腦卒中會導致運動、感覺、認知等功能障礙，最終影響患者生存質量。很多患者會遺留嚴重而持久的上肢功能障礙。上肢功能康復一直是康復臨床和科研領域關注的重點。虛擬現實（virtual reality，VR）技術作為一項新興科技，通過計算機模擬為用戶提供仿真的環境以增強參與和體驗，在卒中康復中的應用日漸廣泛。該文綜述了近年來 VR 技術在腦卒中上肢功能康復中的應用現狀和研究進展，從 VR 單獨應用以及 VR 聯合其他康復技術應用等方面分析現有的研究證據，指出 VR 技術在促進卒中患者的上肢力量與協調性、提高患者的康復動機與參與性方面顯示出積極的意義。未來還需要更多高質量研究進一步證實其療效以及最佳參數設置。
引用本文： 朱詩潔, 林書妍, 許詩穎, 楊永紅. 虛擬現實技術用于腦卒中后上肢功能康復的研究進展. 華西醫學, 2021, 36(8): 1120-1125. doi: 10.7507/1002-0179.201912179 復制
腦卒中是我國國民第一死亡病因。我國每 12 秒就有 1 人發生腦卒中，每 21 秒就有 1 人死于腦卒中[1]。腦卒中可導致多種功能障礙，表現在運動、感覺、平衡與協調、認知等各個方面。患者不能生活自理，心理健康受損，嚴重影響其生存質量以及參與家庭生活、工作學習和社會交往的能力。卒中后患者的上肢功能障礙對日常生活活動影響巨大，研究報道卒中后 70%～80% 的患者無法獨立生活[2]。保留功能的患者進行獨立的日常生活活動時，患側上肢的使用只有健側上肢的 25%，進一步導致患側上肢的“習得性廢用”[3]。卒中后上肢功能康復包括物理治療、作業治療、傳統康復等。隨著醫學研究的深入，新興治療理念和技術如無創性腦刺激技術、鏡像治療、干細胞技術等逐漸投入臨床實踐。21 世紀以來，虛擬現實（virtual reality，VR）技術在康復領域的應用不斷發展和完善，已廣泛用于卒中后認知障礙、上肢運動功能障礙、平衡與協調障礙和步行能力等康復中。現將 VR 技術在腦卒中上肢功能康復中的應用現狀綜述如下。
1 VR 康復技術
VR 是指通過計算機創建一個從構成和事件都類似真實世界的虛擬環境，具有沉浸、交互和想象的特征。使用者感知計算機提供的虛擬世界，與環境中的事物或環境本身互動，從心理和生理上達到類似于真實世界的體驗。
VR 提供了以目標為導向的重復性任務，這被證明在神經康復中非常重要[4-5]。動物研究表明，在富集環境中進行訓練比在基本環境中訓練更能解決問題和履行功能任務[6]。VR 能提供一個豐富的環境，使卒中患者能夠解決問題并掌握新的技能。虛擬任務給參與的兒童和成人帶來更有趣和愉快的體驗，增強他們的信心和成就感，鼓勵他們的持續參與[7-8]。VR 訓練可以增強神經可塑性的證據正在不斷增多，同時，神經成像的研究發現正在指導 VR 的發展。研究表明，VR 訓練后的功能改善與訓練前逆向感覺運動激活的神經表征具有相關性[9-10]。Tunik 等[11]的研究表明，VR 康復技術可以激活受損大腦皮質運動區，促進神經功能重塑，表現為激活初級感覺和運動皮質以及次級感覺和運動皮質；同時，VR 康復技術還可以使運動前區和輔助運動區等部位的異常激活消失，從而促進運動功能康復[11-12]。此外，訓練任務的分級和提供即時反饋已被證明可以優化運動學習[13]。VR 的另一主要優勢是能夠允許患者嘗試在現實世界中不安全的任務，例如過馬路。此外，有些任務允許在無需監督的情況下進行，也意味著可以在不增加人員配備的情況下增加治療劑量。
2 VR 康復訓練系統
當前用于卒中后上肢康復訓練的 VR 主要有 2 種類型，即專用虛擬環境和商業游戲系統。專用虛擬環境是專為康復設計的 VR 系統；商業游戲系統以運動控制型游戲作為治療工具，結合有氧運動訓練或運動技能練習對患者進行有目標的訓練。這 2 種類型的系統都可以提供增強的信息反饋[14-15]，應用于腦卒中患者以改善其運動功能[14, 16]，常見搭載于動作捕捉儀或上肢康復機器人使用。專用虛擬環境訓練系統通常采用沉浸式體驗，具有良好的系統集成度和整合性能，互動實時性較強，訓練針對性高；與專用虛擬環境相比，商業游戲系統適用群體更廣，多采用非完全沉浸式體驗，其潛在優勢在于趣味性更強，操作更為簡單，成本也相對低廉。
