Summary
在这里, 我们提出了一个协议, 开发和应用基于移动游戏的虚拟现实程序, 以恢复上肢功能障碍的中风患者。本研究表明, 该移动方案是可行的, 有效促进中风患者上肢恢复。
Abstract
中风康复需要重复的, 密集的, 目标导向的治疗。虚拟现实 (VR) 具有满足这些要求的潜力。以游戏为基础的治疗可以促进患者参与康复治疗, 作为一个更有趣和激励的工具。智能手机和平板电脑等移动设备可以提供个性化的基于家庭的治疗, 并与患者和临床医生进行互动交流。本研究开发了一种应用游戏应用的移动 VR 上肢康复方案。研究结果表明, 基于移动游戏的 VR 方案有效地促进了脑卒中患者上肢的康复。另外, 患者使用该方案完成了两周的治疗, 无不良影响, 对该方案普遍满意。这种基于移动游戏的 VR 上肢康复计划可以替代传统疗法的某些部分, 由职业治疗师一对一地提供。这一时间高效, 易于实施, 和临床有效的程序将是一个良好的候选工具, 远程康复的上肢恢复治疗中风患者。患者和治疗师可以通过这些电子健康康复计划远程协作, 同时降低经济和社会成本。
Introduction
中风是成人神经功能障碍的最常见原因之一。中风后从损伤中恢复通常是不完整的, 大约50% 的患者留有残疾, 使他们依赖其他1。特别是上肢功能障碍使中风幸存者依赖其他人来帮助日常生活活动 (ADL)2。恢复上肢的丢失功能可能比将移动到下肢的正常功能更难实现。虽然双下肢运动是必不可少的运动, 病人可以执行 ADL 与单边上肢运动。这导致了受影响的肢体的一个博学的非使用的现象3。这种现象是中风幸存者上肢康复的障碍。因此, 大量的研究集中在上肢功能恢复。研究突出了广泛的实践和重复任务特定训练的重要性4,5,6。
虚拟现实 (VR) 技术最近被引入到康复领域7。VR 允许用户与模拟环境进行交互, 并接收与性能相关的连续、即时的反馈。VR 有可能在中风患者中应用神经康复的基本概念, 如强化、重复和任务导向训练 8.具体地说, 非沉浸式 VR 不需要高级图形性能或特殊硬件。因此, 非沉浸式 VR 是提供低成本、无处不在和有趣的治疗方案的好人选。以前的研究使用了计算机、显示器和特殊设备, 如控制台、传感器手套、欢乐棍和商业游戏系统, 用于非沉浸式 VR9。使用此类系统必须有更高的启动成本和足够的空间。最近, 一些低成本的工具, 如商用游戏设备, 已经被用来开发新的康复系统10,11。然而, 控制台与传感器在那些 devicesare 不足够小和轻量级为运载。然而, 为了改善非沉浸式 VR 的流行, 作为中风后上肢治疗方法, 并为中风幸存者创造无处不在的康复环境, 需要便携和廉价的工具。
此外, 基于游戏的治疗可以是中风康复的好选择。许多患者抱怨, 常规职业治疗 (OT) 为上肢功能恢复是枯燥和单调的12,13。因此, 一个更有趣和更有激励作用的治疗工具是促进患者参与康复训练的必要手段。许多涉及使用商业游戏的研究已经进行了14,15,16。然而, 使用的游戏并没有针对脑卒中患者上肢的期望运动, 也没有特别考虑中风后可能出现的痉挛。
本文介绍了一种基于移动游戏的虚拟现实程序的开发及其在经历中风和上肢功能障碍的患者中的应用 (图 1)。
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Protocol
这项研究获得了首尔国立大学 Bundang 医院机构审查委员会的批准, 所有参与者在筛选前都给予书面知情同意。
1. 游戏内容开发
注: 基于移动游戏的上肢虚拟现实计划 (备忘录-康复) 包括移动游戏应用。
- 使用编程语言安装工作室和环境以进行开发。
- 通过智能手机的内置传感器收集患者移动的 x、y 和 z 轴位置的数据。
-
使用以下源代码为运动、位置和速度上的数据分配存储:
浮动 [] gravity_data = 新的浮游物 [3];
浮动 [] accel_data = 新的浮游物 [3];
浮动 [] m_acc_data = 新的浮游物 [3];
