Development and Evaluation of a VR Game Program Assisting Patients with Vestibular Rehabilitation
Cheng, Xiaofei (2022-11-10)
Development and Evaluation of a VR Game Program Assisting Patients with Vestibular Rehabilitation
(10.11.2022)
Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.
suljettu
Julkaisun pysyvä osoite on:
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022120769649
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022120769649
Tiivistelmä
Purpose
Overall purpose: Based on literature research, clinical guidelines, expert interviews and patient needs survey results, this research attempts to develop a VR game program that assists patients with vestibular dysfunction in vestibular rehabilitation, and explore the efficacy and the usability of this game program through a small sample pilot study. This research aims to provide more effective vestibular rehabilitation for Chinese patients with vestibular dysfunction.
Sub-purpose 1: To develop a VR game program that assists patients with vestibular rehabilitation.
Sub-purpose 2: To explore the efficacy and the usability of this VR game program for vestibular rehabilitation.
Methods
This research consists of two parts:
Part I: Design and development of a VR game program assisting patients with vestibular rehabilitation
Based on literature research and clinical guidelines, three rehabilitation training modules were formulated for the VR program of this research.
Then, user research was conducted on vertigo outpatients and clinical experts, collecting and supplementing the scenes and actions that easily lead to dizziness in patients, as well as the inducing factors of patients' dizziness, so as to further understand the content of vestibular rehabilitation training commonly used in clinical practice.
Next, demand analysis was conducted from three aspects: scene requirements, user experience requirements, and interaction requirements, and the specific functions of the VR game program were set. The difficulties that may be encountered in the research and development were analyzed, and solutions were proposed.
Based on all the materials and data, the design of the VR game program model was done.
Unity3D was used to complete program development with the help of IT staff.
After a small-scale trial by doctors, rehabilitation therapists and several patients, opinions and suggestions were collected, and the procedure was further optimized.
Part II: Application of the VR game program assisting patients with vestibular rehabilitation, evaluate its efficacy and usability
A randomized controlled study was conducted. From September 1, 2021 to January 31, 2022, 24 patients who met the research criteria and needed vestibular rehabilitation training and who were admitted to the vertigo rehabilitation clinic of the Eye & ENT Hospital, Fudan University were randomly selected using a random number table. They were randomly divided into an intervention group and a control group, with 12 patients in each group. The experimental group used the designed VR game program to assist in vestibular rehabilitation training, while the control group used traditional vestibular rehabilitation training. 4 weeks follow-up.
All patients were evaluated using the Dizziness Handicap Inventory (DHI) and VAS score at the time of enrollment and 4 weeks after the intervention, and the total number of patients' vestibular rehabilitation training within 4 weeks was collected to complete the product effectiveness evaluation. At the product usability evaluation stage, the researchers distributed Post-Study System usability Questionnaire (PSSUQ) and Igroup Presence Questionnaire (IPQ) to patients in the intervention group and conducted semi-structured interviews. The patient's VR experience and perceptions of the gaming procedure were gathered.
Results
Part I: Design and development of a VR game program assisting patients with vestibular rehabilitation
Based on literature research and clinical guidelines, the VR program in this research initially formulated three rehabilitation training modules: module 1 (gaze stability training), module 2 (habituation training), and module 3 (balance and gait training).
Through a survey of vertigo outpatients and clinical experts, it was found that some patients will feel dizzy or increasingly dizzy when facing scenes such as zebra crossing, rippled water, dim cinemas, streams of cars and crowds, intricate patterns on tiles in real life, as well as noisy and bright scenes. They may also experience dizziness or increase in dizziness when he stands, walks, lies down, rolls over, or looks up and down. According to the survey feedback from clinical experts, vestibulo-ocular reflex exercises, sitting-up, circular walk, balance exercises, standing on one leg, etc. are commonly used clinical exercises to guide patients in rehabilitation training.
Next, demand analysis was performed. In terms of scene requirements, for different vertigo patients, it was necessary to design different game modules and different rehabilitation training scenarios according to the specific causes of vertigo, so that rehabilitation therapists can formulate personalized rehabilitation training programs for patients. In terms of user experience requirements, the design needed to be easy to use and lifelike. In terms of interaction requirements, the program needed to be able to operate interactive objects in the virtual scene, have information prompts, roam within the scene, and switch scenes.
The functional design of VR game program included vertigo-inducing function, training intensity selection function, and recording function.
Then potential problems were analyzed. On the one hand, the reality of the scene in the virtual environment will affect the patient's experience, especially the habituation training module will affect the induction of vertigo. On the other hand, the elderly may have certain difficulties in the acceptance of written descriptions.
Based on the above information, the design of the three major modules and 12 scenes of the VR game program model was done.
Then Unity3D was used to build the scenes, the interactive functions of the system was developed using the C# scripting language. Program was developed with the help of IT staff.
After the VR game program was developed, doctors and rehabilitation therapists first evaluated the applicability, safety and potential dangers of the VR game program. Then doctors, rehabilitation therapists and 2 patients were asked to conduct a small-scale trial, put forward opinion and suggestions, and further optimization of the screen, layout and color was conducted.
Part II: Application of the VR game program assisting patients with vestibular rehabilitation, evaluate its efficacy and usability.
1.Evaluation of the efficacy of the VR game program
(1)This research included 24 eligible patients requiring vestibular rehabilitation, 12 in the experimental group and 12 in the control group. No cases were lost to follow-up. In general data and the baseline data (DHI score、VAS score) , there was no significant difference between the two groups (P>0.05).