2.1 動作捕捉儀
動作捕捉儀經歷了從機械動作捕捉、三維動作捕捉到光學動作捕捉的發展演變。原始的機械動作捕捉系統價格便宜、精準度較高，但使用不方便。例如慣性傳感器捕捉系統、Bio master 等，根據運動過程中重力及速度的變化感知空間位置，減少了對追蹤目標的限制，但無法精準地進行空間定位。隨著 Kinect 等利用深度傳感相機技術的三維動作捕捉系統發展成熟，更近距離探測和更高清晰度的康復系統研發獲得發展，能夠在精準定位的基礎上減少對肢體的過多控制，但其追蹤目標只是整個軀體或上肢，精度較低，且在訓練中動作要求簡單重復[16-17]。光學動作捕捉系統利用計算機視覺定位，追蹤精度高，采樣率高，捕捉快速，使用方法靈活多變，臨床應用前景廣泛，但相關設備十分昂貴，臨床應用尚不普及。
2.2 上肢機器人
目前國內外使用的康復訓練機器人主要可以分為終末感受器機器人和外骨骼支架機器人 2 類。終末感受器機器人與患者接觸面積小，但大多停留在對單個關節的控制，如通過前臂或手接觸，無法控制肩和肩胛帶。外骨骼支架機器人能控制所有關節，但各個關節的自由度達不到人體實際運動時的需求，靈活性不足。同時，單個肢體的控制訓練難以滿足對上下肢聯合使用和協調性的訓練要求。Zhang 等[18]將帶有游戲的 Bi-Manu-Track 和帶有 VR 的機器人上肢重復訓練器（RUPERT）用于臨床和家庭康復。2016 年日本神戶大學研究了一款左右上肢協同的康復訓練機器人，并設計了 3 種游戲模式[19]。國內清華大學最早開始進行上肢康復機器人的研究，他們研發了 UECM（Upper Extremity Compound Movements）上肢輔助訓練機器人，實現平面上的康復訓練活動[20]。如何提高關節自由度和對關節的精準控制，簡化康復訓練系統，拓展上肢機器人應用范疇，需要進行更多的研發設計。
3 VR 技術在腦卒中后上肢功能康復中的應用現狀
3.1 VR 單獨用于腦卒中后上肢功能康復
研究表明，應用 VR 進行上肢運動功能康復在卒中后急性期、亞急性期和后遺癥期均有療效[21]，但它是否比常規康復治療表現出更優的療效，目前研究的結論尚不一致。Matt 等[22]系統評價了 2014 年－2017 年間關于 VR 的臨床研究，meta 分析結果顯示，總體而言，VR 康復相較于常規康復（如作業治療）更有效。但是 Laver 等[16]系統評價了 22 個針對上肢功能的臨床試驗（包括 1 038 例腦卒中患者），統計結果顯示出 VR 訓練和常規治療在卒中后患者療效上的差異并沒有統計學意義。一項關于上肢損傷患者的機器人輔助治療的回顧分析表明，常規治療組和機器人輔助治療組在運動恢復、日常生活活動、力量和運動控制方面的差異并沒有統計學意義[23]。產生這種結論不一致的原因可能是：研究使用的活動設置以及患者功能水平的差異不匹配；受環境、儀器和參與者的限制，VR 的沉浸性沒有被良好地利用，不能完成從習得技能到具體功能性應用的遷移等。盡管如此，VR 的應用大大節省了治療師的人力和時間成本，患者在治療中的自主性提高，這一點毋庸置疑。在 Kim 等[17]應用 VR 干預卒中后亞急性期患者的研究中，在接受相同時間的治療后，VR 組偏癱上肢的活動比對照組獲得的促進更多，但是治療師在 30 min 的 VR 治療過程中肢體接觸干預時間平均僅為 3.7 min。這意味著，在康復環境中應用 VR 作為輔助康復模式十分可行，可以誘導更多的重復運動，使患者獲得更好的功能恢復，顯示了 VR 在卒中后亞急性期康復中的應用前景。而 VR 能否替代常規康復治療的作用，由于缺少證據級別高、樣本容量大、研究方式科學的試驗研究，尚不能夠得出結論。
