基于增強現實技術的體感互動游戲在慢性心力衰竭患者康復訓練中的應用效果研究

劉麗華，王芳，張燕華，劉旭東

數據顯示，65歲以上人群中慢性心力衰竭（chronic heart failure，CHF）發生率可達6%～10%，且CHF患者5年病死率高達37%［1］。據有關資料預測，未來死于CHF的人群將逐漸增多，這不僅對醫療保健系統造成重大負擔，還會對患者的生活質量產生負面影響［2］。康復訓練是為CHF、冠心病等心血管疾病患者設計的一套三級預防策略，但目前CHF患者心臟康復治療的參與度并不高。已有研究表明，基于增強現實（augmented reality，AR）技術的體感互動游戲可提高腦梗死患者的運動功能［3］，但目前尚未見將基于AR技術的體感互動游戲應用于CHF患者的相關研究。基于此，本研究旨在分析基于AR技術的體感互動游戲在CHF患者康復訓練中的應用效果，以期為CHF患者的康復訓練方案提供借鑒。

1 對象與方法

1.1 研究對象 選取2019年2月至2021年5月山西省心血管病醫院收治的CHF患者112例為研究對象。納入標準：（1）符合CHF的診斷標準［4］；（2）對本研究知情同意，有能力（視力、聽力、精神狀態均正常）配合完成本研究。排除標準：（1）伴有骨折者；（2）有癲癇發作風險者；（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技術的體感互動游戲干預+常規康復訓練，56例）和對照組（接受常規康復訓練，56例）。兩組患者性別、年齡、病程、NYHA分級、原發病比較，差異無統計學意義（P＞0.05），見表1。本研究經山西省心血管病醫院倫理委員會審批通過（倫理編號：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 干預方法 對照組接受常規康復訓練，即住院期間由心血管內科護理人員指導患者進行床邊伸展運動，病情穩定后進行步行訓練：患者獨自站立1 min以上，雙膝能始終保持伸直狀態，囑其將雙手自然放松置于身體兩側開始步行訓練；行走過程中護理人員站在患者前方，必要時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，囑咐家屬在非訓練時間也不讓患者使用拐杖。入院第1～2周均進行步行訓練，20 min/次，1次/d。在常規康復訓練期間同時監測患者血流情況、心率、血壓等，并根據監測結果實時調整訓練強度和頻率。

觀察組接受基于AR技術的體感互動游戲干預+常規康復訓練，其中常規康復訓練方案與對照組相同，基于AR技術的體感互動游戲干預所需設備為AR體感互動儀（廣州峰巔計算機技術有限公司生產），結合使用Microsoft XBOX?One控制臺（Microsoft中國分公司生產）及Kinect 2?外圍設備（Microsoft中國分公司生產），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。AR體感互動儀可生成視野中接收到圖像的3D地圖，并創建一個數字骨架或化身，以便患者可以與設備交互，使其能夠捕捉整個身體的3D運動，患者可將自己的身體用作游戲的遙控器。按照說明書、在專業人員指導下安裝及操作AR體感互動儀。具體干預內容為：（1）呼吸肌訓練：利用AR體感互動儀構建靜謐的大自然環境，通過語音指導患者進行腹式呼吸訓練及縮唇呼吸訓練，于入院第1周開始，20 min/次，2～3次/周；（2）自行車及跑步機訓練：選擇固定自行車，并模擬道路、建筑等相關環境，使患者騎行“固定的靜止”自行車轉變為“運動的行走”自行車；將跑步機調整為適宜的速度后，同樣模擬道路、建筑等相關環境，使患者能在“道路”上進行慢跑訓練，于入院第2周開始訓練，20～30 min/次，1次/周。（3）互動游戲：利用現有現實物資，并結合模擬的游戲環境，簡化運動游戲規則，使患者能做出與真實生活運動相同的動作，如揮動網球拍、丟擲保齡球等，于入院第2周開始訓練，20～30 min/次，2次/周。基于AR技術的體感互動游戲干預過程中，根據患者耐受情況決定其是否繼續進行干預，如患者出現明顯的呼吸困難、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。在保證訓練效果的同時確保患者可耐受。

出院后向患者分發本院制定的康復手冊，同時將本院錄制好的關于康復訓練的小視頻（步行訓練、慢跑、太極拳）發放給患者，并通過電話隨訪方式對患者常規康復訓練情況進行跟蹤反饋。同時觀察組定期返回醫院接受基于AR技術的體感互動游戲干預。共隨訪2周，即所有患者共干預4周。

