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VR-EM系统的构成与运作流程/主要功能

随着危重症医疗护理技术不断发展,ICU患者存活率逐年上升,危重症患者的预后情况受到越来越多的关注。重症患者长期卧床与制动易导致肌力下降、认知障碍及生活自理能力降低等预后不良的情况,已有国内外研究证实早期运动可作为一种有效改善危重症患者预后的方法,ICU早期运动是早期康复的主要方法,是指在患者进入ICU后尽早接受肢体锻炼。RICU患者早期运动虚拟现实康复系统(VR-EM系统),利用其良好的沉浸体验感及有趣的可视化交互性,提高运动的主动参与感,并实现可视化的运动目标导向性和运动轨迹的动态呈现,以更好提高危重症患者早期运动的依从性,促进患者康复。

随着危重症医疗护理技术不断发展,ICU患者存活率逐年上升,危重症患者的预后情况受到越来越多的关注。重症患者长期卧床与制动易导致肌力下降、认知障碍及生活自理能力降低等预后不良的情况,已有国内外研究证实早期运动可作为一种有效改善危重症患者预后的方法,ICU早期运动是早期康复的主要方法,是指在患者进入ICU后尽早接受肢体锻炼。RICU患者早期运动虚拟现实康复系统(VR-EM系统),利用其良好的沉浸体验感及有趣的可视化交互性,提高运动的主动参与感,并实现可视化的运动目标导向性和运动轨迹的动态呈现,以更好提高危重症患者早期运动的依从性,促进患者康复。

VR-EM系统的构成与运作流程

结合多种体感设备,借助虚拟现实技术开发的,以促进RICU患者早期主动运动为目的的康复系统包括两个部分。

(1)运动捕捉系统:由手势控制器1、手势控制器2及体感摄像头组成。手势控制器1主要用于捕捉上肢肌力2级或3级的患者在桌面上书写绘画的动作,手势控制器2主要用于捕捉上肢肌力大于3级的患者手指、腕部及肘部的动作。体感摄像头有两种模式,一种模式为半身模式,可捕捉患者上半身所有大关节活动;另一种模式为全身模式,可捕捉全身所有大关节活动。

(2)虚拟现实反馈系统:电脑一台,以USB3.0接口与外置的动作捕捉器连接,电子屏幕用于实时显示患者运动动作或书写图案。内置算法用于判断患者运动动作的标准及运动次数与时间。电脑中内置自行开发的ICU早期运动虚拟现实康复系统,可针对不同类型的患者,选择不同类型的早期运动康复方案。系统还包括录屏及视频储存功能。

操作该系统前需要将运动捕捉系统与虚拟现实反馈系统连接,放置于患者面前,调整设备与患者的距离和角度,使体感设备能稳定捕捉患者的肢体运动并使患者可以清楚地观看屏幕。屏幕中的虚拟康复游戏场景可提供患者沉浸感体验,动作达标指示灯可提示患者的动作标准与否。另外通过屏幕录制,可以记录患者的整体运动过程。该系统的运作流程见图1,登陆界面及应用匹配界面见图2。

VR-EM系统的构成与运作流程/主要功能

VR-EM系统的构成与运作流程/主要功能

图2登陆界面及应用匹配界面

VR-EM系统的主要功能

基于不同肌力匹配最佳运动方案

VR-EM系统可根据患者的四肢肌力匹配最佳早期运动方案。在该系统的登陆界面上,除了输入患者的一般资料外,还需要输入由康复师评估后的患者四肢肌力情况。系统根据患者四肢肌力情况自动生成相应匹配的运动方案,例如,上肢肌力为2级的患者需要完成平面运动,握拳运动和伸腕运动;下肢肌力为3级的患者需要完成主动屈髋屈膝和踝背屈伸运动。这些运动将会以游戏的形式出现在不同的康复程序中,患者在完成游戏的同时完成了运动训练。这将真正实现运动锻炼的动态个性化设置,改变了当前无法及时动态调整锻炼方式的现状。

