虚拟现实技术在家庭康复中的应用研究进展

虚拟现实技术在家庭康复中的应用研究进展
白莎1，赵顺杰2，王恬1，刘晓茹1，林蓓蕾1，郭君2*，李哲2
1.郑州大学护理与健康学院，河南450000；
2.郑州大学第五附属医院
Research progress on application of virtual reality technology in family rehabilitation
BAI　Sha, ZHAO　Shunjie, WANG　Tian, LIU　Xiaoru, LIN　Beilei, GUO　Jun, LI　Zhe
School of Nursing and Health, Zhengzhou University, Henan 450000 China
Corresponding Author GUO Jun, E⁃mail:136****************
Abstract This study summarized the concept，classification，application effects and challenges of virtual reality technology，focused on introducing the application effects of virtual reality technology on motor and limb function，balance ability，cognitive impairment，anxiety，depression，pain，cost⁃effectiveness and other aspects of home rehabilitation patients，and pointed out the shortcomings and prospects，in order to provide reference for the application of this technique in home rehabilitation patients in China.
Keywords virtual reality technology； home care； remote care； rehabilitation； review
摘要从虚拟现实技术的概念、分类、应用效果和面临的挑战进行综述，重点围绕虚拟现实技术对家庭康复病人运动和肢体功能、平衡能力、认知障碍、焦虑、抑郁、疼痛、成本效益等方面的应用效果进行介绍，并指出不足及展望，为该技术在我国居家康复病人中的应用提供参考。

关键词虚拟现实技术；居家护理；远程护理；康复；综述
doi:10.12102/j.issn.1009-6493.2023.11.013
目前，康复辅助技术正在经历从独立机械设备向智能、可穿戴和连接设备的转变[1]。

由远程医疗平台驱动的虚拟现实（virtual reality,VR）技术具有良好的有效性、较高的病人接受度和活跃契机，是一项重要的康复手段。

虚拟现实技术是使用计算机技术提供模拟物理环境的虚拟环境，参与者通过头戴式显示器、耳机、运动跟踪系统和交互设备，沉浸于三维动态视景和实体交互行为的虚拟世界练习，并获得活动反馈[2]，通常设计为娱乐性的交互式游戏或虚拟练习，保证康复训练的持续、有效进行[3]。

虚拟现实技术已广泛应用于脑卒中[4⁃6]、全髋关节置换术[7]、癌症[8⁃9]、疼痛[10]、焦虑、抑郁[11]、痴呆[12⁃13]等病人的家庭康复锻炼。

本研究通过对虚拟现实技术在家庭康复中的应用现状及研究进展进行综述，为推动我国远程家庭康复提供参考。

1 虚拟现实技术在家庭康复中的系统分类
目前，常用的家庭康复虚拟现实技术应用系统包括意大利VRRS、美国微软Kinect、日本任天堂Wii系统，其他应用程序包括英国StepSense系统、加拿大exCR 系统等。

1.1　VRRS　VRRS被公认为最先进、全面的临床和家庭远程康复应用的虚拟现实系统之一。

该系统由操作员工作站和用户移动套件组成，操作员可以远程管理所有便携式设备，创建合适的康复计划，跟踪锻炼进度，并通过实时视频通话接收用户反馈。

用户配备有VRRS平板电脑，该平板电脑与可穿戴传感器相结合，用于执行虚拟锻炼程序。

在开始之前，病人接受使用VRRS平板电脑的在线培训[4]。

VRRS支持个体化的程序化训练，并根据个体的认知和运动状态不断修改。

VRRS有两种使用方式：一种是在线使用，即病人和治疗师通过视频会议实时互动；另一种是离线使用，指病人在虚拟助手的帮助下远程练习，康复治疗的数据则由可穿戴传感器存储在平板电脑上[7]，治疗师可以稍后查看[14]。

1.2　Kinect　Kinect是一种深度传感设备，由视频摄像机、基于红外的深度摄像机和一组用于定向声音捕获的4个麦克风组成。

用户能够通过手势识别和语音命令控制计算机。

此外，Kinect还提供人体检测和关
·科研综述·
作者简介白莎，护士，硕士研究生在读
通讯作者郭君，E⁃mail：136****************
引用信息白莎,赵顺杰,王恬,等.虚拟现实技术在家庭康复中的应用研究进展[J].护理研究
,2023,37(11):1955⁃1960.
节位置估计功能，可用于提取用户的运动骨架[15]。

Geman等[16]认为，Kinect专为上肢康复设计，是运动障碍或大脑疾病病人进行身体和认知康复的有效工具，特别适用于有大脑疾病的老年病人。

1.3　任天堂Wii系统　该系统基于TeleWii实验室，包括用于控制运动输入的Wii控制台、Wii Fit游戏系统和平衡板，可通过带有高分辨率网络摄像机的笔记本电脑，连接康复单元和病人家庭，实现实时远程视频通信[17]。

