基于虚拟现实的ICU患者康复训练系统的设计及适用性评价.pdf
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1、892ChinEmergCritCareNurs,October2023,Vol.4,No.10J贞)谢(本文编辑2023-06-20收稿中华急危重症护理杂志2 0 2 3年10 月第4卷第10 期重症新技术应用与管理专题基于虚拟现实的ICU患者康复训练系统的设计及适用性评价盖玉彪刘庆伟任明磊郝金泽郭小靖魏丽丽【摘要】目的基于虚拟现实技术(virtual reality,VR)研发简便实用的ICU患者康复系统,以提高患者康复依从性和安全性。方法通过跨学科合作及文献研究法,应用3DMax、M a y a 建模,利用Unity3D游戏引擎进行交互,开发ICU患者VR康复训练系统。选取2 0 2 3
2、年4月一6 月在山东省某三级甲等医院ICU住院治疗的3例清醒患者,对其进行VR康复系统干预,并从不良事件发生情况、系统可用性、受试者应用感受等方面进行VR康复系统适用性评价。结果该研究所设计的康复系统包括上肢、下肢、认知功能及力量训练,系统操作简便,易于理解且趣味性强,受试者干预期间均未发生不良事件。结论基于VR的危重患者康复训练系统可在一定程度上促进ICU患者康复,且该系统成本较低、实施过程较为安全,但未来仍需大样本量及多中心研究进一步验证其临床有效性。【关键词】虚拟现实;危重病;重症监护病房;房康复护理本文作者:盖玉彪The design and applicability evaluat
3、ion of virtual reality-based rehabilitation system for ICU patients/GAIYubiao,LIU Qingwei,REN Minglei,HAO Jinze,GUO Xiaojing,WEI LiliAbstractObjective A simple and practical rehabilitation system for patients in ICU was developed based onvirtual reality(VR)technology to improve patients rehabilitati
4、on compliance and safety.Methods By employinginterdisciplinary and literary research methodologies,we employed 3DMax and Maya modeling software,and utilizedthe Unity 3D game engine for interactive purposes,a VR rehabilitation training system was developed for ICUpatients.The convenience sampling met
5、hod was employed to select 3 conscious patients who were admitted to theICU of a Grade 3A Hospital in Shandong Province between April and June 2023.These patients were subjected toD01:10.3761/j.issn.2096-7446.2023.10.005基金项目:2 0 2 3年度山东省医务职工科技创新计划项目(SDYWZCKCJH2023067)作者单位:2 6 6 50 00青岛市青岛大学附属医院重症医学科
6、(盖玉彪,刘庆伟,任明磊,郭小靖),院长办公室(魏丽丽);青岛大学计算机科学技术学院(郝金泽)通信作者:魏丽丽,E-mail:1357 38 2 8 157 16 3.c o m盖玉彪:男,硕士,副主任护师,E-mail:management of short-bowel syndrome in pediatric patients J.Surg Today,2022,52(1):12-21.2Hollwarth ME,Solari V.Nutritional and pharmacological strate-gy in children with short bowel syndrome
7、JJ.Pediatr Surg Int,2021,37(1):1-15.3Jaksic T.Current short bowel syndrome management:an era ofimproved outcomes and continued challengesJJ.J Pediatr Surg,2023,58(5):789-798.4Bering J,DiBaise JK.Short bowel syndrome:complications andmanagementJJ.Nutr Clin Pract,2023,38(Suppl 1):S46-S58.5Zhang T,Feng
8、 HX,Cao Y,et al.Long-term outcomes of variouspediatric short bowel syndrome in ChinaJ.Pediatr Surg Int,2021,37(4):495-502.6胡广宇,刘婕,付婷辉,等.我国按疾病诊断相关分组预付费改革进展及建议J.中国卫生政策研究,2 0 17,10(9):32-38.Hu GY,Liu J,Fu TH,et al.Progress and implications of theDRCbased prospective payment system(DRG-PPS)reform in Chi
