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中华临床医师杂志(电子版) ›› 2023, Vol. 17 ›› Issue (06) : 676 -681. doi: 10.3877/cma.j.issn.1674-0785.2023.06.009

临床研究

头戴式虚拟现实设备辅助全膝关节置换术后康复的初步研究
李岩松, 李涛, 张元鸣飞, 李志鹏(), 周谋望()   
  1. 100191 北京,北京大学医学部医学技术研究院
    100191 北京,北京大学第三医院康复医学科
    100084 北京,清华大学计算机系
  • 收稿日期:2023-05-09 出版日期:2023-06-15
  • 通信作者: 李志鹏, 周谋望
  • 基金资助:
    北京市科技计划课题(D181100000318004)

Preliminary study of using virtual reality headsets to assist postoperative rehabilitation after total knee arthroplasty

Yansong Li, Tao Li, Yuanmingfei Zhang, Mouwang Zhou()   

  1. Department of Gastroenterology, Beijing Friendship Hospital, Capital Medical University, Beijing 100050, China
    Department of Rehabilitation Medicine, Peking University Third Hospital, Beijing 100191, China
  • Received:2023-05-09 Published:2023-06-15
  • Corresponding author: Mouwang Zhou
引用本文:

李岩松, 李涛, 张元鸣飞, 李志鹏, 周谋望. 头戴式虚拟现实设备辅助全膝关节置换术后康复的初步研究[J]. 中华临床医师杂志(电子版), 2023, 17(06): 676-681.

Yansong Li, Tao Li, Yuanmingfei Zhang, Mouwang Zhou. Preliminary study of using virtual reality headsets to assist postoperative rehabilitation after total knee arthroplasty[J]. Chinese Journal of Clinicians(Electronic Edition), 2023, 17(06): 676-681.

目的

探讨头戴式虚拟现实(VR)设备在全膝关节置换术后康复的应用,调查受试者对佩戴头戴式VR设备的感受并寻求改进建议。

方法

采取前瞻性横断面研究的方法,选取2022年6至10月在北京大学第三医院因全膝关节置换术后功能障碍住院康复的50例患者作为研究对象。其中男16例,女34例,年龄(66.86±8.96)岁。采用定量研究方法,术后分别对患者进行人工评定和头戴式VR设备评定,测量其膝关节活动度(ROM)、直抬腿训练持续时间、运动时和静息时的疼痛,分析比较人工评定和VR评定的差异。采用质性研究方法,对11例受试者进行半结构化访谈,使用主题框架法对访谈结果进行分析。

结果

定量研究中,人工测量与使用头戴式VR设备测量的膝关节最大屈曲ROM、最大伸直ROM、运动状态的数字评定量表(NRS)评分、静息状态NRS、直抬腿训练持续时间等指标差异均无统计学意义(均P>0.05)。两种测量方法得到的膝关节最大屈曲ROM[组内相关系数ICC=0.839,95%置信区间(95%CI):0.732~0.905,P<0.001]、最大伸直ROM(ICC=0.970,95%CI:0.946~0.983,P<0.001)、运动状态NRS(ICC=0.944,95%CI:0.901~0.969,P<0.001)、静息状态NRS(ICC=0.968,95%CI:0.942~0.982,P<0.001)、直抬腿训练持续时间(ICC=0.968,95%CI:0.938~0.984,P<0.001)指标结果具有高度一致性。将质性研究得到的半结构化访谈内容进行分析得出3个主题:感知易用性、感知有用性和改进建议,其中感知易用性包括设备缺陷、可操作性、学习难度和接受程度;感知有用性包括影响适配体验的因素和设备功能;改进建议包括多功能化、标注目标角度、丰富虚拟背景环境和训练项目。

结论

头戴式VR设备可作为全膝关节置换术后康复的辅助工具,在评定膝关节ROM、NRS以及直抬腿训练持续时间上VR设备与康复专业人员评定无明显差别;相较于其他姿态检测设备有着便于携带和实时反馈的特点。

Objective

To explore the use of virtual reality (VR) headsets in rehabilitation after total knee arthroplasty (TKA), and to investigate participants' feelings about wearing VR headsets and seek their suggestions for improvement.