最后的浮点数α = (浮动) 0.8;
使用以下源代码收集内置传感器测量的数据。
SensorManager sm = (SensorManager) getSystemService (SENSOR_SERVICE);
传感器 mSensor = sm getDefaultSensor (传感器 TYPE_ACCELEROMETER); - 通过短距离无线连接在图像处理后将数据发送到 tablet PC, 以将 x、y 和 z 坐标显示为屏幕上的图像。
- 设计所有游戏应用, 以提高上肢运动的强度、耐力、运动范围、控制速度和准确性。
注: 经董事会认证的 physiatrists (康复医学医生) 和职业治疗师收集并讨论了哪些治疗演习适合转化为游戏项目。各关节运动的目标是基于传统的职业治疗方法, 促进上肢功能的恢复, 提高上肢运动的强度、耐力、运动范围、控制速度和准确性。 - 根据 Brunnström 阶段测量的上肢功能, 向每个病人推荐游戏应用。
注意: Brunnström 阶段 (B 阶段) 为胳膊和手评估上肢恢复阶段 (1 = 弛缓性, 没有自愿运动; 7 = 正常函数)16。例如, 被归类为 Brunnström 阶段1的患者使用了在未受影响的手臂帮助下诱发肩部屈曲/伸展运动的应用。被归类为 Brunnström 阶段5的患者使用了需要精确控制运动的应用。 - 分别调整游戏应用的难度水平, 通过改变速度, 维护时间为特定的姿势, 以及运动范围, 根据上肢功能障碍的严重性。有关详细信息, 请参阅下面的示例 (图 2)。
2. 研究设计
注: 采用半随机双盲对照试验对该方案的可行性和有效性进行评价。参加者 (1) 被诊断为缺血性中风;(2) 有能力执行一步命令;(3) 有医疗稳定性参与积极康复, (4) 有上肢损害, 包括在内。患者被排除, 如果他们 (1) 有谵妄、混乱或其他严重知觉问题, (2) 遭受不受控制的医学情况, (3) 无法跟随命令由于严重认知损伤, (4) 有视觉干扰, 并且 (5) 的坐姿平衡不佳。参加者是在大学医院招聘的。
- 为了使参与者完全失明的小组任务, 分配给他们的控制或实验组的入场期间, 因为参与者需要共享的加班房间。
- 确保干预组的患者接受30分钟的常规加班和30分钟的移动游戏基于虚拟现实上肢康复计划使用智能手机和平板电脑。
- 确保对照组的病人每天只接受1小时的常规治疗。
注: 两组康复计划包括10疗程, 每周5天, 2 周。 - 在第一次疗程中对干预组的患者进行教育, 尽管每个游戏应用程序在开始时提供了简短的说明。确保患者在学习期间自己使用该程序30分钟。
- 在开始、治疗结束和一个月随访时对结果测量进行评估。
- 让一个失明的评估谁是经验丰富的职业治疗师执行所有的临床评价在所有的测试阶段。
注意: 主要的结果是 Fugl-迈耶评估的上肢 (FMA), 这是衡量的运动功能的病人的偏瘫臂 (0 = 最低评分; 66 = 最高分)。17第二个结果由 Brunnström 阶段 (B 阶段) 评估为胳膊和手和手工肌肉测试 (0–5)。
3. 基于移动游戏的 VR 上肢康复计划的使用
- 让参加者坐在桌上。
- 将 tablet pc 放在桌面上, 然后打开 tablet pc。
- 打开智能手机, 打开智能手机上的短距离无线连接。
- 通过触摸 tablet pc 的屏幕, 选择 tablet pc 上的游戏应用程序。
- 启用 tablet PC 上的短距离无线连接并连接到智能手机。
- 将智能手机放在臂章中, 并根据所需的运动, 使用商用智能手机臂章将臂章连接到上臂或前臂。
- 选择基本版本或自定义版本。
- 选择游戏速度, 时间, 一些目标动作, 和预期的成绩, 游戏的触摸屏上的平板电脑上的定制版根据参与者的能力。
- 让参与者触摸开始按钮。让参与者按照游戏的命令采取姿势。移动最大运动范围以进行校准。
-
开始玩游戏, 并移动到下一个游戏时, 游戏结束 (一般5–10分钟长)。
- "蜂蜜壶卫兵" 游戏
