本文内容如下e-collection /主题问题:

康复游戏(62) 游戏和游戏化促进健康(452) 虚拟现实和虚拟世界 运动康复的创新(164)
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用于多发性硬化症患者上肢训练的虚拟现实设备的设计、开发和测试:单中心可行性研究

用于多发性硬化症患者上肢训练的虚拟现实设备的设计、开发和测试:单中心可行性研究

用于多发性硬化症患者上肢训练的虚拟现实设备的设计、开发和测试:单中心可行性研究

本文作者:

阿龙Kalron1、2 作者Orcid图片； Lior Frid1 作者Orcid图片； 亲戚Iliya Fonkatz1 作者Orcid图片； 谢Menascu1、3 作者Orcid图片； 马克Dolev1 作者Orcid图片； 大卫Magalashvili1 作者Orcid图片； 阿娜特Achiron1、3 作者Orcid图片
文章 作者 引用的 Tweetations (6) 指标

    原始论文

    1以色列特拉维夫大学萨克勒医学院卫生专业学院物理治疗系

    2多发性硬化症中心，示巴医疗中心，Tel Hashomer，以色列

    3.以色列特拉维夫，特拉维夫大学萨克勒医学院

    通讯作者:

    Alon Kalron, PT，博士

    物理治疗系

    萨克勒医学院卫生专业学院

    特拉维夫大学

    Ramat-Aviv

    特拉维夫,39040

    以色列

    电话:972 036405430

    电子邮件:alonkalr@post.tau.ac.il


    背景:多发性硬化症(MS)是一种常见的非创伤性、神经性、致残性疾病，常表现为上肢功能障碍。运动训练对患者有改善作用;然而，由于地理位置和缺乏MS专家，可能会缺乏合规性。虚拟现实(VR)是一项很有前途的技术，可以提供远距离的运动治疗/康复。这种类型的远程训练可以激励和有效的MS患者，并可以改善活动范围和上肢功能障碍的肌肉力量。

    摘要目的:本研究的目的是评估XRHealth软件和Oculus Rift Station用于伴有上肢运动功能障碍的多发性硬化症患者的安全性和可行性。

    方法:对有上肢运动功能障碍的MS患者进行了单中心、前瞻性、可行性研究。患者参加了一个45分钟的虚拟现实数字环境会话，并完成了一份关于训练质量和疲劳程度的问卷。临床医生还完成了一份问卷调查，以评估培训的适宜性和安全性。

    结果:总的来说，30名患者的年龄在20岁到81岁之间。患者报告说，在数字环境中的培训课程是有帮助的、有挑战性的、有趣的，而且简单易懂，他们愿意再次重复这些课程。监督患者的物理治疗师报告说，训练适合87% (n=26)的患者。预期不良事件为疲劳、短暂性头晕和短暂性恶心。操作员并发症包括头戴式显示器的电缆中断训练(n= 2.7%)和疲劳导致VR训练过程停止(n= 2.7%)。无严重不良事件报告。

    结论:这些初步结果表明，使用XRHealth软件和Oculus Rift Station平台对患者来说是可行的、安全的、吸引人的，并有可能改善多发性硬化症患者上肢的功能。这项研究为未来在家庭环境中实施一系列虚拟现实训练课程的研究提供了支持。

    JMIR严肃游戏2022;10(3):e36288

    doi: 10.2196/36288

    关键字

    虚拟现实； 康复； 可行性； 上肢； 多发性硬化症


    背景

    多发性硬化症(MS)是一种慢性进展性中枢神经系统脱髓鞘疾病[1］．MS的诊断年龄一般在20-40岁之间，女性患者的患病率高于男性患者[2］．多发性硬化症是影响青年人的最常见的非创伤性神经系统致残疾病，发病率约为千分之一[2]，影响全球约280万人(每10万人口35.9人)[3.］．

