基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的體感互動(dòng)游戲在慢性心力衰竭患者康復(fù)訓(xùn)練中的應(yīng)用效果研究

劉麗華，王芳，張燕華，劉旭東

數(shù)據(jù)顯示，65歲以上人群中慢性心力衰竭（chronic heart failure，CHF）發(fā)生率可達(dá)6%～10%，且CHF患者5年病死率高達(dá)37%［1］。據(jù)有關(guān)資料預(yù)測(cè)，未來死于CHF的人群將逐漸增多，這不僅對(duì)醫(yī)療保健系統(tǒng)造成重大負(fù)擔(dān)，還會(huì)對(duì)患者的生活質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響［2］。康復(fù)訓(xùn)練是為CHF、冠心病等心血管疾病患者設(shè)計(jì)的一套三級(jí)預(yù)防策略，但目前CHF患者心臟康復(fù)治療的參與度并不高。已有研究表明，基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（augmented reality，AR）技術(shù)的體感互動(dòng)游戲可提高腦梗死患者的運(yùn)動(dòng)功能［3］，但目前尚未見將基于AR技術(shù)的體感互動(dòng)游戲應(yīng)用于CHF患者的相關(guān)研究?；诖?，本研究旨在分析基于AR技術(shù)的體感互動(dòng)游戲在CHF患者康復(fù)訓(xùn)練中的應(yīng)用效果，以期為CHF患者的康復(fù)訓(xùn)練方案提供借鑒。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象 選取2019年2月至2021年5月山西省心血管病醫(yī)院收治的CHF患者112例為研究對(duì)象。納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）符合CHF的診斷標(biāo)準(zhǔn)［4］；（2）對(duì)本研究知情同意，有能力（視力、聽力、精神狀態(tài)均正常）配合完成本研究。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）伴有骨折者；（2）有癲癇發(fā)作風(fēng)險(xiǎn)者；（3）有高血壓或貧血者。采用拋硬幣方式將患者分為觀察組（接受基于AR技術(shù)的體感互動(dòng)游戲干預(yù)+常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練，56例）和對(duì)照組（接受常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練，56例）。兩組患者性別、年齡、病程、NYHA分級(jí)、原發(fā)病比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），見表1。本研究經(jīng)山西省心血管病醫(yī)院倫理委員會(huì)審批通過（倫理編號(hào)：KYLL-20222-033）。

表1 兩組患者一般資料比較Table 1 Comparison of general data between the two groups

1.2 干預(yù)方法 對(duì)照組接受常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練，即住院期間由心血管內(nèi)科護(hù)理人員指導(dǎo)患者進(jìn)行床邊伸展運(yùn)動(dòng)，病情穩(wěn)定后進(jìn)行步行訓(xùn)練：患者獨(dú)自站立1 min以上，雙膝能始終保持伸直狀態(tài)，囑其將雙手自然放松置于身體兩側(cè)開始步行訓(xùn)練；行走過程中護(hù)理人員站在患者前方，必要時(shí)用手抵住患者肩膀以避免其摔倒；行走過程中不允許患者用手抓扶任何物件，囑咐家屬在非訓(xùn)練時(shí)間也不讓患者使用拐杖。入院第1～2周均進(jìn)行步行訓(xùn)練，20 min/次，1次/d。在常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練期間同時(shí)監(jiān)測(cè)患者血流情況、心率、血壓等，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果實(shí)時(shí)調(diào)整訓(xùn)練強(qiáng)度和頻率。

