Motivation for gait training and change in gait symmetry with a VR-gait training game for stroke patients.

Abstract

Introduksjon: I løpet av de siste årene det vært en stor økning i bruk av virtuell virkelighet (VR) i slagrehabilitering, mye grunnet antatt økt motivasjon og etterlevelse av treningen. Men få studier har malt motivasjon på en standardisert måte. Videre mangler det kunnskap om gangspesifikke treningsoppgaver.

Problemstilling: Undersøke hvordan ulike spilloppgaver i et gangtreningsspill i VR-headset påvirker motivasjon og gangsymmetri hos slagpasienter, og den potensielle korrelasjonen mellom motivasjon og endring i symmetri.

Metode: Ti slagpasienter spilte én gangtreningsøkt med et VR-gangtreningsspill. Spillet bestod av tre ulike gangtreningsoppgaver: Treffe Fliser, Unngå Lister og en Kognitiv Motor oppgave. Deltakerne spilte spillet ved at de gikk på en tredemølle samtidig som de hadde på et VR-headset og en sikkerhetssele. Deltakerne brukte bevegelse av føttene sine for å kontrollere spillet, som ble målt ved bruk av reflekterende markører og et infrarødt 3D-kamera system. The Intrinsic Motivation Inventory (IM) og symmetri ratio ble brukt for å evaluere motivasjon og steg lengde symmetri.

Resultater: Høye motivasjonsscorer ble rapportert på alle tre spilloppgaver. Kun på Perceived Competence subskalaen scoret deltakerne noe lavere på den Kognitive Motoriske oppgaven. Resultatet på steglengde symmetri viste at symmetri ratio ikke endret seg signifikant når deltakerne gikk med VR-headset sammenlignet med når de gikk uten. På de tre spilloppgavene var symmetri ratio nærmere 1, med små, ikke-signifikante forskjeller fra utgangssymmetri. Symmetri ratio på Unngå Lister-oppgaven var nærmere signifikant enn på Treffe Lister- og den Kognitive Motoriske-oppgaven. Resultatet på korrelasjon mellom motivasjon og endring i symmetri viste ingen klare mønstre.

Diskusjon og konklusjon: De høye motivasjonsscorene på alle spilloppgaver er et oppløftende resultat som oppmuntrer for videre forskning og implementering av denne typen VR-spill i slagrehabilitering. Men intervensjoner med lengre varighet er nødvendig for å undersøke de langvarige effektene på motivasjon. Videre ser spillet ut til å kunne forbedre steglengde symmetri, men lengre spill-varighet er nødvendig for å finne signifikante forbedringer i symmetri og mulige forskjeller mellom spilloppgavene. På grunn av lite variasjon i motivasjon på tvers av spilloppgaver og små endringer i symmetri er det vanskelig å dra konklusjoner rundt relasjonen mellom dem. Fremtidig forskning burde utvikle en bedre metode for å måle motivasjon, ha lengre varighet på intervensjonen og sikre minimalt med tekniske problemer for å undersøke hvordan ulike spilloppgaver påvirker motivasjon og steg lengde symmetri og den potensielle korrelasjonen mellom disse. Med denne kunnskapen vil et klinisk studie designet for å evaluere effekten av en slikt VR-system på gangrelaterte funksjoner innen være rekkevidde.

Introduction: The use of virtual reality (VR) in stroke rehabilitation has increased in recent years, likely due to an assumed relationship with increased motivation and adherence. However, few VR-intervention studies have measured motivation in a standardized way. Furthermore, little is known about different gait specific training tasks.

Aim: Examine how different gaming tasks in a fully immersive VR-gait training game affect motivation and gait symmetry in stroke patients, and the correlation between motivation and change in symmetry.

Methods: Ten stroke patients played a single gait training session with a fully immersive VR-game. The game consisted of three different gait specific training tasks: Hit Tiles, Avoid Strips and a Cognitive Motor task. The game was played by walking on a treadmill, wearing a VR-headset and a safety harness, and used the participants foot movement to control the game, recorded using reflective markers and an infrared 3D-camera system. The Intrinsic Motivation Inventory (IM) and symmetry ratio was used to assess motivation and step length symmetry.

Results: Generally, high motivation scores were reported on all three tasks. Only on the Perceived competence subscale, participants scored slightly lower on the Cognitive Motor task. The results on step length symmetry showed that symmetry ratio was not significantly different with the VR-headset compared to walking without it. In the three gaming tasks, the symmetry ratio was slightly closer to 1 across all three tasks, but not significantly differences from the baseline symmetry. The symmetry ratio for the Avoid Strips task was closer to the significance level than the Hit Tiles task and Cognitive Motor task. The results on the correlation between motivation and change in symmetry showed no clear pattern.

Discussion and conclusion: The high motivation scores across tasks is a promising result, encouraging more research and implementation of this type of VR-game in stroke rehabilitation. Longer intervention duration is needed to see whether the high motivation scores will sustain. Furthermore, the game seemed to have the potential to improve step length symmetry, but a longer time frame is needed for significant improvements in symmetry and to detect possible differences between tasks. Due to small differences in motivation across tasks and small changes in symmetry, conclusions on the potential relation between the two were difficult to draw. Future research should develop a better measure for motivation, use longer intervention duration and secure minimal technical difficulties to examine how different gaming tasks affect motivation and step length symmetry in stroke patients and the potential correlation between the two. With this knowledge, a clinical trial designed to evaluate the effect of the VR-system on gait-related functions would come within reach.