动功能评估3.
12、1.1辅助设备:根据评估内容的需要,配合使用力反馈设备、感应器、机器人辅助设备等,能增加真实性和精确度。例如,力反馈设备可以提供真实的物理交互,帮助评估患者的力量和运动协调能力4142。3.1.2多感觉系统综合评估:VR技术在评估中应涉及多种感觉功能,如视觉、触觉、前庭觉和本体感觉等。通过VR提供丰富的感官刺激,模拟真实生活情景,可评估患者在多种感觉输入下的反应和适应能力,提高评估的准确性和客观性43。3.1.3感觉功能与日常生活技能的关联:通过VR技术,可以评估患者感觉功能对其日常生活技能的影响。例如,可以专门设计VR环境中的任务来评估触觉感知和辨别能力在手部精细与协调功能中的作用44。3.
13、1.4运动功能细节分析:使用高精度的力反馈设备和动作追踪传感器,可以精确评估上肢运动功能和下肢步态及平衡,提供关于患者运动模式和功能状态的详细信息4546。3.1.5运动策略和规划能力评估:VR技术可以模拟复杂的运动任务和情境,有助于评估患者的运动协调性、决策能力和运动规划能力4748。同时,观察心理因素如动机、焦虑对运动功能的影响49。3.1.6感觉与运动功能的交互影响:在VR评估中,特别关注多感官信息输入和认知需求对运动功能的综合影响,以及心理状态如何影响患者的运动能力44,50。3.1.7持续研究与优化:鉴于VR技术在康复评估中仍面临挑战,未来的研究应致力于提高感觉刺激的真实性和患者对虚
14、拟环境的沉浸度。此外,应将VR技术与计算机视觉、机器学习等技术融合,以提高评估的灵敏度和客观性。3.2基于VR技术的感觉运动功能康复干预2024年,第39卷,第4期3.2.1多感觉系统的刺激与集成:VR训练通过集成多种感觉系统(视觉、触觉、前庭觉和本体感觉)模拟真实生活情境。这种集成增强训练的逼真度和有效性,为患者提供丰富多样的感觉体验,有助于改善感觉处理能力和感觉运动协调51。如模拟公园行走的VR环境,结合视觉、听觉和本体感觉,以帮助平衡和步态训练52。3.2.2日常技能训练的重点:VR训练专注于提升日常生活技能,如手部协调和抓握物体。模拟日常活动场景,帮助患者在安全环境中练习并提高实际生活
15、自理能力5354。如VR中的烹饪或打字任务,需要精细的手眼协调能力55。3.2.3运动策略和规划能力的提升:通过模拟复杂的运动任务,VR训练增强患者的运动协调性、决策和规划能力56。要求策略规划和执行的VR游戏,如穿越迷宫或解谜57。3.2.4感觉与运动功能的交互作用训练:VR训练重点在于评估和训练感觉输入与运动输出之间的交互作用,特别是在需要多种感觉输入协调的情况下58。3.2.5精细运动功能训练:首先,应该融入模仿日常生活中需要精细运动技能的任务,如写字、扣纽扣或操作工具等57。这些任务可以通过游戏化的方法来增加患者的参与度和兴趣。其次,任务应该要求精准度和协调性,并随着患者能力的提升逐渐
16、增加难度,如设计一个涉及穿针引线或组装小型精密模型的VR游戏。此外,提供实时视觉反馈对于帮助患者纠正异常动作模式非常重要,例如在VR绘画活动中,系统可以突出显示缺乏稳定性或精确性的关节活动区域59。最后,整合触觉反馈,如使用VR手套或手持控制器提供抓取或操纵虚拟物体时的触觉反馈,模拟质地和重量,有助于训练精细运动功能60。3.2.6基于特定神经环路重塑机制的VR康复任务制定:脑功能康复的核心是特定神经环路的重塑,而目前虚拟现实康复训练技术较多关注视听场景带来的趣味性和沉浸度,导致其临床疗效遇到瓶颈。VR在感觉运动康复中的应用需要超越单纯的视听刺激,更深入地结合特定神经环路的重塑机制和理论。VR
17、训练内容应基于神经科学的研究,针对特定的神经环路和大脑区域进行设计。例如在完全沉浸式的虚拟环境中进行单侧和双侧上肢训练,对于虚拟场景中上肢动作的观察可以激活大脑中的镜像神经元,比常规康复治疗更能显著提高脑卒中患者的上肢功能,并且大脑初级运动皮质激活显著增加61。此外,重复性是重塑大脑的关键因素,可创建基于神经可塑性的重复性特定任务练习。例如,重复练习抓取物体的VR游戏,有助于重建这些动作所涉及的神经环路62。4VR感觉运动康复流程4.1治疗前评估包括了解患者的病史、当前的感觉和运动功能状态及任何可能影响VR治疗的心理健康问题。特别关注于个体的感觉敏感性、感觉失调等问题。对于运动障碍患者,详细评
18、估其肌肉力量、协调性和关节活动范围等。4.2治疗前准备需要对患者进行详细的VR技术培训和介绍。确保他们理解VR设备的使用方法、治疗过程中可能遇到的不适感,以及如何有效地与虚拟环境互动。对于运动障碍患者,提供特定的运动辅助支持和适当的安全措施。4.3治疗过程根据患者的具体需求设定康复计划,实时监测患者的反应和进展,确保任务难度与患者的康复水平相匹配。4.4治疗后报告对患者的进展进行详细地评估和记录,包括患者在处理感觉输入和执行运动任务方面的反应,以便于后续调整治疗策略。4.5定期评估定期对患者进行全面评估,以确保VR康复疗效的持续。重点评估患者在感觉整合和运动技能方面的进步,以及这些进步如何转化