Methods

A prospective cross-sectional study was conducted on 50 patients who were hospitalized and recovered from dysfunction after TKA at Peking University Third Hospital from June to October 2022, including 16 males and 34 females with a mean age of (66.86±8.96) years. Using quantitative research methods, the patients were evaluated manually or with head-mounted VR devices after surgery. The range of motion (ROM), straight leg raise exercise duration, and pain during exercise and rest were measured, and the differences between manual assessment and VR assessment were analyzed. Additionally, semi-structured interviews were conducted with 11 selected participants, and the interview results were analyzed by thematic framework analysis.

Results

In the quantitative study, there were no significant differences between the manual measurement and and VR assessment with regard to the maximum knee flexion ROM, maximum extension ROM, numerical rating scale (NRS) score, resting state NRS, and straight leg raise exercise duration (P>0.05 for all). The intraclass correlation coefficients (ICCs) for the maximum flexion ROM of the knee (ICC=0.839, 95% confidence interval (CI): 0.732-0.905, P<0.001), maximum extension ROM of the knee (ICC=0.970, 95% CI: 0.946-0.983, P<0.001), movement state NRS (ICC=0.944, 95% CI: 0.901-0.969, P<0.001), resting state NRS (ICC=0.968, 95% CI: 0.942-0.982, P<0.001), and straight leg raise exercise duration (ICC=0.968, 95% CI: 0.938-0.984, P<0.001) showed high consistency between the two methods. The analysis of the semi-structured interview content from the qualitative study revealed three themes: perceived ease of use, including device defects, learning difficulty, and acceptance; perceived usefulness, including operability, factors that affect the fit experience, and device functions; and improvement suggestions, including multifunctionality, labeling the target angle, enriching virtual background environments, and training programs.

Conclusions

VR headsets can serve as an auxiliary rehabilitation therapy tool for post-TKA recovery. In rehabilitation assessments, there is no significant difference between VR devices and rehabilitation professionals in terms of knee joint ROM, NRS, and straight leg raise exercise duration. Compared with other attitude detection devices, head-mounted VR devices have the characteristics of easy portability and real-time feedback.

表1 接受全膝关节置换术膝骨关节炎患者一般资料
图1 接受全膝关节置换术膝骨关节炎患者术后进行屈膝测量
图2 接受全膝关节置换术膝骨关节炎患者术后进行直抬腿测量
表2 患者佩戴头戴式虚拟现实设备的感受半结构化访谈提纲
表3 治疗师测量与使用虚拟现实设备测量康复评定指标的差异分析与一致性检验
表4 佩戴头戴式虚拟现实设备感受的访谈结果
主题 亚主题 初始概念 原始语句(代表)
感知易用性 设备功能 显示直观 “眼镜里面有数字,能让我看着更直观一些,看到我的腿能抬到多少度”
趣味性强 “像动画片一样你动它里头也动,很有乐趣”
影响适配体验的因素 头戴式显示设备与屏幕的区别 “我平时不戴眼镜,感觉看屏幕要比戴眼镜方便”
“感觉都一样,没太大差别”
“戴这个眼镜看看的各种数据都清晰”
人性化 “应该再人性化一点”
反馈不足 “这个不能实时沟通交流”
实时监督 “治疗师可去督促我,指导我,但机器不行”
无动力驱动 “治疗师还能用手帮我,这个(机器)是我在主动”
训练与治疗师区别 “训练一样啊,和治疗师其实差不多”

感知

有用性

设备缺陷 材质较厚 “天不热还好,天热的时候容易热出汗”
连接线 “后面连的那个线不方便”
重量较大 “重量上可能对我来说有点吃力”
学习难度 易学习 “这个操作挺简单的”
高龄影响 “我们老年人拿过来用还是有一定困难”
接受程度 愿意尝试 “还是愿意尝试一下高科技产品”
不愿意带回家训练 “我不带它(回去),它没多大用,还不如到医院去治”
可操作性 便捷性 “还是有点太笨重了,需要拖一台电脑过来。最好我们拿个手机(就可操作)”
操作难度 “可能还是稍微有一点点困难”