    在多发性硬化症患者中，上肢功能障碍很常见，约50%至76%的患者会出现上肢功能障碍[4，5］．上肢功能障碍的表现可因患者的一系列身体症状而异，表现为震颤、缺乏运动协调或肌肉无力[1，6，7］．这些症状可因健康状况欠佳、心理困难、情绪低落及认知困难而导致生活质素下降[8]、死亡率增加、活动受限[9，10]，以及对他人的依赖[11］．MS患者面临的一些最常见的挑战是灵巧度、日常生活活动和上肢的局限性[12］．多发性硬化的治疗方法通常包括药物干预和康复治疗[13-15］．

    多发性硬化症的症状包括视力损害;构音障碍和吞咽困难;协调和平衡能力受损;共济失调;感觉障碍;膀胱、肠道及性功能障碍[1，16-19］．运动训练对多发性硬化症和上肢功能障碍患者有显著益处[20.-24]并能够减轻症状并减少对他人的依赖[15，22，23］．

    MS患者缺乏依从性的主要原因是患者生活在农村地区或缺乏支持传统上肢锻炼计划的MS专家的地区，因此无法参加锻炼计划。由于时间安排、车辆通行，以及患者的健康状况和身体状况无法前往医院进行身体康复，患者的交通和出入可能受到限制。另一个主要障碍是病人难以承受的医疗费用。COVID-19大流行凸显了远距离提供治疗/康复的必要性，这主要是由于旅行限制、获取途径和感染风险[25］．由于时间和身体要求，康复对患者来说尤其困难，经常会发生动力和依从性丧失;因此，开发创新的方法来保持患者的积极性和改善生活质量是至关重要的。

    远程康复是一种规避这些挑战、支持患者在家进行运动训练、增加身体活动和功能、从而改善生活质量的方法[26］．在传统医院环境之外，通过远程康复远程提供治疗，为行动不便和旅行受限的患者提供服务。一个有前途的新组件是为患者提供的虚拟现实(VR)。VR提供了一个3d模拟环境，计算机与许多电子配件相互作用，可以激励患者通过感官和视觉反馈进行重复任务[27］．虚拟现实的沉浸程度可能有所不同，从非沉浸式(如视频游戏)到完全沉浸式，用户必须有合适的虚拟现实眼镜或头戴式显示器，如HTC Vive或Oculus Rift。到目前为止，关于VR的分类有不同的想法，研究之间的分类仍有待标准化[28］．沉浸式VR已被应用于许多疾病的心理治疗，包括创伤后应激障碍、边缘性人格障碍、精神分裂症和其他心理障碍[29］．患者可以在虚拟环境中练习功能性任务，如购物或过马路[27］．VR的好处已经在多个应用中得到证实，包括疼痛管理和减轻[30.-34]、心理健康支援[33-36]，以及康复[32］．在MS中，VR的应用改善了平衡、姿势、运动控制、协调和步态[37-40]以及改善上肢的运动功能[41］．最近的一项研究表明，使用基于游戏的VR视频捕捉训练，MS患者的手灵巧度有所改善[42］．与传统疗法相比，沉浸式VR的受控环境可以改善不同类型的运动障碍，包括帕金森病、MS、脑瘫和中风引起的偏瘫[28，29，41，43］．尽管结果很有希望，但虚拟现实并没有得到广泛实施，导致越来越多的患者无法满足医疗需求。

    目前，XRHealth软件已获得美国食品和药物管理局(fda)、欧洲(EC认证)和以色列(AMAR认证)的市场许可。该软件与Oculus Rift Station一起指导患者根据医生的个性化治疗计划进行锻炼。Oculus Rift工作站有触摸控制器，并提供df用于虚拟环境中的运动，其中包括头部和手臂运动的高端跟踪，精度为90 Hz，具有0.01度。通过XRHealth软件、Oculus Rift Station和临床治疗师的结合，可以跟踪患者的运动和运动动力学，并将其提供给临床医生。

    目标

    这项初步研究的目的是评估XRHealth软件与Oculus Rift Station联合应用于伴有上肢运动功能障碍的多发性硬化症患者的安全性和可行性。我们对该平台的结果数据质量进行了评估，以进行优化，并将其作为未来MS患者VR训练研究的开发和设计的初步数据。


