基于奧馬哈系統(tǒng)的乳腺癌患者康復(fù)管理虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)平臺構(gòu)建與應(yīng)用

金艾香，陳肖敏，章小飛，陳杰

乳腺癌外科手術(shù)仍是目前乳腺癌最主要的治療手段，多數(shù)手術(shù)患者需要行乳腺切除與腋窩淋巴結(jié)清掃［1］，約20%的患者術(shù)后易發(fā)生包括乳腺癌上肢淋巴水腫、上肢功能障礙在內(nèi)的多種術(shù)后并發(fā)癥［2］。同時，乳腺癌對女性的影響還包括術(shù)后身體形象完整性被破壞的心理壓力，45%的女性患者有心理障礙，其中焦慮與抑郁占42%，存在兩種以上心理障礙的女性患者達(dá)20%［3］。相對于短暫的住院治療過程，出院后的后續(xù)康復(fù)治療更為漫長、復(fù)雜。奧馬哈系統(tǒng)以梳理、解決問題程序?yàn)橹笇?dǎo)思想，通過標(biāo)準(zhǔn)化護(hù)理語言規(guī)劃整合臨床數(shù)據(jù)信息，是支持以患者為中心的臨床實(shí)踐、教育和研究的標(biāo)準(zhǔn)化術(shù)語，也是臨床康復(fù)護(hù)理信息化系統(tǒng)開發(fā)的基礎(chǔ)［4-5］。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）是將計算機(jī)技術(shù)和最新的傳感器技術(shù)融合創(chuàng)造出來的一種新的交互手段，VR與康復(fù)醫(yī)學(xué)深層次結(jié)合已成為研究焦點(diǎn)［6］。

本研究在乳腺癌康復(fù)護(hù)理理論與奧馬哈系統(tǒng)基礎(chǔ)上，建立乳腺癌組合訓(xùn)練康復(fù)方案VR模型。借助奧馬哈系統(tǒng)中的問題分類系統(tǒng)、干預(yù)系統(tǒng)和效果評價系統(tǒng)，首先根據(jù)患者康復(fù)方案進(jìn)行問題分類，設(shè)計虛擬環(huán)境以及虛擬人物，開展以任務(wù)為導(dǎo)向的乳腺癌患者術(shù)后活動模擬個體訓(xùn)練，然后有針對性地開展術(shù)后功能鍛煉和心理輔導(dǎo)干預(yù)，最后設(shè)計基于體感的運(yùn)動交互評價策略，將患者反饋數(shù)據(jù)納入康復(fù)管理平臺，結(jié)合患者的生理、心理?xiàng)l件和所處環(huán)境等多種因素正確評估患者的階段性康復(fù)效果［7-8］。因?yàn)槿狈R應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，為便于VR智能化處理信息，同時更好地實(shí)現(xiàn)VR人機(jī)溝通交流，本研究將借用奧馬哈標(biāo)準(zhǔn)化語言作為乳腺癌患者康復(fù)管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。