改进

建议

多功能化 一机多用 “最好多功能化,一个机器能治好几种病”
标注目标角度 标注与理想角度的差距 “希望在未来可在机器中标注多大角度合格以及自己距离理想角度还有多大差距”
训练项目 增加提示 “可增加一些字幕,增加一些引导,帮助我进行训练”
丰富虚拟背景环境 多种环境 “如果未来可增添不同的环境或者加个治疗师在旁边引导我训练,可能我会练的更积极”
1
李秀芳, 周德智, 尹梦星, 等. 全膝关节置换术康复治疗的研究进展 [J]. 中国临床新医学, 2022, 15(2): 179-182.
2
中国健康促进基金会骨病专项基金骨科康复专家委员会. 骨科康复中国专家共识 [J]. 中华医学杂志, 2018, 98(3): 164-170.
3
麦王向, 张朝霞. 虚拟现实技术在脑卒中患者步态康复中的应用进展 [J/OL]. 中国康复理论与实践, 2016, 22(4): 5.

URL    
4
宋杨杨, 陈校云, 张曙欣, 等. 虚拟现实技术在我国康复医学领域中的研究进展 [J]. 中国医疗设备, 2019, 34(1): 128-132.
5
FDA指导原则: 患者参与医疗器械临床研究的设计和实施-指南&解读指南 [EB/OL]. [2023-03-21].

URL    
6
DAVIS FD. Perceived Usefulness, Perceived Ease of Use, and User Acceptance of Information Technology [J/OL]. MIS Quarterly, 1989, 13(3): 319.

