1. 引言

虚拟现实(Virtual Reality, VR)是 20 世纪发展起来的一种借助计算机图形计算能力模拟出逼真的三维虚拟环境的仿真系统，其发展可追溯到 IvanSuthedand 首次发表题为“The Ultimate Display”论文后不久 Jaron Lanier 正式提出“Virtual Reality”的概念，进入 21 世纪后该技术便势如破竹般迅速发展。如今，虚拟现实借助其交互性、构想性、沉浸感强等特点，被广泛应用到教育、医疗、军事训练等多个领域。 

康复训练是康复医学的一种重要手段。其中康复运动是必不可少的一个环节。康复运动是采用适量的、定向或者有针对性的机体运动来帮助身体恢复到正常状态的方法。康复运动中需强调自身的训练功能，注重整体的康复训练。常见的功能障碍包括：运动功能障碍、认知功能障碍、感观功能障碍、交流功能障碍、精神障碍。对于各种类型的功能障碍，康复训练是必不可少的，例如因脑损伤而下降或异常的运动控制必需经康复训练得以改善。康复训练的根本目的在于最大限度恢复患者的受损功能，提高患者独立生存的质量，日常生活行为是运动康复必不可少的训练项目。当康复训练的环境和内容与真实生活密切相关时，患者才能将训练习得的技能迁移运用到实际生活中。而虚拟现实技术在模拟真实生活场景，提供日常生活技能训练方面具有不可比拟的优越性。

虚拟康复是虚拟现实技术在医疗康复领域的一个具体应用。简而言之，通过计算机图形技术营造出一个与现实世界媲美的虚拟仿真环境中，患者可以根据虚拟场景的变化和提示进行肢体、语言等的交互。虚拟场景不仅为患者提供多种感觉器官的刺激反馈，调动患者康复训练的积极性。同时，患者也可将在虚拟场景中学得的运动技能应用到实际生活。将 VR 技术应用于脑卒中康复训练已被证明是一项成功的应用。

2. 虚拟康复应用范例

Lünenburger L和Colombo G等[1]在Lokomat平台上开发了一套基于机器人技术的步态功能训练装置。通过计算机显示患者的下肢关节运动信息和力矩信息，帮助患者和医护人员纠正步态。视觉显示允许患者在其康复运动后得到直接的反馈，并允许治疗师更好地指导患者。生物反馈可以正确地反映患者的康复状况，使患者受益于交互环境并且提供各自的意见。

Sanchez RJ和Liu J等[2]研制了一套用于上肢运动康复的外骨骼式训练系统T-WREX，该系统集成了上肢减重装置和虚拟现实游戏功能。瑞士的Hocoma公司[3]以T-WREX系统为原形，研制出了Armeo上肢康复运动训练器，并实现了商品化。

Alexander Koening 等[4]利用康复机器人为 4 例患者设计了四个虚拟康复场景用于他们的下肢运动功能康复训练。该四个虚拟康复场景包括十字路口场景、足球场场景、跨越障碍物场景以及雪中漫步场景。经试验表明，患者对虚拟场景带来的训练表现出了浓厚的兴趣，并且该训练取得了良好的治疗效果。患者希望可以继续进行虚拟现实训练，并参与更多不同的训练场景。

Lloréns R等[5]开发的BioTrak VR系统涵盖一系列的平衡训练活动，包括端坐时头部和躯干姿势控制和站立时的动态平衡训练等多个康复训练项目，同时允许用户通过选择不同的训练和规划自己的持续时间、休息时间以及重复次数完成个性化训练。

Burdea 等[6]开发了脚踝关节运动控制的康复训练程序。在虚拟飞行任务中，患者在虚拟环境中飞行进而训练下肢运动，通过踝关节的运动操控虚拟环境中的飞机。患者将脚放在与设备（6个自由度活动与反馈）相连的踏板上，利用脚驾驶虚拟飞机的运动，训练控制能力。当飞机前进时，屏幕上出现一系列方形通道，要求患者操纵飞机穿过这些通道且不能碰壁，这需要患者在飞行过程中不断变换脚踝用力的方向和大小。训练程序可以通过调节通道的个数和位置、飞机速度和触觉接口数量来设置不同难度水平。Burdea等的几项研究都发现，利用虚拟现实技术能提高患者的力量和耐久性。患者在行走和爬楼梯过程中，在准确性和协调性方面也有实质性的改善。患者脚踝运动功能的康复速度也得到明显的提高。

西班牙 Valladolid 大学[7]开发的一套基于运动想象的虚拟康复场景，通过运动想象生活中的一些类似裤子与衣柜，人与房子这样相关性物体运动；Bermudez 等[8]人研发的用于上肢运动神经康复训练的 VR 系统，患者通过想象左右手来控制场景中的虚拟肢体完成接球任务。随着计算机水平的提高，国内虚拟康复技术迅速发展。清华大学高小榕[9]团队设计的基于 BCI 的虚拟康复平台，如图1所示，通过设计虚拟人物和日常生活任务来提高患者的训练主动性，并通过实时虚拟场景进行反馈，能够调动患者运动想象的积极性，可以提升康复效果；燕山大学学者魏秀利[10]等开发的基于肌电反馈的虚拟康复训练系统，该系统通过 OpenGL 搭建推箱子游戏作为虚拟场景来提高康复趣味性，对提取的肌电信号进行意图解析实现对虚拟场景中箱子的控制。

图1  虚拟康复系统

3. 结语

虚拟场景为康复提供丰富、逼真的虚拟康复场景，传统的运动康复疗法是运动康复的临床基础，但枯燥无味。如何合理将虚拟场景与传统康复运动疗法进行优势互补融合是虚拟康复需要考虑的核心问题。一方面，虚拟康复不需要医师过多指导即可完成康复训练，可以缓解医师资源缺乏现状；另一方面，可以为患者提供视、听、触觉等多层次生理反馈以及可视化的训练数据；康复训练中对虚拟现实技术的引入，不仅为患者带来视觉和思维的真实体验感，更重要的是将患者作为一个完整的生物个人融入到虚拟环境中。此外，虚拟现实技术的一个重要优点是，它可以用来提高本体感觉的发展。近几年有许多虚拟现实技术应用在医疗领域的研究工作，其涉及减少幻肢痛感，改善糖尿病患者的外周运动以及提高脑卒中患者的康复疗效。

虚拟康复的出现打破了传统康复治疗中出现的康复场所受限、康复医师缺乏、康复枯燥乏味等局限性，使得患者可以在医院、家庭、疗养院等多个场所完成康复训练。