1 總體設(shè)計思想

康復(fù)管理是集實(shí)踐指引、實(shí)踐記錄、效果評價和信息管理為一體，對乳腺癌術(shù)后患者進(jìn)行全面管理的過程［9］。這個過程需要對患者的各類信息數(shù)據(jù)及時保留并量化，并設(shè)定時間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)、完整的跟蹤評估，評估信息包括患者的有關(guān)環(huán)境、社會心理、生理、健康相關(guān)行為的改變，通過有效評估信息才能使醫(yī)護(hù)人員詳細(xì)、全面地了解患者的病情并給予更有針對性的護(hù)理措施［10］。根據(jù)奧馬哈系統(tǒng)中問題分類系統(tǒng)明確評估內(nèi)容，包括環(huán)境、社會心理、生理、健康相關(guān)行為領(lǐng)域。按照馬斯洛需要層次論和生理-心理-社會醫(yī)學(xué)模式的指導(dǎo)，結(jié)合專家咨詢，確定解決各類乳腺癌患者康復(fù)訓(xùn)練需要解決問題的優(yōu)先次序，針對患者具體體征和問題決定康復(fù)措施，制定出患者康復(fù)組合訓(xùn)練方案［11-12］。用奧馬哈系統(tǒng)分類中的子系統(tǒng)進(jìn)行問題篩選，給予存在肌肉-骨骼-淋巴水腫功能異常以及心理異常的患者分階段的系統(tǒng)康復(fù)訓(xùn)練及心理干預(yù)。第一階段：術(shù)后1 d至拔除胸壁引流管，約1周；第二階段：拔除胸壁引流管至術(shù)后1個月；第三階段：術(shù)后1個月后采用組合訓(xùn)練（掌、指、腕、肘、肩關(guān)節(jié)運(yùn)動，后伸運(yùn)動和心理干預(yù)），評估患者訓(xùn)練后的健康狀況、生理功能和職能、情感健康及社會功能改善情況［13-15］。

將VR引入康復(fù)訓(xùn)練的基本依據(jù)是因?yàn)槠淠軐⑿睦碚T導(dǎo)有效滲入到患者康復(fù)訓(xùn)練中，從而激發(fā)患者在康復(fù)訓(xùn)練中的愉悅情緒，其注定將為康復(fù)工程帶來一場技術(shù)革命［16］。多項(xiàng)研究證明，虛擬現(xiàn)實(shí)康復(fù)療法可從多個層面有效提升患者的康復(fù)效果：多樣的虛擬互動環(huán)境可以刺激神經(jīng)重塑，加強(qiáng)動作學(xué)習(xí)，激勵患者產(chǎn)生繼續(xù)訓(xùn)練的積極性；互動的訓(xùn)練環(huán)境讓患者更容易完成大量重復(fù)性動作的訓(xùn)練；提供康復(fù)任務(wù)及時反饋，為患者找到更合適的訓(xùn)練強(qiáng)度［17-19］?；趭W馬哈系統(tǒng)的乳腺癌患者康復(fù)管理VR平臺能加強(qiáng)醫(yī)務(wù)人員對患者整體性和護(hù)理實(shí)踐重點(diǎn)的思考，可為醫(yī)療檔案實(shí)時更新提供新的解決方法，也可為更為豐富的健康服務(wù)提供硬件支持。

2 乳腺癌患者康復(fù)管理VR平臺的需求及功能設(shè)計

2.1 需求分析 不同患者的手術(shù)方案和康復(fù)條件不同，患者術(shù)后早期若有針對性地進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，有利于促進(jìn)其上肢功能恢復(fù)，提高生活質(zhì)量。目前可幫助患者進(jìn)行康復(fù)運(yùn)動的VR軟件很多，但沒有能制訂個性化康復(fù)方案的VR平臺。若能利用已有的奧馬哈康復(fù)自然語言，研究面向任務(wù)的康復(fù)信息提取框架，建立共享的康復(fù)醫(yī)學(xué)術(shù)語本體，繼承和管理自然語言處理資源，就可以根據(jù)不同的患者信息配置相應(yīng)的奧馬哈康復(fù)干預(yù)任務(wù)，以滿足各種自由文本驅(qū)動的康復(fù)治療臨床決策支持應(yīng)用。