(2) Comparison of the primary outcome (DHI score) between the two groups
①Paired comparison of DHI scores between the two groups after 4 weeks of intervention, result shows: There was a statistically significant difference in the total DHI score (t=6.797, P<0.05) of the patients in the experimental group before and after the 4-week intervention. Also there was a statistically significant difference in the total DHI score (t = 6.644, P < 0.05) of the patients in the control group before and after the 4-week intervention.
②Comparison of DHI scores between the two groups after 4 weeks of intervention, result shows: After 4 weeks of intervention, patients in the experimental group had a DHI score of 30.50±12.54, while those in the control group had a score of 25.00±14.91. There was no statistical difference between the two groups ( t=0.978, P>0.05).
③Comparison of changes in DHI scores between the two groups, result shows: The DHI score change in the experimental group was 27.50±14.02 points, and the DHI score change in the control group was 27.00±14.08 points. There was no statistical significance (t=0.024, P>0.05).
(3) Comparison of the secondary outcomes between the two groups
①Paired comparison of VAS scores between the two groups after 4 weeks of intervention, result shows: After 4 weeks of intervention, the VAS score in the experimental group was 2.67±1.37, which was significantly different from that before the intervention (5.50±1.73 points) (Z=-3.02, P＜ 0.05); the VAS score in the control group was 2.67±0.99, which was significantly different from the pre-intervention score of 4.58±0.90 (Z=-2.98, P<0.05).
②Comparison of VAS scores between the two groups after 4 weeks of intervention, result shows: After four weeks of intervention, the VAS score in the experimental group was 2.67±1.37 points, and the score in the control group was 2.67±0.99 points, there was no statistical difference between the two (Z=-0.248, P>0.05).
③Comparison of changes in VAS scores between the two groups, result shows: The change of VAS score in the experimental group was 2.83±1.90 points, and the change of VAS score in the control group was 1.92±0.08 points, there was no statistical difference between the two (Z=-1.368, P>0.05).
④Comparison of vestibular rehabilitation training compliance , result shows: The compliance of patients in the experimental group was 0.97±0.03, and the compliance of patients in the control group was 0.84±0.08 points, there was a statistical difference between the two groups (Z=-3.588, P<0.05).
These outcome measures showed that the efficacy of VR-assisted vestibular rehabilitation training was comparable to traditional vestibular rehabilitation, and the compliance was higher, so the game program was proved to be effective.
2.Evaluation of the usability of the VR game program
The PSSUQ score reflects the satisfaction of patients after using the VR game program, and the total average score of the scale was 1.47. The VR game program developed by this study is simple to operate, it has a friendly interface and is easy to use.
The IPQ score indicates the immersion of the patients after entering the VR scenes, the average score was 4.74. The VR scenes in this study were well designed, the patients had a high degree of participation when they experience VR game exercises, and had a high sense of presence and reality.
And the semi-structured interview was conducted. The design of this product is simple, the layout is reasonable, and the voice prompts and symbol prompts can help patients better understand how to use the game program.
All three results proved the usability of the VR game program.
Conclusions
Considering the specific conditions of Chinese patients, a VR game program for vestibular rehabilitation training for Chinese patients with vestibular dysfunction was designed, and its efficacy and usability were evaluated. The game program has a good rehabilitation capability, improves patients’ training compliance. The game program is also convenient to use, easy to operate, full of fun. The game program can provide individualized treatment plans. This VR game program is worthy of being promoted to benefit more patients. Tarkoitus
Tämän tutkimuksen tarkoituksena on kehittää kirjallisuuteen, kliinisiin ohjeisiin, asiantuntijahaastatteluihin ja potilaskyselyyn pohjautuva VR-peliohjelma vestibulaariseen kuntoutukseen osallistuville potilaille, joilla on tasapaino-ongelmia ja tutkia tämän pelin tehokkuutta ja käytettävyyttä pienen pilottitutkimuksen avulla. Tämän tutkimuksen tavoitteena on tarjota tehokkaampaa vestibulaarista kuntoutusta kiinalaisille potilaille, joilla on tasapainoon liittyvä toimintahäiriö.
Osatavoite 1: kehittää VR-peliohjelma vestibulaariseen kuntoutukseen osallistuville potilaille;
Osatavoite 2: tutkia kehitetyn pelin tehokkuutta ja käytettävyyttä vestibulaarisessa kuntoutuksessa.
Metodit
Tutkimus koostuu kahdesta vaiheesta:
Vaihe 1: VR-peliohjelman kehittäminen ja arviointi vestibulaariseen kuntoutukseen osallistuville potilaille
Kirjallisuuteen ja kliinisiin ohjeisiin perustuen, kehitettiin kolme erilaista kuntoutusmoduulia VR-peliohjelmaa varten.
Seuraavaksi toteutettiin kysely potilaille, joilla on asentohuimausta (vertigo) sekä kliinisille asiantuntijoille, tarkoituksena kerätä tietoa erilaisista tilanteista, jotka aiheuttavat tai edesauttavat huimausta, jotta voidaan paremmin ymmärtää vestibulaarista kuntoutusta ja sen käytänteitä.
Seuraavaksi tehtiin tarveanalyysiä kolmesta eri näkökulmasta: kohtaukseen, käyttäjäkokemukseen ja vuorovaikutukseen liittyvät vaatimukset, sekä VR-peliohjelmaan liittyviä vaatimuksia määriteltiin. Tutkimuksessa ja kehityksessä mahdollisesti ilmenneitä vaikeuksia analysoitiin ja ehdotettiin ratkaisuja.
