使用技术接口预防跌倒的体育锻炼项目:前测研究

简介

在社区环境中，秋季发作在老年人中非常普遍[1，2］．无论相关伤害的严重程度如何，对老年人及其家庭的健康和生活质量的影响可能是重大的，因为它们往往引发和加速限制和障碍的循环，导致老年人在日常生活活动中依赖他人[3.-5］．有证据表明，跌倒的频率随着年龄和脆弱程度的增加而增加[6]以及风险因素的存在直接影响跌倒的风险[7，8］．

对老年人跌倒风险进行结构化和标准化的筛查和评估有助于预防和减少跌倒风险，也是设计干预措施和风险监测的核心[7］．

步态和平衡的变化是与老年人摔倒的结果密切相关的因素，而快速测试，如30秒椅子站立测试(30CST) [9]、四阶段平衡测验(4SBT) [10，11]和Timed Up and Go测试[7，12]，建议进行评估。

基于证据的跌倒预防项目已经证明，在社区环境中，老年人的跌倒风险、跌倒和相关伤害显著降低[13，14］．奥塔哥运动计划(OEP)是由奥塔哥大学医学院设计的一项已被证实能有效预防跌倒的运动计划。[15-21］．该方案的重点是通过12个月的简单、负担得起和容易的家庭实施解决方案来提高实力和平衡，由卫生专业人员通过每月电话访问和一年两次家访进行监测。

最近有证据表明，将技术整合到体育锻炼计划中，对坚持锻炼、克服锻炼障碍以及改善身体功能都有积极影响[22，23］．葡萄牙已经开发了一些促进监测和预防跌倒的技术解决方案，例如由葡萄牙夫琅和费辅助信息和通信解决方案中心(AICOS)设计的“跌倒感应筛查”和“跌倒感应游戏”应用程序。

FallSensing Screening应用程序使用惯性测量单元(imu)来提取用户的运动信息，利用这些数据来表征运动特征;然后，它使用处理传感器信号后计算出的指标，这些指标是在执行用户执行的功能测试期间获得的。IMU由一个三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁强计组成，用于在50赫兹的训练中获取惯性数据。使用蓝牙低能量无线技术将数据传输到进行处理的主计算机。基于OEP的互动FallSensing Games应用程序旨在提高身体功能，也被用于激励进行练习的参与者。

因此，在更健壮有效的跌倒风险预测模型和良好的跌倒预防临床实践的支持下，开发新的用户定制解决方案是一个极好的机会和需要[6］．技术解决方案需要在临床背景下，通过方法论上稳健的实验研究进行验证。

在研究中，预测试是试点研究之前的一个重要阶段，因为它可以识别测量工具(结构、内容、语义)开发中的弱点，以确定潜在受访者解释问题的难度和评估过程的复杂性。此外，它可制定基准和培训程序，并使收集数据的操作方法标准化，从而有助于提高测量的可重复性和准确性[24，25］．本研究旨在测试数据收集程序，培训团队，并测试FallSensing Games应用程序在社区设置中的老年人的可用性。

方法

研究设计

为成功实施未来更大的试点研究进行了预试验研究。两个研究中心参与了该项目，波尔图护理学院(ESEP)和Fraunhofer AICOS葡萄牙。

参与者

参与者在波尔图市西部的一个日间中心招募。为了实现FallSensing游戏，至少需要6名参与者，但在这项研究中，样本包括11名老年人。

根据葡萄牙语版本的迷你精神状态测试(MMSE)，纳入标准为年龄在65岁或以上、住在家里、独立行走、无认知障碍[26]，没有严重的视力或听力障碍，签署知情同意书，并存在中至高的跌倒风险(通过4个简短的问题和二选一的回答选项进行评估)。

参与者排除标准包括患有慢性或急性疾病，禁止运动;过去12个月内曾做过髋部或膝关节手术或有下肢骨折史;在过去12个月内参加过体育锻炼项目的;曾参加另一项研究;或者MMSE最终成绩低于22分(2年)，低于24分(3 - 6年)，或低于27分(7年或以上)。