在 VR 環境中，運動學習的程度通過聽覺和/或視覺反饋以及注意力的集中而增加。Park 等[24]比較了 VR 計劃針對特定結果的研究，發現 VR 對患者運動功能各成分的干預最有效的是改善肌肉張力，其次是肌肉力量、日常生活活動能力、關節運動范圍，其中肌肉張力、肌肉力量的改善尤為明顯。VR 能拮抗患側上肢張力，增強患側上肢在功能性活動中的順應性。患者的上肢主動關節活動度常在一段時間的 VR 訓練后得到有效提升，尤其是肩、肘關節的活動度；而其對腕關節水平以下的促進和誘發作用不明顯。Lee 等[25]通過在 VR 環境中進行雙側上肢訓練和觀看一段不相關的視頻進行為期 6 周的對照試驗，發現參與者在肘屈伸及手部力量測試結果上顯示出顯著改善。官娉等[26]應用肌電圖評價 VR 廚房任務訓練給患者帶來的上肢肱二頭肌、肱三頭肌變化，結果提示短期內 VR 訓練取得更好康復效果。Schuster-Amft 等[27]通過 VR 訓練系統進行主要集中在手指、手和手臂的主動運動訓練，在第 1 個和第 2 個干預周均觀察到通過腦卒中影響量表主觀測得的力量改善。從 Brunnstrom 分期的角度考慮，Vourvopoulos 等[28]將肌電神經反饋與腦電圖神經反饋結合，發現運動損傷較輕的患者運動能力更強，訓練后其腦神經反饋更為明顯，這可能表明弛緩期的患者在 VR 治療中得到的對上肢主動運動功能的促進相對較少。一項通過 X-box 虛擬游戲訓練干預卒中后患者運動功能的研究顯示，處于腦損傷后恢復期 Brunnstrom 3 期以上的受試者，各分期患者之間效果沒有明顯差異[24]。由于大多數試驗并沒有對納入患者的上肢功能分期以及療效作對比分析，關于 VR 療效與患者 Brunnstrom 運動分期之間的關系，還需更多試驗研究討論。
動機和參與是康復療效的重要內在因素。大量研究表明，VR 的康復作用與促進患者參與訓練時的快樂感受和動機有關。為此 Matt 等[22]提出了 3 種可能促進 VR 成功應用的機制，即享受、身體忠誠和認知忠誠。VR 可以給予患者視覺和言語的反饋，提升虛擬環境的真實性，無論是完成全新的任務還是進行反復的訓練，患者認為與 VR 環境的互動具有趣味性[29]。同樣，研究表明，沉浸式顯示器（如頭戴式和環繞式屏幕顯示器）的新穎性促使使用者對自己的體驗產生更積極的反應[30-31]。如果訓練項目包含娛樂性游戲元素，如挑戰或探索，VR 產生的興奮可能會加劇[32]。此外，給予患者正向激勵的評價反饋，如“太棒了！”“繼續加油哦”等字樣，可以提高患者參與訓練的情感體驗和信心[33]，提供愉悅感和成就感，促進患者參與的積極性和動機水平的維持[34]。盡管如此，對動機水平的促進是否為 VR 與康復結果之間的中介機制，尚缺乏獨立的研究證實，還有待更多的發現。
除了促進患者參與治療的積極性，VR 的游戲屬性，包括與給定任務相適應的虛擬環境以及即時和具體的反饋，使患者在參與時能更好地調動自己的肢體，更有效地改善上肢運動控制能力[35]、促進上肢的運動協調性[36-38]。2016 年美國心臟協會和美國卒中協會共同發布的《成人腦卒中康復指南》，建議 VR 康復技術在卒中后上肢功能康復中的應用為Ⅱa 類推薦、B 級證據[39]。
3.2 VR 聯合其他治療用于腦卒中后上肢功能康復
在單獨使用 VR 的基礎上，部分學者開始探索將 VR 與其他新興的神經康復治療技術相結合，以期獲得更滿意的療效。目前研究較多的有 VR 聯合鏡像治療、重復經顱磁刺激（repetitive transcranial magnetic stimulation，rTMS）、腦機接口等。
3.2.1 VR 聯合鏡像治療
鏡像療法在臨床上利用觀察和模仿運動，改變參與運動的神經網絡，增加癱瘓肢體的使用，避免廢用綜合征，也被應用于改善卒中后患者上肢功能[40]。Choi 等[41]比較了 VR 結合鏡像治療、單純鏡像治療以及對照組（無鏡像治療）的療效，發現干預后 VR 結合鏡像組受試者的上肢功能、卒中后抑郁和生活質量的評估顯著優于單純鏡像治療組和對照組，患者上肢運動功能顯著改善，運動執行的準確性和速度也有明顯提高。與傳統的鏡像療法相比，VR 聯合鏡像治療可給予患者更多的視覺反饋，增加對患者的吸引力，還能減少傳統鏡像訓練動作可能導致的頸部不適[42]。
3.2.2 VR 聯合 rTMS
rTMS 刺激運動皮質（M1）上肢代表區也可以誘發或促進上肢功能。由 rTMS 誘發的運動在 M1 區引起的信息可能與被動運動引起的信息非常相似，這種由 rTMS 誘發的皮質脊髓表征的運動誘發電位幅度通常比被動運動短。VR 誘發的主動運動通常伴隨著自發的運動指令，產生重復和較大幅度主動運動。皮質刺激輸入與 VR 結合時，可以通過運動中的虛擬視覺反饋觸發運動，介導自動化皮質刺激和視覺反饋之間的耦合[43]。Avenanti 等[44]應用低頻 rTMS 聯合 VR 治療，不僅促進了大腦兩個半球的平衡性，同時還改善了患者上肢的運動功能。崔海超等[45]對 42 例住院患者進行對照試驗研究，也發現將皮質刺激與 VR 誘導的重復性運動訓練結合起來，可以提高卒中后運動功能的恢復。