VR-peliohjelman malli luotiin edellä mainittujen materiaalin ja kerätyn tiedon perusteella.
Unity3D: tä käytettiin ohjelman kehittämiseen IT-henkilöstön avulla.
Lääkäreiden, terapeuttien ja useiden potilaiden pienimuotoisen testauksen jälkeen ohjelmaa kehitettiin palautteiden perusteella.
Vaihe 2: VR-peliohjelman tehokkuuden ja käytettävyyden arviointi
Aikavälillä 1. syyskuuta 2021 - 31. tammikuuta 2022, 24 potilasta, jotka täyttivät tutkimuskriteerit ja tarvitsivat vestibulaarista kuntoutusta ja, jotka otettiin Fudanin yliopiston Eye & ENT -sairaalan huimauskuntoutusklinikalle, valittiin mukaan satunnaistettuun kontrolloituun tutkimukseen satunnaislukutaulukon avulla. Osallistujat jaettiin satunnaisesti interventio-(n=12) ja kontrolliryhmiin (n=12). Koeryhmä käytti VR-peliohjelmaa vestibulaarisessa kuntoutuksessa, kun taas kontrolliryhmä osallistua perinteiseen vestibulaariseen kuntoutukseen. Tutkimuksessa tehtiin neljän viikon seuranta.
Kaikki potilaat arvioitiin käyttäen Dizziness Handicap Inventory (DHI) -mittaria ja VAS-pisteitä ilmoittautuessa ja neljä viikkoa intervention päättymisen jälkeen ja kuntoutuksen kokonaismäärä neljän viikon aikana kerättiin pelin vaikuttavuuden arvioimiseksi. Pelin käytettävyyttä arvioitiin kahden kyselylomakkeen System usability Questionnaire (PSSUQ) ja Igroup Presence Questionnaire (IPQ) ja puolistrukturoitujen haastattelujen avulla, joissa kerättiin potilaiden kokemuksia ja näkemyksiä VR-pelistä.
Tulokset
Vaihe 1: VR-peliohjelman kehittäminen ja arviointi vestibulaariseen kuntoutukseen osallistuville potilaille
Kirjallisuuteen ja kliinisiin ohjeisiin perustuen, VR-peliohjelmaan kehitettiin kolme erilaista harjoittelumoduulia: moduuli 1 (katseen vakauttaminen), moduuli 2 (totuttaminen) ja moduuli 3 (tasapaino ja kävely).
Asentohuimauspotilaille ja asiantuntijoille tehdyn kyselyn perusteella huomattiin, että jotkut potilaat tuntevat huimausta esimerkiksi kohdatessaan seuraavia näkymiä: suojatien ylitys, aaltoileva vesi, hämärä elokuvateatteri, autojen ja väkijoukkojen virrat, monimutkaiset kuviot laatoilla, samoin kuin meluisat ja kirkkaat ympäristöt. He voivat myös kokea huimausta seisoessa, kävellessä, maatessa, kaatuessa, tai näyttäessä ylös tai alas. Kliinisten asiantuntijoiden kyselyn palautteen mukaan esimerkiksi vestibulaariset refleksiharjoitukset, istuutuminen, ympäri käveleminen, tasapainoharjoitukset ja yhdellä jalalla seisominen ovat yleisesti käytettyjä kliinisiä harjoituksia kuntoutuksessa.
Seuraavaksi suoritettiin tarveanalyysi. Erilaisten vaatimusten vuoksi oli suunniteltava erilaisia pelimoduuleja, jotka vastaisivat erilaisia kuntoutustarpeisiin. Terapeutin näkökulmasta tulee olla erilaisia moduuleja, jotta harjoittelua voidaan suunnitella yksilökohtaisten tarpeiden mukaan. Käyttäjän kannalta pelin pitää olla helppokäyttöinen ja todentuntuinen. Vuorovaikutusvaatimusten suhteen, pelissä pitää pystyä käyttämään interaktiivisia esineitä virtuaalisessa kohtauksessa, saada tietoa ja pystyä vaeltamaan kohtauksen sisällä ja erilaisten kohtausten välillä.
VR-peliohjelman toiminnallinen suunnittelu sisälsi huimausta aiheuttavan toiminnallisuuden, mahdollisuuden valita harjoittelun intensiteetti ja tallennustoiminnon.
Sitten analysoitiin mahdolliset ongelmat. Toisaalta virtuaalisen ympäristön kohtauksen todenmukaisuus vaikuttaa potilaan kokemukseen, etenkin moduuli 1:ssä. Toisaalta iäkkäillä voi olla tiettyjä vaikeuksia kirjallisten kuvausten hyväksymisessä.
Edellä mainittujen tietojen perusteella tehtiin VR-peliohjelman kolmen suuremman moduulin ja 12 kohtauksen suunnitelmat.
Unity3D: tä käytettiin kohtausten rakentamiseen, ja pelin interaktiiviset toiminnot kehitettiin C#-koodauskielen avulla. Peli kehitettiin IT-henkilökunnan avulla.
VR-peliohjelman kehittämisen jälkeen lääkärit ja terapeutit arvioivat ensin VR-peliohjelman sovellettavuuden, turvallisuuden ja mahdolliset vaarat. Sitten lääkäreitä, terapeutteja ja kahta potilasta pyydettiin testaamaan peliä, ja palautteiden perusteella peliä kehitettiin edelleen.
