在儿童、青少年和年轻成人患者中使用虚拟现实和引导图像分散程序性疼痛和窘迫:随机对照试验

介绍

疼痛

根据国际疼痛研究协会的说法，“疼痛总是一种个人经历，在不同程度上受到生物、心理和社会因素的影响”[1]。研究估计，多达一半患有急性或慢性疾病的儿童经历与手术相关的疼痛和痛苦[2]。在短期内，疼痛可以表现为退缩、粘人、喜怒无常或愤怒。然而，有大量证据表明，儿童时期疼痛处理不当与神经和行为结果有关，包括终生疼痛敏感性增加[3.]。例如，患有镰状细胞病的儿童在静脉穿刺时，疼痛性血管闭塞发作的频率更高，更有可能报告疼痛反应加剧[4]。

患有癌症、镰状细胞病和其他血液疾病的儿童需要接受数月或数年的常规治疗。不出所料，在接受癌症治疗的儿童中，诊断过程和治疗过程中的疼痛是最常被提及的身体问题之一[5]。在过去的40年里，有一种趋势是通过使用镇静和镇痛来增加疼痛控制;然而，在反复和常规手术中，镇静的风险(包括缺氧)大于其益处。识别和使用非药物干预来控制疼痛可以减轻因疼痛管理不善而导致的神经和行为改变的风险，而无需镇静风险。

引导图像

分散注意力是一种有效且容易获得的非药物治疗疼痛的工具[6，7]。它通过有意识地将注意力转移到更愉快的活动或想法上，从而抑制疼痛和焦虑等高度突出的感觉。引导意象(GI)是一种强大的非沉浸式分散注意力的方法，它包括详细描述与疼痛体验不相容的情况，旨在唤起平静的感觉。GI脚本通常以简短的放松练习开始，例如横膈膜呼吸，然后是对放松活动的生动描述，例如沿着海滩散步，在云层中飞行，或参加营火。人们普遍认为，在不需要药物干预的手术过程中，它有助于减轻疼痛和焦虑[8-11]。

虚拟现实

虚拟现实(VR)是一种身临其境的3D交互式技术，它结合了多种感官，创造了一个用户可以居住的人工环境。在过去的20年里，VR已被用于协助治疗小儿程序性窘迫，如烧伤护理[12，13]、牙科手术[14-16]，静脉注射针头[17-25]，以及端口访问[26-28]。对VR使用的评论是积极的，大多数人认为VR是一种可行且有效的分散注意力的方法，可以减少患者报告的疼痛和痛苦[29]。

虽然有许多研究将虚拟现实与无干预进行比较[20.，28]和VR的标准护理(主要是访问电视或平板电脑[17，21，22])，目前还没有研究直接比较被广泛接受的GI非沉浸式分心和有前景的VR沉浸式分心。由于手术相关的疼痛无法避免，因此调查哪种干预措施能提供最大的缓解，以及是否存在对一种干预措施反应更好的儿童子类是很重要的。例如，研究表明，那些对疼痛有准备并对疼痛抱有灾难性信念的人在痛苦经历中更难以分散注意力[30.-32]。同样，状态焦虑，一个描述一个人当前焦虑水平的可变变量，可以预测疼痛耐受性和与疼痛相关的焦虑[33]。在他们使用有害电刺激的实验中，唐和吉布森[34发现，即使状态焦虑较低，高特质焦虑(即，一个表明更容易经历焦虑的稳定变量)的个体仍然比低特质焦虑的人报告了更高的主观疼痛强度评级。约翰逊(35假设刺激越分散注意力，个体处理疼痛和感到痛苦的能力就越低。也有证据表明，主动分心技术比被动方法更有利于疼痛管理[36]。

在这项研究中，我们直接比较了VR和GI在非镇静过程中对疼痛和焦虑的主观和客观测量的影响。我们假设，与非沉浸式GI干预相比，VR干预将减少程序性疼痛和痛苦的经历。我们进一步假设，在疼痛灾难化程度较高、状态焦虑和特质焦虑程度较高的儿科患者中，VR对减少程序性疼痛和焦虑的影响更大。

方法

研究设计

这是一项单点、交叉、随机对照试验(RCT)，用于评估GI与VR对接受非镇静手术的儿童和年轻人手术性疼痛和痛苦的有效性。从威斯康星州一家大型三级儿童医院的血液学、肿瘤学、血液和骨髓移植服务部门招募了方便的参与者样本。数据收集于2018年2月至2019年4月之间，此时已达到入组患者的阈值。干预措施包括(1)通过15分钟的引导图像脚本录音进行非沉浸式分心，(2)使用KindVR Aqua (KindVR LLC)进行沉浸式分心，这是一款运行超过15分钟的虚拟现实游戏。条件被平衡，因此有2种可能的条件顺序(VR/GI和GI/VR)。