1.3 觀察指標 （1）心功能指標：分別于干預前、干預后檢測患者心功能指標，包括左心室射血分數（left ventricular ejection fraction，LVEF）、心臟指數（cardiac index，CI）、左心室舒張末期內徑（left ventricular end diastolic diameter，LVEDD）及血清心型脂肪酸結合蛋白（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測定儀器為超聲心動圖（型號：西門子Acuson Sequoia 512），為避免誤差，取3個心動周期測量值的均值；血清H-FABP、NT-proBNP檢測方法分別為雙向側流免疫法〔儀器供應商：瑞萊生物工程（深圳）有限公司〕和電化學發光免疫法（儀器供應商：上海碧云天生物技術有限公司）。（2）運動功能指標：分別于干預前、干預后測定患者6 min步行距離（6 minute walking distance，6MWD）和最長運動時間（maximum activity time，Tmax），分別利用6 min步行試驗和心肺運動試驗（腳踏車式運動心肺測試儀）測定。（3）一般自我效能感量表（General Self-Efficacy Scale，GSES）、明尼蘇達心力衰竭生活質量問卷（Minnesota Living with Heart Failure Questionnaire，MLHFQ）評分：分別于干預前、干預后采用GSES［5］和MLHFQ［6］評估患者自我效能和生活質量，GSES評分越高表示患者自我效能越高，MLHFQ評分越高表示患者生活質量越差。

1.4 統計學方法 選用SPSS 25.0進行數據的統計分析。計量資料以（±s）表示，組間比較采用兩獨立樣本t檢驗，組內比較采用配對t檢驗；計數資料以相對數表示，組間比較采用χ2檢驗。以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 心功能指標 干預前，兩組患者LVEF、CI、LVEDD及血清H-FABP、NT-proBNP比較，差異無統計學意義（P＞0.05）；干預后，兩組患者LVEF、CI分別高于本組干預前，LVEDD及血清H-FABP、NT-proBNP分別低于本組干預前，且觀察組患者LVEF、CI高于對照組，LVEDD及血清H-FABP、NT-proBNP低于對照組，差異有統計學意義（P＜0.05），見表2。

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

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

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

組別 例數 LVEF（%） CI〔L·min-1·（m2）-1〕 LVEDD（mm） H-FABP（ng/L） NT-proBNP（ng/L）干預前 干預后 干預前 干預后 干預前 干預后 干預前 干預后 干預前 干預后對照組 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 運動功能指標 干預前，兩組患者6MWD、Tmax比較，差異無統計學意義（P＞0.05）；干預后，兩組患者6MWD、Tmax分別長于本組干預前，且觀察組長于對照組，差異有統計學意義（P＜0.05），見表3。

表3 兩組患者干預前后運動功能指標比較（±s）Table 3 Comparison of motor function indexes between the two groups before and after intervention

表3 兩組患者干預前后運動功能指標比較（±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=最長運動時間；a表示與本組干預前比較，P＜0.05

組別 例數 6MWD（m） Tmax（min）干預前 干預后 干預前 干預后對照組 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評分 干預前，兩組患者GSES、MLHFQ評分比較，差異無統計學意義（P＞0.05）；干預后，兩組患者GSES評分分別高于本組干預前、MLHFQ評分分別低于本組干預前，且觀察組患者GSES評分高于對照組、MLHFQ評分低于對照組，差異有統計學意義（P＜0.05），見表4。

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

表4 兩組患者干預前后GSES、MLHFQ評分比較（±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=明尼蘇達心力衰竭生活質量問卷；a表示與本組干預前比較，P＜0.05

組別 例數 GSES評分 MLHFQ評分干預前 干預后 干預前 干預后對照組 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