治疗师对病人进行治疗方案的全面培训，并为病人提供一本日志，用于报告通信连接或培训计划的任何问题。

同时，病人家中也安装一套相同的TeleWii装置以提供远程训练，训练期间护理人员全程监督病人以保证病人安全。

Thomas等[18]研究也应用了任天堂Wii系统，病人在医院治疗师的监督下熟悉任天堂Wii系统，然后在物理治疗师的个性化指导下居家锻炼，共接受6~12个月治疗，表明该系统是可接受的、可行的。

1.4　StepSense系统　StepSense是一种低成本、高性能的步态和运动分析系统，包括3个组件：StepSense Clinic是医院环境中用于肌肉骨骼运动或神经评估的虚拟现实康复程序；StepSense Home是一款用于家庭或护理院评估和实时虚拟现实康复的智能手机应用程序；StepSense Laboratory是一项云端的远程医疗基础设施，为临床医生提供数据可视化、临床评估和机器学习分析，以协助诊断和治疗决策。

该系统的特点之一是使用机器学习，从普通二维视频中提取病人运动过程中的三维骨骼关节运动，将捕获的肌肉骨骼运动化身为在虚拟现实环境中看到的动画，以实时提供游戏化生物反馈[19]。

1.5　exCR系统　针对心脏康复，Boulanger等[20]介绍了一种新型的基于虚拟现实的远程心脏康复锻炼系统——exCR。

在该系统中，病人锻炼的阻力由虚拟世界的地形控制，并根据病人的身体状况规定锻炼程序和设置最大阻力；临床医生则使用互联网连接心电图、血压、脉搏血氧仪和音视频对病人进行实时远程监控；此外，该系统允许多用户同时在线，使病人在虚拟环境中获得更好的锻炼体验。

1.6　其他应用程序　有研究者开发了一款商用虚拟现实应用程序“Happy Place”，参与者可以在其中体验宁静、生动的野营场景，体验天气和时间变化，与可选任务、引导放松和舒缓音乐进行互动[21]。

2 虚拟现实技术的家庭康复效果
虚拟现实技术帮助病人面对环境障碍，实现了康复所需的家庭环境，其应用方式主要包括运动锻炼、认知锻炼、视频观看、游戏等。

虽然在形式、持续时间、频率和强度上各不相同，但大多数研究报告了虚拟现实技术的可用性、可接受性以及有效性方面的积极结果。

2.1　运动和肢体功能　在虚拟环境康复过程中，中枢神经系统接收到增强反馈信号，导致神经可塑性发生深刻变化，从而促进运动和/或认知功能的恢复[22]。

Contrada等[4]对19例脑卒中出院病人进行基于VRRS 的家庭康复治疗，每周5次，每次约1 h，连续12周，结果显示，病人Barthel指数、偏瘫上肢的运动功能评分和Motricity运动力指数均明显升高，表明VRRS远程康复工具可促进脑卒中后病人的运动和功能恢复。

Hernandez等[23⁃24]研究也表明，家庭虚拟现实干预对上肢运动功能有明显改善作用。

Isernia等[25]对帕金森病人开展了一项名为HEAD的虚拟现实方案，干预后病人上肢活动能力显著增强，平衡能力和功能灵活性更好，改善了运动功能。

Jonsdottir等[26]研究也初步验证了HEAD在多发性硬化病人康复和持续护理中的有效性。

2.2　平衡能力和跌倒风险　多发性硬化症(MS)病人常见平衡失调、行动障碍和疲劳症状。

Ozkul等[27]研究将51例MS病人随机分为沉浸式虚拟现实组、平衡训练组和对照组3组，沉浸式虚拟现实组和平衡训练组接受每周2次、共8周的训练，对照组只在家做放松练习；结果显示，沉浸式虚拟现实训练和平衡训练对MS 病人的平衡能力、活动能力和疲劳均有相似的较好效果，可作为MS病人平衡训练的一种有效方法。

Gandolfi等[17]研究将76例帕金森病病人分为家庭虚拟现实远程康复组和临床感觉平衡训练组，家庭虚拟现实远程康复组使用任天堂Wii Fit系统进行分级运动，临床感觉平衡训练组进行姿势稳定性练习；结果显示，虚拟现实远程康复组平衡能力改善更显著，表示虚拟现实可以增强平衡感，减少体位不稳定性。

Lee[28]研究也证明了虚拟现实游戏在训练平衡能力方面的有益效果。

在家中使用Wii Fit系统进行平衡和移动训练是可行和安全的，并且可提高力量和移动能力[29]。

改善平衡能力可降低跌倒风险，最常见的游戏干预设备是任天堂Wii游戏机[30]。

Cho等[31]研究将32名健康老年人分为虚拟现实训练组和对照组，虚拟现实训练组使用Wii Fit系统进行锻炼，而对照组未接受干预，结果显示，虚拟现实训练组病人运动稳定性增加，有利于维持平衡。