参与者

接受血液学、肿瘤学或血液和骨髓移植服务的年龄在8 - 25岁的儿童和年轻人，如果他们在诊断后至少1个月并接受以下非镇静程序之一:静脉穿刺、端口通路或外周插入中心静脉导管或中心静脉敷料更换。如果患者不能熟练地阅读或说英语，有确定的身体缺陷(如失明，皮肤活动性感染，癫痫发作史)会阻止他们使用VR设备，或者有严重的发育迟缓会阻止他们完成所需的研究问卷，那么他们就被排除在研究之外。有102名儿童和年轻人接受了资格筛选。其中34.3%(35/102)因CONSORT(试验报告综合标准)流程图(图1)。在剩下的67名参与者中，37人被随机分为VR/GI组，30人被随机分为GI/VR组。共有52名参与者完成了两项干预，其中2名因数据缺失而被排除在最终分析之外，最终样本为50名参与者。

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研究人员通过门诊时间表和住院患者普查确定符合条件的患者。入组后，使用在线随机数生成器将研究参与者随机分配到两种可能的条件顺序之一[37]。所有的尝试都是为了确保研究条件(VR, GI)在连续2次手术过程中发生，不包括计划外或紧急手术。条件被分开最少5天和最多40天，以尽量减少治疗人工制品和无关事件的威胁。最短时间限制确保患者不会在同一日历周内参与2种情况，而最长时间限制允许大约每月接受治疗的患者参与。单个参与者的两个时间点涉及相同的程序类型(即静脉穿刺，端口访问或换药)。参与者完成手术前问卷调查，在护士进入手术室前3到5分钟，干预开始。每次干预持续约15分钟。在手术结束时，参与者完成了手术后问卷调查。研究人员留在房间提供技术支持，并完成一项观察性的痛苦测量(即儿童情绪表现量表[CEMS])。

干预措施

虚拟现实条件

VR干预包括交互式音频和视觉水下体验。使用的虚拟现实软件是KindVR Aqua，这是一款基于研究的游戏，专注于减少医疗过程中的疼痛和痛苦。《Aqua》同时提供了被动和主动玩法。在被动体验中，软件让参与者穿过充满海洋生物的海洋，让他们观察水下场景。在积极的体验中，参与者向海洋生物发射球。当被击中时，这些生物会变成各种鲜艳的颜色，并获得积分。研究人员鼓励但不要求参与者积极参与，以增加分散注意力的程度。研究人员记录了参与者是否参与了虚拟现实程序的积极部分。我们使用了一款现成的消费级耳机(Gear VR，三星)，它由三星智能手机驱动，带有耳罩式降噪耳机。无线控制器用于与水下环境交互; the controller could be used with one hand if the procedure necessitated. The equipment did not require internet capability.

胃肠道条件

本研究中使用的GI脚本描述了一个非常模仿VR条件的水下场景。与其他GI脚本类似，我们的脚本开始指导深呼吸以帮助放松。然后我们提供了在水下游泳的生动描述，这与VR干预中看到的类似(例如，“你听到远处微弱但美丽的歌曲，友好的鲸鱼在清澈的蓝色海水中彼此交谈。然后一只海龟从你身边滑过。他的脸和鳍上布满了深褐色和棕色的斑点，反射着穿过水面的阳光”)。剧本被录在平板电脑上。参与者使用戴耳式降噪耳机听录音，以近似于在VR条件下使用的耳机。

措施

在第一次手术之前，使用儿童(8-16岁)或成人(17岁及以上)版本的疼痛灾难量表(PCS)评估患者对疼痛的感知。38]。PCS是一项包含13个问题的调查，评估与疼痛相关的想法和感受，特别是对疼痛的灾难性思考，分为5分，从1分(一点也不)到5分(极度)。该测量包括总分和反刍、放大和无助的子量表。得分范围从0到52，得分bbb到30被认为表明灾难性思维水平较高。

使用视觉模拟量表(VAS)评估每次手术后的疼痛和痛苦。该测试涉及4个疼痛领域，包括最严重的疼痛、平均疼痛程度、对疼痛的紧张程度和思考疼痛的时间[39]。得分范围从0到100，得分越高表明症状越严重。

