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虚拟现实技术在失能老年人康复中的应用研究进展

2024-05-28 114 上传者：管理员

摘要：随着我国人口老龄化发展速度加快，失能老年人数量增加。康复训练是提高老年人机体功能，干预失能的重要管理措施。研究表明，虚拟现实技术作为一种多学科技术交叉的技术和人工智能融到康复训练的过程，可增加康复的趣味性、改善认识能力、提高机体平衡、有效缓解老年人的抑郁和焦虑。在动态平衡和膝关节功能方面有明显改善，降低了跌倒的风险。文章从失能老年人现状、研究趋势、虚拟现实技术的发展、优势分析和面临的挑战进行综述，重点围绕虚拟现实技术对失能老年人的情绪管理、平衡能力、认知、趣味性等方面进行介绍，并指出不足和展望，以期为失能老年人功能康复的临床实践提供参考。

关键词：
失能老年人
康复
抑郁
焦虑
虚拟现实技术
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我国人口老龄化趋势在不断加速，老年人机体器官逐渐衰老，生理功能、适应性和抵抗力逐步衰退，患病率随年龄增长而升高，势必造成失能现象的发生[1,2]，失能老年人比例逐渐增大，需要耗费极大的人力与物力，严重制约着社会的发展进步，现已成为社会关注的焦点问题，预防老年人失能的发生、发展并促进其康复势在必行。随着科技的不断发展，虚拟现实(virtual reality,VR)技术在康复医疗领域尤其是在失能老年人康复领域作用日益突出。VR是由计算机生成的3D虚拟环境，构成一种身临其境的多感官体验。基于VR的康复训练方法有利于减缓失能状况发生。本研究通过对VR技术在失能老年人康复治疗训练中的应用现状及研究进展进行综述论证，为失能老年人的康复干预研究提供参考。

1、背景分析

1.1失能老年人现状

失能老年人是指因年老、疾病、伤残而不能独立完成穿衣、吃饭、洗澡、如厕、移动等日常活动的老年人。中国老龄科学研究中心发布《中国老龄产业发展报告(2021—2022)》，截至2022年末，我国60岁及以上老年人达到2.8亿，其中失能、半失能老年人大约4 400万。在80岁以上的老年人群中，失能、半失能的占40%左右。据预测，截至2030年，我国失能老年人人口将超过7 765万，庞大的失能老年人人口不仅会严重影响老年人的生活质量，同时给家庭和社会带来了沉重的经济负担和巨大的挑战。基于我国失能老年人人口规模大、增长快、负担重等问题，2019年，国家卫生健康委员会、国家发展改革委员会等8部门联合印发了《关于建立完善老年健康服务体系的指导意见》，其中明确指出加强预防保健，建立健全老年失能预防三级预防体系。

1.2失能老年人康复训练研究趋势

运动康复有益于老年人健康，包括增强肌肉力量，增加移动能力，改善衰弱状况，降低跌倒风险，从而改善身体功能、增加老年人的日常生活活动能力、降低失能风险。因此，运动康复可作为预防失能的有效策略，成为老年人健康管理过程中的重要干预措施[3]。然而，运动对失能老年人的康复效果常常是不确定、甚至是有争议的。根据美国运动医学会建议，只有运动负荷达到单次重复最大负荷的60%～85%时，才能达到改善功能的有效剂量[4]。但在实际应用中，因体能和病情的限制，失能状态的老年人常常无法完成如此高负荷的运动训练，或者高强度运动后，老年人可能会出现身体不适，引发多种不良事件，造成传统康复训练的效果难以保障，加之常规训练方式具有潜在的损伤风险，老年人常有畏惧心理而主动性不够，进一步限制了其在失能老年人群中的应用和推广[4]。因此，积极探索更加有效、并适用于失能老年人的康复训练方法是十分必要的。

