虚拟情景训练在脑卒中康复中的应用--贾子善30

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1、 虚拟情景训练虚拟情景训练在脑卒中康复中的应用在脑卒中康复中的应用卫生部医政司康复医学培训中心卫生部医政司康复医学培训中心河河 北北 省省 人人 民民 医医 院院 康康 复复 中中 心心贾子善贾子善Tel:0311-85988957 E-mail:JZS概念概念 虚拟现实（虚拟现实（VirtualReality，VR）技术是利）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走、跑步、取物、绘图等），并通过多种传感设备使用户使用户“投入投入”到该环境中，实现用户与该虚拟环到该环境中，实现用户与该虚拟环境

2、直接进行自然交互的技术。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。互动，产生身临其境的体验。2020世纪世纪50-70 50-70 年代年代:是虚拟现实技术是虚拟现实技术 的探索阶段的探索阶段;80 80 年代前中期年代前中期:是虚拟现实技术从实是虚拟现实技术从实 验室走向实用的阶段验室走向实用的阶段;80 80 年代末年代末-:-:是虚拟现实技术快速发是虚拟现实技术快速发 展时期。展时期。虚拟现实技术的发展概述虚拟现

3、实技术的发展概述（1）沉浸沉浸：用户在虚拟场景中有身临其境之感。：用户在虚拟场景中有身临其境之感。（2）交互交互：用户与虚拟场景中各种对象相互作用。：用户与虚拟场景中各种对象相互作用。（3）想象想象：可使用户沉浸于此环境中获取新的知识，：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。提高其感性和理性认识，从而产生新的想象。VR 系统具有三大特征系统具有三大特征 VR 系统根据患者置身于虚拟环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：境的沉浸程度和系统组成可分为：头盔式头盔式大屏幕式大屏幕式桌面式桌面式（英国）能（英国）能够模拟视觉、够模拟视觉、嗅觉、听

4、觉、嗅觉、听觉、触觉甚至味触觉甚至味觉功能。觉功能。“扶扶椅游椅游客客”各种虚拟头盔各种虚拟头盔VR系统的组成系统的组成一、虚拟环境生成设备：一、虚拟环境生成设备：高性能计算机高性能计算机二、感知设备：二、感知设备：生成视、听、触（力）等多通道刺生成视、听、触（力）等多通道刺 激信号的显示器、声音播放器等激信号的显示器、声音播放器等三、跟踪设备：三、跟踪设备：检查虚拟环境中的坐标及朝向的设检查虚拟环境中的坐标及朝向的设 备备-动态记录人体运动动态记录人体运动四、交互设备：四、交互设备：教育：教育：医疗：医疗：虚拟人体、虚拟外科手术和远程外科手术、医虚拟人体、虚拟外科手术和远程外科手术、医 学图

5、像学、康复医疗、虚拟实验室学图像学、康复医疗、虚拟实验室娱乐：娱乐：科技：科技：工业制造：工业制造：建筑：建筑：商业：商业：军事：军事：虚拟技术的应用虚拟技术的应用Virtual reality tele-rehab improves hand function 一、可以使患者能以自然方式与具有多种感官刺激的虚一、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。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二、比人类教练更有耐心和一致性,患者可以根据自己患者可以根据自己 的情况反复观察模仿练习。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。三、

6、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四、可以提供多种形式的反馈信息,使枯燥单调的运动使枯燥单调的运动 康复训练过程更轻松、更有趣和更容易。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五、虚拟现实允许用户进行个性化设置,将运动训练、将运动训练、心理治疗及功能测评有机地结合起来心理治疗及功能测评有机地结合起来,针对患者个针对患者个 人的实际情况制定恰当的康复训练计划。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六、由于虚拟环境与真实世界的高度相似性,在虚拟环在虚拟环 境中习得的运动技能能更好的迁移到现实环境中。

7、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虚拟现实康复训练的优越性重复：重复：反复练习是学会一项运动技能的首要因素反复练习是学会一项运动技能的首要因素 反馈：反馈：提供多种实时反馈和一组练习后的成绩反馈，获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。得成功的体验。动机：动机：视觉和本体感所提供的反馈视觉和本体感所提供的反馈,可以强化练习者在可以强化练习者在 尝试尝试-错误练习中的正确行为错误练习中的正确行为,维持练习者的动维持练习者的动 机水平和积极性机水平和积极性,并获得愉快的成功情绪体验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。促使

8、其不间断的练习直至习得该行为。主动运动：主动运动：运动想象：运动想象：探索学习：探索学习：虚拟现实技术运用于康复治疗虚拟现实技术运用于康复治疗涉及的科学原理涉及的科学原理虚拟现实技术在康复中的应用虚拟现实技术在康复中的应用一、平衡和协调康复训练一、平衡和协调康复训练（虚拟现实训练任务举例）（虚拟现实训练任务举例）抛接球任务抛接球任务:要求患者横向朝目的地行走的同时抛接虚拟篮球。要求患者横向朝目的地行走的同时抛接虚拟篮球。传送带任务传送带任务:要求一条患者从虚拟传送带上搬起虚拟木箱要求一条患者从虚拟传送带上搬起虚拟木箱,并并 转身放到另虚拟传送带上。转身放到另虚拟传送带上。滑雪任务滑雪任务:要求