URL    
7
Matheve T, Bogaerts K, Timmermans A. Virtual reality distraction induces hypoalgesia in patients with chronic low back pain: a randomized controlled trial [J]. J Neuroeng Rehabil, 2020, 17(1): 55.
8
Nambi G, Abdelbasset WK, Elsayed SH, et al. Comparative effects of isokinetic training and virtual reality training on sports performances in university football players with chronic low back pain-randomized controlled study [J]. Evid Based Complement Alternat Med, 2020, 2020: 2981273.
9
Cawthorne D, March L, Parker D, et al. TKR-power—patient outcomes using Wii enhanced rehabilitation after a total knee replacement [J/OL]. Physiotherapy, 2015, 101: e204-e205.
10
Roig-Casasús S, Blasco JM, López-Bueno L, et al. Balance training with a dynamometric platform following total knee replacement: a randomized controlled trial [J]. J Geriatr Phys Ther, 2018, 41(4): 204-209.
11
余彬, 曾庆, 黄国志. 头戴式虚拟现实系统在运动康复治疗中的应用进展 [J]. 中国康复医学杂志, 2018, 33(6): 734-737.
12
Hindle BR, Keogh JWL, Lorimer AV. Inertial-based human motion capture: a technical summary of current processing methodologies for spatiotemporal and kinematic measures [J]. Appl Bionics Biomech, 2021: 6628320.
13
李鹏飞, 朱向冰, 陈瑾. 虚拟现实型头戴显示器的光学结构设计 [J]. 中国照明电器, 2019(6): 16-20.
14
Carnegie K, Rhee T. Reducing visual discomfort with HMDs using dynamic depth of field [J]. IEEE Comput Graph Appl, 2015, 35(5): 34-41.
15
徐亦君. 城市老年人的媒介使用研究 [D/OL]. 南昌:江西师范大学, 2020.
16
刘鹏. 面向康复的上肢外骨骼机器人训练系统范式设计及其VR实现 [D/OL]. 成都: 电子科技大学, 2020.
17
裴菊红, 王瑞, 杨婷, 等. 虚拟现实技术在慢性疼痛患者中的应用进展 [J]. 中国护理管理, 2021, 21(1): 102-105.
18
赵航. 基于下肢康复机器人虚拟现实技术的研究与实现 [D/OL]. 天津: 河北工业大学, 2014.
[1] 胡博文, 戴英波. 泌尿外科机器人手术新趋势[J]. 中华腔镜泌尿外科杂志(电子版), 2023, 17(04): 418-421.
[2] 庄宝琳, 郑万祥, 庄宝钧, 杨力军, 王福利, 袁建林, 秦卫军, 武国军, 刘飞. 数字化肾脏及其衍生应用在肾结石内镜手术中的研究进展[J]. 中华腔镜泌尿外科杂志(电子版), 2022, 16(03): 285-288.
[3] 王祎, 王峻峰, 杨超, 晋云, 胡苹苹. 数字医学技术在肝脏分段及解剖性肝切除中的应用现状[J]. 中华肝脏外科手术学电子杂志, 2023, 12(01): 16-21.
[4] 丁晨梦, 胡雪慧, 闫沛, 程乔. 髋部骨折术后患者居家康复体验质性研究的Meta整合[J]. 中华老年骨科与康复电子杂志, 2023, 09(06): 365-372.
[5] 姜佳慧, 毕鸿雁. 基于虚拟现实技术施经颅直流电刺激对脑卒中患者上肢功能影响的Meta分析[J]. 中华脑科疾病与康复杂志(电子版), 2023, 13(02): 75-83.
[6] 余程冬, 朱东东. 虚拟现实技术在脑卒中后康复中的研究进展[J]. 中华脑科疾病与康复杂志(电子版), 2022, 12(03): 178-182.
[7] 陆志峰, 周佳佳, 梁舒. 虚拟现实技术在治疗弱视中的临床应用研究进展[J]. 中华临床医师杂志(电子版), 2023, 17(08): 891-895.
[8] 黄爱茹, 付婧, 余茜. 多模块3D虚拟现实技术联合重复经颅磁刺激治疗卒中后认知功能障碍的效果[J]. 中华临床医师杂志(电子版), 2022, 16(11): 1089-1095.
[9] 党宝齐, 高凡, 袁媛, 陆明. 基于虚拟现实技术的功能锻炼对术后脑出血患者神经功能康复的作用[J]. 中华临床医师杂志(电子版), 2022, 16(01): 43-47.
[10] 李琴, 莫伟, 李玉莲, 阳秀春, 周碧芳. 恶性梗阻性黄疸患者经皮肝穿刺胆道引流术后家庭照顾者照护体验的质性研究[J]. 中华介入放射学电子杂志, 2022, 10(04): 451-455.
[11] 张晶晶, 张艳艳, 王姝雅, 谢敏仪. 介入专科护士核心能力的质性研究[J]. 中华介入放射学电子杂志, 2022, 10(02): 219-223.
[12] 杨小月, 刘伟, 刘丽, 李素琴, 张艳艳, 林静, 练荣丽. 三级综合医院介入导管室男护士急救工作体验的质性研究[J]. 中华介入放射学电子杂志, 2022, 10(01): 97-101.
[13] 叶蕾, 王雪羽, 裴彤, 孙艳香, 张慰, 梁俊, 祝睿晨. 养老机构工作人员对医护康养模式认知的质性研究[J]. 中华老年病研究电子杂志, 2022, 09(04): 52-57.
[14] 索源, 曹伟, 杨书聪, 杨成, 周宇立, 郁慧杰. 沉浸式虚拟现实结合高仿真伤情化妆技术在创伤紧急医学救治培训中的应用效果评价[J]. 中华卫生应急电子杂志, 2023, 09(02): 85-89.
[15] 常飞飞, 曹迎春, 吴晓冰, 王晓涵. 基于虚拟现实技术任务导向性训练对脑卒中多病共存患者功能状态的影响[J]. 中华脑血管病杂志(电子版), 2023, 17(02): 124-129.
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