材料

选择标准应用后，由主要研究人员收集数据，由两名接受过培训的康复护士进行功能测试。根据为临床研究推荐的最佳实践，主要研究人员确保他们的团队接受培训，在调查过程的不同阶段实施不同的程序。因此，康复护士的培训由主要调查人员进行。召开全体调查人员和康复护士会议，介绍调查方案，提供研究档案(研究项目、功能检测仪器的评估仪器、奥塔哥练习手册)，介绍技术，讲解数据收集流程，回顾沟通技术。最后，有时间进行澄清。随后，我们举行了一个训练班(图1）.

培训程序为期一周，包括使用数据收集仪器、进行功能测试和体能练习。在调查人员中，在达成共识会议后，2名研究人员在相似的空间中独立、随机地在参与者中使用数据收集工具。监测仪器的使用时间和使用实地说明记录困难和其他意见，例如答复者的意见，是用来评估数据收集仪器的适用性的资源。在进行体育锻炼之前，研究人员开会分析并一致决定需要改进的问卷项目。参加者连续3天进行功能测试，以避免干扰日间中心先前计划的活动(图2）.

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仪器

数据收集工具包括社会人口学、临床和功能评估;害怕跌倒，接受科技。下肢力量和肌肉阻力是通过30CST评估的功能变量;移动性评价采用TUG试验(正常步长)。这些功能测试和4SBT允许对跌倒风险进行评估，并使用跌倒风险筛查工具进行了评估。使用劳顿日常生活工具活动量表(Lawton instrument activities of daily living Scale, IADL)评估日常生活活动的功能能力，使用跌倒效能国际量表(FES-I)评估跌倒恐惧，使用系统可用性量表(SUS)评估参与者和卫生专业人员对技术的接受程度。该仪器的领域如下所示。

30个春秋国旅仪器

30CST的表现被用来衡量下肢的力量和肌肉阻力，特别是膝盖的伸肌[27，28］．这是一种快速测试，不需要测功仪、训练或特殊设备，只需要计算受试者在30秒内站立和坐下的次数，就可以评估其下肢的力量。9-30.］．下肢力量越大，平衡能力越好。9-30.]，老年人在进行跌倒预防计划后的功能改善将表现为在测试后评估中30秒内更多的重复次数[14］．结果显示出良好的心理测量品质[9-30.］．

拖曳试验(正常步骤)

由于老年人的行动能力评估是老年病学评估的核心组成部分[31]，提出TUG试验来评估定时站立和行走试验的临床效用。这项测试以秒为单位衡量一个人从椅子上站起来，走3米的距离，返回，然后坐在椅子上所需的时间。这些作者报告说，花在TUG测试表现上的时间与伯格平衡量表(r= -0.72)和步行速度(r= -0.55)和Barthel日常生活活动指数(r= -0.51)的分数。在20秒内完成测试的个体在转移任务中表现独立，在30秒以上完成测试的个体倾向于依赖该任务。

TUG测试已被广泛提及和使用[12]作为一种筛查测试，以评估社区环境中老年人摔倒的风险，即通过美国老年协会和英国老年协会以及美国疾病控制和预防中心的指南(停止老年人事故、死亡和伤害[STEADI倡议])。

通过前瞻性设计评估TUG试验对未来坠落的预测能力，估计该试验的最佳截止点为12.6秒，对应的敏感性(30.5%)、特异性(89.5%)、阳性预测值(46.2%)、阴性预测值(81.4%)[12］．进行该研究的研究人员强调，12.6秒的截止点的高特异性(89.5%)和高阴性预测值(81.4%)支持该测试在跌倒高危老年人中的临床应用。研究人员报告说，在一个防止跌倒的项目之后，在更短的时间内进行测试意味着改善。14］．在葡萄牙，这项测试已在几项研究中使用[32，33］．