9、-naJ.Chin J Health Policy,2017,10(9):32-38.7Leppin AL,Gionfriddo MR,Kessler M,et al.Preventing 30-dayhospital readmissions:a systematic review and meta-analysis ofrandomized trialsJJ.JAMA Intern Med,2014,174(7):1095-1107.8 Morabito A,Ugolini S,Cianci MC,et al.Current surgical con-cepts and indicatio
10、ns in the management of the short bowelstate:a call for the use of multidisciplinary intestinal rehabili-tation programsJ.Children(Basel),2021,8(8):654.9Mangalat N.Pediatric intestinal failure:a review of the scopeof disease and a regional model of a multidisciplinary careteamJ.Mo Med,2019,116(2):12
11、9-133.893ChinJEmergCrit Care Nurs,October 2023,Vol.4,No.10中华急危重症护理杂志2 0 2 3年10 月第4卷第10 期重症新技术应用与管理专题intervention using the VR rehabilitation system,and the applicability evaluation of VR rehabilitation systemwasevaluated from the aspects of adverse events,system availability and subjects application
12、 feelings.ResultsTherehabilitation system designed in this study included upper limbs,lower limbs,cognitive function and strengthtraining.The system was easy to operate,easy to understand and interesting,and no adverse events occurred duringthe intervention period.Conclusion The study has developed
13、a VR-based rehabilitation training system,whichdemonstrates a certain degree of efficacy in promoting the rehabilitation of patients in ICU.Moreover,the systemexhibits a low cost and a relatively safe implementation process.However,it is imperative to conduct futureinvestigations involving a large s
14、ample size and multiple centers to validate its clinical effectiveness.KeywordsVirtual Reality;Critical Illness;Intensive Care Units;Rehabilitation Nursing2021年,国家发布关于印发加快推进康复医疗工作发展意见的通知1,提倡大力发展康复医疗,重症康复是其中重要的一部分。ICU患者康复治疗旨在保持或恢复人体功能,促进患者从危重状态恢复,尽早重返社会和家庭。研究2 表明,ICU幸存者经历严重且持续身体损伤的原因之一是运动缺失。80%以上的ICU
15、机械通气患者长时间处于非运动状态3,运动缺失将导致呼吸和心脏系统问题以及肌肉骨骼损伤。6 9%的ICU幸存者存在临床意义上的远期身体和功能障碍,仅50%的幸存者可恢复工作,即使在出院5年后,ICU幸存者仍存在运动能力下降的困扰4。因此,需针对运动缺失进行有效干预以改善ICU幸存者的生存质量。研究5 显示,病情允许范围内对ICU患者进行康复早期和持续介人,可使患者镇静药用量减少,有效预防ICU获得性谱妄、ICU获得性肌无力等多种并发症,减少ICU病死率和ICU停留时间,对改善患者功能结局有重要作用6 。然而,目前注册为康复专业的康复医师不足30%,ICU早期康复介人率仅为2 9.2 5%7 ,加
16、之患者康复积极性不足、安全性问题等使得ICU早期康复介人具有挑战8-9。虚拟现实技术(virtualreality,VR指利用计算机仿真系统模拟虚拟世界,为用户提供多信息、三维动态、交互式的仿真体验10 。虚拟医学康复训练通过VR技术完成,多感官体验可减少单一训练引起的疲乏感,提高患者康复积极性;此外,VR可帮助康复医师实现同时对多个患者进行康复训练,降低人工成本,提高康复效率。近年来,VR在脑卒中等神经系统疾病领域应用广泛11,但针对ICU患者的VR康复系统鲜有设计12 。故本研究旨在开发可导人至VR一体机中的ICU患者沉浸式虚拟现实康复系统,使ICU患者置身于生活场景下进行康复锻炼,改善患
17、者关节活动度、肌力及认知功能,促进患者出院后快速适应日常生活,提高危重症患者康复效率。1虚拟现实康复系统的构建1.1开发团队的组建本系统由某大学附属医院及某大学计算机科学技术学院联合研发,组建交叉学科团队。人员包括护理学教授1名(主任护师,博士学历,曾从事过护理相关软件开发工作)、ICU护理管理者2 名(具有10 年及以上ICU患者护理相关经验)、ICU护士3名(均为硕士学历,其中1名经系统质性研究培训并取得证书)、ICU医师2 名(均具有5年以上ICU医疗相关工作经验)、康复科医师2 名(均具有5年以上康复科工作经验)、计算机工程师2 名(其中1名为博士学历,且承担过计算机软件开发相关课题)