觀察組接受基于AR技術(shù)的體感互動(dòng)游戲干預(yù)+常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練，其中常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練方案與對(duì)照組相同，基于AR技術(shù)的體感互動(dòng)游戲干預(yù)所需設(shè)備為AR體感互動(dòng)儀（廣州峰巔計(jì)算機(jī)技術(shù)有限公司生產(chǎn)），結(jié)合使用Microsoft XBOX?One控制臺(tái)（Microsoft中國(guó)分公司生產(chǎn)）及Kinect 2?外圍設(shè)備（Microsoft中國(guó)分公司生產(chǎn)），儀器具備ATI Xenos圖形處理單元、紅外傳感器、RGB攝像頭及多陣列麥克風(fēng)。AR體感互動(dòng)儀可生成視野中接收到圖像的3D地圖，并創(chuàng)建一個(gè)數(shù)字骨架或化身，以便患者可以與設(shè)備交互，使其能夠捕捉整個(gè)身體的3D運(yùn)動(dòng)，患者可將自己的身體用作游戲的遙控器。按照說明書、在專業(yè)人員指導(dǎo)下安裝及操作AR體感互動(dòng)儀。具體干預(yù)內(nèi)容為：（1）呼吸肌訓(xùn)練：利用AR體感互動(dòng)儀構(gòu)建靜謐的大自然環(huán)境，通過語(yǔ)音指導(dǎo)患者進(jìn)行腹式呼吸訓(xùn)練及縮唇呼吸訓(xùn)練，于入院第1周開始，20 min/次，2～3次/周；（2）自行車及跑步機(jī)訓(xùn)練：選擇固定自行車，并模擬道路、建筑等相關(guān)環(huán)境，使患者騎行“固定的靜止”自行車轉(zhuǎn)變?yōu)椤斑\(yùn)動(dòng)的行走”自行車；將跑步機(jī)調(diào)整為適宜的速度后，同樣模擬道路、建筑等相關(guān)環(huán)境，使患者能在“道路”上進(jìn)行慢跑訓(xùn)練，于入院第2周開始訓(xùn)練，20～30 min/次，1次/周。（3）互動(dòng)游戲：利用現(xiàn)有現(xiàn)實(shí)物資，并結(jié)合模擬的游戲環(huán)境，簡(jiǎn)化運(yùn)動(dòng)游戲規(guī)則，使患者能做出與真實(shí)生活運(yùn)動(dòng)相同的動(dòng)作，如揮動(dòng)網(wǎng)球拍、丟擲保齡球等，于入院第2周開始訓(xùn)練，20～30 min/次，2次/周?；贏R技術(shù)的體感互動(dòng)游戲干預(yù)過程中，根據(jù)患者耐受情況決定其是否繼續(xù)進(jìn)行干預(yù)，如患者出現(xiàn)明顯的呼吸困難、胸悶眩暈，或自覺辛苦，或心率加快至160次/min、收縮壓＞180 mm Hg（1 mm Hg=0.133 kPa），必須停止干預(yù)。在保證訓(xùn)練效果的同時(shí)確?；颊呖赡褪?。

出院后向患者分發(fā)本院制定的康復(fù)手冊(cè)，同時(shí)將本院錄制好的關(guān)于康復(fù)訓(xùn)練的小視頻（步行訓(xùn)練、慢跑、太極拳）發(fā)放給患者，并通過電話隨訪方式對(duì)患者常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練情況進(jìn)行跟蹤反饋。同時(shí)觀察組定期返回醫(yī)院接受基于AR技術(shù)的體感互動(dòng)游戲干預(yù)。共隨訪2周，即所有患者共干預(yù)4周。

1.3 觀察指標(biāo) （1）心功能指標(biāo)：分別于干預(yù)前、干預(yù)后檢測(cè)患者心功能指標(biāo)，包括左心室射血分?jǐn)?shù)（left ventricular ejection fraction，LVEF）、心臟指數(shù)（cardiac index，CI）、左心室舒張末期內(nèi)徑（left ventricular end diastolic diameter，LVEDD）及血清心型脂肪酸結(jié)合蛋白（heart-fatty acid binding protein，H-FABP）、N末端腦鈉肽前體（N-terminal pro-brain natriuretic peptide，NT-proBNP），其中LVEF、CI、LVEDD測(cè)定儀器為超聲心動(dòng)圖（型號(hào)：西門子Acuson Sequoia 512），為避免誤差，取3個(gè)心動(dòng)周期測(cè)量值的均值；血清H-FABP、NT-proBNP檢測(cè)方法分別為雙向側(cè)流免疫法〔儀器供應(yīng)商：瑞萊生物工程（深圳）有限公司〕和電化學(xué)發(fā)光免疫法（儀器供應(yīng)商：上海碧云天生物技術(shù)有限公司）。（2）運(yùn)動(dòng)功能指標(biāo)：分別于干預(yù)前、干預(yù)后測(cè)定患者6 min步行距離（6 minute walking distance，6MWD）和最長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí)間（maximum activity time，Tmax），分別利用6 min步行試驗(yàn)和心肺運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)（腳踏車式運(yùn)動(dòng)心肺測(cè)試儀）測(cè)定。（3）一般自我效能感量表（General Self-Efficacy Scale，GSES）、明尼蘇達(dá)心力衰竭生活質(zhì)量問卷（Minnesota Living with Heart Failure Questionnaire，MLHFQ）評(píng)分：分別于干預(yù)前、干預(yù)后采用GSES［5］和MLHFQ［6］評(píng)估患者自我效能和生活質(zhì)量，GSES評(píng)分越高表示患者自我效能越高，MLHFQ評(píng)分越高表示患者生活質(zhì)量越差。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 選用SPSS 25.0進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析。計(jì)量資料以（±s）表示，組間比較采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，組內(nèi)比較采用配對(duì)t檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料以相對(duì)數(shù)表示，組間比較采用χ2檢驗(yàn)。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 心功能指標(biāo) 干預(yù)前，兩組患者LVEF、CI、LVEDD及血清H-FABP、NT-proBNP比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）；干預(yù)后，兩組患者LVEF、CI分別高于本組干預(yù)前，LVEDD及血清H-FABP、NT-proBNP分別低于本組干預(yù)前，且觀察組患者LVEF、CI高于對(duì)照組，LVEDD及血清H-FABP、NT-proBNP低于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），見表2。