3.2.3 VR 聯合腦機接口
腦機接口技術可以提供與外界溝通和控制的替代性非肌肉通道，通過激活鏡像神經元來刺激神經網絡，通過動作觀察和運動想象來促進卒中后運動功能的恢復，腦機接口可以為傳統的康復技術無法激發的運動神經回路提供可能。腦機接口與 VR 環境的結合似乎更有利于上肢功能指向性運動的恢復。Vourvopoulos 等[28]探究 VR 仿真環境與運動想象在上肢運動訓練中的作用，初步研究一名右腦顳頂區梗死后 10 個月的 60 歲男性患者，結果表明通過 NeuRow 進行結合運動想象的沉浸式 VR 訓練能夠有效誘發潛在的運動學習能力，并提出合理的 VR 聯合腦機接口康復訓練方案可能有助于防止適應不良，提高大腦的可塑性，避免代償運動，同時幫助發展正常運動模式。但是，目前腦機接口的應用仍停留在研究階段，將其投入臨床應用仍需時日。
4 VR 對日常生活活動能力的改善
上肢功能對日常生活活動能力影響明顯，部分研究在探究上肢功能的時候同時對比了 VR 對日常生活活動能力改善的作用。研究表明，傳統康復訓練結合 VR 訓練有助于腦卒中患者上肢運動功能的恢復，更大程度改善其日常生活能力[15]。VR 訓練和常規訓練均能在短時間內較好地改善患者的日常生活活動能力，但是接受 VR 訓練的患者在日常生活中更容易采用患側上肢參與進行日常生活活動，且隨訪表明其遠期療效優于常規作業治療[46-47]。這可能歸因于 VR 訓練給予患者仿真環境中的運動體驗，患者在其中獲得與現實相似的感受，能夠更好地適應真實生活場景，將習得的運動技能遷移到功能性活動中。患者通過 VR 在日常生活活動中獲得更多的信心，看到自己功能或能力的進步，康復依從性更好[48]。
目前 VR 對患者日常生活活動能力影響的研究中的評價指標主要有改良巴氏指數、功能獨立量表等標準化量表，僅有部分研究有 3 個月內患者回歸家庭后活動表現的隨訪觀察[15-16]，故患者能否在回歸家庭后獲得真正的獨立仍需更加獨立的試驗探討。Mumford 等[15]通過 Leap 集成游戲系統觀察 VR 訓練對缺血性卒中患者上肢運動功能和穩定性的影響，發現 VR 相比傳統康復在上肢功能和功能獨立性方面均提供了顯著改善，但是兩組患者的自我管理意識并未發現改善。且一項家庭中應用低成本 VR 訓練的隨訪研究表明，在脫離治療師的幫助和指導后，VR 對患者功能的促進效果并不明顯[16]。這可能與患者對自身障礙評估不準確、VR 治療參數選擇不準確有關。以上研究都表明，如何讓 VR 在患者從醫院到社區、家庭的康復轉介中更好地承擔作用，還需要更多的研究探索。
5 問題與展望
與傳統康復手段相比，VR 技術給患者提供了可與各種元素交互反饋的多感官刺激的環境，將康復和個人興趣愛好、文化背景相結合，促進了患者的動機，使康復訓練成為患者的主動行為；同時彌補了傳統運動康復中運動功能鍛煉和日常生活活動剝離的不足，既節省治療師人力成本，也為卒中后上肢康復指明了新的方向。
但是目前 VR 技術在腦卒中后上肢功能康復中的應用還存在一些不足，如：現有的研究證據力度較弱；缺乏 VR 與個體功能水平相適應的精準康復方案規范，醫院有限的環境和 VR 技術的發展不匹配，形成的仿真環境交互性和沉浸性不足；某些頭戴式 VR 設備會使患者產生短暫的頭暈、頭痛或麻木等不良反應；VR 的設置參數和劑量效應關系仍不確定，需要進一步研究。Palma 等[49]在回顧 2008 年－2015 年的文獻時，提出 VR 訓練進行上肢運動功能康復的平均劑量為 17.6 h，生活活動康復的平均劑量為 13.2 h。Lee 等[31]的研究分析表明，VR 訓練需要至少持續進行 8 周才能獲得療效，但是多數研究的療程都在 6 周甚至更短，因此部分結果未能呈現出統計學差異。Muratori 等[50]認為，雖然多次重復和更長的訓練時間被認為更有利于運動學習，但 VR 訓練的結果并不完全依賴于劑量。雖然康復劑量可能不是影響恢復的最重要因素[51]，但如何尋求更有效的 VR 訓練的平均強度、頻率和持續時間，同時減少參與者的疲勞或倦怠，有待進一步的研究發現。未來還需要更多的高質量研究進一步明確 VR 在腦卒中上肢康復中的療效，并對比尋找最佳干預參數以及最適宜對象。同時，VR 在上肢康復中的機制研究也還需要進一步深入，以期從機制上尋求 VR 與其他康復新技術的最佳組合方式，以產生顯著而持久的康復療效，改變腦卒中上肢功能康復的現狀。