CEMS [40]由研究人员在每次研究访问期间完成。这种观察性措施提供了一种客观的方法来衡量困难的医疗经历中的痛苦。它包括以下领域:焦虑评分、面部表情、发声、活动、互动和合作水平。每个领域使用5分制进行评分。总分从1到25分不等，分数越高表明越痛苦。

在第一个程序之前，使用儿童(8-16岁的参与者)或成人(17岁及以上的参与者)状态-特质焦虑量表(STAI)的特征部分评估特质焦虑(潜在或基线)，而在每个程序之前和之后使用STAI的状态部分评估状态(当下)焦虑[41]。该量表包括状态焦虑和特质焦虑两个分量表，共40个条目。儿童的子量表得分范围从20到60，成人的得分范围从20到80。分数越高表明焦虑程度越高。为了便于比较，分数被转换为z分数。

在研究完成前，由患者或患者的护理人员完成人口统计调查。从患者病历中收集相关治疗史。这些信息包括出生日期、诊断日期、手术日期、治疗类型和复发状态。一旦计算完成，所有日期都被删除(例如，两次就诊之间的时间，诊断时的年龄)。

伦理批准

威斯康星儿童医院的机构审查委员会审查并批准了所有研究文件和方案(1110230-13)，该研究已在ClinicalTrials.gov上注册[NCT04892160]。在完成任何研究措施之前，临床研究协调员亲自告知所有研究参与者及其护理人员这项研究。护理人员为其孩子的参与签署了同意书，而所有7岁及以上的患者都签署了同意书。研究招募由临床研究协调员和首席研究员(JAH)进行。进行随机化和评估，并由临床研究协调员评估干预保真度。

统计方法

我们在设计研究时进行了功效分析。为简单起见，我们使用双侧配对tBonferroni校正= 0.025。对于50名参与者，我们至少有80%的能力检测到0.45个标准差的差异。分类数据汇总为频率和百分比，连续数据汇总为中位数和IQR。研究组(年轻人与儿童、不同干预顺序的组和诊断组)对分类变量使用卡方检验或Fisher精确检验，对连续变量使用Mann-Whitney或Kruskal-Wallis检验。使用Wilcoxon符号秩检验分析干预前后和GI与VR的配对数据。皮尔逊相关性评估连续变量之间的关系，如疼痛和焦虑。使用的统计软件包括SAS (version 9.4, SAS Institute Inc)、SPSS (version 26, IBM Corp)和R (version 3.6.0, R Foundation for Statistical Computing)。未经调整的P<．0.05认为有统计学意义。

结果

人口统计资料

参与者的人口统计资料见表1．共有50名参与者完成了两种干预措施，并被纳入分析。从诊断到参与研究的中位时间为2.1 (IQR为0.2-8.1)年。在随机分组中，受试者的年龄、性别、种族、手术类型或家庭收入没有差异。参与者的年龄和性别在三个诊断组(即癌症、镰状细胞病和其他)之间没有差异。比赛(P<.001)和程序类型(P<.001)显著不同于白人百分比和癌症患者的静脉穿刺手术，以及非裔美国人百分比和镰状细胞病患者的静脉穿刺手术。这些结果是意料之中的，反映了疾病风险的种族差异和标准治疗的差异。在VR干预期间，几乎所有参与者(47/50,94%)都积极参与了游戏。

手术疼痛结果

自我报告的VAS疼痛评分从0到100不等。最严重疼痛、平均疼痛、对疼痛的紧张程度和思考疼痛的时间在GI和VR之间没有差异。同样，不同干预措施在CEMS评分上也无显著差异。在两种干预中，儿童和年轻人的疼痛评分没有差异。

状态焦虑结果

手术前状态焦虑得分在GI和VR之间没有差异(中位数z得分分别为-0.38和-0.34)。P= 0.24)，术后状态焦虑评分也没有影响(z-评分中位数分别为-0.53 vs -0.69，P=无误)。当比较手术前后的变化时，VR干预报告的状态焦虑显著下降(中位数z分数- 0.34 vs - 0.69;P<.001)， GI干预无显著变化(P= . 07)。在GI或VR干预中，儿童和年轻人的状态焦虑评分没有差异。