9、患者学习从小山坡上滑雪而下要求患者学习从小山坡上滑雪而下,并练习躲避两并练习躲避两 旁的树木、岩石等虚拟障碍物。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,可可以随时调控任务难度以确保训练难度和强度的适当性。以随时调控任务难度以确保训练难度和强度的适当性。二、行走运动康复训练二、行走运动康复训练 视觉线索视觉线索：为帕金森症患者在行走训练的虚拟道路上提供一个视：为帕金森症患者在行走训练的虚拟道路上

10、提供一个视 觉线索觉线索,在行走过程中在行走过程中,该线索始终位于患者脚面前方。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。：偏瘫和单侧空间忽视患者。三、上下肢康复训练三、上下肢康复训练（改善（改善ROMROM、增强肌力、增加速度和促进分离运动等、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：踝关节运动控制训练：在虚拟飞行任务中在虚拟飞行任务中,患者将脚放在与设备患者将脚放在与设备(6(6个个 自由度活动与反馈自由度活动与反馈)相连的踏板上相连的踏板上,训练利用脚驾驶虚拟训练利用脚驾驶虚拟 飞机的运动控制能力。飞机的运

11、动控制能力。虚拟健身车：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：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，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四、日常生活行能力训练 虚拟厨房等家庭环境：虚拟厨房等家庭环境：练习倒茶、烹饪、打扫、购物等日常活动。练习倒茶、烹饪、打扫、购物等日常活动。虚拟超市：虚拟超市：训练智力障碍患者在虚拟超市中购物的程序。训练智力障碍患者在虚拟超市中购

12、物的程序。五、认知障碍的治疗五、认知障碍的治疗记忆障碍：记忆障碍：让受试者置身于与真实世界功能接近的虚拟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。环境中进行记忆能力及学习能力训练。注意力障碍注意力障碍：注意缺失患者在虚拟环境中接受长时间训：注意缺失患者在虚拟环境中接受长时间训 练时练时,容易保持注意力集中容易保持注意力集中,。空间认知障碍：空间认知障碍：利用计算机构造三维虚拟建筑物等空间利用计算机构造三维虚拟建筑物等空间 物体物体,传递与实际环境同样的刺激传递与实际环境同样的刺激,从而促进从而促进 空间能力提高。空间能力提高。心理治疗心理治疗：用于恐高症、飞行恐

13、怖和广场恐怖症、男性用于恐高症、飞行恐怖和广场恐怖症、男性 性功能障碍等。性功能障碍等。虚拟全身运动训练虚拟全身运动训练 20092009年荷兰研制开发的虚拟康复训练系统，年荷兰研制开发的虚拟康复训练系统，通过通过躯干姿势控制、坐站转换、上肢运动、步行、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、强化训练平衡、膝关节与下肢运动、强化训练等控制多种等控制多种虚拟游戏，成功应用于虚拟游戏，成功应用于中风患者上肢、平衡与步中风患者上肢、平衡与步行康复、髋膝关节置换术后康复、多发性硬化、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帕金森病、老

14、年性痴呆、心脏疾病患者康复与老年人的一般健适活动等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科学数据显示虚拟疗法有积极的影响例如：手臂功能Piron et al.(2003)24 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Jang et al.(2005)1

15、0 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Merians et al.(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Jannink et al.(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-

16、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:Jannink et al,Ned.Tijdschrift Fysiother 2008:118(4)86-94;Holden,Cyberpsychology&Behavior 2005:8(3)187-211在治疗中加入游戏后的康复效果在治疗中加入游戏后的康复效果Source:Chuang et al.,Phys.Ther

17、.2006 Oct 86(10):1369-7740%90%0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%ControlGaming added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%*2x weekly 30 minute training.Goal:heart rate at 85%of maximum.N=2x10主动性是让病人们主动训练的关键之处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

18、那个太好了，它说我做的不错有趣有趣 及时，正面及时，正面的反馈的反馈上瘾上瘾旁观者参与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病人提供反馈来增强疗效.并且在测试中，还发现并且在测试中，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，让他们坚持下去病人训练越多，训练结果越好病人训练越多，训练结果越好(例如例如:CVA

19、训练训练)让病人得到反馈结果可以让他们保持高主动性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2728There is strong(Level 1a)evidence thatvirtual reality training can be used toenhance gait recovery following stroke.There is strong(Level 1a)evidence thatvirtual reality treatment can improvemotor outcomes post stroke.From EBRSR:Evidence-Based Review of Stroke Rehabilitation谢谢谢谢演讲完毕，谢谢观看！