腦卒中是我國國民第一死亡病因。我國每 12 秒就有 1 人發生腦卒中，每 21 秒就有 1 人死于腦卒中[1]。腦卒中可導致多種功能障礙，表現在運動、感覺、平衡與協調、認知等各個方面。患者不能生活自理，心理健康受損，嚴重影響其生存質量以及參與家庭生活、工作學習和社會交往的能力。卒中后患者的上肢功能障礙對日常生活活動影響巨大，研究報道卒中后 70%～80% 的患者無法獨立生活[2]。保留功能的患者進行獨立的日常生活活動時，患側上肢的使用只有健側上肢的 25%，進一步導致患側上肢的“習得性廢用”[3]。卒中后上肢功能康復包括物理治療、作業治療、傳統康復等。隨著醫學研究的深入，新興治療理念和技術如無創性腦刺激技術、鏡像治療、干細胞技術等逐漸投入臨床實踐。21 世紀以來，虛擬現實（virtual reality，VR）技術在康復領域的應用不斷發展和完善，已廣泛用于卒中后認知障礙、上肢運動功能障礙、平衡與協調障礙和步行能力等康復中。現將 VR 技術在腦卒中上肢功能康復中的應用現狀綜述如下。
1 VR 康復技術
VR 是指通過計算機創建一個從構成和事件都類似真實世界的虛擬環境，具有沉浸、交互和想象的特征。使用者感知計算機提供的虛擬世界，與環境中的事物或環境本身互動，從心理和生理上達到類似于真實世界的體驗。
VR 提供了以目標為導向的重復性任務，這被證明在神經康復中非常重要[4-5]。動物研究表明，在富集環境中進行訓練比在基本環境中訓練更能解決問題和履行功能任務[6]。VR 能提供一個豐富的環境，使卒中患者能夠解決問題并掌握新的技能。虛擬任務給參與的兒童和成人帶來更有趣和愉快的體驗，增強他們的信心和成就感，鼓勵他們的持續參與[7-8]。VR 訓練可以增強神經可塑性的證據正在不斷增多，同時，神經成像的研究發現正在指導 VR 的發展。研究表明，VR 訓練后的功能改善與訓練前逆向感覺運動激活的神經表征具有相關性[9-10]。Tunik 等[11]的研究表明，VR 康復技術可以激活受損大腦皮質運動區，促進神經功能重塑，表現為激活初級感覺和運動皮質以及次級感覺和運動皮質；同時，VR 康復技術還可以使運動前區和輔助運動區等部位的異常激活消失，從而促進運動功能康復[11-12]。此外，訓練任務的分級和提供即時反饋已被證明可以優化運動學習[13]。VR 的另一主要優勢是能夠允許患者嘗試在現實世界中不安全的任務，例如過馬路。此外，有些任務允許在無需監督的情況下進行，也意味著可以在不增加人員配備的情況下增加治療劑量。
2 VR 康復訓練系統
當前用于卒中后上肢康復訓練的 VR 主要有 2 種類型，即專用虛擬環境和商業游戲系統。專用虛擬環境是專為康復設計的 VR 系統；商業游戲系統以運動控制型游戲作為治療工具，結合有氧運動訓練或運動技能練習對患者進行有目標的訓練。這 2 種類型的系統都可以提供增強的信息反饋[14-15]，應用于腦卒中患者以改善其運動功能[14, 16]，常見搭載于動作捕捉儀或上肢康復機器人使用。專用虛擬環境訓練系統通常采用沉浸式體驗，具有良好的系統集成度和整合性能，互動實時性較強，訓練針對性高；與專用虛擬環境相比，商業游戲系統適用群體更廣，多采用非完全沉浸式體驗，其潛在優勢在于趣味性更強，操作更為簡單，成本也相對低廉。
2.1 動作捕捉儀
動作捕捉儀經歷了從機械動作捕捉、三維動作捕捉到光學動作捕捉的發展演變。原始的機械動作捕捉系統價格便宜、精準度較高，但使用不方便。例如慣性傳感器捕捉系統、Bio master 等，根據運動過程中重力及速度的變化感知空間位置，減少了對追蹤目標的限制，但無法精準地進行空間定位。隨著 Kinect 等利用深度傳感相機技術的三維動作捕捉系統發展成熟，更近距離探測和更高清晰度的康復系統研發獲得發展，能夠在精準定位的基礎上減少對肢體的過多控制，但其追蹤目標只是整個軀體或上肢，精度較低，且在訓練中動作要求簡單重復[16-17]。光學動作捕捉系統利用計算機視覺定位，追蹤精度高，采樣率高，捕捉快速，使用方法靈活多變，臨床應用前景廣泛，但相關設備十分昂貴，臨床應用尚不普及。
