虛擬現實康複訓練。北航供圖
 

■本報記者 陳彬

癌症、糖尿病、高血壓、高血脂……在這些疾病中，有一種疾病或許很少被人提及，卻排在了我國中老年人致死、致殘疾病的首位，它就是腦卒中。

腦卒中俗稱腦中風，主要因為(wei) 腦內(nei) 動脈狹窄，或者出現閉塞和破裂等情況，引起腦血液循環發生了障礙，進而導致大腦功能障礙。據《中國腦卒中防治報告2019》數據顯示，2018年，中國腦卒中死亡率占我國居民總死亡率的22.3%。有統計數據顯示，每21秒就有一人死於(yu) 腦卒中。

“在世界範圍內(nei) ，我國是腦卒中的高發區，這意味著除了死亡病例，我們(men) 還有大量病人在腦卒中後，需要進行康複性治療。而如何能夠更有效地恢複腦卒中患者的身體(ti) 機能，這是我們(men) 必須麵對的一個(ge) 問題。”日前，在北京航空航天大學舉(ju) 行的第22期零壹科學沙龍暨北京大學第三醫院—北航醫工交叉專(zhuan) 題研討會(hui) 上，北航生物醫學與(yu) 工程學院副教授劉笑宇表示。

對此問題，劉笑宇和同事想到的方法是將腦卒中治療與(yu) 虛擬現實相結合。

更適合的治療技術

由於(yu) 腦卒中會(hui) 對人體(ti) 的神經係統造成損傷(shang) ，進而造成患者的某些機體(ti) 功能的損傷(shang) ，這意味著腦卒中的恢複也要針對人體(ti) 的神經係統展開。而在這方麵，一些前人的實驗能帶來很大的啟示。

“早在1992年，科研人員就曾在實驗中，對比恒河猴在看到實驗者進行某一行為(wei) 和它自己做同樣行為(wei) 時，其腦部的激活情況，最終發現兩(liang) 者的情況是非常類似的。”在接受《中國科學報》采訪時，劉笑宇說，正是這個(ge) 實驗為(wei) 實現腦卒中康複醫學治療提供了研究基礎。“簡單地說，我們(men) 可以通過一些視覺或其他感覺的提示，促進大腦對某些運動功能的重構。”

在這方麵，一個(ge) 比較經典的治療方式是鏡像療法，即偏癱患者運動機能相對健全的一側(ce) 肢體(ti) ，通過鏡子的反射，使其大腦產(chan) 生另一側(ce) 也在運動的錯覺，從(cong) 而鍛煉其相應的神經係統。

“這種方式當然比較簡單，相比於(yu) 一塊鏡子，目前正在蓬勃發展的虛擬現實技術，顯然更適合這種療法。”劉笑宇表示，虛擬現實技術的特點包括了沉浸感、交互性、共享性以及智能性，而這些特點恰恰與(yu) 目前腦卒中病人康複所麵臨(lin) 的挑戰相對應。

比如，腦卒中病人的恢複過程十分枯燥，而虛擬現實技術所帶來的沉浸感和交互性，卻可以大大提升恢複過程中的趣味性，增加病人進行康複治療的主動性。“要知道，目前我國能夠幫助腦卒中病人恢複的康複師數量十分有限。可以預見，如果能通過虛擬現實技術，提升康複病人主動訓練的動機，則可以在一定程度上緩解目前康複人才缺乏的現狀。”

多感官的刺激

虛擬現實技術對於(yu) 腦卒中患者的恢複作用，並不限於(yu) 為(wei) 其提供一個(ge) 真實的虛擬場景。

“我們(men) 還在探索另一種方式，即為(wei) 腦卒中患者設計一些在虛擬環境中需要完成的任務。通過對患者在做任務時所產(chan) 生的運動參數的記錄和分析，便可以精準判斷該患者存在哪些運動功能障礙。“劉笑宇說。