19、为日常生活活动能力的改善。4.6向现实世界应用的过渡逐步帮助患者将VR训练中获得的技能转化为现实生活中的实际应用,特别注意感觉反馈和运动执行能力在日常生活中的应用。4.7最终评估和后续跟进在治疗结束时,对患者的整体康复效果进行最终评估。评估感觉和运动功能康复的长期改善,并根据需要制定后续跟进计划,以维持和提升康复疗效。5基于VR技术的感觉运动康复临床应用推荐5.1VR应用于感觉功能康复评估5.1.1触觉感知与辨别能力评估:通过交互的VR系统评估患者的触觉感知能力,特别适用于需要精细手部协调和物体感知的场景44。5.1.2手部运动感知评估:利用头戴式VR设备内置的手部跟踪功能,分析视觉与本体感觉
20、对手部精细运动的贡献,为精细化手部协调能力评估提供新视角63。5.1.3平衡与视觉感知评估:采用VR技术进行平衡测试,精确量化视觉、本体感觉和前庭系统对姿势控制的影响,有助于制定个性化平衡干预策略64。5.1.4特定临床人群的感觉评估:多项研究证明了VR在脑卒中、帕金森病、脑震荡和自闭症谱系障碍等特定人群中感觉功能评估的应用潜力,体现了较好的信度和效度50,6567。5.2VR应用于运动功能康复评估5.2.1上肢运动功能评估:通过模拟抓取、搬运、敲击等任Chinese Journal of Rehabilitation Medicine,Apr.2024,Vol.39,No.4务,综合评估上肢
21、的灵活性、协调性和肌力情况41,47。结合力触觉反馈,进一步提升评估的精准度和实用性68。5.2.2下肢运动功能评估:利用VR模拟步行、跑步、躲避障碍等任务,全面评估下肢的运动能力、步态模式和平衡能力。特别是对于步态和平衡的评估,VR技术能够提供安全的评估环境,并通过模拟不同的行走路面和环境因素,评估患者的适应性和反应能力,如帕金森病的冻结步态69。5.2.3运动策略和规划评估:VR技术能够模拟复杂的运动任务和环境,评估患者的运动策略、协调性和决策能力,如在模拟的运动游戏中观察患者的动作规划、反应时间和决策过程。5.3VR应用于感觉功能康复治疗脑卒中:VR技术在脑卒中患者的感觉功能康复方面显示
22、出良好的效果,推荐将VR康复作为综合康复方案的一部分用于提高脑卒中患者的本体感觉(推荐强度A/1b)、浅感觉(推荐强度B/2b)和平衡觉(推荐强度A/1b)70。其中在浅感觉的康复中,VR康复较常规镜像治疗有更显著的改善51。创伤性脑损伤:VR技术应用于创伤性脑损伤的感觉康复主要专注于平衡觉、前庭功能的康复,康复疗效并不优于常规康复71(推荐强度A/1b)。VR康复可以作为康复计划的一部分,但建议在实施前对患者进行详细评估,以确保安全性和最佳疗效。多发性硬化:VR技术在多发性硬化患者的感觉功能康复中展示了良好的临床疗效,主要是在平衡觉方面,推荐在康复训练中融入VR技术52(推荐强度A/1b)。
23、前庭功能障碍:VR干预在增强平衡和减轻前庭功能障碍症状(如眩晕残疾指数和眩晕视觉类比量表)方面有一定的疗效,但需要进一步研究其长期获益和疗效。传统的前庭康复仍是有效的治疗方法,推荐与VR康复相结合以可能获得更好的疗效72(推荐强度B/2b)。儿童脑发育障碍:VR康复在儿童的感觉统合能力康复中有显著效果,优于常规感统治疗,推荐在儿童感觉功能康复中融入VR技术73(推荐强度A/1b)。脊髓损伤:脊髓损伤患者,特别是有神经病理性疼痛的患者,VR康复在改善疼痛程度、心理质量和睡眠障碍方面疗效显著,推荐在脊髓损伤的感觉功能康复治疗中融入VR技术74(推荐强度A/1b)。慢性疼痛:常规康复基础上加上VR康
24、复可以在疼痛、运动恐惧、疲劳、体力活动水平和生活质量的精神心理方面带来更显著的改善75。推荐将VR技术作为慢性疼痛患者康复的一部分,特别是当传统康复方法不能完全缓解患者症状时76(推荐强度A/1b)。5.4VR应用于运动功能康复治疗脑卒中:VR运动康复在改善脑卒中患者的运动功能和日常生活能力方面具有潜力,在上肢运动功能、步态、平衡、躯干控制、下肢肌力和整体运动功能均有显著康复疗效。基于VR技术的运动康复是基于较高质量的研究证据,推荐作为脑卒中患者康复治疗的补充手段。多项meta分析结果提示基于VR技术的运动康复可以显著改善脑卒中患者的上肢功能8,7778、下肢功能79、平衡功能80、步行能力8
25、1(推荐强度A/1a)。研究中脑卒中的病程覆盖了急性期82、亚急性期9,83、恢复期84、慢性期8586的全程康复。但与常规康复治疗相比,VR康复在亚急性期和慢性期的卒中上肢运动功能康复中无显著差异9,77,而与常规康复治疗联合可体现更显著的运动康复疗效60。1项meta分析研究结果显示与传统康复治疗相比,半沉浸式VR联合触觉反馈手套康复可在短期内显著改善脑卒中患者的上肢功能,但在患手握力上无显著差异60,87(推荐强度A/1a)。长期随访后没有发现显著改善,但在常规康复治疗基础上进行康复手套联合VR康复可有长期的疗效。1项网络meta分析比较机器人辅助训练、VR、机器人辅助康复联合VR在改善
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