2.2 上肢機器人
目前國內外使用的康復訓練機器人主要可以分為終末感受器機器人和外骨骼支架機器人 2 類。終末感受器機器人與患者接觸面積小，但大多停留在對單個關節的控制，如通過前臂或手接觸，無法控制肩和肩胛帶。外骨骼支架機器人能控制所有關節，但各個關節的自由度達不到人體實際運動時的需求，靈活性不足。同時，單個肢體的控制訓練難以滿足對上下肢聯合使用和協調性的訓練要求。Zhang 等[18]將帶有游戲的 Bi-Manu-Track 和帶有 VR 的機器人上肢重復訓練器（RUPERT）用于臨床和家庭康復。2016 年日本神戶大學研究了一款左右上肢協同的康復訓練機器人，并設計了 3 種游戲模式[19]。國內清華大學最早開始進行上肢康復機器人的研究，他們研發了 UECM（Upper Extremity Compound Movements）上肢輔助訓練機器人，實現平面上的康復訓練活動[20]。如何提高關節自由度和對關節的精準控制，簡化康復訓練系統，拓展上肢機器人應用范疇，需要進行更多的研發設計。
3 VR 技術在腦卒中后上肢功能康復中的應用現狀
3.1 VR 單獨用于腦卒中后上肢功能康復
研究表明，應用 VR 進行上肢運動功能康復在卒中后急性期、亞急性期和后遺癥期均有療效[21]，但它是否比常規康復治療表現出更優的療效，目前研究的結論尚不一致。Matt 等[22]系統評價了 2014 年－2017 年間關于 VR 的臨床研究，meta 分析結果顯示，總體而言，VR 康復相較于常規康復（如作業治療）更有效。但是 Laver 等[16]系統評價了 22 個針對上肢功能的臨床試驗（包括 1 038 例腦卒中患者），統計結果顯示出 VR 訓練和常規治療在卒中后患者療效上的差異并沒有統計學意義。一項關于上肢損傷患者的機器人輔助治療的回顧分析表明，常規治療組和機器人輔助治療組在運動恢復、日常生活活動、力量和運動控制方面的差異并沒有統計學意義[23]。產生這種結論不一致的原因可能是：研究使用的活動設置以及患者功能水平的差異不匹配；受環境、儀器和參與者的限制，VR 的沉浸性沒有被良好地利用，不能完成從習得技能到具體功能性應用的遷移等。盡管如此，VR 的應用大大節省了治療師的人力和時間成本，患者在治療中的自主性提高，這一點毋庸置疑。在 Kim 等[17]應用 VR 干預卒中后亞急性期患者的研究中，在接受相同時間的治療后，VR 組偏癱上肢的活動比對照組獲得的促進更多，但是治療師在 30 min 的 VR 治療過程中肢體接觸干預時間平均僅為 3.7 min。這意味著，在康復環境中應用 VR 作為輔助康復模式十分可行，可以誘導更多的重復運動，使患者獲得更好的功能恢復，顯示了 VR 在卒中后亞急性期康復中的應用前景。而 VR 能否替代常規康復治療的作用，由于缺少證據級別高、樣本容量大、研究方式科學的試驗研究，尚不能夠得出結論。
在 VR 環境中，運動學習的程度通過聽覺和/或視覺反饋以及注意力的集中而增加。Park 等[24]比較了 VR 計劃針對特定結果的研究，發現 VR 對患者運動功能各成分的干預最有效的是改善肌肉張力，其次是肌肉力量、日常生活活動能力、關節運動范圍，其中肌肉張力、肌肉力量的改善尤為明顯。VR 能拮抗患側上肢張力，增強患側上肢在功能性活動中的順應性。患者的上肢主動關節活動度常在一段時間的 VR 訓練后得到有效提升，尤其是肩、肘關節的活動度；而其對腕關節水平以下的促進和誘發作用不明顯。Lee 等[25]通過在 VR 環境中進行雙側上肢訓練和觀看一段不相關的視頻進行為期 6 周的對照試驗，發現參與者在肘屈伸及手部力量測試結果上顯示出顯著改善。官娉等[26]應用肌電圖評價 VR 廚房任務訓練給患者帶來的上肢肱二頭肌、肱三頭肌變化，結果提示短期內 VR 訓練取得更好康復效果。Schuster-Amft 等[27]通過 VR 訓練系統進行主要集中在手指、手和手臂的主動運動訓練，在第 1 個和第 2 個干預周均觀察到通過腦卒中影響量表主觀測得的力量改善。