研究數據顯示，中國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450萬例，心力衰竭已成為重大公共衛生問題［7］。康復訓練被認為是一種安全、有效的可改善CHF患者臨床癥狀的干預策略，且有研究證實康復訓練能作為內科治療的一種輔助性治療方式［8］。一項系統綜述表明，基于運動的心臟康復訓練能降低CHF患者再入院率，提高其生活質量，并可能降低其長期死亡率［9］。心臟康復是心臟疾病發生后至關重要的治療內容，但在實際臨床實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訓練次數或根本不參加心臟康復訓練。有資料統計，僅有1/3的CHF患者參與心臟康復訓練，眾多社會、經濟和文化因素（如缺乏動力、缺乏理解等）導致參與心臟康復訓練的患者比例較低［10］，因而如何提高心臟康復訓練的依從性是目前亟待解決的重要問題。近年來計算能力和成像技術的不斷優化大幅改善了醫療系統的服務質量（診斷、護理等諸多方面），AR技術被推廣應用于外科手術建模（以提高手術準確性、改善患者預后并減少并發癥）及卒中后患者的平衡訓練（以提高患者平衡能力和生活質量）［11-12］，但其很少與心臟康復訓練結合使用。體感互動游戲最早應用于腦卒中患者的肢體功能恢復，其已被證實能提高腦卒中患者肢體康復治療的參與度，并能有效改善患者的平衡能力和肢體功能［3］，但國內外目前對于將基于AR技術的體感互動游戲應用于CHF患者心臟康復治療的相關研究欠缺，因而本研究將基于AR技術的體感互動游戲應用于CHF患者中，并取得不錯效果。

LVEF是左心室在收縮時心腔內血量泵出的比例；CI即單位體表面積心臟的射血量；LVEDD與心室重建緊密相關，可據此判斷患者心功能狀況及遠期預后狀態；H-FABP和NT-proBNP均是反映心功能的敏感指標［13-14］。本研究結果顯示，干預后，兩組患者LVEF、CI分別高于本組干預前，LVEDD及血清H-FABP、NT-proBNP分別低于本組干預前，且觀察組患者LVEF、CI高于對照組，LVEDD及血清H-FABP、NT-proBNP低于對照組；說明基于AR技術的體感互動游戲可更好地改善CHF患者的心功能。分析其原因：基于AR技術的體感互動游戲可以向患者提供更為豐富的關于運動表現的多感官（視覺、音頻等）反饋，對增加患者參與康復訓練的積極性具有促進作用［15］。另外，基于AR技術的體感互動游戲還可能以傳導更加真實有趣的游戲環境這一方式來影響患者的代謝活動（神經調節、體液調節等），并以此來促進心臟功能的恢復［16］。本研究結果還顯示，干預后，兩組患者6MWD、Tmax分別長于本組干預前，且觀察組長于對照組，提示基于AR技術的體感互動游戲能更好地增強CHF患者的運動功能。考慮到運動學習理論，任務導向、強化（即更多的劑量和運動）和重復性訓練對于改善運動功能至關重要［17］。基于AR技術的體感互動游戲的優勢之一在于其能夠提供給患者比傳統康復訓練更大量的訓練任務，有利于延長CHF患者康復訓練的持續時間及提高患者完成康復訓練的頻率。此外，本研究結果顯示，干預后，兩組患者GSES評分分別高于本組干預前、MLHFQ評分分別低于本組干預前，且觀察組患者GSES評分高于對照組、MLHFQ評分低于對照組，進一步說明基于AR技術的體感互動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量，原因可能在于基于AR技術的體感互動游戲能通過一些設計元素（如任務、情景等）來優化患者的體驗感，進而增強其參與康復訓練的意愿。既往有學者發現，基于AR技術的體感互動游戲能有效改善腦卒中患者的平衡能力和肢體功能［3］，但本研究發現其應用于CHF能提升患者心功能，推測可能與患者參與康復訓練的依從性提高有關。

綜上所述，與常規康復訓練相比，基于AR技術的體感互動游戲可更好地改善CHF患者的心功能、運動功能、自我效能及生活質量。由于本研究對象的選擇僅局限于某一定點醫院，且樣本量較小，因此研究結論不能外推到所有CHF患者，應謹慎解釋本研究結論，后續可通過多中心隨機對照試驗進一步驗證基于AR技術的體感互動游戲在CHF患者康復訓練中的應用效果。

作者貢獻：劉麗華、王芳進行文章的構思與設計、數據整理，負責文章的質量控制及審校；劉麗華、張燕華、劉旭東進行研究的實施與可行性分析、論文的修訂；張燕華進行數據收集；王芳、張燕華進行統計學處理；劉麗華、王芳、張燕華、劉旭東進行結果的分析與解釋；劉麗華撰寫論文，對文章整體負責、監督管理。

本文無利益沖突。