Vaihe 2: VR-peliohjelman tehokkuuden ja käytettävyyden arviointi
1. VR-peliohjelman tehokkuuden arviointi
(1) Yhteensä 24 vestibulaarista kuntoutusta tarvitsevaa potilasta otettiin mukaan tutkimukseen, 12 interventioryhmään ja 12 kontrolliryhmään. Taustatiedoissa ja lähtötilanteen tiedoissa (DHI-pisteet, VAS-pisteet) ei ollut merkittävää eroa ryhmien välillä (P>0.05).
(2) Ensisijaisen tulosmuuttujan (DHI-pisteet) vertailu kahden ryhmän välillä
① Vertailu (paired comparison) neljän viikon intervention jälkeen kahden ryhmän välillä: Interventioryhmän potilaiden DHI-pisteissä (t = 6.797, P <0,05) oli tilastollisesti merkitsevä ero ennen 4 viikon interventiota ja sen jälkeen. Myös kontrolliryhmän potilaiden kokonais-DHI-pisteissä (t = 6, 644, P < 0, 05) oli tilastollisesti merkitsevä ero ennen 4 viikon interventiota ja sen jälkeen.
② DHI-pisteiden vertailu kahden ryhmän välillä 4 viikon intervention jälkeen: 4 viikon intervention jälkeen interventioryhmän potilaiden DHI-pisteet olivat 30,50 ± 12,54, kun taas kontrolliryhmän pisteet olivat 25,00 ± 14,91. Näiden kahden ryhmän välillä ei ollut tilastollista eroa (t=0,978, P>0,05).
③ DHI-pisteiden muutosten vertailu kahden ryhmän välillä: DHI-pistemuutos interventioryhmässä oli 27,50 ± 14,02 pistettä ja DHI-pistemuutos kontrolliryhmässä 27,00 ± 14,08 pistettä. Tilastollista merkitsevyyttä ei ollut (t=0,024, P>0,05).
(3) Toissijaisten tulosmuuttujan vertailu näiden kahden ryhmän välillä
① VAS-pisteiden vertailu kahden ryhmän välillä 4 viikon intervention jälkeen: viikon intervention jälkeen VAS-pisteet interventioryhmässä olivat 2,67 ± 1,37, mikä poikkesi merkittävästi ennen interventiota (5,50 ± 1,73 pistettä) (Z = -3.02, P<0,05); VAS-pisteet kontrolliryhmässä oli 2,67 ± 0,99, mikä poikkesi merkittävästi interventiota edeltävästä pistemäärästä 4,58 ± 0,90 (Z=-2,98, P <0,05).
② Kahden ryhmän VAS-pisteiden vertailu 4 viikon intervention jälkeen: viikon intervention jälkeen VAS-pisteet interventioryhmässä olivat 2,67 ± 1,37 pistettä ja kontrolliryhmän pistemäärä oli 2,67 ± 0,99 pistettä, näiden kahden välillä ei ollut tilastollista eroa (Z = -0,248, P> 0. 05).
③ VAS-pisteiden muutosten vertailu kahden ryhmän välillä: VAS-pistemäärän muutos interventioryhmässä oli 2,83 ± 1,90 pistettä ja VAS-pistemäärän muutos kontrolliryhmässä oli 1,92 ± 0,08 pistettä, näiden kahden välillä ei ollut tilastollista eroa (Z = -1.368, P>0,05).
④ Vestibulaarisen kuntoutuksen noudattamisen vertailu: interventioryhmän potilaiden noudattaminen oli 0,97 ± 0,03 ja kontrolliryhmän potilaiden noudattaminen oli 0,84 ± 0,08 pistettä, näiden kahden ryhmän välillä oli tilastollinen ero (Z = -3.588, P <0,05).
Nämä tulokset osoittivat, että VR-avusteisen vestibulaarisen kuntoutuksen teho oli verrattavissa perinteiseen vestibulaariseen kuntoutukseen, ja sitoutuvuus oli korkeampi, joten peliohjelma osoittautui tehokkaaksi.
2.VR-peliohjelman käytettävyyden arviointi
PSSUQ-pisteet heijastavat potilaiden tyytyväisyyttä VR-peliohjelman käytön jälkeen, ja asteikon kokonaiskeskiarvo oli 1,47. Tämän tutkimuksen kehittämä VR-peliohjelma on helppokäyttöinen, sillä on ystävällinen käyttöliittymä ja se on helppokäyttöinen.
IPQ-pisteet osoittavat potilaiden uppoutumisen VR-kohtauksiin, keskimääräinen pistemäärä oli 4,74. Tämän tutkimuksen VR-kohtaukset olivat hyvin suunniteltuja, potilailla oli korkea osallistumisen taso, kun he harjoittelivat VR-pelin avulla, se tuntui todelliselta.
Puolistrukturoitujen haastattelujen tulokset: VR-peli on yksinkertainen, asettelu on järkevä, ja ääni- ja symbolikehotteet voivat auttaa potilaita pelin käytössä.
Kaikki kolme tulosta tukivat VR:n peliohjelman käytettävyyttä.
Johtopäätökset
Kiinalaisten potilaiden erityisolosuhteet huomioon ottaen suunniteltiin VR-peliohjelma vestibulaariseen kuntoutukseen kiinalaisille potilaille, joilla on tasapainohäiriö, ja pelin tehokkuutta ja käytettävyyttä arvioitiin. Peliä voidaan hyödyntää kuntoutuksessa ja se parantaa potilaiden harjoitteluun sitoutumista. Peliä on myös kätevä ja helppo käyttää, ja se on hauska. Peliohjelma voi tarjota mahdollisuuksia yksilölliseen kuntoutukseen. Tässä VR-peliohjelmassa on potentiaalia ja sitä voitaisiin hyödyntää useammilla potilailla.