2.2 功能設(shè)計 乳腺癌患者康復(fù)管理VR平臺包括奧馬哈系統(tǒng)在康復(fù)中的應(yīng)用、奧馬哈系統(tǒng)信息化處理、VR康復(fù)人機(jī)交互、康復(fù)檢測數(shù)據(jù)輸入輸出及綜合評價4個功能模塊（見圖1），充分考慮無線數(shù)據(jù)采集設(shè)備，嚴(yán)格遵循軟件工程理論，對每個康復(fù)情境和治療過程進(jìn)行了設(shè)計和實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由許多傳感器組成：光敏傳感器可以追蹤上肢活動的坐標(biāo)信息，計算出肢體運(yùn)動軌跡；加速傳感器可以根據(jù)重力加速度數(shù)據(jù)測量空間中各方向加速度，推斷肢體運(yùn)動趨勢和力量大?。?0］。傳感器結(jié)合數(shù)據(jù)采集設(shè)計可以將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳到服務(wù)器；同時在服務(wù)器端進(jìn)一步分析處理，并模擬對比患者的動作；醫(yī)護(hù)人員也可以提出正確的康復(fù)訓(xùn)練要求，并給出相應(yīng)動作幅度標(biāo)準(zhǔn)圖，通過平臺反饋指導(dǎo)患者訓(xùn)練，以達(dá)到康復(fù)治療要求［21-22］。

圖1 乳腺癌患者康復(fù)管理VR平臺功能模塊Figure 1 Function modules of the VR platform for the rehabilitation management of breast cancer patients

3 VR平臺實(shí)現(xiàn)過程

3.1 虛擬場景設(shè)計 VR平臺遵循主動康復(fù)方法，將生理功能、自我概念、角色功能、相互依賴 4 個方面對VR中虛擬場景、場景圖和節(jié)點(diǎn)等相關(guān)信息及知識分別進(jìn)行闡述和定義，通過信號輸入呈現(xiàn)刺激和動作輸出從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，通過愉悅的康復(fù)體驗(yàn)激發(fā)患者重復(fù)練習(xí)動機(jī)［23］。VR平臺由醫(yī)院和企業(yè)聯(lián)合開發(fā)，體感交互虛擬環(huán)境系統(tǒng)與VR體感設(shè)備（頭盔、操縱桿、數(shù)據(jù)手套）配合，患者可以自行操作［24］（見圖2）。如針對淋巴水腫較嚴(yán)重及需要肩部功能恢復(fù)的乳腺癌術(shù)后患者，平臺設(shè)計一組日常生活中常見的拋球動作，通過肩周肌肌力等長收縮訓(xùn)練和肩周肌閉鏈練習(xí)，讓患者通過VR操縱桿使屏幕上的點(diǎn)按指定軌跡移動到指定位置，位置信息即關(guān)節(jié)點(diǎn)在3D 空間中相對坐標(biāo)位置，以（x，y，z）表示［25］?？祻?fù)場景將從4個維度塑造新醫(yī)療：模擬特定場合維系醫(yī)患親密關(guān)系，幫助醫(yī)護(hù)人員對患者的體驗(yàn)產(chǎn)生共鳴，理解病情；以游戲的方式反饋康復(fù)數(shù)據(jù)，激勵患者更好地模仿虛擬人體的康復(fù)訓(xùn)練動作，實(shí)現(xiàn)康復(fù)自學(xué)習(xí)；通過輕柔的音樂和有趣的小視頻減輕患者壓力和疼痛；在訓(xùn)練過程中穿插醫(yī)生的康復(fù)指導(dǎo)畫面以督促患者康復(fù)訓(xùn)練。

圖2 VR康復(fù)軟件場景設(shè)計Figure 2 Scenario showing the design of VR rehabilitation software

3.2 虛擬人物設(shè)計 為了展現(xiàn)更逼真的康復(fù)虛擬訓(xùn)練過程，通過三維技術(shù)建立外形似人的虛擬人體運(yùn)動模型。虛擬人體運(yùn)動部位主要集中在上肢，上肢部分由 9 個桿件及 8 個關(guān)節(jié)組成，并附加與人體活動度保持一致的 5 個自由度（肩關(guān)節(jié)外展/內(nèi)收、肩關(guān)節(jié)前屈/后伸、肘關(guān)節(jié)屈曲/過伸、肘關(guān)節(jié)旋前/旋后、腕關(guān)節(jié)掌屈/背伸）。在Unity3D中將運(yùn)動過程分解成圖結(jié)構(gòu)，設(shè)計不同坐標(biāo)系，生成多個肢體結(jié)構(gòu)有向圖。然后按照康復(fù)訓(xùn)練要求定義運(yùn)動路徑，包含虛擬人體有向圖各節(jié)點(diǎn)，最終形成完整的康復(fù)訓(xùn)練動態(tài)模型［26］（見圖3）。