表2 兩組患者干預(yù)前后心功能指標(biāo)比較（±s）Table 2 Comparison of cardiac function indexes between the two groups before and after intervention

表2 兩組患者干預(yù)前后心功能指標(biāo)比較（±s）Table 2 Comparison of cardiac function indexes between the two groups before and after intervention

注：LVEF=左心室射血分?jǐn)?shù)，CI=心臟指數(shù)，LVEDD=左心室舒張末期內(nèi)徑，H-FABP=心型脂肪酸結(jié)合蛋白，NT-proBNP=N末端腦鈉肽前體；a表示與本組干預(yù)前比較，P＜0.05

組別 例數(shù) LVEF（%） CI〔L·min-1·（m2）-1〕 LVEDD（mm） H-FABP（ng/L） NT-proBNP（ng/L）干預(yù)前 干預(yù)后 干預(yù)前 干預(yù)后 干預(yù)前 干預(yù)后 干預(yù)前 干預(yù)后 干預(yù)前 干預(yù)后對(duì)照組 56 47.1±4.8 53.4±3.8a 2.10±0.19 2.37±0.22a 56.1±4.7 49.1±6.2a 6.5±1.4 4.2±1.2a 4.1±0.8 3.1±0.8a觀察組 56 47.6±4.1 56.1±4.1a 2.10±0.22 2.53±0.16a 55.4±6.5 46.6±5.1a 6.2±1.4 3.8±0.6a 4.1±1.0 2.6±0.6a t值 0.595 3.628 0.027 4.623 -0.678 -2.362 -0.107 -2.071 0.155 -4.006 P值 0.553 ＜0.001 0.978 ＜0.001 0.499 ＜0.001 0.285 0.042 0.877 ＜0.001

2.2 運(yùn)動(dòng)功能指標(biāo) 干預(yù)前，兩組患者6MWD、Tmax比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）；干預(yù)后，兩組患者6MWD、Tmax分別長(zhǎng)于本組干預(yù)前，且觀察組長(zhǎng)于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），見表3。

表3 兩組患者干預(yù)前后運(yùn)動(dòng)功能指標(biāo)比較（±s）Table 3 Comparison of motor function indexes between the two groups before and after intervention

表3 兩組患者干預(yù)前后運(yùn)動(dòng)功能指標(biāo)比較（±s）Table 3 Comparison of motor function indexes between the two groups before and after intervention

注：6MWD=6 min步行距離，Tmax=最長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí)間；a表示與本組干預(yù)前比較，P＜0.05

組別 例數(shù) 6MWD（m） Tmax（min）干預(yù)前 干預(yù)后 干預(yù)前 干預(yù)后對(duì)照組 56 317.4±42.8 411.0±41.3a 6.0±1.5 7.2±1.4a觀察組 56 322.2±47.2 469.3±50.6a 6.3±1.3 8.7±1.8a t值 0.562 6.674 1.313 4.759 P值 0.575 ＜0.001 0.261 ＜0.001

2.3 GSES、MLHFQ評(píng)分 干預(yù)前，兩組患者GSES、MLHFQ評(píng)分比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）；干預(yù)后，兩組患者GSES評(píng)分分別高于本組干預(yù)前、MLHFQ評(píng)分分別低于本組干預(yù)前，且觀察組患者GSES評(píng)分高于對(duì)照組、MLHFQ評(píng)分低于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），見表4。