4 sbt仪器

平衡测试的概念是为了跟踪平衡障碍[11，34，35使老年人有跌倒的危险[10，11］．更具体地说，4SBT用于跟踪老年人静态平衡的损伤。几位作者发现该测试在重测可靠性方面表现出色(r=.97)和评级者之间的可靠性(Κ=.92) [10，36］．通过比较项目前和项目后评估中10秒内所达到的位置来衡量跌倒预防项目的成功程度[14］．最后的分数是在10秒内不失去平衡的情况下成功完成的体位数。不能保持体位10秒的老年人有较高的摔倒风险[37］．

IADL仪器

IADL评估了老年人在日常生活活动中的独立程度，包括使用电话、购物、准备食物、打扫卫生、洗衣服、使用交通工具、准备药品和处理财务等日常事务。它是一种易于管理的工具，可用于社区和医院环境中的老年人[38-40］．

在这项研究中，葡萄牙语版本[41]，它使用了与原始版本相同的项目，但应用了多选项评分(0、1、2、3或4)，而不是原始的二选项评分(0和1)，从而更好地描述了一个人执行任务的能力，给每个回答选项一个不同的评分。量表总分从0到23分不等，得分越低，表现越差。在验证研究中，该仪器显示出良好的度量质量，可应用于社区设置。

FES-I仪器

老年人对跌倒的恐惧是一个很容易表达的问题，而且非常相关，因为它与行动能力和生活质量的不利影响有关[42-44］．用来评估这一结构的工具之一是fe - i [45］．它适用于不同的语言和文化背景(遵循欧洲预防跌倒网络小组推荐的方案)，使该工具得以广泛应用，并将结果在不同的人群和背景下进行比较。fe - i版本是一种工具，它包含了一些比原始版本更复杂的日常活动，以及其他更侧重于老年人的社会生活的活动，以克服原始版本中发现的一些弱点。对于16个问题中的每一个，答案选项都是基于李克特4分制(1=完全不担心;2 =有点担心;3 =适度担忧;4 =非常担心)。该仪器已显示出有效性、可靠性和跨文化可比性，因此建议将其用于研究实践和临床，即老年人的摔倒预防项目[46］．

在这项研究中，fe - i版本对葡萄牙人进行了验证[47]表现出良好的内部一致性(α=.98)和重测信度(类内相关系数2.1=0.999)。使用活动特异性平衡置信度量表评估并发效度，结果显示具有良好的并发效度(r_年代= -0.85;P<措施)。考虑到全球的结果，作者认为葡萄牙版本的FES-I是一个可靠和有效的衡量方法，以评估葡萄牙老年人对摔倒的恐惧生活在社区。

SUS仪器

为了验证参与者和卫生专业人员对该技术的接受程度，对SUS的反应进行了分析。此快速测试评估某一产品或服务的可用性[48］．该测试有几个功能，可以很好地评估整体可用性，例如评估接口技术、交互式语音响应系统的灵活性[49]、传统计算机界面中使用的硬件平台以及网站。易用性和使用速度(参与者和系统管理员)，容易操作的评分，和免费访问的特点也是优点。

最初的SUS文书包括10个陈述，按李克特5分制评分(1=非常不同意至5=非常同意)[48］．最终分数从0到100分不等，分数越高表示可用性越好[49]，最后的分数需要根据原始仪器的说明来考虑，因为陈述在肯定和否定之间切换。在国家层面进行的一项研究对该工具进行了心理测量分析，旨在翻译、文化适应，并有助于验证SUS的欧洲葡萄牙语版本[50］．

程序

技术平台

该技术平台使用移动应用惯性传感器提取参与者的运动信息和相关特征。该平台测量50hz的压力分布，包括1600个压力传感器(10 mm × 10 mm)，最大值为100 N/传感器。压力平台的有效面积大小为40 cm × 40 cm的方阵。电压数据通过8位A/D转换器转换，并通过USB传输到主计算机。在执行诸如行走、坐姿和站立等功能测试期间，惯性传感器对信号进行处理后计算出的参数，从而确定摔倒的风险。