圖3 訓(xùn)練操基本動作模型Figure 3 Basic action model for training exercises

虛擬人物運(yùn)動設(shè)計幅度與康復(fù)部位活動度緊密相關(guān)。具體動作包括：術(shù)后1周內(nèi)的呼吸抬腿運(yùn)動、手指伸展運(yùn)動、手掌按壓運(yùn)動和指尖搓揉運(yùn)動；術(shù)后2周內(nèi)的拋球運(yùn)動、梳頭運(yùn)動、鐘擺運(yùn)動和聳肩運(yùn)動；術(shù)后3周內(nèi)的上臂旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和伸展運(yùn)動；術(shù)后4周內(nèi)的抬手運(yùn)動、反手運(yùn)動、大臂旋轉(zhuǎn)和推拉運(yùn)動；術(shù)后1個月后的擴(kuò)胸、拍球、跳躍、滑輪運(yùn)動。3.3 康復(fù)方案設(shè)計 康復(fù)方案設(shè)計主要包括調(diào)查分析、方案規(guī)劃、策略設(shè)計。

（1）調(diào)查分析：完成對以奧馬哈系統(tǒng)為理論研究依據(jù)的調(diào)查分析，分析不同手術(shù)方式乳腺癌患者不同時點(diǎn)的生存質(zhì)量狀況、焦慮狀況及在各階段的主要生理、心理問題和康復(fù)需求，確定康復(fù)治療干預(yù)類別、干預(yù)方向。研究基于奧馬哈系統(tǒng)的組合訓(xùn)練康復(fù)方案對乳腺癌患者術(shù)后肌力、淋巴回流、肩關(guān)節(jié)活動度、接受應(yīng)激反應(yīng)的能力和細(xì)胞免疫功能的影響［27］。

（2）方案規(guī)劃：建立乳腺癌組合訓(xùn)練康復(fù)方案VR平臺，引入奧馬哈系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析結(jié)構(gòu)，設(shè)計并實(shí)現(xiàn)滿足乳腺癌患者個性需求的虛擬環(huán)境和虛擬人動畫系統(tǒng)。系統(tǒng)能動態(tài)感知虛擬環(huán)境中的場景語義信息，根據(jù)患者術(shù)后狀況有針對性地規(guī)劃康復(fù)目標(biāo)并分解組合相應(yīng)康復(fù)訓(xùn)練序列，避免訓(xùn)練造成二次傷害［28］。

（3）策略設(shè)計：以奧馬哈系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化護(hù)理語言為信息交流基礎(chǔ)，設(shè)計基于體感的運(yùn)動交互評價策略，將患者反饋數(shù)據(jù)，包括訓(xùn)練時間、強(qiáng)度、消耗的卡路里和心率等數(shù)據(jù)納入統(tǒng)計數(shù)據(jù)中，結(jié)合患者的生理、心理?xiàng)l件和所處環(huán)境等多種因素正確評估患者的階段性康復(fù)效果。

4 臨床應(yīng)用

為評價基于奧馬哈系統(tǒng)的術(shù)后乳腺癌患者康復(fù)管理VR平臺的臨床應(yīng)用效果，了解VR康復(fù)治療方案的可行性，本研究對乳腺癌同類手術(shù)患者進(jìn)行了臨床觀察。