1.3虚拟现实技术的发展

VR和人工智能(artificial Intelligence,AI)技术的出现，为新型智能化康复技术的发展和应用提供了技术保障。国外VR技术研究起步较早，1987年LANIER首次提出“虚拟现实”[5]。我国VR技术起步相对较晚，自20世纪90年代开始重视VR技术的研究与应用，近年来国内发表的相关文献，VR技术在医学领域主要应用于医学教育、康复训练、心理治疗、中医脉诊探索等方面[6]。VR技术是利用计算机合成三维环境模型并用于创建和体验虚拟世界的技术，是一种多源信息融合交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，可借助场景显示器、力/触觉传感装置、位置跟踪器等设备，使感受者进入虚拟空间，通过视觉、听觉或触觉等实时感知和操作虚拟世界中的各种对象，通常设计为娱乐性的交互式游戏或虚拟练习，从而获得身临其境的真实感受[7]，保证康复训练的持续、有效进行。虚拟现实技术可分为完全沉浸式、半沉浸式、非沉浸式[8]，完全沉浸式是头戴显示器，并使感受者在虚拟环境中沉浸的一种系统；而半沉浸式是具有单屏投影或桌面显示器的系统[9]；非沉浸式在日常的工作生活中最常见，如使用电脑、智能手机或其他电子设备时，此时并没有存在于虚拟世界中的感觉[10]。有文献报道VR技术近年来被广泛应用到失能老年人康复训练中，可提高老年人心理健康、增强机体平衡能力、改善认知、增加交流能力等，有助于提高老年人的生活质量，减少或延缓失能状况的发生[11,12,13,14,15,16]，结合多元呼吸康复训练可增强老年慢阻肺患者的每搏输出量、动脉血氧分压和血氧饱和度[17]。

2、虚拟现实技术在失能老年人康复中的优势分析

2.1减少负面情绪，改善心理健康

失能老年人因年老、伤残、疾病影响，不能独立完成最基本的日常生活活动，在心理上极易产生落差感，同时容易伴有淡漠、焦虑和抑郁等不良情绪。近年来，越来越多的研究证实了VR技术在改善恢复失能老年人心理状况方面具有显著的疗效，科学合理运用VR技术有助于恢复失能老年人的心理健康，有助于提高失能老年人获得幸福满足感。澳大利亚老年养老机构[18]研究证实，使用VR干预精神淡漠、轻度认知障碍的失能老年人，结果显示其淡漠程度得到明显改善，沟通交流能力较前明显提高。Dehn等[19]研究显示，为轻度抑郁患者制定了为期14 d的VR康复训练计划，经测评训练后抑郁严重程度较前明显改善。谢兴等[20]研究也证实，VR技术应用于老年痴呆患者认知训练中，对缓解其抑郁和焦虑等负面情绪有明显效果。张晓晓等[21]研究通过电脑屏幕模拟多种运动场景进行互动训练，结果显示，训练6周后功能性步行能力量表(FAC)、医院焦虑抑郁情绪测定量表(HAD)、改良Barthel指数(MBI)判断患者的功能性活动、心理情绪状态及日常生活活动能力的情况较训练前均有明显改善。此外，VR康复训练对恢复失能老年人的认知状态、心理状态和日常生活活动能力(ADL)均具有积极影响，能有效改善抑郁、焦虑状态，降低跌倒风险，同时增强记忆力和注意力[22,23]。

2.2增强机体平衡能力，减少跌倒风险

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。数据显示：任天堂Wii™控制台是失能老年人最常用的康复设备(市场占有率为35%)[24]。有研究[25]显示，相对于传统康复训练，例如使用跑步机、自行车测力计辅助的锻炼方案，任天堂Wii VR康复训练(8周，2次/周，30 min/次)，在改善老年人运动、平衡和步态功能方面都有更好的效果；一项针对75岁以上、失能老年人的临床随机对照研究表明，8周的VR康复训练(共20次训练)，成功逆转了衰弱的进展，失能发生率下降(VR组：17/40→6/40 VS对照组：10/40→14/40)，效果明显优于传统康复训练；同时，相对于传统康复训练，VR训练组的步态速度、平衡功能都显著提高，而跌倒发生风险也显著下降[26,27,28,29,30,31]。

另外，造成失能老年人生活不能自理重要的原因是其存在躯体性疾病，常常导致机体平衡失调、行动障碍。Contrada等[32]对19例脑卒中治疗出院后存在躯体行动障碍的老年人运用VR技术进行康复治疗，治疗约1 h/次，5次/周，12周后测试这些老年人Barthel指数、偏瘫上肢的运动功能评分和Motricity运动力指数，结果均明显升高，表明VR技术可促进运动和功能恢复。DE VRIES等[33]使用虚拟游戏系统对30名老年人进行平衡功能训练，游戏过程中使用7台MXT20光电相机获取受试者8个方向的稳定极限数据，采用广义估计方程测算重心位移情况，发现老年人在进行游戏时，他们的身体重心位移和稳定极限会更好。Isernia等[34]与Gandolfi等[35]分别对帕金森老年人开展VR技术康复治疗，结果均显示治疗后肢体活动能力显著增强，平衡能力和功能灵活性有所进步，减少了机体不稳定性。