游戏

互动FallSensing游戏应用程序是基于OEP和使用惯性传感器来监测参与者在这些练习中的动作。为了与角色互动并实现每个游戏的目标，参与者必须正确地执行建议的动作。监测每个游戏参与者的动作，可以让我们评估身体能力的演变，并提取与功能能力相关的参数。

FallSensing Games应用程序包括3个小游戏，每个小游戏包括2到3个来自OEP的练习。小游戏的组成如下[29］：

• 迷你游戏1包括膝盖弯曲和由大腿上的传感器监测的从坐到站的练习。
• 迷你游戏2包括外侧髋外展(侧髋)，前膝前伸(前膝)和后膝屈曲(后膝)，用脚踝上的传感器进行监测。
• 迷你游戏3包括小腿和脚趾的抬起，由脚上的传感器监测。

体育锻炼会话

在互动游戏的支持下，由日间中心的康复护士实施了奥塔哥体育锻炼课程。参与者被分为两组。在体育锻炼环节，在演示结束后，康复护士从OEP建议的热身运动开始，接着是加强下肢的运动，提高平衡和稳定性，最后是放松阶段，拉伸运动。为了实施体育锻炼环节，我们使用了以下物质资源:(1)有空闲空间的房间(在健康中心)，(2)计算机和电视/投影仪，(3)带加载器和固定磁带的可穿戴设备(imu)，(4)压力平台。

伦理批准

试验前研究得到了ESEP卫生伦理委员会的批准(第5号文件附件5)。4/2019)。所有受试者在入组前均被告知并提供知情同意书一式两份(受试者一份，研究者一份)。参与者被告知机密信息保护、退出研究的权利、数据匿名和研究发表的可能性。

数据分析

采用SPSS(26.0版本，IBM Corp)软件进行统计分析。单变量描述性分析应用于描述数据支持的措施集中趋势和离散度。

结果

描述性信息

前测对11名平均年龄为75.08 (SD 3.80)岁的参与者进行了测试，其中大部分为女性(10/ 11,91%)，受教育程度较低(3-6年)(10/ 11,91%)。在临床中，结果显示一组具有慢性疾病流行病学特征的共病老年人，具有高度表达的高血压、骨关节疾病和尿失禁。在这个样本中，尽管骨关节疾病的患病率很高，但只有2名老年人使用行走辅助工具。超过一半(6/11,55%)的参与者报告抑郁。这种临床模式伴随的药物方案主要包括4种或4种以上药物(10/ 11,91%)。64%(7/11)的参与者提到了平衡障碍或行走困难。超过一半的人(6/11,55%)由于在过去12个月里反复摔倒，表现出很高的摔倒风险。

使用MMSE对参与者进行认知评估，结果显示平均得分为25.64 (SD 3.5)，与低教育水平参与者的轻度损伤程度一致。使用IADL评估的功能能力(总分从0到23分不等，得分越低表示进行活动的能力越差)显示日常生活不同活动的障碍(平均得分14.27分)。社会人口学和临床变量的描述性分析结果在表1．

在对跌倒的恐惧方面，结果显示，参与者报告的恐惧程度较高的活动(回答选项:3=中度担心，4=非常担心)是在光滑的表面上行走(7/11)，上下楼梯(6/11)，在不平坦的表面上行走和上下斜坡(5/11)。在自我护理穿衣脱衣、购物和在社区散步方面，4名老年人的李克特量表回答选项为3或4。回答选项等于2(有点担心)的11名参与者中有10人表示了1到6个活动之间的可变数量。