從 Brunnstrom 分期的角度考慮，Vourvopoulos 等[28]將肌電神經反饋與腦電圖神經反饋結合，發現運動損傷較輕的患者運動能力更強，訓練后其腦神經反饋更為明顯，這可能表明弛緩期的患者在 VR 治療中得到的對上肢主動運動功能的促進相對較少。一項通過 X-box 虛擬游戲訓練干預卒中后患者運動功能的研究顯示，處于腦損傷后恢復期 Brunnstrom 3 期以上的受試者，各分期患者之間效果沒有明顯差異[24]。由于大多數試驗并沒有對納入患者的上肢功能分期以及療效作對比分析，關于 VR 療效與患者 Brunnstrom 運動分期之間的關系，還需更多試驗研究討論。
動機和參與是康復療效的重要內在因素。大量研究表明，VR 的康復作用與促進患者參與訓練時的快樂感受和動機有關。為此 Matt 等[22]提出了 3 種可能促進 VR 成功應用的機制，即享受、身體忠誠和認知忠誠。VR 可以給予患者視覺和言語的反饋，提升虛擬環境的真實性，無論是完成全新的任務還是進行反復的訓練，患者認為與 VR 環境的互動具有趣味性[29]。同樣，研究表明，沉浸式顯示器（如頭戴式和環繞式屏幕顯示器）的新穎性促使使用者對自己的體驗產生更積極的反應[30-31]。如果訓練項目包含娛樂性游戲元素，如挑戰或探索，VR 產生的興奮可能會加劇[32]。此外，給予患者正向激勵的評價反饋，如“太棒了！”“繼續加油哦”等字樣，可以提高患者參與訓練的情感體驗和信心[33]，提供愉悅感和成就感，促進患者參與的積極性和動機水平的維持[34]。盡管如此，對動機水平的促進是否為 VR 與康復結果之間的中介機制，尚缺乏獨立的研究證實，還有待更多的發現。
除了促進患者參與治療的積極性，VR 的游戲屬性，包括與給定任務相適應的虛擬環境以及即時和具體的反饋，使患者在參與時能更好地調動自己的肢體，更有效地改善上肢運動控制能力[35]、促進上肢的運動協調性[36-38]。2016 年美國心臟協會和美國卒中協會共同發布的《成人腦卒中康復指南》，建議 VR 康復技術在卒中后上肢功能康復中的應用為Ⅱa 類推薦、B 級證據[39]。
3.2 VR 聯合其他治療用于腦卒中后上肢功能康復
在單獨使用 VR 的基礎上，部分學者開始探索將 VR 與其他新興的神經康復治療技術相結合，以期獲得更滿意的療效。目前研究較多的有 VR 聯合鏡像治療、重復經顱磁刺激（repetitive transcranial magnetic stimulation，rTMS）、腦機接口等。
3.2.1 VR 聯合鏡像治療
鏡像療法在臨床上利用觀察和模仿運動，改變參與運動的神經網絡，增加癱瘓肢體的使用，避免廢用綜合征，也被應用于改善卒中后患者上肢功能[40]。Choi 等[41]比較了 VR 結合鏡像治療、單純鏡像治療以及對照組（無鏡像治療）的療效，發現干預后 VR 結合鏡像組受試者的上肢功能、卒中后抑郁和生活質量的評估顯著優于單純鏡像治療組和對照組，患者上肢運動功能顯著改善，運動執行的準確性和速度也有明顯提高。與傳統的鏡像療法相比，VR 聯合鏡像治療可給予患者更多的視覺反饋，增加對患者的吸引力，還能減少傳統鏡像訓練動作可能導致的頸部不適[42]。
3.2.2 VR 聯合 rTMS
rTMS 刺激運動皮質（M1）上肢代表區也可以誘發或促進上肢功能。由 rTMS 誘發的運動在 M1 區引起的信息可能與被動運動引起的信息非常相似，這種由 rTMS 誘發的皮質脊髓表征的運動誘發電位幅度通常比被動運動短。VR 誘發的主動運動通常伴隨著自發的運動指令，產生重復和較大幅度主動運動。皮質刺激輸入與 VR 結合時，可以通過運動中的虛擬視覺反饋觸發運動，介導自動化皮質刺激和視覺反饋之間的耦合[43]。Avenanti 等[44]應用低頻 rTMS 聯合 VR 治療，不僅促進了大腦兩個半球的平衡性，同時還改善了患者上肢的運動功能。崔海超等[45]對 42 例住院患者進行對照試驗研究，也發現將皮質刺激與 VR 誘導的重復性運動訓練結合起來，可以提高卒中后運動功能的恢復。
3.2.3 VR 聯合腦機接口