表4 兩組患者干預(yù)前后GSES、MLHFQ評(píng)分比較（±s，分）Table 4 Comparison of GSES and MLHFQ scores between the two groups before and after intervention

表4 兩組患者干預(yù)前后GSES、MLHFQ評(píng)分比較（±s，分）Table 4 Comparison of GSES and MLHFQ scores between the two groups before and after intervention

注：GSES=一般自我效能感量表，MLHFQ=明尼蘇達(dá)心力衰竭生活質(zhì)量問卷；a表示與本組干預(yù)前比較，P＜0.05

組別 例數(shù) GSES評(píng)分 MLHFQ評(píng)分干預(yù)前 干預(yù)后 干預(yù)前 干預(yù)后對(duì)照組 56 18.2±3.6 23.6±3.3a 54.7±9.8 47.8±11.6a觀察組 56 17.5±3.6 26.4±4.2a 51.6±11.4 40.6±10.9a t值 -1.024 3.973 1.543 -3.406 P值 0.308 ＜0.001 0.126 0.001

3 討論

研究數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)成年人心力衰竭患病率約為0.9%，心力衰竭的患病群體已達(dá)450萬例，心力衰竭已成為重大公共衛(wèi)生問題［7］?？祻?fù)訓(xùn)練被認(rèn)為是一種安全、有效的可改善CHF患者臨床癥狀的干預(yù)策略，且有研究證實(shí)康復(fù)訓(xùn)練能作為內(nèi)科治療的一種輔助性治療方式［8］。一項(xiàng)系統(tǒng)綜述表明，基于運(yùn)動(dòng)的心臟康復(fù)訓(xùn)練能降低CHF患者再入院率，提高其生活質(zhì)量，并可能降低其長(zhǎng)期死亡率［9］。心臟康復(fù)是心臟疾病發(fā)生后至關(guān)重要的治療內(nèi)容，但在實(shí)際臨床實(shí)踐中其并未得到充分利用，許多患者并沒有完成推薦的康復(fù)訓(xùn)練次數(shù)或根本不參加心臟康復(fù)訓(xùn)練。有資料統(tǒng)計(jì)，僅有1/3的CHF患者參與心臟康復(fù)訓(xùn)練，眾多社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和文化因素（如缺乏動(dòng)力、缺乏理解等）導(dǎo)致參與心臟康復(fù)訓(xùn)練的患者比例較低［10］，因而如何提高心臟康復(fù)訓(xùn)練的依從性是目前亟待解決的重要問題。近年來計(jì)算能力和成像技術(shù)的不斷優(yōu)化大幅改善了醫(yī)療系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量（診斷、護(hù)理等諸多方面），AR技術(shù)被推廣應(yīng)用于外科手術(shù)建模（以提高手術(shù)準(zhǔn)確性、改善患者預(yù)后并減少并發(fā)癥）及卒中后患者的平衡訓(xùn)練（以提高患者平衡能力和生活質(zhì)量）［11-12］，但其很少與心臟康復(fù)訓(xùn)練結(jié)合使用。體感互動(dòng)游戲最早應(yīng)用于腦卒中患者的肢體功能恢復(fù)，其已被證實(shí)能提高腦卒中患者肢體康復(fù)治療的參與度，并能有效改善患者的平衡能力和肢體功能［3］，但國(guó)內(nèi)外目前對(duì)于將基于AR技術(shù)的體感互動(dòng)游戲應(yīng)用于CHF患者心臟康復(fù)治療的相關(guān)研究欠缺，因而本研究將基于AR技術(shù)的體感互動(dòng)游戲應(yīng)用于CHF患者中，并取得不錯(cuò)效果。