18、以及ICU住院患者2 名(具有良好语言表达能力及正常认知功能)。在护理教授及康复医师指导下,ICU医护人员基于文献研究法,参考重症康复专家共识13 及既往研究1415 构建的ICU患者康复方案,结合临床实际及ICU住院患者康复体验,制订VR康复系统框架,由计算机工程师负责开发系统。随后ICU护士在康复科医师协助下进行系统初步应用并评价1.2需求分析研究16 显示,危重患者康复活动的最大阻碍是血流动力学不稳定,其次是血管通路设备、导管和引流管的数量。除此之外,患者康复主动性差也是ICU早期康复实施效果欠佳的一大原因17 。为保障患者安全、激发危重患者康复意愿、增强患者康复参与度,本研究将研究人群
19、设为清醒且具有一定肌力的危重患者,针对镇静程度评估表(RichmondAgitationSedation Scale,RASS)评分-2 分且2 分、ICU活动量表(ICUMobility Scale,IMS)评分18 3分的患者实施虚拟现实康复训练,锻炼其活动能力,以期可独立床旁站立及下床活动。下述为根据系统所需要的功能模块分别进行的需求分析。1.2.1交互性在虚拟场景中以互动的方式增加894ChinEmergCritCareNurs,October2023,Vol.4,No.10中华急危重症护理杂志2 0 2 3年10 月第4卷第10 期重症新技术应用与管理专题康复训练的真实感和趣味性,进
20、而提高患者康复训练的积极性。患者通过点击手柄按钮或扳机键在预先设定好的用户界面进行交互,也可以有效避免误触,影响患者体验。1.2.2用户界面设计用户界面(user interface,UI)设计直接影响患者的康复体验,所设计的UI界面要足够清晰、简单和友好(如设置提示),使每个患者都易于理解和操作,增加普适性。同时在设计中需充分考量危重患者的自身状态,康复项目设置难度逐级增加。此外,康复视觉界面的设计应更倾向于生活情境、颜色明快,使ICU患者在短时间内能够适应和接受康复训练1.2.33手柄操作在设计手柄操作过程中利用人体工学原理保证患者的手部活动更加贴近功能位19,例如在乒乓球项目设计中左手握
21、球以及超市取物中拿水瓶的操作,采用手柄的侧按键来真实还原手感,UI选择操作时使用手柄扳机键选择预期功能1.2.4安全需求因ICU患者长期卧床身体虚弱,系统开发定位于平卧和坐位的上、下肢力量训练。在干预开始前、干预过程中及干预结束后对患者生命体征进行实时评估,结合危重患者早期活动安全标准9,实施安全监控。此外,重视引流管、动静脉导管或氧疗装置的固定,活动幅度在管路安全范围内,避免重要管路脱出1.3系统框架及内容本研究所设计的系统分为上肢、下肢、认知功能及力量训练系统(系统框架见图1,系统内容见图2),具体内容如下。1.3.11上肢训练系统2 0 肘关节屈曲与伸展训练:擦桌子项目在创建的虚拟环境中
22、通过指示牌指引,肘关节屈伸擦桌子游戏上肢训练肩关节屈伸超市取物游戏肩关节内收、外展梳头游戏力量训练乒乓球游戏患者康复训练系统下肢训练过马路游戏认知训练拼图游戏图1ICU患者康复系统的设计功能框架Figure 1 Functional framework of rehabilitation system for ICU patients操作指引上肢功能训练时关节丽伸属关市屈伸力量训爆肩关节1收、外展顾随指引找到矿单水。左手扳机速出上肢及下肢训练超市取物:肩关节屈伸擦桌子:肘关节屈伸ar/mie排排子做热头梳头:肩关节内收、外展过马路:下肢肌肉力量训练打张瓦球运动一下吧:把右边的三个拼需放进来拼好
23、吧!力量及认知训练左手撕胶可以拿球。长探手辆可以取移动圈块左手报机退出。左手板机速出打乒乓球:上肢协调性、力量性训练拼图:认知功能训练图2ICU患者康复系统的设计功能内容Figure2Functional content of rehabilitation system for ICU patients利用VR设备中的左右手控制器模拟日常生活中擦桌子,通过污点与抹布的触碰交互实现污点擦除,可实现肘关节训练。肩关节屈曲与伸展训练:超市取物项目是在创建的超市环境中通过指示牌与导航箭头指引患者使用手柄拿取相应物品,利用控制器的摇杆与侧键模拟行走与抓握动作,从协调性、可动性、稳定性三方面对患者进行肩关
24、节屈伸及灵活度895ChinJEmergCritCareNurs,October 2023,Vol.4,No.10中华急危重症护理杂志2 0 2 3年10 月第4卷第10 期重症新技术应用与管理专题训练。肩关节内收与外展训练:模拟梳头项目是在创建的虚拟环境下模拟日常梳头,通过头部的摆动感知交互,训练患者肩关节的内收与外展功能,提高患者上肢控制能力。1.3.2下肢训练系统2 1过马路项目通过弹力绷带将手柄固定于患者足内踝上方,患者双足置于下肢坐卧式康复训练器上,由系统发布声音指令命令者训练器,VR界面中会出现人物在道路中央前进。1.3.3讠认知训练系统拼图项目使用手柄对拼图图块进行选取,使用者用
25、力长握手柄可以实现对拼图图块的抓取并移动,按照要求完成图片组装。基于虚拟现实的神经认知干预训练可锻炼患者认知能力2 2 1.3.4力量训练系统模拟乒乓球游戏项目是通过手柄长握来握住手柄,受试者可控制摇杆走到球桌前,左手持球将球扔出,右手挥拍将乒乓球击出以完成项目,使患者进行轻度上肢力量训练2 32虚拟现实康复系统的临床应用及适用性评价2.1应用对象及方法选取2 0 2 3年4月一6 月在山东省某三级甲等医院住院治疗的ICU患者,受试者需具备完成全部康复项目的能力。纳人标准:生命体征平稳;ICU活动量表评分至少为3级,该量表分为10 级,0 级表示患者无法自主活动;10 级表示患者可以独立行走,
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