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虚拟情景训练在脑卒中康复中的应用卫生部医政司康复医学培训中心河北省人民医院康复中心贾子善Tel:0311-85988957E-mail:JZS1963@163.com概念虚拟现实（VirtualReality，VR）技术是利用计算机生成一种模拟真实事物的虚拟环境（如行走、跑步、取物、绘图等），并通过多种传感设备使用户“投入”到该环境中，实现用户与该虚拟环境直接进行自然交互的技术。虚拟现实是指在视、听、触、嗅、味觉等方面高度逼真的计算机模拟环境。用户可与此环境进行互动，产生身临其境的体验。20世纪50-70年代:是虚拟现实技术的探索阶段;80年代前中期:是虚拟现实技术从实验室走向实用的阶段;80年代末--:是虚拟现实技术快速发展时期。虚拟现实技术的发展概述（1）沉浸：用户在虚拟场景中有身临其境之感。（2）交互：用户与虚拟场景中各种对象相互作用。（3）想象：可使用户沉浸于此环境中获取新的知识，提高其感性和理性认识，从而产生新的想象。VR系统具有三大特征VR系统根据患者置身于虚拟环境的沉浸程度和系统组成可分为：●头盔式●大屏幕式●桌面式（英国）能够模拟视觉、嗅觉、听觉、触觉甚至味觉功能。“扶椅游客”各种虚拟头盔VR系统的组成一、虚拟环境生成设备：高性能计算机二、感知设备：生成视、听、触（力）等多通道刺激信号的显示器、声音播放器等三、跟踪设备：检查虚拟环境中的坐标及朝向的设备---动态记录人体运动四、交互设备：教育：医疗：虚拟人体、虚拟外科手术和远程外科手术、医学图像学、康复医疗、虚拟实验室娱乐：科技：工业制造：建筑：商业：军事：虚拟技术的应用Virtualrealitytele-rehabimproveshandfunction一、可以使患者能以自然方式与具有多种感官刺激的虚拟环境中的对象进行交互。二、比人类教练更有耐心和一致性,患者可以根据自己的情况反复观察模仿练习。三、减少在真实环境中由错误操作导致的危险。四、可以提供多种形式的反馈信息,使枯燥单调的运动康复训练过程更轻松、更有趣和更容易。五、虚拟现实允许用户进行个性化设置,将运动训练、心理治疗及功能测评有机地结合起来,针对患者个人的实际情况制定恰当的康复训练计划。六、由于虚拟环境与真实世界的高度相似性,在虚拟环境中习得的运动技能能更好的迁移到现实环境中。虚拟现实康复训练的优越性◎重复：反复练习是学会一项运动技能的首要因素◎反馈：提供多种实时反馈和一组练习后的成绩反馈，获得成功的体验。◎动机：视觉和本体感所提供的反馈,可以强化练习者在尝试-错误练习中的正确行为,维持练习者的动机水平和积极性,并获得愉快的成功情绪体验,促使其不间断的练习直至习得该行为。◎主动运动：◎运动想象：◎探索学习：虚拟现实技术运用于康复治疗涉及的科学原理虚拟现实技术在康复中的应用一、平衡和协调康复训练（虚拟现实训练任务举例）抛接球任务:要求患者横向朝目的地行走的同时抛接虚拟篮球。传送带任务:要求一条患者从虚拟传送带上搬起虚拟木箱,并转身放到另虚拟传送带上。滑雪任务:要求患者学习从小山坡上滑雪而下,并练习躲避两旁的树木、岩石等虚拟障碍物。根据患者受损感官的康复情况,通过程序设置虚拟环境的复杂程度、虚拟对象的数量、对象的运动速度、目的地距离等参数,可以随时调控任务难度以确保训练难度和强度的适当性。二、行走运动康复训练视觉线索：为帕金森症患者在行走训练的虚拟道路上提供一个视觉线索,在行走过程中,该线索始终位于患者脚面前方。虚拟街道及跨越虚拟障碍物行走：偏瘫和单侧空间忽视患者。三、上下肢康复训练（改善ROM、增强肌力、增加速度和促进分离运动等)踝关节运动控制训练：在虚拟飞行任务中,患者将脚放在与设备(6个自由度活动与反馈)相连的踏板上,训练利用脚驾驶虚拟飞机的运动控制能力。虚拟健身车：以自行车骑行方式训练和恢复受损的下肢运动功能。移动、抓、放等操作：利用时差距离摄像头、数据手套和罗格斯控制手套，患者可以对虚拟的物体进行移动、抓、放等操作，四、日常生活行能力训练虚拟厨房等家庭环境：练习倒茶、烹饪、打扫、购物等日常活动。虚拟超市：训练智力障碍患者在虚拟超市中购物的程序。五、认知障碍的治疗记忆障碍：让受试者置身于与真实世界功能接近的虚拟环境中进行记忆能力及学习能力训练。注意力障碍：注意缺失患者在虚拟环境中接受长时间训练时,容易保持注意力集中,。空间认知障碍：利用计算机构造三维虚拟建筑物等空间物体,传递与实际环境同样的刺激,从而促进空间能力提高。心理治疗：用于恐高症、飞行恐怖和广场恐怖症、男性性功能障碍等。虚拟全身运动训练2009年荷兰研制开发的虚拟康复训练系统，通过躯干姿势控制、坐站转换、上肢运动、步行、平衡、膝关节与下肢运动、强化训练等控制多种虚拟游戏，成功应用于中风患者上肢、平衡与步行康复、髋膝关节置换术后康复、多发性硬化、帕金森病、老年性痴呆、心脏疾病患者康复与老年人的一般健适活动等。18在治疗中加入游戏功能已经在国际研究中心里成为一种重要手段例如：中风康复，下肢瘫痪19可以训练人体任何大幅度的动作21让病人在髋关节训练时做鼹鼠游戏的图片科学数据显示虚拟疗法有积极的影响例如：手臂功能Pironetal.(2003)24中风后病人虚拟游戏项目;锤击;种草皮事发后3个月1小时/天,5天/星期,5-7星期对照:传统疗法Pironetal.(2005)50中风后病人虚拟游戏项目;锤击;种草皮事发后6个月1小时/天,5天/星期,1个月无控制组Jangetal.