注: 本游戏针对肘关节屈曲和伸展运动。- 请病人用肘关节的动作投掷苹果, 以此来殴打一只来自蜂蜜壶的熊。
- 当弯曲的肘部延长时, 让病人扔苹果。
- 调整难度的水平, 由熊出现的位置和新的熊出现的速度根据可用的运动范围和运动速度在病人的肘关节。
- "保护兔子" 游戏
注: 本游戏针对肩部诱拐和内收运动。- 通过使用肩关节的运动, 让病人用网捉石头来保护兔子。
- 确保在 adducted 肩被绑架时网络移动。
- 调整难度水平的地方, 石头出现的位置和速度, 新的石头出现的基础上可用的运动范围和运动速度在病人的肩关节。
- "扑灭火" 游戏
注: 本游戏针对肩部诱拐和内收或肩部屈曲和伸展。- 让病人用水管把火喷出窗外;水管是根据肩部的运动而移动的。
- 根据肩关节的运动, 确保水管的左右移动;扑灭大火所需的时间取决于火灾的大小。
- 根据现有的运动范围和病人肩关节运动的速度和耐力, 调整火灾发生的地点、新火灾出现的速度和火灾的大小。
- "花飞溅" 游戏
注: 本游戏的目标是肩诱拐和内收, 肘关节屈曲和伸展, 或手腕旋和旋运动。- 通过关节的运动, 让病人用水浇灌移动的种子, 使花朵开花。
- 确保种子移动时, 根据关节的运动, 浇水。
- 根据种子的移动速度, 根据运动的准确性和速度调整难度水平。
- "蜂蜜壶卫兵" 游戏
- 通过智能手机的内置传感器 (加速度计、陀螺仪) 跟踪患者的上肢运动, 并通过短距离无线连接将移动信息传递到 tablet PC。
- 提供视觉和听觉反馈的病人在他们的运动与显示在平板电脑上。
- 与比赛结束时的预期成绩相比, 展示游戏的真正成就。
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Representative Results
总共登记了24名患者, 并将其分配给该控件或实验组 (表 1)。在使用基于移动游戏的 VR 上肢康复计划 (图 3) 治疗后, 在 FMA、B 级和人工肌肉测试中发现了更大的改进。这种效果一直持续到一个月的随访。这意味着, 谅解备忘录的康复并不逊色于传统的治疗方法, 这是由职业治疗师一对一地提供的。
实验组的患者完成了两周的治疗, 没有不良影响, 通常对谅解备忘录康复 (表 2) 感到满意, 尽管参与者有不同程度的 IT (计算机、平板电脑和智能手机) 的熟悉度 (图 4)。实验组的患者对节目的显示 (4.25 0.62)、程序的可读性 (4.25 和 0.62) 和程序使用的方便 (4.08 李克特 0.67) 进行了积极反应 (0–5)。此外, 他们表示, 他们愿意支付 22, 10 美元的游戏应用程序。它的熟悉程度与改进量之间没有关系。
康复治疗是可行和有效的促进上肢康复后, 缺血性中风。
图 1: 基于移动游戏的上肢 VR 程序的配置.基于移动游戏的上肢 VR 计划系统包括一个移动设备 (tablet PC), 用于显示和移动设备 (智能手机), 用于获取使用内置传感器的移动信息。请单击此处查看此图的较大版本.
图 2: 基于移动游戏的上肢 VR 计划的游戏内容和应用.每个游戏应用程序的目标是一个特定的运动的偏瘫手臂。根据患者上肢功能调整难度水平。目标关节的目标运动由黄线和圆圈表示。请单击此处查看此图的较大版本.
图 3: 治疗结束后的结果度量值的变化和治疗后的1月随访.(A) 对上肢的 Fugl-迈尔评估的变化。(B) Brunnström 阶段 (arm 和手动) 的更改。(C) 通过手动肌肉测试 (肩/肘/手腕) 测量肌肉力量的变化。Mo: 月前: 在治疗之前以移动游戏为基础的上肢 vr 计划, 开机自检: 经过两周的治疗, 以移动游戏为基础的上肢 vr 计划, F/U: 随访。误差线表示标准偏差 (SD)。请单击此处查看此图的较大版本.
图 4: IT 熟悉度调查的结果.实验组 (n = 12) 的参与者被问及他们的 IT familiarities, 例如他们的计算机、平板电脑或智能手机的体验。请单击此处查看此图的较大版本.