我国学者封蕾等[32]将42例血液透析病人随机分成研究组和对照组，对照组常规运动，研
究组在对照组的基础上采用基于虚拟现实的体感游戏融入家庭透析运动管理，持续观察6个月，结果表明，虚拟现实融入透析病人家庭运动改善了透析病人家庭自我规律运动的信心，提高了规律运动的积极性，有利于降低病人跌倒风险。

2.3　认知功能　虚拟现实可改善病人的认知水平。

Torrisi等[22]研究将40例脑卒中出院病人随机分为对照组和试验组，试验组采用虚拟现实RS⁃Tablet康复系统进行治疗，对照组接受等量的传统训练；6个月后试验组病人的整体认知水平、注意力、记忆和语言技能提高更显著。

此外，虚拟现实可作为区分认知功能的一项技术。

Fernández等[33]研究表示，虚拟环境可作为阿尔茨海默病认知评估的早期诊断方法之一，为临床提供无创和更可靠的诊断。

Yan等[34]将一种基于虚拟现实的游戏“VRP”用来区分轻度认知障碍病人和健康人，结果显示，该游戏区分的敏感性为85.9%，特异性为79.0%，敏感性和特异性较高，是一种有趣且可行的区分老年轻度认知障碍病人的方法。

2.4　躯体症状与生活质量　虚拟现实技术对病人视听觉及失语症状有一定的改善效果。

我国学者赵俊强等[35]将114例孤独症谱系障碍患儿随机分为对照组和干预组，对照组采用传统家庭康复护理，干预组在此基础上使用虚拟现实技术进行康复；6个月后干预组患儿语言沟通障碍、社会交往及刻板行为等主要核心症状得到有效改善，患儿的认知理解、情感表达、视觉和动作模仿能力等的发育水平明显增强。

此外，虚拟现实技术有利于改善视觉。

Daibert⁃Nido等[36]研究为1例偏视病人佩戴虚拟现实头戴显示器，治疗师进行家庭远程控制刺激程序和实时数据记录，结果显示，病人视觉对比敏感度、固定稳定性及视知觉均显著提高，生活质量改善。

沉浸式虚拟现实技术还可增加偏视病人双眼对比敏感度，改善双眼视野，提高阅读速度，从而提升生活质量[37]。

此外，虚拟现实技术是治疗失语症出院病人的有效方案之一。

Maresca等[38]使用VRRS⁃Tablet 对脑卒中后失语症病人进行6个月的平板触屏失语症康复训练，结果显示，除写作外，病人在理解、抑郁和生活质量各方面均有改善。

2.5　焦虑、抑郁症状　虚拟现实技术助益于病人的心理康复。

Reynolds等[21]研究对38例转移性乳腺癌女性病人进行为期1周的家庭干预，干预后病人疲劳、疼痛、抑郁、焦虑、压力均显著改善，表明虚拟现实体验有益于转移性乳腺癌女性病人的身心健康。

Moscato 等[9]为晚期癌症病人进行为期4 d的家庭沉浸式虚拟现实干预，干预后即刻病人的疼痛、抑郁、焦虑、幸福和呼吸短促等状况均显著改善。

Wang等[39]研究也证明基于任天堂Wii的家庭约束诱导疗法可降低脑瘫患儿父母的压力，体现了虚拟现实的心理社会效益。

此外，Veling等[40⁃41]研究证明了家庭虚拟现实自我管理放松工具在焦虑、抑郁或双相障碍等精神疾病病人情感状态方面的有益效果，可能为治疗精神疾病病人提供一种非常有效的自我压力管理方式。

2.6　疼痛　虚拟现实改善疼痛症状是一种新兴的方式。

Kilbride等[42]研究介绍了一种由生物工程师、脑卒中病人和治疗师共同设计的非沉浸式虚拟现实设备平台“Neurofenix”，脑卒中病人居家使用该平台7周，每周225 min，结果显示，该平台具有较高的可接受性，病人肩关节疼痛的概率明显降低。

Abd⁃Elsayed等[10]针对急性和慢性疼痛病人实施了基于家庭的虚拟现实治疗和定制的行为治疗，结果显示，病人使用该计划时疼痛平均减轻了40%，且疼痛缓解的持续时间延长了2.8 h，69%的病人在干预后减少或完全停止了阿片类药物使用。

Zadro等[43]研究也证明了基于Wii Fit系统的柔韧性、强化锻炼和有氧运动对老年慢性腰背痛病人疼痛和功能的改善作用，干预后6个月Wii Fit系统运动改善了慢性腰痛病人的疼痛自我效能，病人自主训练的可能性增大。