程序性疼痛与状态性焦虑的关系

在GI干预中，手术前状态的焦虑和对疼痛的紧张以及思考疼痛的时间之间存在显著的关系，但与最严重的疼痛或平均疼痛无关(表2)。胃肠道干预后的术后状态焦虑与自我报告疼痛的所有领域显著相关，包括最严重的疼痛、平均疼痛、对疼痛的紧张和思考疼痛的时间。在虚拟现实干预中，术前状态焦虑评分与最严重疼痛、平均疼痛、对疼痛的紧张和思考疼痛的时间显著相关(表2)。同样，在虚拟现实干预中，术后状态焦虑的评分与最严重的疼痛、对疼痛的紧张和思考疼痛的时间显著相关。在虚拟现实干预后，状态焦虑不再与平均疼痛评分相关。

疼痛灾难化对程序性疼痛和焦虑的影响

在参与者中，14%(7/50)的总疼痛灾难评分升高(bbb30)。在两种干预过程中，更大程度的疼痛灾难化与最严重的疼痛相关(表3)。在GI干预中，无助感的增加与最严重的疼痛有关，而在VR干预中则没有。反刍和放大与最严重的疼痛无关。

在两种干预过程中，更大程度的疼痛灾难化与更高的平均疼痛相关(表3)。在两种干预中，放大感和无助感的增加与参与者的平均疼痛感增加有关，而反刍与两种干预中的平均疼痛感无关。

更大程度的疼痛灾难化与胃肠道疼痛的紧张程度有关，但VR干预与此无关。表3)。在GI干预中，反刍和无助感的增加与更多的紧张有关，而在VR干预中则没有。在两种干预中，放大与对疼痛的紧张无关。

在两种干预中，疼痛灾难化和思考疼痛的时间之间没有关系(表3)。在两种干预中，疼痛灾难化与CEMS疼痛评分之间没有关系(表3)。疼痛灾难化与术前或术后状态焦虑之间没有关系(表4)。疼痛灾难化与特质焦虑之间存在显著关系(r= 0.44,P= .002)。

特质焦虑对程序性疼痛和焦虑的影响

在虚拟现实干预中，特质焦虑与自我报告的所有领域的程序性疼痛之间存在显著的关系(表5)。在GI干预中，特质焦虑与最严重的疼痛和对疼痛的紧张程度显著相关，但与平均疼痛或思考疼痛的时间无关(表5)。在GI期间，特质焦虑与CEMS评分之间存在显著关系，但在VR干预期间则无显著关系(表5)。

在两种干预中，较高水平的特质焦虑与较高的术前和术后状态焦虑(GI术前:r= 0.58,P<措施;胃肠道postprocedure:r= 0.43,P= .002;VR preprocedure:r= 0.42,P= .003;VR postprocedure:r= 0.37,P= . 01)。

疾病组差异

当参与GI时，诊断组之间在VAS上的手术疼痛评分没有差异。当参与VR时，诊断组之间的最严重疼痛(P= 0.61)，平均疼痛(P= 0.57)，思考疼痛的时间(P= 0.27)，或CEMS评分(P= 2)。然而，在虚拟现实干预期间，诊断组之间报告的紧张程度有显著差异(P= .04点)。两两比较显示，癌症和其他诊断之间存在显著差异(中位数得分12比0，P= 0.01)，癌症患者的神经紧张程度更高。癌症和镰状细胞癌(P= 0.43)或镰状细胞和其他(P= 13)。诊断组在PCS总分和PCS分量表上无显著差异。

在所有干预措施中，任何疾病组患者的术前或术后焦虑评分均无差异。镰状细胞病组焦虑前和焦虑后评分的变化差异显著，与GI相比，VR期间焦虑的下降幅度更大(z-评分中位数变化- 0.14 vs 0.07;P= 03)。特质焦虑在不同诊断之间具有可比性(P= 53)。

讨论

主要研究结果

处理不当的手术相关疼痛是非常痛苦的，并可能导致整个生命周期的疼痛敏感性增加，降低成人寻求医疗保健的可能性[3.]。该随机对照试验旨在确定低风险的非药物选择，以控制在无必要镇静的复发性手术中经历的疼痛和窘迫。具体来说，我们比较了一种非常有效的分散注意力策略，GI和一种不太为人所知但更具沉浸感的策略，VR。总的来说，我们发现干预措施在处理程序性疼痛方面表现相似。在整个干预过程中，大多数参与者认为这些手术造成的疼痛程度很低;然而，有一部分参与者自我报告疼痛程度很高，这表明有必要识别疼痛和痛苦风险较高的患者。