Overall purpose: Based on literature research, clinical guidelines, expert interviews and patient needs survey results, this research attempts to develop a VR game program that assists patients with vestibular dysfunction in vestibular rehabilitation, and explore the efficacy and the usability of this game program through a small sample pilot study. This research aims to provide more effective vestibular rehabilitation for Chinese patients with vestibular dysfunction.
Sub-purpose 1: To develop a VR game program that assists patients with vestibular rehabilitation.
Sub-purpose 2: To explore the efficacy and the usability of this VR game program for vestibular rehabilitation.
Methods
This research consists of two parts:
Part I: Design and development of a VR game program assisting patients with vestibular rehabilitation
Based on literature research and clinical guidelines, three rehabilitation training modules were formulated for the VR program of this research.
Then, user research was conducted on vertigo outpatients and clinical experts, collecting and supplementing the scenes and actions that easily lead to dizziness in patients, as well as the inducing factors of patients' dizziness, so as to further understand the content of vestibular rehabilitation training commonly used in clinical practice.
Next, demand analysis was conducted from three aspects: scene requirements, user experience requirements, and interaction requirements, and the specific functions of the VR game program were set. The difficulties that may be encountered in the research and development were analyzed, and solutions were proposed.
Based on all the materials and data, the design of the VR game program model was done.
Unity3D was used to complete program development with the help of IT staff.
After a small-scale trial by doctors, rehabilitation therapists and several patients, opinions and suggestions were collected, and the procedure was further optimized.
Part II: Application of the VR game program assisting patients with vestibular rehabilitation, evaluate its efficacy and usability
A randomized controlled study was conducted. From September 1, 2021 to January 31, 2022, 24 patients who met the research criteria and needed vestibular rehabilitation training and who were admitted to the vertigo rehabilitation clinic of the Eye & ENT Hospital, Fudan University were randomly selected using a random number table. They were randomly divided into an intervention group and a control group, with 12 patients in each group. The experimental group used the designed VR game program to assist in vestibular rehabilitation training, while the control group used traditional vestibular rehabilitation training. 4 weeks follow-up.
All patients were evaluated using the Dizziness Handicap Inventory (DHI) and VAS score at the time of enrollment and 4 weeks after the intervention, and the total number of patients' vestibular rehabilitation training within 4 weeks was collected to complete the product effectiveness evaluation. At the product usability evaluation stage, the researchers distributed Post-Study System usability Questionnaire (PSSUQ) and Igroup Presence Questionnaire (IPQ) to patients in the intervention group and conducted semi-structured interviews. The patient's VR experience and perceptions of the gaming procedure were gathered.
Results
Part I: Design and development of a VR game program assisting patients with vestibular rehabilitation
Based on literature research and clinical guidelines, the VR program in this research initially formulated three rehabilitation training modules: module 1 (gaze stability training), module 2 (habituation training), and module 3 (balance and gait training).
Through a survey of vertigo outpatients and clinical experts, it was found that some patients will feel dizzy or increasingly dizzy when facing scenes such as zebra crossing, rippled water, dim cinemas, streams of cars and crowds, intricate patterns on tiles in real life, as well as noisy and bright scenes. They may also experience dizziness or increase in dizziness when he stands, walks, lies down, rolls over, or looks up and down. According to the survey feedback from clinical experts, vestibulo-ocular reflex exercises, sitting-up, circular walk, balance exercises, standing on one leg, etc. are commonly used clinical exercises to guide patients in rehabilitation training.
Next, demand analysis was performed. In terms of scene requirements, for different vertigo patients, it was necessary to design different game modules and different rehabilitation training scenarios according to the specific causes of vertigo, so that rehabilitation therapists can formulate personalized rehabilitation training programs for patients. In terms of user experience requirements, the design needed to be easy to use and lifelike. In terms of interaction requirements, the program needed to be able to operate interactive objects in the virtual scene, have information prompts, roam within the scene, and switch scenes.
The functional design of VR game program included vertigo-inducing function, training intensity selection function, and recording function.
Then potential problems were analyzed. On the one hand, the reality of the scene in the virtual environment will affect the patient's experience, especially the habituation training module will affect the induction of vertigo. On the other hand, the elderly may have certain difficulties in the acceptance of written descriptions.
Based on the above information, the design of the three major modules and 12 scenes of the VR game program model was done.
Then Unity3D was used to build the scenes, the interactive functions of the system was developed using the C# scripting language. Program was developed with the help of IT staff.
After the VR game program was developed, doctors and rehabilitation therapists first evaluated the applicability, safety and potential dangers of the VR game program. Then doctors, rehabilitation therapists and 2 patients were asked to conduct a small-scale trial, put forward opinion and suggestions, and further optimization of the screen, layout and color was conducted.
Part II: Application of the VR game program assisting patients with vestibular rehabilitation, evaluate its efficacy and usability.
1.Evaluation of the efficacy of the VR game program
(1)This research included 24 eligible patients requiring vestibular rehabilitation, 12 in the experimental group and 12 in the control group. No cases were lost to follow-up. In general data and the baseline data (DHI score、VAS score) , there was no significant difference between the two groups (P>0.05).