4.1 參與者及分組 奧馬哈系統(tǒng)管理對象納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）接受乳腺癌根治術(shù)或改良根治術(shù)、乳腺癌保乳術(shù)并行腋窩淋巴結(jié)清掃、單純?nèi)榉壳谐g(shù)；（2）腫瘤大小為Ⅰ～Ⅲ級；（3）預(yù)期術(shù)后生存期至少半年；（4）自愿加入本研究并知情同意；（5）會使用智能手機(jī)。

選擇2016年1月—2017年5月在浙江省人民醫(yī)院診治的120例乳腺癌患者。按隨機(jī)數(shù)字表法將患者分為觀察組（應(yīng)用乳腺癌患者康復(fù)管理VR平臺）和對照組（應(yīng)用傳統(tǒng)康復(fù)訓(xùn)練），各60例。患者于術(shù)后6 h開始進(jìn)行患側(cè)肢體鍛煉，直至術(shù)后3個月。納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）年齡20～50歲；（2）單側(cè)乳腺癌；（3）無其他慢性??；（4）術(shù)前肢體功能正常；（5）愿意配合。對照組：應(yīng)用傳統(tǒng)康復(fù)訓(xùn)練，訓(xùn)練內(nèi)容包括生活護(hù)理操訓(xùn)練、瘢痕護(hù)理操訓(xùn)練、肢體訓(xùn)練。術(shù)后第1天由宣教人員教授訓(xùn)練方法，出院后通過視頻繼續(xù)康復(fù)訓(xùn)練，每次訓(xùn)練30 min，1次/d，6 d/周，共干預(yù)3個月。觀察組：醫(yī)院將患者基本信息和治療方案輸入基于奧馬哈系統(tǒng)的乳腺癌患者康復(fù)管理VR平臺，并提供VR設(shè)備和軟件，指導(dǎo)患者進(jìn)行有針對性的個性化訓(xùn)練，訓(xùn)練時間和頻率與對照組相同。

4.2 評定 本研究應(yīng)用健康調(diào)查簡表（SF-36）評估患者的生活質(zhì)量，內(nèi)容包括一般健康狀況（GH）、生理功能（PF）、生理職能（RP）、身體疼痛（BP）、精力（VT）、社會功能（SF）、情感職能（RE）、精神健康（MH），共8個維度36個條目。每個維度分值為0～100分，分值越高反映該方面狀況越好［29］。

4.3 統(tǒng)計學(xué)方法 采用SPSS 20.0統(tǒng)計學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。計量資料以（±s）表示，兩組間比較采用成組t檢驗(yàn)。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

4.4 結(jié)果 觀察組SF-36各維度得分及平均得分均高于對照組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05，見表1）。

5 討論

乳腺癌手術(shù)創(chuàng)面大、出血多、切除組織也較多，上肢功能受到影響，同時患者乳房皮膚和形狀也會發(fā)生改變，容易引發(fā)心理問題。臨床康復(fù)治療研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的康復(fù)治療模式忽略了患者內(nèi)動力，康復(fù)過程中以疾病療效為中心，這導(dǎo)致乳腺癌術(shù)后患者的心理康復(fù)效果以及出院后持續(xù)自我護(hù)理能力效果不佳［30］。基于奧馬哈系統(tǒng)的康復(fù)管理VR平臺是以患者為中心，以患者良好體驗(yàn)為手段，其康復(fù)管理理念開始逐漸被各級醫(yī)院所采用。其創(chuàng)新點(diǎn)如下：