    伦理批准

    这是一个单中心的安全性和可行性研究，基于一个45分钟的训练课程。所有患者均知情同意，并在示巴医疗中心获得机构审查委员会批准(SMC-5207-18)。这项研究于2019年至2020年在以色列Tel-Hashomer的Sheba多发性硬化症中心进行。

    病人

    根据英国医学研究委员会(British Medical Research Council)的定义，患者年龄在18岁或以上，上肢肌肉有中度无力，包括2个肌肉组中有4级，或1个肌肉组中有3级。如果患者有听力障碍、任何限制上肢运动的骨科损伤或任何阻止有氧运动的心血管疾病，则排除在外。

    虚拟现实培训平台与设备

    干预包括在VR环境中进行一次的2项活动，这些活动需要坐着时手臂和肩膀的运动(图S1A)多媒体附件1)或站立(图S1B)多媒体附件1)的设置，如图S1C所示多媒体附件1．这是用Oculus Rift和XRHealth软件完成的。Oculus Rift头盔类似于护目镜，戴上它后，患者可以像在现实世界中一样自然地看向任何方向。在Oculus Rift头盔中，有一个跟踪器可以持续分析头部运动，使临床医生能够实时为患者做出调整。44］．XRHealth软件平台有三个主要组件:中央控制台、数据门户和控制面板。在中央控制台，可以选择游戏和练习形式的一系列不同的运动、认知和心理体验，并作为所有XRHealth应用程序的“家庭环境”。该数据门户是一个符合《健康保险可携带性与责任法案》(Health Insurance Portability and Accountability act)的基于web的平台，临床医生可以使用该平台跟踪和分析患者的数据，并提供有关患者表现和进展的纵向数据。临床医生可以远程实时地查看和调整VR体验，并由控制面板支持。

    所有评估均由具有2年神经康复经验的物理治疗师监督。第一个活动是一个名为“Balloon Blast”的主动肩部活动范围(ROM)应用程序。在这个VR环境中，患者使用双手，并被提示用剑击破气球(图S2A)多媒体附件1)．肩部活动区域由活动ROM测量确定(图S2B和C多媒体附件1)．在休息5分钟后，患者进行了第二个活动，这是一个名为“颜色匹配”的运动认知训练环境。患者双手戴不同颜色的虚拟手套，然后提示用与灯泡颜色匹配的手去打灯泡(图S2D)多媒体附件1)．“颜色匹配”VR环境的初始设置为所有患者的中等水平，并根据患者的能力进行调整。中等水平被定义为从灯亮到病人行动的灯灭之间的3.6秒。

    安全性和可行性评价结果

    每位患者回答了4份评估问卷(补充1英寸)多媒体附件1)，监督会议的物理治疗师也完成了一份问卷(补充2在多媒体附件1)．最低分1分，最高分4分。患者的回答被平均在一起得出最终结果。患者问卷旨在评估患者在优化VR平台方面的体验，并为未来研究的设计提供信息。问题包括患者对难度水平的评估、疲劳等身体影响、参与度和VR培训课程的适用性。


    病人的特点

    共纳入30例MS伴上肢运动功能障碍患者，并完成训练。其中，50% (n=15)为女性患者，平均年龄为50.8岁(范围20.3-81.2)，平均扩展残疾状态量表评分为5.4 (表1)．

    表1。患者人口学和临床特征。
    特征 患者(N=30)， N (%) 价值


    		意思是(SD) 范围
    年龄(年) N/A一个 50.74 (13.6) 20.3 - -81.2
    女性，n (%) 15 (50) N/A N/A
    多发性硬化型，n (%) N/A N/A

    		原发性进行性多发性硬化症 3 (10)


    		临床孤立综合征 3 (10)


    		复发和缓解多发性硬化症 14 (47)


    		继发性进行性多发性硬化 10 (33)

