VR-EM系統(tǒng)的構(gòu)成與運(yùn)作流程/主要功能

隨著危重癥醫(yī)療護(hù)理技術(shù)不斷發(fā)展，ICU患者存活率逐年上升，危重癥患者的預(yù)后情況受到越來(lái)越多的關(guān)注。重癥患者長(zhǎng)期臥床與制動(dòng)易導(dǎo)致肌力下降、認(rèn)知障礙及生活自理能力降低等預(yù)后不良的情況，已有國(guó)內(nèi)外研究證實(shí)早期運(yùn)動(dòng)可作為一種有效改善危重癥患者預(yù)后的方法，ICU早期運(yùn)動(dòng)是早期康復(fù)的主要方法，是指在患者進(jìn)入ICU后盡早接受肢體鍛煉。RICU患者早期運(yùn)動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)康復(fù)系統(tǒng)（VR-EM系統(tǒng)），利用其良好的沉浸體驗(yàn)感及有趣的可視化交互性，提高運(yùn)動(dòng)的主動(dòng)參與感，并實(shí)現(xiàn)可視化的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)導(dǎo)向性和運(yùn)動(dòng)軌跡的動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)，以更好提高危重癥患者早期運(yùn)動(dòng)的依從性，促進(jìn)患者康復(fù)。

VR-EM系統(tǒng)的構(gòu)成與運(yùn)作流程

結(jié)合多種體感設(shè)備，借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開(kāi)發(fā)的，以促進(jìn)RICU患者早期主動(dòng)運(yùn)動(dòng)為目的的康復(fù)系統(tǒng)包括兩個(gè)部分。

（1）運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)：由手勢(shì)控制器1、手勢(shì)控制器2及體感攝像頭組成。手勢(shì)控制器1主要用于捕捉上肢肌力2級(jí)或3級(jí)的患者在桌面上書(shū)寫(xiě)繪畫(huà)的動(dòng)作，手勢(shì)控制器2主要用于捕捉上肢肌力大于3級(jí)的患者手指、腕部及肘部的動(dòng)作。體感攝像頭有兩種模式，一種模式為半身模式，可捕捉患者上半身所有大關(guān)節(jié)活動(dòng)；另一種模式為全身模式，可捕捉全身所有大關(guān)節(jié)活動(dòng)。

（2）虛擬現(xiàn)實(shí)反饋系統(tǒng)：電腦一臺(tái)，以USB3.0接口與外置的動(dòng)作捕捉器連接，電子屏幕用于實(shí)時(shí)顯示患者運(yùn)動(dòng)動(dòng)作或書(shū)寫(xiě)圖案。內(nèi)置算法用于判斷患者運(yùn)動(dòng)動(dòng)作的標(biāo)準(zhǔn)及運(yùn)動(dòng)次數(shù)與時(shí)間。電腦中內(nèi)置自行開(kāi)發(fā)的ICU早期運(yùn)動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)康復(fù)系統(tǒng)，可針對(duì)不同類型的患者，選擇不同類型的早期運(yùn)動(dòng)康復(fù)方案。系統(tǒng)還包括錄屏及視頻儲(chǔ)存功能。

操作該系統(tǒng)前需要將運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)與虛擬現(xiàn)實(shí)反饋系統(tǒng)連接，放置于患者面前，調(diào)整設(shè)備與患者的距離和角度，使體感設(shè)備能穩(wěn)定捕捉患者的肢體運(yùn)動(dòng)并使患者可以清楚地觀看屏幕。屏幕中的虛擬康復(fù)游戲場(chǎng)景可提供患者沉浸感體驗(yàn)，動(dòng)作達(dá)標(biāo)指示燈可提示患者的動(dòng)作標(biāo)準(zhǔn)與否。另外通過(guò)屏幕錄制，可以記錄患者的整體運(yùn)動(dòng)過(guò)程。該系統(tǒng)的運(yùn)作流程見(jiàn)圖1，登陸界面及應(yīng)用匹配界面見(jiàn)圖2。