(2) Comparison of the primary outcome (DHI score) between the two groups
①Paired comparison of DHI scores between the two groups after 4 weeks of intervention, result shows: There was a statistically significant difference in the total DHI score (t=6.797, P<0.05) of the patients in the experimental group before and after the 4-week intervention. Also there was a statistically significant difference in the total DHI score (t = 6.644, P < 0.05) of the patients in the control group before and after the 4-week intervention.
②Comparison of DHI scores between the two groups after 4 weeks of intervention, result shows: After 4 weeks of intervention, patients in the experimental group had a DHI score of 30.50±12.54, while those in the control group had a score of 25.00±14.91. There was no statistical difference between the two groups ( t=0.978, P>0.05).
③Comparison of changes in DHI scores between the two groups, result shows: The DHI score change in the experimental group was 27.50±14.02 points, and the DHI score change in the control group was 27.00±14.08 points. There was no statistical significance (t=0.024, P>0.05).
(3) Comparison of the secondary outcomes between the two groups
①Paired comparison of VAS scores between the two groups after 4 weeks of intervention, result shows: After 4 weeks of intervention, the VAS score in the experimental group was 2.67±1.37, which was significantly different from that before the intervention (5.50±1.73 points) (Z=-3.02, P＜ 0.05); the VAS score in the control group was 2.67±0.99, which was significantly different from the pre-intervention score of 4.58±0.90 (Z=-2.98, P<0.05).
②Comparison of VAS scores between the two groups after 4 weeks of intervention, result shows: After four weeks of intervention, the VAS score in the experimental group was 2.67±1.37 points, and the score in the control group was 2.67±0.99 points, there was no statistical difference between the two (Z=-0.248, P>0.05).
③Comparison of changes in VAS scores between the two groups, result shows: The change of VAS score in the experimental group was 2.83±1.90 points, and the change of VAS score in the control group was 1.92±0.08 points, there was no statistical difference between the two (Z=-1.368, P>0.05).
④Comparison of vestibular rehabilitation training compliance , result shows: The compliance of patients in the experimental group was 0.97±0.03, and the compliance of patients in the control group was 0.84±0.08 points, there was a statistical difference between the two groups (Z=-3.588, P<0.05).
These outcome measures showed that the efficacy of VR-assisted vestibular rehabilitation training was comparable to traditional vestibular rehabilitation, and the compliance was higher, so the game program was proved to be effective.
2.Evaluation of the usability of the VR game program
The PSSUQ score reflects the satisfaction of patients after using the VR game program, and the total average score of the scale was 1.47. The VR game program developed by this study is simple to operate, it has a friendly interface and is easy to use.
The IPQ score indicates the immersion of the patients after entering the VR scenes, the average score was 4.74. The VR scenes in this study were well designed, the patients had a high degree of participation when they experience VR game exercises, and had a high sense of presence and reality.
And the semi-structured interview was conducted. The design of this product is simple, the layout is reasonable, and the voice prompts and symbol prompts can help patients better understand how to use the game program.
All three results proved the usability of the VR game program.
Conclusions
Considering the specific conditions of Chinese patients, a VR game program for vestibular rehabilitation training for Chinese patients with vestibular dysfunction was designed, and its efficacy and usability were evaluated. The game program has a good rehabilitation capability, improves patients’ training compliance. The game program is also convenient to use, easy to operate, full of fun. The game program can provide individualized treatment plans. This VR game program is worthy of being promoted to benefit more patients.
Tämän tutkimuksen tarkoituksena on kehittää kirjallisuuteen, kliinisiin ohjeisiin, asiantuntijahaastatteluihin ja potilaskyselyyn pohjautuva VR-peliohjelma vestibulaariseen kuntoutukseen osallistuville potilaille, joilla on tasapaino-ongelmia ja tutkia tämän pelin tehokkuutta ja käytettävyyttä pienen pilottitutkimuksen avulla. Tämän tutkimuksen tavoitteena on tarjota tehokkaampaa vestibulaarista kuntoutusta kiinalaisille potilaille, joilla on tasapainoon liittyvä toimintahäiriö.
Osatavoite 1: kehittää VR-peliohjelma vestibulaariseen kuntoutukseen osallistuville potilaille;
Osatavoite 2: tutkia kehitetyn pelin tehokkuutta ja käytettävyyttä vestibulaarisessa kuntoutuksessa.
Metodit
Tutkimus koostuu kahdesta vaiheesta:
Vaihe 1: VR-peliohjelman kehittäminen ja arviointi vestibulaariseen kuntoutukseen osallistuville potilaille
Kirjallisuuteen ja kliinisiin ohjeisiin perustuen, kehitettiin kolme erilaista kuntoutusmoduulia VR-peliohjelmaa varten.
Seuraavaksi toteutettiin kysely potilaille, joilla on asentohuimausta (vertigo) sekä kliinisille asiantuntijoille, tarkoituksena kerätä tietoa erilaisista tilanteista, jotka aiheuttavat tai edesauttavat huimausta, jotta voidaan paremmin ymmärtää vestibulaarista kuntoutusta ja sen käytänteitä.
Seuraavaksi tehtiin tarveanalyysiä kolmesta eri näkökulmasta: kohtaukseen, käyttäjäkokemukseen ja vuorovaikutukseen liittyvät vaatimukset, sekä VR-peliohjelmaan liittyviä vaatimuksia määriteltiin. Tutkimuksessa ja kehityksessä mahdollisesti ilmenneitä vaikeuksia analysoitiin ja ehdotettiin ratkaisuja.
VR-peliohjelman malli luotiin edellä mainittujen materiaalin ja kerätyn tiedon perusteella.