腦機接口技術可以提供與外界溝通和控制的替代性非肌肉通道，通過激活鏡像神經元來刺激神經網絡，通過動作觀察和運動想象來促進卒中后運動功能的恢復，腦機接口可以為傳統的康復技術無法激發的運動神經回路提供可能。腦機接口與 VR 環境的結合似乎更有利于上肢功能指向性運動的恢復。Vourvopoulos 等[28]探究 VR 仿真環境與運動想象在上肢運動訓練中的作用，初步研究一名右腦顳頂區梗死后 10 個月的 60 歲男性患者，結果表明通過 NeuRow 進行結合運動想象的沉浸式 VR 訓練能夠有效誘發潛在的運動學習能力，并提出合理的 VR 聯合腦機接口康復訓練方案可能有助于防止適應不良，提高大腦的可塑性，避免代償運動，同時幫助發展正常運動模式。但是，目前腦機接口的應用仍停留在研究階段，將其投入臨床應用仍需時日。
4 VR 對日常生活活動能力的改善
上肢功能對日常生活活動能力影響明顯，部分研究在探究上肢功能的時候同時對比了 VR 對日常生活活動能力改善的作用。研究表明，傳統康復訓練結合 VR 訓練有助于腦卒中患者上肢運動功能的恢復，更大程度改善其日常生活能力[15]。VR 訓練和常規訓練均能在短時間內較好地改善患者的日常生活活動能力，但是接受 VR 訓練的患者在日常生活中更容易采用患側上肢參與進行日常生活活動，且隨訪表明其遠期療效優于常規作業治療[46-47]。這可能歸因于 VR 訓練給予患者仿真環境中的運動體驗，患者在其中獲得與現實相似的感受，能夠更好地適應真實生活場景，將習得的運動技能遷移到功能性活動中。患者通過 VR 在日常生活活動中獲得更多的信心，看到自己功能或能力的進步，康復依從性更好[48]。
目前 VR 對患者日常生活活動能力影響的研究中的評價指標主要有改良巴氏指數、功能獨立量表等標準化量表，僅有部分研究有 3 個月內患者回歸家庭后活動表現的隨訪觀察[15-16]，故患者能否在回歸家庭后獲得真正的獨立仍需更加獨立的試驗探討。Mumford 等[15]通過 Leap 集成游戲系統觀察 VR 訓練對缺血性卒中患者上肢運動功能和穩定性的影響，發現 VR 相比傳統康復在上肢功能和功能獨立性方面均提供了顯著改善，但是兩組患者的自我管理意識并未發現改善。且一項家庭中應用低成本 VR 訓練的隨訪研究表明，在脫離治療師的幫助和指導后，VR 對患者功能的促進效果并不明顯[16]。這可能與患者對自身障礙評估不準確、VR 治療參數選擇不準確有關。以上研究都表明，如何讓 VR 在患者從醫院到社區、家庭的康復轉介中更好地承擔作用，還需要更多的研究探索。
5 問題與展望
與傳統康復手段相比，VR 技術給患者提供了可與各種元素交互反饋的多感官刺激的環境，將康復和個人興趣愛好、文化背景相結合，促進了患者的動機，使康復訓練成為患者的主動行為；同時彌補了傳統運動康復中運動功能鍛煉和日常生活活動剝離的不足，既節省治療師人力成本，也為卒中后上肢康復指明了新的方向。
但是目前 VR 技術在腦卒中后上肢功能康復中的應用還存在一些不足，如：現有的研究證據力度較弱；缺乏 VR 與個體功能水平相適應的精準康復方案規范，醫院有限的環境和 VR 技術的發展不匹配，形成的仿真環境交互性和沉浸性不足；某些頭戴式 VR 設備會使患者產生短暫的頭暈、頭痛或麻木等不良反應；VR 的設置參數和劑量效應關系仍不確定，需要進一步研究。Palma 等[49]在回顧 2008 年－2015 年的文獻時，提出 VR 訓練進行上肢運動功能康復的平均劑量為 17.6 h，生活活動康復的平均劑量為 13.2 h。Lee 等[31]的研究分析表明，VR 訓練需要至少持續進行 8 周才能獲得療效，但是多數研究的療程都在 6 周甚至更短，因此部分結果未能呈現出統計學差異。Muratori 等[50]認為，雖然多次重復和更長的訓練時間被認為更有利于運動學習，但 VR 訓練的結果并不完全依賴于劑量。雖然康復劑量可能不是影響恢復的最重要因素[51]，但如何尋求更有效的 VR 訓練的平均強度、頻率和持續時間，同時減少參與者的疲勞或倦怠，有待進一步的研究發現。未來還需要更多的高質量研究進一步明確 VR 在腦卒中上肢康復中的療效，并對比尋找最佳干預參數以及最適宜對象。同時，VR 在上肢康復中的機制研究也還需要進一步深入，以期從機制上尋求 VR 與其他康復新技術的最佳組合方式，以產生顯著而持久的康復療效，改變腦卒中上肢功能康復的現狀。