圖2 登陸界面及應(yīng)用匹配界面

VR-EM系統(tǒng)的主要功能

基于不同肌力匹配最佳運(yùn)動(dòng)方案

VR-EM系統(tǒng)可根據(jù)患者的四肢肌力匹配最佳早期運(yùn)動(dòng)方案。在該系統(tǒng)的登陸界面上，除了輸入患者的一般資料外，還需要輸入由康復(fù)師評(píng)估后的患者四肢肌力情況。系統(tǒng)根據(jù)患者四肢肌力情況自動(dòng)生成相應(yīng)匹配的運(yùn)動(dòng)方案，例如，上肢肌力為2級(jí)的患者需要完成平面運(yùn)動(dòng)，握拳運(yùn)動(dòng)和伸腕運(yùn)動(dòng)；下肢肌力為3級(jí)的患者需要完成主動(dòng)屈髖屈膝和踝背屈伸運(yùn)動(dòng)。這些運(yùn)動(dòng)將會(huì)以游戲的形式出現(xiàn)在不同的康復(fù)程序中，患者在完成游戲的同時(shí)完成了運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練。這將真正實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)鍛煉的動(dòng)態(tài)個(gè)性化設(shè)置，改變了當(dāng)前無(wú)法及時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整鍛煉方式的現(xiàn)狀。

運(yùn)動(dòng)與認(rèn)知訓(xùn)練的有機(jī)整合

在VR-EM系統(tǒng)，每位危重癥患者均會(huì)接受肢體運(yùn)動(dòng)鍛煉，每一種運(yùn)動(dòng)游戲均同時(shí)融入了認(rèn)知功能訓(xùn)練。例如，上肢肌力為2級(jí)的患者需要通過(guò)電腦屏幕中的問(wèn)題，以書(shū)寫(xiě)或繪制的形式，完成認(rèn)知方向、注意力和記憶方法的平面運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練。當(dāng)患者的上肢肌力高于3級(jí)時(shí)，則需要完成更多的力量訓(xùn)練。VR-EM系統(tǒng)有運(yùn)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)和計(jì)數(shù)功能，體感設(shè)備通過(guò)捕捉患者肢體運(yùn)動(dòng)軌跡，將患者運(yùn)動(dòng)情況傳輸?shù)交颊呙媲暗钠聊恢校聊恢械奶摂M小人與患者實(shí)時(shí)同步，后臺(tái)算法中對(duì)虛擬人的運(yùn)動(dòng)軌跡，就是患者的運(yùn)動(dòng)動(dòng)作進(jìn)行準(zhǔn)確性判斷。當(dāng)患者動(dòng)作達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，系統(tǒng)中可顯示綠燈，如不達(dá)標(biāo)時(shí)則顯示紅燈或黃燈，僅有出現(xiàn)綠燈（即患者動(dòng)作標(biāo)準(zhǔn)）時(shí)才會(huì)增加計(jì)數(shù)。這有幫助患者自己判斷訓(xùn)練效果，從而鍛煉患者的思維和決策能力，通過(guò)逐步校正使患者做出正確標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)作。在游戲中，通過(guò)多感官的刺激，也能對(duì)患者的認(rèn)知康復(fù)有所幫助。該模式將有利于ICU患者盡早接受到認(rèn)知訓(xùn)練，且無(wú)需增加額外的人員投入。虛擬人的運(yùn)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)和計(jì)數(shù)功能見(jiàn)圖3。