| 实验组 (n=12) | 控制组 (n=12) | p 值 | |
| 性别 (M/F) | 7/5 | 6/6 | 0.5 a |
| 年龄 (年) | 61.0±15.2 (21-76) | 72.1±9.9 (53-88) | 0.046 b |
| 受影响的肢体 (L/R) | 8/4 | 10/2 | 0.32 a |
| FMA (范围) | 24.5±22.2 (4-63) | 21.5±20.6 (4-57) | 0.735 b |
| Brunnstrom-阶段 (胳膊) | 2.7±1.5 (1-5) | 2.7±1.5 (1-5) | 1.00 b |
| Brunnstrom-阶段 (手) | 1.9±1.4 (1-5) | 2.1±1.4 (1-4) | 0.775 b |
| 蒙脱土 (肩) | 2.7±1.1 (1-4) | 2.2±1.2 (0-4) | 0.292 b |
| 蒙脱土 (弯头) | 1.9±1.4 (1-5) | 2.1±1.4 (1-4) | 0.775 b |
| 蒙脱土 (手腕) | 2.7±1.1 (1-4) | 2.2±1.2 (0-4) | 0.292 b |
表 1: 患者的基线人口和临床特征.除年龄外, 这两组之间没有统计学上的显著差异。a χ2测试, b t 测试。FMA: Fugl-迈耶评估上肢, 蒙脱土: 人工肌肉试验, M: 男性;女: 左, R: 对。数据表示平均值±SD (范围)。
| 问题 | 实验组 (n = 12) | 控制组 (n = 12) |
| 上肢康复计划为我提供了足够的治疗。 | 4.17 @ 0.72 | 4.00 @ 0.85 |
| 上肢康复计划提供给您的目标服务 | 4.42 @ 0.52 | 3.92 @ 1.00 |
| 总的来说, 我对上肢康复计划感到满意。 | 4.25 @ 0.75 | 3.92 @ 1.00 |
| 上肢康复计划帮助我更好地管理我的健康和医疗需求。 | 4.33 @ 0.65 | 4.00 @ 0.74 |
表 2:基于移动游戏的上肢 VR 计划的用户满意度调查结果.实验组的用户满意度不低于对照组。实验组的参与者对所有项目都作出了积极反应。
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Discussion
中风患者通常有残疾相关的运动损伤由于不完全的运动恢复。这样的残疾, 漫长的旅行时间到诊所, 或社会经济的困难, 可能会阻碍患者获得适当的康复治疗。无处不在的医疗保健 (u 健康) 计划可以是一个很好的选择, 以消除这些障碍。作为这种 u 型健康计划的一部分, 本研究开发了一种基于移动游戏的 VR 康复方案, 用于脑卒中后上肢的康复。我们的发现表明, 该方案是可行的, 更有效地促进上肢功能恢复与常规治疗相比。在为期一个月的后续评估中, 成功地维持了改进。
我们推测, 由于游戏的影响, 如患者的运动, 享受, 高动机和订婚的即时反馈, 谅解备忘录康复治疗的疗效等于或大于常规疗法。参与游戏可以促进运动学习19 , 同时增加对康复和促进动机的兴趣。此外, 听觉和视觉反馈可以促进患者的互动欲望。这些因素可能提高康复治疗的功效, 达到高水平的患者坚持训练和增加参与治疗。
以前大多数基于游戏的研究都使用了商业现成的游戏14。然而, 这些游戏不是专门为中风患者设计的。本研究开发的游戏项目专门针对中风患者。开发了各种各样的游戏应用, 可用于这些患者的应用被选择。我们只选择了可以诱发预期运动和避免协同运动的游戏应用程序。
该移动程序设计用于智能手机和平板电脑, 因为一般人群越来越多地使用智能手机和平板电脑;因此, 使用这些手持式移动设备的低成本执行处理程序相对容易。考虑到轻量级的方面和这些移动设备的小规模, 他们是便携的, 易于使用, 无论一个人的位置。虽然该方案是在治疗室管理, 以确保严格匹配两组之间的治疗时间, 这个程序也可以用于家庭设置。
然而, 这项研究有一些局限性。第一个限制来源于研究的小样本量。虽然有人试图随机分配病人到这两组, 病人被分配的入院期间, 以使他们不知道他们的组分配。治疗时间在2周治疗期间严格匹配, 但在治疗后和随访期间是不可能的。在研究期间, 无法监测受影响的武器的运动活动。通过加速度计测量受影响的武器的活动可能表明程序对非使用现象的影响20,21。在本研究中, 没有可用的运动学数据。通过获得线性和角位移、速度和加速度等运动学数据, 可以通过双向反馈对患者运动特征信息进行优化。病人和临床医生之间的关系。
本研究的结果表明, 这种基于移动游戏的 VR 上肢康复计划可以替代传统疗法的某些部分, 由职业治疗师一对一地交付。该计划将是一个很好的候选工具, 远程康复的上肢恢复治疗中风患者。
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Disclosures
所有作者声明没有利益冲突。
Acknowledgments
这项研究得到了 SK 电信研究基金06-2013-105 号赠款的支持。这项工作得到了 Soonchunhyang 大学研究基金的支持。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Galaxy Note 10.0 | Samsung | Galaxy Note 10.0 | Tablet PC |
| Galaxy S2 | Samsung | Galaxy S2 | Smartphone |
| Bluetooth | Bluetooth SIG | Bluetooth | short-distance wireless connection |
| Java | Oracle | Java | programming language |
References
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