类似于以前的文献[30.-32我们发现，在两种干预措施中，对疼痛持有无益信念的亚组(即那些疼痛灾难化得分高的亚组)报告的最严重疼痛和平均疼痛水平更高。证实了我们的假设，那些疼痛灾难化程度高的人报告说，在使用VR的过程中，他们对疼痛的紧张程度比使用GI的人要低。我们的研究结果表明，VR减轻疼痛灾难化对疼痛体验的影响的机制是双重的——通过对无助感的作用和对疼痛的反思。我们将这些发现归因于VR更具沉浸感的本质，这增加了对疼痛的认知分心[35]。

我们预计，那些焦虑程度更高的人，无论是状态焦虑还是特质焦虑，对虚拟现实的反应都会更强烈。我们没有预料到那些高状态焦虑和特质焦虑的人对干预的反应会有什么不同。在VR干预期间，状态焦虑在手术前后有所下降，特别是在开始时状态焦虑较高的参与者中。状态性焦虑是短暂的和情境性的。好的分心物会消耗人的大部分认知能量，使人几乎没有能力处理痛苦和焦虑。42]。因此，那些对这个过程高度焦虑的参与者对VR的沉浸性有强烈的反应是有道理的。

作为一个更全面和稳定的结构，高特质焦虑者的反应不同。与我们的假设相反，GI破坏了特质焦虑与平均疼痛和思考疼痛的时间变量之间的关系，但VR没有。先前的研究表明，与低特质焦虑的人相比，高特质焦虑的人在面对压力时生理唤醒的增加更大，并且更准确地感知这些变化[43，44]。GI干预提供了两种可能更适合那些高特质焦虑患者的成分:膈肌呼吸的简短指导，以减少生理唤醒和观察过程的能力。这一发现表明，VR可能对那些总体上适应良好但在手术过程中表现出高度痛苦的儿童更有效，而GI可能对那些先前存在或慢性焦虑的儿童更有效。

所有的研究参与者，无论他们的诊断如何，在GI期间都有相似的疼痛反应。然而，患有癌症的儿童和年轻人在VR干预期间比其他类别的人更害怕经历疼痛。这可能是疾病长度或手术类型的函数(例如，端口访问与换药)。镰状细胞病患者在使用VR时比使用GI更能有效地减少焦虑。虽然原因尚不清楚，但我们知道患有镰状细胞病的儿童和青少年的疼痛轨迹与患有其他疾病的儿童和青少年不同[45]。从儿童时期的急性和间歇性血管闭塞性疼痛危机到青春期的慢性疼痛的转变有很好的文献记载，但仍然知之甚少[46]。在特质焦虑或对疼痛的信念方面，诊断没有差异。

局限性与未来研究

这项随机对照试验交叉研究比较了现实世界儿科医疗人群在非镇静过程中使用的两种分心干预措施。虽然这项研究有几个优点，但必须注意局限性。首先，选择的程序引起了低水平的疼痛和焦虑，这可能稀释了干预之间的差异。未来的研究包括更痛苦或更可怕的手术，如腰椎穿刺或鼻胃管放置，将推进这项研究的发现。如果我们知道这项研究中的程序对大多数参与者来说是很好的耐受，我们就会筛选痛苦，并排除那些没有达到最低阈值的人。

本研究的第二个限制是缺乏对照干预。我们决定，在我们机构的治疗过程中，提供支持性分心是标准的护理;因此，我们认为隐瞒是不道德的。然而，可以使用具有边际分心的控制干预，例如参与谈话或鼓励孩子看电视，并且可以作为有用的比较，以更好地阐明更多分心干预的好处，如GI和VR。

本研究的第三个限制是所选样本的异质性，包括不同的诊断和程序。虽然这使得在血液学、肿瘤学、血液和骨髓移植环境中看到的儿童更有效地招募和真实地表现，但它也引入了威胁研究内部有效性的混淆变量。未来的研究应该包括一个更同质的样本(例如，只有患有镰状细胞病的儿童，只有高度疼痛灾难性的儿童)或更多的参与者，这样亚组可以更有信心和更小的误差范围。

临床意义及结论

这项研究表明，一般来说，VR和GI一起工作，以管理急性或慢性疾病儿童所经历的常见手术相关的疼痛和痛苦。我们发现，基于对疼痛的信念或慢性疼痛史而对疼痛有准备的儿童，对VR的反应更好。对于那些患有高特质焦虑的人来说，GI是一种更好的干预手段，当他们能够观看过程时，他们可能会从更大的控制感中受益。随着医学治疗越来越多地在个人层面上量身定制，精神卫生提供者也需要更多地考虑个性化干预的力量。这一新信息促进了我们对谁可能从GI和VR中获益更多的理解。