LVEF是左心室在收縮時(shí)心腔內(nèi)血量泵出的比例；CI即單位體表面積心臟的射血量；LVEDD與心室重建緊密相關(guān)，可據(jù)此判斷患者心功能狀況及遠(yuǎn)期預(yù)后狀態(tài)；H-FABP和NT-proBNP均是反映心功能的敏感指標(biāo)［13-14］。本研究結(jié)果顯示，干預(yù)后，兩組患者LVEF、CI分別高于本組干預(yù)前，LVEDD及血清H-FABP、NT-proBNP分別低于本組干預(yù)前，且觀察組患者LVEF、CI高于對(duì)照組，LVEDD及血清H-FABP、NT-proBNP低于對(duì)照組；說明基于AR技術(shù)的體感互動(dòng)游戲可更好地改善CHF患者的心功能。分析其原因：基于AR技術(shù)的體感互動(dòng)游戲可以向患者提供更為豐富的關(guān)于運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的多感官（視覺、音頻等）反饋，對(duì)增加患者參與康復(fù)訓(xùn)練的積極性具有促進(jìn)作用［15］。另外，基于AR技術(shù)的體感互動(dòng)游戲還可能以傳導(dǎo)更加真實(shí)有趣的游戲環(huán)境這一方式來影響患者的代謝活動(dòng)（神經(jīng)調(diào)節(jié)、體液調(diào)節(jié)等），并以此來促進(jìn)心臟功能的恢復(fù)［16］。本研究結(jié)果還顯示，干預(yù)后，兩組患者6MWD、Tmax分別長(zhǎng)于本組干預(yù)前，且觀察組長(zhǎng)于對(duì)照組，提示基于AR技術(shù)的體感互動(dòng)游戲能更好地增強(qiáng)CHF患者的運(yùn)動(dòng)功能?？紤]到運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)理論，任務(wù)導(dǎo)向、強(qiáng)化（即更多的劑量和運(yùn)動(dòng)）和重復(fù)性訓(xùn)練對(duì)于改善運(yùn)動(dòng)功能至關(guān)重要［17］。基于AR技術(shù)的體感互動(dòng)游戲的優(yōu)勢(shì)之一在于其能夠提供給患者比傳統(tǒng)康復(fù)訓(xùn)練更大量的訓(xùn)練任務(wù)，有利于延長(zhǎng)CHF患者康復(fù)訓(xùn)練的持續(xù)時(shí)間及提高患者完成康復(fù)訓(xùn)練的頻率。此外，本研究結(jié)果顯示，干預(yù)后，兩組患者GSES評(píng)分分別高于本組干預(yù)前、MLHFQ評(píng)分分別低于本組干預(yù)前，且觀察組患者GSES評(píng)分高于對(duì)照組、MLHFQ評(píng)分低于對(duì)照組，進(jìn)一步說明基于AR技術(shù)的體感互動(dòng)游戲能以一種更具有趣味性的方式提高CHF患者的自我效能及生活質(zhì)量，原因可能在于基于AR技術(shù)的體感互動(dòng)游戲能通過一些設(shè)計(jì)元素（如任務(wù)、情景等）來優(yōu)化患者的體驗(yàn)感，進(jìn)而增強(qiáng)其參與康復(fù)訓(xùn)練的意愿。既往有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，基于AR技術(shù)的體感互動(dòng)游戲能有效改善腦卒中患者的平衡能力和肢體功能［3］，但本研究發(fā)現(xiàn)其應(yīng)用于CHF能提升患者心功能，推測(cè)可能與患者參與康復(fù)訓(xùn)練的依從性提高有關(guān)。

綜上所述，與常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練相比，基于AR技術(shù)的體感互動(dòng)游戲可更好地改善CHF患者的心功能、運(yùn)動(dòng)功能、自我效能及生活質(zhì)量。由于本研究對(duì)象的選擇僅局限于某一定點(diǎn)醫(yī)院，且樣本量較小，因此研究結(jié)論不能外推到所有CHF患者，應(yīng)謹(jǐn)慎解釋本研究結(jié)論，后續(xù)可通過多中心隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證基于AR技術(shù)的體感互動(dòng)游戲在CHF患者康復(fù)訓(xùn)練中的應(yīng)用效果。

作者貢獻(xiàn)：劉麗華、王芳進(jìn)行文章的構(gòu)思與設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)整理，負(fù)責(zé)文章的質(zhì)量控制及審校；劉麗華、張燕華、劉旭東進(jìn)行研究的實(shí)施與可行性分析、論文的修訂；張燕華進(jìn)行數(shù)據(jù)收集；王芳、張燕華進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理；劉麗華、王芳、張燕華、劉旭東進(jìn)行結(jié)果的分析與解釋；劉麗華撰寫論文，對(duì)文章整體負(fù)責(zé)、監(jiān)督管理。

本文無利益沖突。