    病程(年) N/A 18.6 (12.8) -58 - 0.6
    扩大残疾状况量表 N/A 5.4 (1.7) 1.5 - -8.0

    一个N/A:不适用。

    病人满意度

    患者在问卷中报告，“气球爆炸”活动有趣(平均3.73,SD 0.52)，简单易懂(平均3.67,SD 0.71)，简单易行(平均3.43,SD 0.86)，具有挑战性(平均3.10,SD 1.03)，并且是他们会重复的任务(平均3.63,SD 0.72;图1A).在“颜色匹配”活动中，患者报告该活动有趣(平均3.47,SD 0.78)，简单易懂(平均3.60,SD 0.72)，简单操作(平均3.53,SD 0.73)，具有挑战性(平均3.17,SD 1.02)，并且是他们会重复的任务(平均3.40,SD 0.97;图1一个)。

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    图1。问卷结果:(A)自我报告的满意度问卷平均值，(B)患者报告的整体VR体验，(C)关于会话和患者同意程度的陈述。VR:虚拟现实。
    查看此图

    对于整体VR体验满意度，患者报告称，在VR训练期间，他们感到体力消耗(平均2.3,SD 1.09)和认知消耗(平均2.5,SD 1.04)，并且训练是集中的(平均3.2,SD 0.89;图1B).使用相同的评分系统，患者报告了对以下陈述的高度认同:在数字环境活动中练习是适合我的(平均值3.63，标准差0.61);在VR中练习可以让我专注于训练而不受干扰(平均值3.70,SD 0.53);我对VR培训课程结束后呈现给我的信息很感兴趣(平均值2.8，标准差1.06);在虚拟现实培训课程后提供给我的信息为我的病情提供了附加价值(平均值2.6，标准差1.07);在家里使用这个工具可以帮助我坚持练习一段时间(平均值3.33，标准差0.88);如果我有一个基于VR的认知状况跟踪工具，我想在家里使用(mean 3.57, SD 0.68;图1C).在完成与患者的VR培训课程后，物理治疗师报告说，这是一个适合MS患者的解决方案(n= 26,87%)。

    安全

    报道的术中并发症包括头戴式显示器电缆中断训练(n= 2.7%)和疲劳导致VR训练停止(n= 2.7%)。无其他术中并发症报道。根据4点Likert量表，预期不良事件(AEs)为疲劳(平均1.9,SD 0.96)、短暂性头晕(平均1.57,SD 0.77)和短暂性恶心(平均1.17,SD 0.46)。在报告疲劳的患者中，6名患者报告轻度疲劳，9名患者报告中度疲劳，1名患者报告严重疲劳，评分为1分。在报告头晕的患者中，7名患者报告轻度头晕，4名患者报告中度头晕。在报告恶心的患者中，3例报告轻度恶心，1例报告中度恶心。未报告其他意外事件。没有严重的不良事件。所有报告的ae都在短时间内得到解决。


    主要结果

    总的来说，患者认为VR环境培训课程是有帮助的，并且愿意做更多的事情。理疗师认为该课程适合多发性硬化症患者。对多发性硬化症患者来说，体育锻炼疗法对于保持运动、心理健康和自给自足的能力至关重要[21］．这项研究支持将该平台转移到以家庭为基础的环境中，这减少了患者的经济和旅行负担，同时还改善了健康和生活质量[45-48］．此外，VR数字环境是一个简单的患者界面，患者报告的程序是吸引人的、具有挑战性的、简单的和有趣的。患者的风险最小，这些活动是安全且可忍受的。没有严重的不良事件，报告的不良事件是暂时的。

    XRHealth平台在培训期间在医疗监督下进行，并允许物理治疗师在会议期间修改几个参数，以满足患者的特定需求。可以执行的评估类型包括ROM、动作时间、响应时间以及在一个45分钟的培训会话中收集的遗漏和委托错误，然后由XR软件输出为图形(图S2E)多媒体附件1)．当患者在数字环境中接受治疗时，能够让临床医生参与并获得大量数据点来确定结果，这是巨大的好处。

    限制

    这项研究并非没有局限性。首先，这项研究没有包括上肢功能或手灵巧度的标准测量。此外，未来的改编可以使用标准化的系统可用性量表，而不是本研究中使用的基于该领域类似出版物的定制问卷。此外，这是一项只进行了一次VR训练的小型研究。未来还需要进行更大规模的研究，以调查VR系统的评分是否与多发性硬化患者和其他中枢神经损伤(如中风或帕金森病)人群的临床上肢测量相关。一项更大、更长期、更多疗程的研究将提供所需的疗效数据，以支持在MS患者中使用VR环境进行物理治疗。