Unity3D: tä käytettiin ohjelman kehittämiseen IT-henkilöstön avulla.
Lääkäreiden, terapeuttien ja useiden potilaiden pienimuotoisen testauksen jälkeen ohjelmaa kehitettiin palautteiden perusteella.
Vaihe 2: VR-peliohjelman tehokkuuden ja käytettävyyden arviointi
Aikavälillä 1. syyskuuta 2021 - 31. tammikuuta 2022, 24 potilasta, jotka täyttivät tutkimuskriteerit ja tarvitsivat vestibulaarista kuntoutusta ja, jotka otettiin Fudanin yliopiston Eye & ENT -sairaalan huimauskuntoutusklinikalle, valittiin mukaan satunnaistettuun kontrolloituun tutkimukseen satunnaislukutaulukon avulla. Osallistujat jaettiin satunnaisesti interventio-(n=12) ja kontrolliryhmiin (n=12). Koeryhmä käytti VR-peliohjelmaa vestibulaarisessa kuntoutuksessa, kun taas kontrolliryhmä osallistua perinteiseen vestibulaariseen kuntoutukseen. Tutkimuksessa tehtiin neljän viikon seuranta.
Kaikki potilaat arvioitiin käyttäen Dizziness Handicap Inventory (DHI) -mittaria ja VAS-pisteitä ilmoittautuessa ja neljä viikkoa intervention päättymisen jälkeen ja kuntoutuksen kokonaismäärä neljän viikon aikana kerättiin pelin vaikuttavuuden arvioimiseksi. Pelin käytettävyyttä arvioitiin kahden kyselylomakkeen System usability Questionnaire (PSSUQ) ja Igroup Presence Questionnaire (IPQ) ja puolistrukturoitujen haastattelujen avulla, joissa kerättiin potilaiden kokemuksia ja näkemyksiä VR-pelistä.
Tulokset
Vaihe 1: VR-peliohjelman kehittäminen ja arviointi vestibulaariseen kuntoutukseen osallistuville potilaille
Kirjallisuuteen ja kliinisiin ohjeisiin perustuen, VR-peliohjelmaan kehitettiin kolme erilaista harjoittelumoduulia: moduuli 1 (katseen vakauttaminen), moduuli 2 (totuttaminen) ja moduuli 3 (tasapaino ja kävely).
Asentohuimauspotilaille ja asiantuntijoille tehdyn kyselyn perusteella huomattiin, että jotkut potilaat tuntevat huimausta esimerkiksi kohdatessaan seuraavia näkymiä: suojatien ylitys, aaltoileva vesi, hämärä elokuvateatteri, autojen ja väkijoukkojen virrat, monimutkaiset kuviot laatoilla, samoin kuin meluisat ja kirkkaat ympäristöt. He voivat myös kokea huimausta seisoessa, kävellessä, maatessa, kaatuessa, tai näyttäessä ylös tai alas. Kliinisten asiantuntijoiden kyselyn palautteen mukaan esimerkiksi vestibulaariset refleksiharjoitukset, istuutuminen, ympäri käveleminen, tasapainoharjoitukset ja yhdellä jalalla seisominen ovat yleisesti käytettyjä kliinisiä harjoituksia kuntoutuksessa.
Seuraavaksi suoritettiin tarveanalyysi. Erilaisten vaatimusten vuoksi oli suunniteltava erilaisia pelimoduuleja, jotka vastaisivat erilaisia kuntoutustarpeisiin. Terapeutin näkökulmasta tulee olla erilaisia moduuleja, jotta harjoittelua voidaan suunnitella yksilökohtaisten tarpeiden mukaan. Käyttäjän kannalta pelin pitää olla helppokäyttöinen ja todentuntuinen. Vuorovaikutusvaatimusten suhteen, pelissä pitää pystyä käyttämään interaktiivisia esineitä virtuaalisessa kohtauksessa, saada tietoa ja pystyä vaeltamaan kohtauksen sisällä ja erilaisten kohtausten välillä.
VR-peliohjelman toiminnallinen suunnittelu sisälsi huimausta aiheuttavan toiminnallisuuden, mahdollisuuden valita harjoittelun intensiteetti ja tallennustoiminnon.
Sitten analysoitiin mahdolliset ongelmat. Toisaalta virtuaalisen ympäristön kohtauksen todenmukaisuus vaikuttaa potilaan kokemukseen, etenkin moduuli 1:ssä. Toisaalta iäkkäillä voi olla tiettyjä vaikeuksia kirjallisten kuvausten hyväksymisessä.
Edellä mainittujen tietojen perusteella tehtiin VR-peliohjelman kolmen suuremman moduulin ja 12 kohtauksen suunnitelmat.
Unity3D: tä käytettiin kohtausten rakentamiseen, ja pelin interaktiiviset toiminnot kehitettiin C#-koodauskielen avulla. Peli kehitettiin IT-henkilökunnan avulla.
VR-peliohjelman kehittämisen jälkeen lääkärit ja terapeutit arvioivat ensin VR-peliohjelman sovellettavuuden, turvallisuuden ja mahdolliset vaarat. Sitten lääkäreitä, terapeutteja ja kahta potilasta pyydettiin testaamaan peliä, ja palautteiden perusteella peliä kehitettiin edelleen.
Vaihe 2: VR-peliohjelman tehokkuuden ja käytettävyyden arviointi
1. VR-peliohjelman tehokkuuden arviointi
(1) Yhteensä 24 vestibulaarista kuntoutusta tarvitsevaa potilasta otettiin mukaan tutkimukseen, 12 interventioryhmään ja 12 kontrolliryhmään. Taustatiedoissa ja lähtötilanteen tiedoissa (DHI-pisteet, VAS-pisteet) ei ollut merkittävää eroa ryhmien välillä (P>0.05).
