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该综述聚焦增强现实(AR)在下肢康复中的应用,分析 25 项研究,构建 AR 系统分类法,从康复任务(内容)和交互模式(形式)探讨物理与虚拟元素。指出 AR 环境具灵活、成本效益,需定制化,未来可与外骨骼等技术结合。
随着全球老龄化加剧,脑卒中及脊髓损伤等疾病 prevalence 上升,约 24 亿人需康复治疗。传统下肢康复受空间、人力等资源限制,患者积极性不足,而增强现实(AR)技术为解决这些问题提供了新思路。
AR 环境的构成与优势
AR 环境融合物理与虚拟元素。物理环境涵盖空间规划(如 10-25m 直线区域、3×5m 方形空间)和支持设备(跑步机、压力传感地板等);虚拟环境包括抽象元素(几何图形、箭头)、具体元素(虚拟脚印、自然景观)和具身化身(虚拟教练、患者镜像)。相较于虚拟现实(VR)纯虚拟环境,AR 将虚拟提示叠加于真实场景,减少患者对训练行为转化的认知负担,降低焦虑。
下肢康复中的 AR 系统分类
研究提出 AR 系统分类法,以康复任务(内容)和交互模式(形式)为维度。康复任务分为自然行走步态(NWG)、特殊轨迹与避障(ST&OA)、肌肉力量(MS)、平衡(B)四大运动类别,以及运动、场景探索、游戏迁移三类任务主题。交互模式涉及输入(摄像头、肌电信号、可穿戴设备等监测)和输出(视觉、听觉、触觉反馈)。例如,摄像头捕捉运动轨迹,HoloLens 等设备提供视觉反馈,电生理信号监测辅助脑机接口(BCI)应用。
关键设计因素与应用效果
AR 环境设计需考虑康复阶段个性化需求。早期肌肉强化阶段,可通过 AR 游戏化场景(如 “打地鼠”)提升患者积极性;中期步态与平衡训练,利用虚拟脚印、路径引导优化运动模式;后期结合复杂场景探索(如森林穿越)提升实际功能。多感官反馈(视觉、听觉、触觉)可增强患者参与度,如膝关节运动触发鸟鸣声、外骨骼压力振动提示平衡调整。
挑战与未来方向
当前 AR 硬件存在成本高、便携性不足等问题,且多数研究局限于实验室环境,临床及居家场景应用较少。未来研究可聚焦 AR 与外骨骼、可穿戴设备的融合,开发触觉反馈接口(如柔性电子皮肤),并探索脑机接口(BCI)在 AR 康复中的深度应用,以实现更精准的运动意图识别与反馈。此外,需关注双侧肢体协调训练及老年群体等特殊需求,推动 AR 康复系统的标准化与临床转化。
AR 技术通过构建沉浸式、个性化康复环境,为下肢功能恢复提供了创新路径,其与多学科技术的融合有望进一步拓展康复医学的边界。