（1）能針對乳腺癌患者術(shù)后個體情況實(shí)施有區(qū)別的康復(fù)護(hù)理，有助于個體化康復(fù)理念的推廣。奧馬哈系統(tǒng)作為一套護(hù)理專業(yè)語言和分類系統(tǒng)，是醫(yī)學(xué)文檔記錄和數(shù)據(jù)收集的工具，用奧馬哈電子軟件記錄個案評估和護(hù)理措施等資料，可以回顧性地分析護(hù)理問題的普遍性、護(hù)理措施的適用性和不同干預(yù)措施的有效性，為臨床康復(fù)護(hù)理提供循證依據(jù)［31］。本研究結(jié)果顯示，基于奧馬哈系統(tǒng)的乳腺癌患者康復(fù)管理VR平臺實(shí)施康復(fù)訓(xùn)練后，觀察組RP、RE維度得分明顯高于對照組，其原因是對缺乏乳腺癌術(shù)后康復(fù)常規(guī)知識的患者，基于奧馬哈系統(tǒng)的乳腺癌患者康復(fù)管理VR平臺能對患者進(jìn)行疾病術(shù)后康復(fù)知識宣教，使患者對自己的身體狀況有更直觀的了解，患者能更積極且自發(fā)地進(jìn)行功能訓(xùn)練，且能改正一些不良生活習(xí)慣，自覺進(jìn)行相關(guān)保健活動。

（2）有助于提高乳腺癌患者的精神健康狀態(tài)，促進(jìn)其社會功能。將VR引入康復(fù)訓(xùn)練能夠很好地實(shí)現(xiàn)心理誘導(dǎo)與康復(fù)訓(xùn)練的結(jié)合，明顯減輕患者在康復(fù)訓(xùn)練中的煩躁情緒，其將為康復(fù)工程帶來一場技術(shù)革命。本研究結(jié)果顯示，實(shí)施基于奧馬哈系統(tǒng)的乳腺癌患者康復(fù)管理VR平臺后觀察組SF、MH維度得分高于對照組，其原因可能為VR平臺設(shè)計的虛擬康復(fù)場景能將患者置身于開放的環(huán)境，釋放患者壓力，同時設(shè)計的康復(fù)訓(xùn)練動作來源于日常生活，增強(qiáng)了患者回歸社會的信心，有效幫助患者從生理和情感方面應(yīng)對生活中的常規(guī)事件。

（3）VR康復(fù)療法可以將康復(fù)的工作前移到社區(qū)和家庭。VR平臺既能明顯減少康復(fù)管理人員的工作量，又能更好地綁定患者個人信息，推送沉浸式康復(fù)治療方案，及時準(zhǔn)確地把握康復(fù)進(jìn)度，提高整個康復(fù)工作的工作效率與醫(yī)療質(zhì)量。在奧馬哈系統(tǒng)、乳腺癌康復(fù)治療理論研究基礎(chǔ)上，構(gòu)建的康復(fù)管理VR平臺針對性強(qiáng)、成本低，可廣泛推廣。該平臺依據(jù)奧馬哈干預(yù)系統(tǒng)評估不同手術(shù)方式、患者住院期間和出院后存在的生理和心理問題，制定出的乳腺癌患者術(shù)后康復(fù)評估干預(yù)方案能借助虛擬環(huán)境進(jìn)行以任務(wù)為導(dǎo)向的術(shù)后日常生活活動模擬訓(xùn)練，有針對性地開展術(shù)后功能鍛煉和心理輔導(dǎo)。同時平臺系統(tǒng)能按康復(fù)過程為醫(yī)護(hù)患之間提供在線或離線交流，持久保存患者康復(fù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)，幫助醫(yī)護(hù)人員更全面地了解乳腺癌患者的個體病情信息并根據(jù)采集數(shù)據(jù)及時調(diào)整治療措施，能有針對性地加強(qiáng)醫(yī)護(hù)人員對于患者整體性和康復(fù)實(shí)踐重點(diǎn)的深度分析。

表1 兩組患者健康調(diào)查簡表評分比較（x±s，分）Table 1 Comparison of SF-36 scores between the two groups

作者貢獻(xiàn)：金艾香負(fù)責(zé)康復(fù)管理虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)平臺的構(gòu)思及論文撰寫；陳肖敏負(fù)責(zé)質(zhì)量控制與審校；章小飛負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)收集與文獻(xiàn)檢索；陳杰負(fù)責(zé)技術(shù)路線的設(shè)計與實(shí)施。

本文無利益沖突。