(2) Ensisijaisen tulosmuuttujan (DHI-pisteet) vertailu kahden ryhmän välillä
① Vertailu (paired comparison) neljän viikon intervention jälkeen kahden ryhmän välillä: Interventioryhmän potilaiden DHI-pisteissä (t = 6.797, P <0,05) oli tilastollisesti merkitsevä ero ennen 4 viikon interventiota ja sen jälkeen. Myös kontrolliryhmän potilaiden kokonais-DHI-pisteissä (t = 6, 644, P < 0, 05) oli tilastollisesti merkitsevä ero ennen 4 viikon interventiota ja sen jälkeen.
② DHI-pisteiden vertailu kahden ryhmän välillä 4 viikon intervention jälkeen: 4 viikon intervention jälkeen interventioryhmän potilaiden DHI-pisteet olivat 30,50 ± 12,54, kun taas kontrolliryhmän pisteet olivat 25,00 ± 14,91. Näiden kahden ryhmän välillä ei ollut tilastollista eroa (t=0,978, P>0,05).
③ DHI-pisteiden muutosten vertailu kahden ryhmän välillä: DHI-pistemuutos interventioryhmässä oli 27,50 ± 14,02 pistettä ja DHI-pistemuutos kontrolliryhmässä 27,00 ± 14,08 pistettä. Tilastollista merkitsevyyttä ei ollut (t=0,024, P>0,05).
(3) Toissijaisten tulosmuuttujan vertailu näiden kahden ryhmän välillä
① VAS-pisteiden vertailu kahden ryhmän välillä 4 viikon intervention jälkeen: viikon intervention jälkeen VAS-pisteet interventioryhmässä olivat 2,67 ± 1,37, mikä poikkesi merkittävästi ennen interventiota (5,50 ± 1,73 pistettä) (Z = -3.02, P<0,05); VAS-pisteet kontrolliryhmässä oli 2,67 ± 0,99, mikä poikkesi merkittävästi interventiota edeltävästä pistemäärästä 4,58 ± 0,90 (Z=-2,98, P <0,05).
② Kahden ryhmän VAS-pisteiden vertailu 4 viikon intervention jälkeen: viikon intervention jälkeen VAS-pisteet interventioryhmässä olivat 2,67 ± 1,37 pistettä ja kontrolliryhmän pistemäärä oli 2,67 ± 0,99 pistettä, näiden kahden välillä ei ollut tilastollista eroa (Z = -0,248, P> 0. 05).
③ VAS-pisteiden muutosten vertailu kahden ryhmän välillä: VAS-pistemäärän muutos interventioryhmässä oli 2,83 ± 1,90 pistettä ja VAS-pistemäärän muutos kontrolliryhmässä oli 1,92 ± 0,08 pistettä, näiden kahden välillä ei ollut tilastollista eroa (Z = -1.368, P>0,05).
④ Vestibulaarisen kuntoutuksen noudattamisen vertailu: interventioryhmän potilaiden noudattaminen oli 0,97 ± 0,03 ja kontrolliryhmän potilaiden noudattaminen oli 0,84 ± 0,08 pistettä, näiden kahden ryhmän välillä oli tilastollinen ero (Z = -3.588, P <0,05).
Nämä tulokset osoittivat, että VR-avusteisen vestibulaarisen kuntoutuksen teho oli verrattavissa perinteiseen vestibulaariseen kuntoutukseen, ja sitoutuvuus oli korkeampi, joten peliohjelma osoittautui tehokkaaksi.
2.VR-peliohjelman käytettävyyden arviointi
PSSUQ-pisteet heijastavat potilaiden tyytyväisyyttä VR-peliohjelman käytön jälkeen, ja asteikon kokonaiskeskiarvo oli 1,47. Tämän tutkimuksen kehittämä VR-peliohjelma on helppokäyttöinen, sillä on ystävällinen käyttöliittymä ja se on helppokäyttöinen.
IPQ-pisteet osoittavat potilaiden uppoutumisen VR-kohtauksiin, keskimääräinen pistemäärä oli 4,74. Tämän tutkimuksen VR-kohtaukset olivat hyvin suunniteltuja, potilailla oli korkea osallistumisen taso, kun he harjoittelivat VR-pelin avulla, se tuntui todelliselta.
Puolistrukturoitujen haastattelujen tulokset: VR-peli on yksinkertainen, asettelu on järkevä, ja ääni- ja symbolikehotteet voivat auttaa potilaita pelin käytössä.
Kaikki kolme tulosta tukivat VR:n peliohjelman käytettävyyttä.
Johtopäätökset
Kiinalaisten potilaiden erityisolosuhteet huomioon ottaen suunniteltiin VR-peliohjelma vestibulaariseen kuntoutukseen kiinalaisille potilaille, joilla on tasapainohäiriö, ja pelin tehokkuutta ja käytettävyyttä arvioitiin. Peliä voidaan hyödyntää kuntoutuksessa ja se parantaa potilaiden harjoitteluun sitoutumista. Peliä on myös kätevä ja helppo käyttää, ja se on hauska. Peliohjelma voi tarjota mahdollisuuksia yksilölliseen kuntoutukseen. Tässä VR-peliohjelmassa on potentiaalia ja sitä voitaisiin hyödyntää useammilla potilailla.