数据收集过程

一般来说，在面谈阶段，没有发现解释方面的困难，从而难以回答有关数据收集工具的问题;然而，对于efs - i评估，两位研究人员都需要频繁回忆使用的李克特量表。在共识会议中，研究人员的现场记录中发现，老年人在评估跌倒恐惧时的行为表明，他们在解释请求和选择答案选项时的难度增加了。这一事实表明，有必要以一种更简单的方式评估这个结构，同时也允许区分参与者对摔倒的恐惧程度。经过研究后，他们决定加入一个单项问题“你害怕跌倒吗?”，在未来试点研究的最终问卷中使用相同的顺序答案选项(完全不担心、有点担心、中度担心、非常担心)。根据一些作者的说法，没有足够的证据表明，由多个项目组成的更复杂的测量方法比单一项目的问题更能评估落入这一人群范围的恐惧程度[51-53］．

在30CST测试中，平均得到4.9次重复。TUG测试的平均时间为21.9秒，以12.6秒为截止点，测试性能的时间越短，功能状态越好。最后，在4SBT的表现中，所有参与者都能睁着眼睛完成位置1和2，但只有55% (xx/xx)能够完成位置3 (表2）.

在功能测试中，尽管两位康复护士在调查人员的监督下演示了4个足位，但参与者在执行4SBT测试的指导时仍表现出困难(图3）.

在4SBT功能测试中，老年人表现出在周围环境(人、墙、椅子)中不断寻找支撑的行为。这一事实在有关老年人摔倒的文献中被报道为对摔倒的恐惧或完成任务的自我效能感较低的表现。

完成数据收集工具——社会人口数据、临床和药物消费历史、IADL和fe - i的平均时间为21分钟(SD 2.62)。在开始数据收集之前，每位研究人员都提醒参与者研究目标，以及可以在任何时候表达退出意愿而不产生任何负面影响的可能性。

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培训团队

培训护士的目的是使功能测试的应用、游戏和体育锻炼的指导以及通过适当的通信技术和安全措施与老年人进行互动标准化。关于技术的使用，护士的培训可以验证传感器的正确使用和放置以及平台的正确使用。

功能测试申请程序

在功能测试申请程序之前，需要在护士和参与者之间建立信任关系。对测试进行了解释和演示。特别注意护士对老年人的姿势、语调、解释的节奏和非语言沟通。

尤其对于4SBT来说，测量椅子面向平台的位置、脚的位置和老年人在平台上的姿势是很重要的。在这两项试验(4SBT和TUG)中，在试验执行过程中护士在老年人旁边的位置被证明确保了参与者的安全。为标记进行TUG测试的路径，参加者在地板上放置了彩色缎带，认为这些缎带提供了良好的协助(图4）.

关于技术设备的使用，有必要检查传感器的位置，包括解剖位置和局部调整(避免老年人的不适或松动，以获得正确的读数和避免重复测试多次)。图5）.

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体育锻炼会话

使用FallSensing Games应用程序的体育锻炼环节导致了其执行的调整:(1)保持参与者椅子之间的最小距离，以避免在肩部外翻运动中相互接触，(2)同步使用物质资源(电视/电脑)和热身运动的开始，(3)护士在参与者附近，以调整松紧带的正确使用，(4)护士的副语言(语调)适应游戏的音量。

优点

对于由3个小游戏中的1个组成的每个练习，可穿戴惯性传感器允许我们提取3个相关指标，如运动角度范围(angle)、运动范围持续时间(cycle time)和重复次数(nr_cycles)。考虑到每次练习都需要根据OEP定义的特定次数的重复，这些指标将为每次重复计算。例如，如果我们考虑弯曲膝盖的练习，每个人应该重复10次，这样我们就可以计算每次重复的角度和持续时间，并计算重复的次数。假设每个参与者都完成了3个小游戏中的每一个，我们计算了每个参与者的每个指标的平均值。表3给出了所有参与者的每个度量的平均值及其标准差。