為了讓患者在輕松愉悅的氛圍中完成各種肢體功能鍛煉，在VR-EM系統(tǒng)中整合了多款肢體訓(xùn)練游戲，例如有訓(xùn)練上肢伸腕運(yùn)動(dòng)的虛擬鋼琴?gòu)椬?，控制上肢平衡及協(xié)調(diào)能力的青蛙跳小游戲，還有虛擬人的實(shí)時(shí)“監(jiān)督”。這種多感官刺激加強(qiáng)了患者的沉浸式體驗(yàn)，也有利于增強(qiáng)患者的興趣，消除負(fù)性情緒。這將改善臨床康復(fù)鍛煉過(guò)程的枯燥感，促進(jìn)患者鍛煉依從性的提高。通過(guò)調(diào)整體感設(shè)備和患者之間的距離，體感設(shè)備可穩(wěn)定捕捉患者的肢體動(dòng)作，并把數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳入患者面前的電腦中，并在屏幕中虛擬人清楚顯示患者的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)的可視化。

圖3 虛擬人的運(yùn)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)和計(jì)數(shù)功能

運(yùn)動(dòng)軌跡可動(dòng)態(tài)顯示和回顧

VR-EM系統(tǒng)可以記錄患者的運(yùn)動(dòng)軌跡，當(dāng)患者的運(yùn)動(dòng)軌跡被體感設(shè)備捕獲并輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過(guò)錄屏功能完整記錄運(yùn)動(dòng)軌跡。通過(guò)比較患者的日常運(yùn)動(dòng)軌跡，可以為醫(yī)護(hù)人員準(zhǔn)確、充分地展示患者的康復(fù)趨勢(shì)，也可以給患者提供最直觀的康復(fù)效果展示，增強(qiáng)其運(yùn)動(dòng)康復(fù)的信心及動(dòng)力。這將改變當(dāng)前運(yùn)動(dòng)鍛煉缺少實(shí)時(shí)反饋，無(wú)法及時(shí)獲知鍛煉質(zhì)量，不能及時(shí)糾正肢體動(dòng)作問(wèn)題的現(xiàn)狀。

研究對(duì)象

選取北京市某三級(jí)甲等醫(yī)院RICU的55名患者為研究對(duì)象。納入標(biāo)準(zhǔn)：①年齡≥18歲，因呼吸重癥疾病轉(zhuǎn)入RICU。②病情處于穩(wěn)定期，即吸入氧濃度FiO2《0.6，PEEP《10cmH2O；超過(guò)2h未增加血管活性藥物劑量；無(wú)活動(dòng)性心肌缺血；無(wú)需藥物治療的心律失常。③鎮(zhèn)靜程度評(píng)估表（RichmondAgitationSedationScale，RASS）評(píng)分＞-1分，交流正常，能夠參與本調(diào)查。④已充分體驗(yàn)基于虛擬現(xiàn)實(shí)的早期主動(dòng)肢體運(yùn)動(dòng)模式。排除標(biāo)準(zhǔn)：①有活動(dòng)禁忌證（如不穩(wěn)定骨折）的患者。②因各種原因不愿接受調(diào)查者。

結(jié)果

小結(jié)

本研究借助了新穎的信息科技“虛擬現(xiàn)實(shí)”技術(shù)，發(fā)揮了其沉浸感，人機(jī)互動(dòng)性及娛樂(lè)性，開(kāi)發(fā)了適用于危重癥患者早期運(yùn)動(dòng)的虛擬現(xiàn)實(shí)康復(fù)系統(tǒng)，致力于提高危重癥患者主動(dòng)運(yùn)動(dòng)的積極性和有效性，推動(dòng)基于信息技術(shù)的康復(fù)治療發(fā)展。研究結(jié)果顯示，RICU患者對(duì)該系統(tǒng)的接受度及評(píng)價(jià)較高。隨著研究的深入和患者人群及需求內(nèi)容的增加，還應(yīng)對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行更新和完善，增加更多有趣的康復(fù)游戲和功能模塊，從而滿足不同ICU患者的康復(fù)鍛煉需求。此外，VR-EM系統(tǒng)對(duì)患者康復(fù)有效性的驗(yàn)證將成為未來(lái)研究重點(diǎn)。
責(zé)任編輯人：CC