(2005)10中风后病人慢性阶段，在大屏幕上使用虚拟疗法1小时/天,5天/星期,4星期Meriansetal.(2006)几组2-4名病人用Rutger手套做手部训练“慢性阶段”2-2,5小时/天,5天/星期,3星期无控制组Janninketal.(2008)10个CP患儿用”眼睛玩具”做手部训练+诗歌训练0,5小时/天,2天/星期,6星期对照组：只有诗歌训练使用虚拟治疗的病人在Fugl-Mayer和FIM测试中进步明显好于控制组病人，但是结果并不令人非常满意.虚拟疗法在Fugl-Mayer和FIM测试结果上给出了重大的进步，在平均运动时间和速度上也有明显改善。在Fugl-Mayer,Box-and-Blocks和手动功能测试的结果上，虚拟疗法非常明显的好于控制组(=无疗法）.增加手的活动距离和手部功能测试;在运动速度上没有影响在Mel评估的结果上，5个患儿中的两个使用虚拟疗法显示出非常明显的进步。在传统疗法中没有一个显示出进步Source:Janninketal,Ned.TijdschriftFysiother2008:118(4)86-94;Holden,Cyberpsychology&Behavior2005:8(3)187-211在治疗中加入游戏后的康复效果Source:Chuangetal.,Phys.Ther.2006Oct86(10):1369-7740%90%0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%ControlGamingadded在20个疗程以后百分之多少的参与者达到了要求的目标游戏组在仅仅10次之后就达到了90%*2xweekly30minutetraining.Goal:heartrateat85%ofmaximum.N=2x10主动性是让病人们主动训练的关键之处重复主动性反馈这比在那些无聊的走廊里走路要有趣多了什么时候是下一次训练?这样很快我走路也可以像玩游戏一样好!不，不，往左边弯腰，你应该抓出左边那个太好了，它说我做的不错有趣及时，正面的反馈上瘾旁观者参与科学研究发现电脑游戏可以通过提高病人的主动性和为病人提供反馈来增强疗效...并且在测试中，还发现▪在MIT(麻省理工）和罗格斯大学做的比较研究显示加入了电脑游戏的疗法，在所有的病例分析中都比基本疗法效果要好▪病人最主要的物理驱动是他们在重复测试的时候往往会对他们的表现得到非常好的反馈▪潜在的原因是电脑游戏为病人提供了短期和长期的主动性，让他们坚持下去Wetenschappelijkonderzoekwijstuitdatmeeroefenenhetherstelbevordert-0,6-0,4-0,200,20,40,60,81020406080100120VerbeteringinADLscoreinstandaarddeviatie**Score0=geenverschiltussengroepen.scorevan0.5=experimenteelgroepsgemiddelde70%vanproefpersonencontrolegroep;negatievescore=meeroefenencorreleertmetlagereADLscoreBron:Kwakkele.a.,Stroke2004;35(11):2529-2536#extrauuroefenengedurendetherapietrajectMeta-analysevan20studiesnaareffectvanmeeroefenenopADL病人训练越多，训练结果越好(例如:CVA训练)让病人得到反馈结果可以让他们保持高主动性我上次得了60分，现在我想再试一次得61分2728ThemolegamescorecanbeusedtopredictprofessionalevaluationwithsomeaccuracyRegressionanalysisofmolegamescorevs.professionalobserversSource:ResearchdataJ.deDeugd,J.WillemseenS.Hoogendoorn(2010);n=14.Fiveindependentprofessionalobserversscoredeachpatientusingastructuredquestionnaire;min,max(─)andaverage()scoresareshown.Regressionwasmadeagainstaveragescores.ScorebyindependentprofessionalobserversMolegamescoreP=0,0030R²=0,53480,010,020,030,040,050,060,070,080,090,00102030405060Thereisstrong(Level1a)evidencethatvirtualrealitytrainingcanbeusedtoenhancegaitrecoveryfollowingstroke.Thereisstrong(Level1a)evidencethatvirtualrealitytreatmentcanimprovemotoroutcomespoststroke.FromEBRSR:Evidence-BasedReviewofStrokeRehabilitation谢谢