2.3改善认知功能，增加交流能力

失能老年人的认知水平、注意力、记忆和语言能力有所降低。在虚拟康复治疗环境中，中枢神经系统接收到增强反馈信号，神经可塑性会发生深刻的变化，促进运动和/或认知功能的恢复，Torrisi等[36]将脑卒中出院老年人随机分组研究，试验组采用VR技术进行治疗，对照组接受传统训练，结果显示试验组老年人认知水平有所改善，交流能力增强。DELBROEK等[37]采用BioRescue平台对10名养老机构的老年人进行虚拟现实认知平衡双任务训练，专注力、记忆力和平衡力得到了提升，并且训练过程中参与者的依从性较好、情绪愉悦。赵荣荣等[16]运用VR技术模拟真实的生活环境，对30名轻度认知障碍患者播放日常居家环境、与家人的生活片段等，让其回答问题，指出对应的物体或场景，通过反复的试验测试，发现其认知功能及日常生活能力均显著提高。

2.4增强康复趣味性，提高生活质量

VR技术由计算机生成的、由人工模拟的现实日常生活环境，具有沉浸性、构想性和交互性等特点，与重复单调的传统康复锻炼相比变得更加有趣，充分调动了失能老年人锻炼的积极性，增加体验锻炼的动力。Jonsdottir等[38]研究对慢性脑卒中康复老年人实施VR技术训练，具有良好的依从性和患者满意度。Goršič等[39]研究，将脑卒中老年人随机分为试验组与对照组，结果显示，实施VR技术试验组表现出更高的锻炼兴趣。

3、虚拟现实技术应用于失能老年人康复中的挑战和展望

虚拟现实技术在失能老年人康复领域的应用是有巨大发展潜力的学术热点之一，尽管VR在探究失能老年人康复训练方面有非常大的应用价值，但仍面临挑战，存在一些亟待解决的问题，未来可作为重点研究方向。

3.1研发针对性强的专业VR康复设备

据相关文献报道和分析，当前最领先的任天堂Wii和Xbox Kinect的VR设备，其前身是以商业游戏为基础发展而来，用于康复治疗的一些技术还有待完善，针对性不强。因此，迫切需要研发满足不同人群需求的虚拟现实康复设备。

3.2降低VR康复设备成本加快普及

由于目前社会上用于康复治疗失能老年人的VR虚拟现实技术设备成本较高，很难做到使社会上普通家庭的失能老年人拥有，目前虚拟现实技术尚未在我国失能老年人康复训练中做到普及，需要科研技术人员尽快进行改革创新，降低成本，惠及更多失能老年人。

3.3提高VR康复设备适老性

随着社会老龄化的不断进展，失能老年人会越来越多，未来还需设计更轻巧便携、简单易操作、方便使用的虚拟现实设备供老年人使用。未来研究还需增加更适合失能老年人恢复认知、行为等功能的游戏，增加其实用性、趣味性和易操作性。

3.4建立VR康复设备及设备操作人员培训上岗相关标准

随着恢复失能老年人虚拟现实技术的飞速发展，其使用管理应统一规范，治疗师应增强培训并规范考核。

3.5多学科诊疗(multi-disciplinary treatment,MDT)模式将是VR康复的重要途径

在医学领域各学科之间应加强联系，多学科有效合作，形成良性发展，推动虚拟现实技术在失能老年人康复领域中广泛应用。

4、小结

综上所述，VR技术在失能老年人康复中的地位日益重要，VR康复训练作为传统康复模式的有效补充，打破了时间与空间限制，弥补现有医疗条件的不足，减少或延缓失能状况的发生，并极大程度调动功能康复，增强沉浸感，且安全性好。提升老年人感官世界的直观性、精准性以及实时性，促进老年人心理健康、增强机体平衡能力、改善认知，整体提升老年人健康状态和生活质量。随着智能技术的发展，可以预见越来越多的新技术将应用于失能老年人康复领域，人工智能与VR的联系也将越来越紧密，VR康复技术在失能老年康复领域中的前景必然一片光明。

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