2.7　康复依从性　与单调的锻炼相比，体验有趣的世界会让病人更有动力进行锻炼[44]，虚拟现实技术将虚拟现实和游戏结合起来，使重复的康复锻炼变得有趣。

Jonsdottir等[5]研究对11例慢性脑卒中病人实施基于虚拟现实的HEAD方案，该方案具有良好的依从性和病人满意度。

Goršič等[45]研究提出，竞争性的练习是提高康复动力的一种方法，将35例脑卒中病人随机分为试验组与对照组，试验组在家中与朋友或家人一起锻炼，对照组病人在康复诊所两两组对锻炼，结果显示，试验组病人表现出更高的锻炼乐趣，但需要进一步研究确定不同环境、搭档性质等因素如何影响病人的锻炼体验。

2.8　成本效益　Prvu等[46]研究将306例全膝关节置换术后病人随机分为试验组与对照组，试验组病人接受远程虚拟康复治疗，包括虚拟教练、三维生物识别以及远程监督，对照组接受传统护理；结果显示，两组病人在膝关节损伤和骨关节炎结局评分、膝关节伸展、膝关节屈曲和步态速度以及跌倒、疼痛和再次入院率等方面的效果类似，但出院后12周试验组病人的平均费
用更少，约少了2 745美元，表明与传统的物理治疗相比，基于虚拟物理治疗的临床远程康复显著降低了医疗保健成本，与Schröder等[47]研究结论相似。

3 小结
家庭虚拟现实技术取得了一些成果，但也存在一些障碍，如技术问题[48⁃49]、康复依从性[23]、时间管理[2]、培训的需求以及虚拟现实技术可能取代家访的担忧[50]等。

未来研究应该评估虚拟现实技术的可行性、安全性以及应用效果。

2022年，美国神经物理治疗学会发布了关于外周前庭功能减退病人的前庭康复最新临床实践指南[51]，给出了有关虚拟现实疗法的建议。

但仍需进行大规模试验研究确定虚拟现实技术对改善特定症状、活动和参与限制的最有效组成部分和实现虚拟现实的方法，如精神病学领域缺乏满足精神分裂症病人特殊需求的设计[48]。

因许多研究使用了定制设计的设备和游戏解决方案，需要特定的设备或信息学开发。

不同软件和硬件组成的复杂、系统的相互操作性也是主要挑战之一[52]。

病人必须能够在没有技术障碍的情况下使用康复系统。

因此，在开始使用该系统时为病人提供技术支持至关重要[2]。

而大多数老年人，特别是在缺乏远程医疗服务所需资源的农村或偏远社区在访问虚拟现实技术设备或互联网服务时可能会遇到更大的困难。

此外，虚拟现实环境设置应更具有针对性。

为了支持家庭和社区自我护理管理，2022年美国国立卫生研究院国家护理研究所高级可视化分会邀请护理专家参与沉浸式虚拟现实环境的家庭设计。

针对心力衰竭病人的家庭康复，分析了杂货店中限制钠盐饮食的购物流程和使用药盒管理器进行复杂药物管理的流程，还提出了杂货店设计和药盒的设计要求[53]，在此基础上，将家庭环境评估与其他当地服务联系起来，如医疗设备租赁服务、食品或杂货配送、药房配送、宠物护理和清洁服务等[54]。

虚拟现实锻炼时间与康复有效性相关，但病人参与游戏的动机和兴趣可能会随着时间的推移逐渐消失。

但干预剂量会影响结果，时间达标的虚拟现实运动锻炼似乎收获更好效果，但目前康复治疗的最佳剂量尚不清楚[23,55]。

Lhotska[56]研究提出，为了增加老年人对这些技术的采用，需要让他们和其他利益相关者参与技术设计和开发的过程，并针对目标人群制定和优化虚拟现实内容和设备，系统设计师、开发人员和其他利益相关者应考虑内部和外部动机，让病人积极参与。

还可将无线监控纳入虚拟现实系统，以便监控用户使用的规范性，提供及时反馈或解决问题，提升康复锻炼依从性。

病人及其家人还存在时间管理与空间要求，如家具放置、照明条件等，尤其是对于每天接受康复治疗的病人来说，应考虑病人的疲劳、身体疼痛、头晕、定向障碍、干扰助听器等副作用[40]。

此外，远程康复具有社会文化性，需要说服临床医生将远程康复作为一种增强治疗师治疗能力的有效模式，而不是替代治疗师[52]。

未来研究还可增加游戏的技术适用性，对治疗师和参与者进行有效沟通和培训，提升病人依从性和更多成本效益分析，为国内虚拟现实家庭康复的进一步研究提供更准确的建议。

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（收稿日期：2022-08-25；修回日期：2023-05-18）
（本文编辑苏琳）。