运动康复中的 IVR (IVR_MOT)

背景技术运动损伤是运动表现和维持健康生活方式的重要障碍，这意味着持续和规律的身体活动。 在意大利，每年有 2000 万从事体育运动的人中有大约 30 万人进入急诊室。

就竞技体育而言，密集的赛程、快节奏的节奏以及运动员所承受的越来越大的压力，决定了运动员受伤的频率越来越高。 受伤会导致一段时间内无法参加比赛，并影响运动员的身心平衡。 由于这些原因，运动损伤具有显着的直接和间接成本，物理治疗旨在恢复运动功能以保证最快和最安全地恢复运动。

任何形式的运动康复，无论是在中枢神经系统受损的情况下还是与外周问题相关的情况下（如大多数运动损伤），都是基于可塑性和补偿的概念。 换句话说，恢复的可能性意味着系统可以自我重组。 实际上，目前形式的康复科学试图直接促进受损（运动）系统的主动和重复锻炼。 这种逻辑，即主要基于动作执行的过程，有一个主要的内在限制，对治疗构成障碍：它直接与运动功能一起工作，然而，运动功能受到损害，甚至在严重程度上受到损害。 然而，最近有人提出，可以通过简单地观察自己的身体执行动作来激活电机系统，而无需任何实际的动作执行。 与此相一致，并利用沉浸式虚拟现实 (IVR) 提供的多感官特性以及临场感和具身感，已经表明可以创造一种虚幻的体验，即移动的虚拟身体（化身）暂时成为了自己的移动体（所谓具身。 此外，这种体验以一种类似于从一个人自己的实际运动中激活的方式激活了运动系统。 因此，在这种情况下，具身虚拟身体的（虚幻）运动被整合到参与者的运动系统中。

基于这些理论考虑，本项目建议使用 IVR 来测试康复方法可能发生的重大变化，该方法将绕过/限制（不足）运动执行的问题。 主要假设是，简单观察移动的虚拟身体，将其视为自己的身体，将允许访问运动系统以促进功能恢复。 换句话说，目的是通过（完整的）体感系统而不是通过（损坏的）运动系统来访问运动功能。 此外，这种程序提供了远程执行至少一部分治疗的可能性。

目标

目前的运动康复研究项目有以下目标：

1. 验证沉浸式虚拟现实 (IVR) 中用于恢复下肢外周损伤后运动功能的康复方案。 该协议将基于对行动的观察而不是它们的执行。 这个想法背后的基本原理是，通过观察一个人进行体育锻炼的“自己的”虚拟身体来间接激活运动系统，将招募与参与真实运动控制和动作执行的神经认知机制相同的神经认知机制。 这将通过显着增强身体康复来改善运动恢复。
2. 开发一种标准协议，将基于 IVR 的神经科学方法与运动康复标准相结合，并创建一种新方法来补充经典康复并可以在家中远程执行。

样本参与者将在 HastaFisio 和 Centro di Medicina Preventiva e dello Sport dell'Università degli Studi di Torino 理疗中心招募；样本将由在膝盖肌肉骨骼损伤后经历过膝关节扭伤和/或膝关节韧带和/或半月板手术的成年人（年龄范围 18-65 岁）组成。 样本大小是根据混合效应 3x3 方差分析的先验功效分析估计的，其中时间（前、中和后）作为受试者内因素，组（实验、主动控制、无 VR）作为受试者间因素。 要达到 0.80 的功效和中等效果大小 (f = 0.25) 和 alpha 水平设置为 0.05，所需的样本大小为 36（每组 12 名参与者）。 该研究将招募 45 名参与者（每组 15 名）以解决可能的退出问题。

方法 第一次实验将在膝关节手术后两周内进行，IVR 训练干预将持续六周，与标准身体康复的第一阶段同时进行。 IVR 训练协议意味着以第一人称视角（实验组）或第三人称视角（主动控制组）观察虚拟化身；另一个对照组（无 IVR 训练）将只接受标准的体能训练。 在虚拟场景中，化身将进行一系列康复训练（详见下文）。 在干预之前 (T0)、中间 (T1) 和干预之后 (T2)，神经肌肉功能将通过一系列标准临床测试进行评估（详见下文）。 此外，为了评估 IVR 程序的有效性，将在同一时间点通过临时问卷调查实施例。