    与之前工作的比较

    虚拟现实技术的使用已显示出上肢功能障碍和中风患者的临床改善[49，50]，在改善多发性硬化症患者的步态障碍和平衡方面也表现出了益处和良好的结果[51］．2006年关于VR疗效的早期研究表明，MS患者的步态控制有所改善[52］．一项针对5名MS患者的小型研究表明，VR加被动机器人支持改善了上肢功能，且耐受性良好[53］．2015年，另一项针对30名MS患者的研究表明，在24次治疗后，VR在整体稳定性方面有显著改善[38］．之前的研究很少，目前尚不清楚在MS患者中使用VR训练是否可以改善生活质量，尽管这些研究显示了在帮助MS患者方面的积极趋势。目前，尽管取得了初步成功，但VR在临床上对MS患者的使用仍然有限。因此，XRHealth平台有能力将这项技术带给更广泛的患者群体。

    目前，正在进行的小型随机对照试验(rct)将VR与MS疗法结合起来治疗上肢功能障碍。其中包括远程康复和多发性硬化症(TEAMS)试点随机对照试验(ClinicalTrials.gov NCT04032431)，比较传统疗法和基于家庭的远程康复VR程序[54]，采用严肃游戏进行上肢康复的单盲随机对照试验(ClinicalTrials.gov NCT04171908) [42]，以及一项将基于游戏的VR练习添加到常规物理疗法中的随机干预研究(ClinicalTrials.gov NCT04212689) [55］．这项试点研究有助于支持将VR技术应用于多发性硬化症伴上肢功能障碍患者的康复。

    结论

    总之，VR数字环境和Oculus Rift平台的XRHealth医疗解决方案对于多发性硬化症患者的上肢训练是一个可行且安全的训练系统。这些发现为未来的随机对照试验铺平了道路，以检验XRHealth VR训练与标准护理相比在改善多发性硬化症患者上肢功能方面的益处。此外，值得注意的是，将临床设施的VR训练与远程医疗的VR训练进行比较。两者都由物理治疗师进行监控。最后，未来的研究应该检验XRHealth平台产生的结果测量在上肢功能障碍患者中的心理测量价值。

    致谢

    JetPub科学传播有限责任公司得到了XRHealth的资金支持，并在本文准备期间为作者提供了草稿和编辑协助。

    作者的贡献

    AK和AA对研究进行了概念化。AK证实了这项研究。AK和AA为这项研究创建了可视化图。AK对稿件进行了审阅和编辑。LF是项目管理员。LF和IF进行了调查。SM、MD和DM为研究提供了资源。AA监督了这项研究。

    利益冲突

    AA是XRHealth的临床顾问。所有其他作者都没有什么要申报的。

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    多媒体附件1

    补充材料。

    DOCX文件，2491 KB
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    AE:不良事件
    女士:多发性硬化症
    生命质量:生活品质
    个随机对照试验:随机对照试验
    罗:活动范围
    团队:远程康复与多发性硬化
    虚拟现实:虚拟现实

    N Zary编辑;提交15.01.22;作者:M Pau, Li C;对作者27.05.22的评论;订正稿收到21.06.22;接受11.08.22;发表12.09.22

    版权

    ©Alon Kalron, Lior Frid, Iliya Fonkatz, Shay Menascu, Mark Dolev, David Magalashvili, Anat Achiron。最初发表于JMIR Serious Games (https://games.www.mybigtv.com)， 12.09.2022。

    这是一篇开放获取的文章，根据创作共用署名许可协议(https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/)发布，允许在任何媒体上不受限制地使用、分发和复制，前提是正确引用最初发表在JMIR Serious Games上的作品。必须包括完整的书目信息，https://games.www.mybigtv.com上的原始出版物的链接，以及此版权和许可信息。
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