运动与认知训练的有机整合

在VR-EM系统,每位危重症患者均会接受肢体运动锻炼,每一种运动游戏均同时融入了认知功能训练。例如,上肢肌力为2级的患者需要通过电脑屏幕中的问题,以书写或绘制的形式,完成认知方向、注意力和记忆方法的平面运动训练。当患者的上肢肌力高于3级时,则需要完成更多的力量训练。VR-EM系统有运动标准校准和计数功能,体感设备通过捕捉患者肢体运动轨迹,将患者运动情况传输到患者面前的屏幕中,屏幕中的虚拟小人与患者实时同步,后台算法中对虚拟人的运动轨迹,就是患者的运动动作进行准确性判断。当患者动作达到标准时,系统中可显示绿灯,如不达标时则显示红灯或黄灯,仅有出现绿灯(即患者动作标准)时才会增加计数。这有帮助患者自己判断训练效果,从而锻炼患者的思维和决策能力,通过逐步校正使患者做出正确标准的动作。在游戏中,通过多感官的刺激,也能对患者的认知康复有所帮助。该模式将有利于ICU患者尽早接受到认知训练,且无需增加额外的人员投入。虚拟人的运动标准校准和计数功能见图3。

为了让患者在轻松愉悦的氛围中完成各种肢体功能锻炼,在VR-EM系统中整合了多款肢体训练游戏,例如有训练上肢伸腕运动的虚拟钢琴弹奏,控制上肢平衡及协调能力的青蛙跳小游戏,还有虚拟人的实时“监督”。这种多感官刺激加强了患者的沉浸式体验,也有利于增强患者的兴趣,消除负性情绪。这将改善临床康复锻炼过程的枯燥感,促进患者锻炼依从性的提高。通过调整体感设备和患者之间的距离,体感设备可稳定捕捉患者的肢体动作,并把数据实时传入患者面前的电脑中,并在屏幕中虚拟人清楚显示患者的实际运动情况,实现了运动的可视化。

VR-EM系统的构成与运作流程/主要功能

图3虚拟人的运动标准校准和计数功能

运动轨迹可动态显示和回顾

VR-EM系统可以记录患者的运动轨迹,当患者的运动轨迹被体感设备捕获并输入计算机,计算机通过录屏功能完整记录运动轨迹。通过比较患者的日常运动轨迹,可以为医护人员准确、充分地展示患者的康复趋势,也可以给患者提供最直观的康复效果展示,增强其运动康复的信心及动力。这将改变当前运动锻炼缺少实时反馈,无法及时获知锻炼质量,不能及时纠正肢体动作问题的现状。

研究对象

选取北京市某三级甲等医院RICU的55名患者为研究对象。纳入标准:①年龄≥18岁,因呼吸重症疾病转入RICU。②病情处于稳定期,即吸入氧浓度FiO2《0.6,PEEP《10cmH2O;超过2h未增加血管活性药物剂量;无活动性心肌缺血;无需药物治疗的心律失常。③镇静程度评估表(RichmondAgitaTIonSedaTIonScale,RASS)评分>-1分,交流正常,能够参与本调查。④已充分体验基于虚拟现实的早期主动肢体运动模式。排除标准:①有活动禁忌证(如不稳定骨折)的患者。②因各种原因不愿接受调查者。

结果

VR-EM系统的构成与运作流程/主要功能

小结

本研究借助了新颖的信息科技“虚拟现实”技术,发挥了其沉浸感,人机互动性及娱乐性,开发了适用于危重症患者早期运动的虚拟现实康复系统,致力于提高危重症患者主动运动的积极性和有效性,推动基于信息技术的康复治疗发展。研究结果显示,RICU患者对该系统的接受度及评价较高。随着研究的深入和患者人群及需求内容的增加,还应对该系统进行更新和完善,增加更多有趣的康复游戏和功能模块,从而满足不同ICU患者的康复锻炼需求。此外,VR-EM系统对患者康复有效性的验证将成为未来研究重点。
责任编辑人:CC

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