措施：

T0、T1 和 T2 将收集以下一组测试：

1. IVR 培训课程之前：

   • IKDC量表（国际膝关节文献委员会主观膝关节评估表）；
   • 用GyKo（惯性测量工具）测量的关节位置感；
   • 使用 GyKo（惯性测量工具）测量的膝关节伸展运动范围；
   • 通过手持式测力计测量的膝伸肌的最大力量；
   • 最大收缩后疼痛的视觉模拟量表 (VAS)。

2. 在 IVR 培训课程期间：

   - 练习完成后的实施问卷。

3. IVR 培训课程结束后：

   • 主观熟悉 IVR 培训中的每项练习；
   • 关于 IVR 会话的一般主观反馈。 请注意，将记录双腿的临床生理指标（关节位置感、膝关节伸展、膝关节伸肌的最大力量）。

训练：

所有参与者组将遵循每周两次的标准体能训练方案，其中包括力量、平衡和灵活性练习。 此外，实验组和主动控制组将参加与体育训练同一天进行的 IVR 训练，始终先于体育训练。 IVR 培训将通过头戴式显示器进行管理，该显示器可以呈现具有 360° 视野的沉浸式 3D 环境。 虚拟场景将包含一个带有一些标准设备的健身房和一个与参与者性别匹配的自然大小的虚拟化身。 虚拟形象要么从第一人称视角（即虚拟形象取代了真实身体；实验组），要么从第三人称视角（即从侧面观察另一个人；主动）控制组）。 在最初的熟悉和沉浸阶段之后，化身将进行一系列练习（坐姿膝关节伸展、下蹲、前弓箭步、台阶上下、分腿蹲、Y 平衡测试的前伸），3 个循环，8 个重复每项练习，模仿现实生活中的身体康复课程。 化身将在受伤的腿侧进行练习（在练习是单腿的情况下）。

分析：

在上述测试和问卷中获得的数据将在三组（实验、主动控制和无 IVR 培训）之间以及在三个时间点（T0、T1、T2）内使用 3x3 混合效应方差分析与时间进行比较作为主体内因素和组作为主体间因素。 假设是实验组将比主动控制组和无 IVR 训练组在受伤肢体的功能表现方面表现出更大的改善。

该项目的意义 从理论的角度来看，该项目将是第一个提供证据的证据，证明神经认知机制在周围损伤的运动康复中对自己身体的有意识表征的基础作用。 事实上，目前只有少数研究表明，简单地将身体表示为自己的身体（无需执行任何动作）会影响运动系统。 只有一项研究检查了这是否会对运动功能产生积极影响；然而，这些结果是在脑部病变患者中收集的，而不是在外周病变患者中收集的。 由于这些原因，该项目提供了一种新的康复方法，该方法基于现有理论知识充分支持但仍未通过实验探索的假设。 证明自己身体在运动的错觉可以促进参与运动计划和执行（例如，运动康复练习的计划和执行）的大脑区域的激活，因此，改善缺陷的运动功能，将是一项新的科学发现. 此外，证明运动系统可以通过虚拟身体的特性通过与身体相关的信号受到影响，即使在外周损伤的情况下，在更广泛的运动康复背景下创造了新的机会。

就对康复科学的影响而言，项目成果的影响将出现在多个层面，因为它提出了对运动康复方法的彻底改变。 运动损伤导致的运动功能丧失是一种使人衰弱的事件，会带来一连串的负面后果。 最先进的康复包括基于运动执行的标准方案，并且必须在配备适当的结构（康复中心的健身房）中进行。 首先，IVR 训练不需要任何身体运动执行，因此可以作为标准康复方案的宝贵补充，甚至可以取代一些身体康复课程。 其次，IVR 培训可以由患者远程自主进行，这对于任何类型的干预来说都是一个重要优势，特别是考虑到全球大流行的现状。 这两个要素可能会大大减少在伤病恢复中投入的累积时间和精力。 第三，这种方法本质上是高度灵活的，可以根据具体需要辅以其他技术和运动行为测量（例如，运动运动学、脑电活动、自主神经系统活动测量等）和复杂程度。