康复治疗技术-虚拟现实(VR)的应用

康复治疗技术| 虚拟现实(VR)的应用

虚拟现实技术的应用，帮助医疗康复的发展未来

虚拟现实(VR)

一、虚拟现实介绍

1、技术概念

虚拟现实的英文为Virtual Reality,简写为“VR”(译作灵境、幻真)，这名词是由美国VPL公司创建人拉尼尔(Jaron Lanier)在20世纪80年代初提出的，也称灵境技术或人工环境。“虚拟”是指用计算机生成的意思。因此，虚拟现实是指用计算机生成的一种特殊环境，人可以通过使用各种特殊装置将自已“投射”到这个环境中，并操作、控制环境，实现特殊的目的，即人是这种环境的主宰。VR是一项综合集成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等领域，它用计算机生成逼真的三维视、听、嗅觉等感觉，使人作为参与者通过适当装置，自然地对虚拟世界进行体验和交互作用。使用者进行位置移动时，电脑可以立即进行复杂的运算，将精确的3D世界影像传回产生临场感。概括地说，虚拟现实是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式，与传统的人机界面以及流行的视窗操作相比，虚拟现实在技术思想上有了质的飞跃。虚拟现实在医学(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)等均有广泛应用。

2、虚拟现实(VR)技术治疗原理

VR系统是一种由计算机局部或全部生成的多维虚拟感觉环境，给参与者产生各种感官信息。三维立体显示是一项必不可少的关键设备，它是系统向用户输出反馈信息的主要手段。VR系统可由如下各部分构成：1.高性能计算机系统、计算机图像的特征采样与图形交互作用技术。2.虚拟环境生成器。智能虚拟环境(IVE)是VR、人工智能及人工生命技术的有机结合。3.计算机网络。4.三维视景图像生成及立体显示系统。5.立体音响生成与扬声系统。它是虚拟环境多维信息中的个重要组成部分。6.力反馈触觉系统。参与者在虚拟环境中产生沉浸感的重要因素之一是用户在用手或身体操纵虚拟物体时，能感受到虚拟物体与虚拟物体之间的作用力与反作用力，从而产生出触觉和力觉的感知。7.人体的姿势、头、眼、手位置的跟踪测量系统。运动跟踪作为人与虚拟环境之间信息交互的一个重要因素，是近年来VR技术发展的一个重要领域。8.人机接口界面及多维的通信方式，这些技术目前主要集中反映在头盔显示器和数据手套这两类交互设备中。9. 软件支撑环境，需建立并开发出虚拟世界数据库在底层支撑软件及三维造型软件的支撑下，建立起VR系统的开发工具软件:在输入输出传感器等硬件支撑下，建立起人机交互图形的界面。

3、虚拟现实技术的应用

（1）上肢康复训练机器人虚拟环境建模技术为了改变脑卒中康复训练中单纯依靠治疗师手把手训练的状况，研究者们将机器人技术应用于脑卒中康复领域，如MIT-MANUS、MIME、ARM-Guide、ARMin和Thera Drive等。研究表明，如果能够在训练过程中提供多种形式的信息反馈，充分发挥患者的主观能动性，

并根据患者状态给予患者暗示或建议等，将会使康复效果得到很大提高。因此研究者们设计了基于虚拟现实的康复训练系统，以激发患者进行康复训练的兴趣和动力。国内关于康复机器人的研究最近几年才刚刚起步，对于这种治疗方式的探讨还有待于继续深入。

（2）虚拟现实在踝关节康复系统中的应用为了改善踝关节康复治疗的条件，提高患者关节运动功能障碍的康复治疗质量，河北工业大学机器人及自动化研究所提出一套基于虚拟现实技术的踝关节康复医疗实施方案。在康复系统中构建了虚拟环境平台，为患者设计虚拟的康复训练场景和医疗作业任务，使患者借助于虚拟环境产生种临场感，提高患者投入康复医疗的积极性。

（3）虚拟现实在手臂外骨骼康复系统中的应用由于现有康复器械的局限性，导致患者在康复治疗中运动形式单调枯燥，使患者很容易产生厌烦情绪，且无法将运动治疗(或作业疗法)、心理治疗及功能测评有机地贯穿起来。河北工业大学机器人及自动化研究所提出将虚拟现实技术应用于手臂外骨骼康复医疗系统中，开发出集康复训练、心理治疗和病案数据库管理为一体的自动康复医疗器械。4、虚拟现实(VR)技术治疗作用

（1）反馈-激励可视化虚拟治疗计划可向患者提供持续而迅速的反馈，这些反馈创造并且增强了患者的治疗积极性。最佳的计划应该是为实时训练活动提供快速和积极的反馈，并为长期的治疗效果提供清晰的图像，患者可以自己感觉到病情在长期治疗中得到的改善，从而有助于患着设定合适的治疗目标并体验治疗过程。虚拟现实技术提供了重复练习、成绩反馈和维持动机3个关键要素的技术手

段。虚拟现实用于康复训练的优势在于能为接受康复训练的患者提供两种反馈，包括每次练习结果的实时反馈和一组练习后的成绩反馈，可以提高患者对结果的知晓感。患者能在虚拟环境中学会运动技能，并且能将习得的运动技能迁移到现实世界的真实环境中。

（2）注意力集中患者可以完全将注意力放在可视化虚拟的任务上，而无需对运动进行苛刻的要求。可视化虚拟康复通常按照日常生活中的经历和考验设定一些双重或多重功能性任务，如防摔倒计划，而与纯粹注重于孤立的肌肉技巧的治疗性运动完全相反。在训练中，患者试图达到治疗性运动目标，并开发支持该目标的运动策略。早期的证据证明双重任务环境能够真正改善治疗结果。

（3）促进生活技能转化可视化虚拟康复可以有效增强治疗计划产生的动态感受外界刺激的暗示，尤其在计算机创造的意外情况发生时会更加有效。研究表明，在运动期间提供的非预测考验，能对日常生活环境中所需要技能产生有效的转化。

5、虚拟现实技术适应症与禁忌症

（1）适应症

1）运动障碍康复：平衡和协调能力训练、行走训练（帕金森患者）、上下肢训练（脑卒中偏瘫患者--手臂外骨骼治疗、踝关节运动控制）

2）日常生活行为康复：模拟真实生活场景，提供日常生活技能训练，提高社区生活技巧

3）认知功能康复：颅脑损伤（改善认知功能和注意力）、脑卒中（偏侧空间忽略患者）

4）轮椅训练：设计虚拟驱动环境，提供定量评测驾驶能力，提供驾驶员训练，以及评测选择性控制

5）情绪障碍：改善恐怖、焦虑、抑郁等不良情绪。

（2）禁忌症

合并有认知障碍不理解及合作者，非认知障碍不能理解及合作者。

（3）注意事项

1）患有严重高血压或心肺等功能障碍者，严重的关节疼痛，视力、听力有严重障碍者慎用或不用此治疗。

2）治疗前解释：充分向患者解释为什么使用虚拟技术治疗以及正确使用虚拟技术治疗。

3）训练对部分患者来说是很疲惫的，所以为了保持患者的注意力，应该给患者适当的休息。

4）患者遵医嘱进行运动方案或接受感觉刺激，期间患者需要集中全部注意力如有不适，如恶心、心跳加速、疼痛加剧等情况及时告诉治疗师处理。

二、虚拟现实(VR)技术仪器设备