比如，研究人員要求患者在虛擬環境中完成某種“導航”行為(wei) ，而如果其頻繁與(yu) 此前規劃的某段導航曲線發生碰撞的話，便可以判斷其究竟是知覺能力受損，還是運動控製能力受損，甚至可以精準判斷這種損傷(shang) 是發生在與(yu) 哪塊運動關(guan) 節或肌肉相關(guan) 的神經組織上。

針對後續的治療工作，劉笑宇團隊也設計了一套有針對性的上肢康複機器人係統。“這套係統最主要特點是可以提供多種感覺刺激和反饋，包括視覺和聽覺刺激、運動學和位置學刺激，以及手柄上的觸覺和震動刺激。”他告訴記者，他們(men) 希望通過這樣一個(ge) 多重協調刺激，使腦卒中患者的大腦快速恢複。

值得一提的是，該套係統還可以實現一個(ge) 比較新穎的本體(ti) 感覺評估策略。

“這套係統的一個(ge) 主要理論依據，是當一個(ge) 人的視覺與(yu) 運動感覺相匹配時，人體(ti) 更依賴視覺；而當運動感覺與(yu) 視覺相互衝(chong) 突時，人體(ti) 便更多地依賴本體(ti) 感覺。”劉笑宇說，通過虛擬現實手段，研究者可以為(wei) 受試者創造一個(ge) “非正常環境”——在該環境中，受試者看見的手部運動與(yu) 自己感知的手部運動並不一致。

“也就是說，受試者的視覺和觸覺是相互分離的，由此增加患者的本體(ti) 感知能力。”劉笑宇說。

家庭化的需求

在交談中，劉笑宇告訴記者，腦卒中的治療與(yu) 恢複對於(yu) 虛擬現實技術的工程化要求並不算高。“通俗點說，一個(ge) 人看到虛擬手的時候，即使這隻‘手’看起來並不是十分逼真，大腦也能相信它是真的。”他說，目前相關(guan) 研究的難點還在於(yu) 基礎研究層麵，即什麽(me) 樣的刺激或者什麽(me) 樣的刺激組合，更有利於(yu) 患者某項特定功能的恢複。

受訪時，北京大學第三醫院康複醫學科主任醫師周謀望表示，針對不同種類的腦卒中症狀所進行的細化，是虛擬現實技術在腦卒中治療與(yu) 恢複中的重要研究方向。“這非常重要，畢竟腦卒中由於(yu) 腦部受損情況不同，所造成的身體(ti) 機能損傷(shang) 也各種各樣，‘對症下藥’才能精準地解決(jue) 問題。”

與(yu) 此同時，周謀望也坦言，針對虛擬現實技術與(yu) 腦卒中結合治療的研究，此前科研人員已經有所嚐試，一些成果也已經進行了實際的應用。而除了對相關(guan) 功能的細化外，該技術的另一個(ge) 發展方向，是如何實現設備的小型化和家用化。

對此，劉笑宇表示認同。

“一個(ge) 很現實的問題是，腦卒中患者的機能損傷(shang) 康複需要一個(ge) 很長的周期，但一般而言，在治療6個(ge) 月後，患者的醫保就已經不再給報銷了。”劉笑宇說，此時，很多患者由於(yu) 無法支付高昂的治療費用，即使沒有恢複到可以出院的水平，依然會(hui) 選擇出院，對於(yu) 這些患者來說，如何在家中繼續治療就成為(wei) 了一個(ge) 迫切需要解決(jue) 的問題。

“虛擬現實設備如何針對患者的家庭使用需求進行家庭化的改進？這是一個(ge) 係統化的命題，既包括設備本身的小型化，也包括設備成本的降低，乃至於(yu) 如何將設備獲取的數據回傳(chuan) 至醫院，以便醫生遠程監督和指導。這些問題未來須進一步加以解決(jue) 。”劉笑宇說。