在小游戏1中，每个参与者平均进行6次从坐到站的练习和23次屈膝练习。在小游戏2中，每个参与者平均进行25次膝关节伸展，25次膝关节屈曲，只有13次髋关节外展(侧髋)锻炼。在小游戏3中，每个参与者平均进行15次抬起小腿和13次抬起脚趾的动作。

总而言之，由于迷你游戏中这些练习的游戏化要求参与者进行更多的重复以获得更高的游戏分数，所以每个参与者在每项练习中的平均重复次数比OEP中建议的要多。这可以被视为奥塔哥演习游戏化的积极影响。另一个相关结果是运动相关指标的范围检索，如运动的角度和持续时间，这只能在使用可穿戴传感器时量化，而不是传统的观察程序。

测试FallSensing Games App的可用性

对于使用SUS的参与者满意度，结果显示，在回应的参与者中，50%(5/10)评价技术的可用性为可接受，30%(3/10)表示满意，20%(2/10)认为技术的可用性有问题。一位与会者没有回应。

除了这种定量分析，还收集了参与者表达的满意度的现场记录，他们表达了对游戏的满意度，参与团队游戏的程度，以及活动中动画企鹅的重复。参与者的陈述包括“我从未制作过一款以企鹅为主题的游戏”，“我没有意识到时间在流逝”，“我甚至忘记了疼痛”，“我甚至笑了”，“你需要经常来这里。”在日托中心逗留期间，我们观察了人们对游戏的接受程度，既考虑了老年人融入活动的便利性，也考虑了老年人玩游戏的便利性。

讨论

主要研究结果

测试数据收集过程

从护士的角度来看，由于参与者回答的速度和一致性，数据收集工具被证明能够实现简单的解释。但是，它的结构需要进行小的调整，以促进数据收集过程。尽管问卷很长，但它的执行平均花费了21分钟。对于跌倒恐惧的评估，需要添加一个问题来阐明参与者是否害怕跌倒。参与者在康复护士的指导和在场下进行了功能测试，确保了参与者的安全。

培训团队

关于护士的培训，至关重要的是他们要有使用平台的经验，特别是椅子面对平台的位置，脚的位置，以及参与者在平台上的姿势，这样可以进行调整，以尽量减少功能测试评估中的错误。同时，传感器的使用和它们的解剖位置和调整让我们明白，拿它们的方式需要改进。

测试FallSensing Games App的可用性

关于游戏，我们可以指出两个方面。一方面，每个参与者在每项练习中进行的重复次数平均高于OEP中建议的次数，以获得更高的游戏分数。另一方面，只有使用可穿戴传感器才能获得与运动范围相关的指标，如运动角度和持续时间。在老年人护理中心的活动中容易融入游戏，老年人容易跟随游戏，这证实了先前研究的结果[29］．

限制

由于本研究的局限性，我们强调(1)样本量小;(2)在进行功能测试和游戏时，没有观察参与者行为的网格，这可能在未来的试点研究中反映被研究情况的真实性;(3)参与者的自发赞赏，表现为对共同度过的时光的满足和赞赏，这表明研究人员需要以有计划和严格的方式收集这种经验，即参与者的感受和情绪;(4)考虑到护士团队对功能测试的应用、平台和传感器的使用以及游戏中的身体锻炼环节的准备，导致一些方面被忽略，即将定性成分纳入研究的可能性。

因此，在未来的试点研究中，研究者指出需要设计一个混合方法(定量和定性)的研究，从而丰富研究结果。研究人员打算对参与者使用定性方法，如焦点小组，这可以丰富游戏期间的经验交流和非参与者观察，使用观察网格，这可以有利于收集关于正确执行奥塔哥练习的信息。

在样本量方面，可以通过加入更多的日间中心和更长的数据收集周期来改善招聘。

尽管前测研究和结果存在局限性，但鉴于实验/准实验研究中这一相关阶段的信息稀缺，本研究旨在为临床和研究背景下的专业人员的实践做出贡献。