Cvičební program založený na počítačových hrách zaměřený na manuální zručnost pro lidi s poraněním míchy nebo mrtvicí.

Pozadí Mnoho dospělých s neuromuskulárním postižením postihujícím horní končetinu (UE) má deficity jemné motoriky [1–3]. Manuální zručnost zahrnující manipulaci a manipulaci s předměty je nezbytná pro mnoho každodenních činností a společenský život. Tyto činnosti vyžadují manipulaci s předměty s širokou škálou fyzikálních vlastností a funkčních nároků, které často vyžadují vysokou míru přesnosti.

Omezující pohybová terapie (CIMT [4-6]. jsou slibné rehabilitační programy pro obnovu funkce ruky a paže. Tyto léčebné přístupy zdůrazňují, že funkční zotavení odráží učení dosažené generováním skutečných zkušeností, aplikací soustředěné pozornosti, simulací téměř normálních pohybů a opakováním. pacientů, rostoucí požadavky na rehabilitační služby ze strany stárnoucí populace, jakož i finanční tlaky A tlak na dojezdovou vzdálenost. K překonání těchto problémů potřebujeme proveditelné a nákladově efektivní metody pro zvýšení dostupnosti. V ideálním případě by měly být účinné terapeutické programy dostupné v komunitních centrech a nakonec v domovech pacientů.

Kromě zvýšení dostupnosti je potřeba zlepšit dodržování cvičebních režimů. Nově se objevujícím přístupem k zapojení klientů do terapie je začlenění počítačových her [7-8].

Činnosti v počítačových hrách mohou poskytnout behaviorální, ekologicky platné a adaptivní prostředí. Kromě toho mohou poskytnout okamžitou zpětnou vazbu a také elektronické záznamy pro posouzení a pomoc při postupu zásahů. Při rehabilitaci horních končetin bylo použito několik herních systémů. Patří mezi ně komerční zábavní herní systémy jako Wii [9], Kinect [10], pohybový senzor Leaps [11] a rukavice vybavené senzory [12]. Tyto herní systémy dokážou detekovat pohyby segmentů paží nebo prstů – a v reálném čase – pohybové signály se používají k ovládání polohy a pohybu virtuálních avatarů/objektů nebo k ovládání herního pádla pro hru. Tyto systémy jsou však omezené, protože se nezaměřují na manipulaci a manipulaci s objekty. Proto není uvažováno o senzorickém zpracování kožních hmatových senzorických informací potřebných k udržení stability objektu během pohybu a k detekci a minimalizaci sklouznutí pohybujícího se objektu [13, 14]. Je klíčové vytvářet zážitky, které zlepšují schopnost mozku učit se, a pro manuální zručnost je toho nejlépe dosaženo prováděním přesných úkolů manipulace s předměty prostřednictvím řízeného a asistovaného opakování [15].

Na základě výše uvedených úvah byla vyvinuta nízkonákladová rehabilitační platforma založená na počítačových hrách, která kombinuje jemnou manipulaci a hrubá pohybová cvičení se „zábavnými“ aktivitami počítačové videohry vhodnými pro malé děti a dospělé se získaným poraněním mozku a míchy [16-19). Funkce prstu byla zaměřena na rozšíření užitku za hranice hrubého dosahu nebo transportních pohybů, protože schopnost provádět manuální zručnost rukou je velmi nedílnou součástí každodenního života.

V této herní aplikaci [20, 21] je začleněno několik principů motorického učení [20, 21], které zahrnují cílený, úkolově specifický trénink manipulace s předměty a manipulace s nimi, rychlost-přesnost, multisenzorická stimulace a implicitní zpětná vazba a znalost výkonu.

Zařízení pro cvičení manipulandum (EMD) Většina herních systémů pro rehabilitační cvičení je pasivní systém a nemůže poskytnout pomoc při pohybu pacientům s omezeným rozsahem pohybu nebo špatnou kontrolou pohybu) s přesností rychlosti. Proto jsme vyvinuli a pilotně otestovali přenosné, nízkonákladové „Rehabilitační manipulační zařízení“ (EMD). EMD obsahuje integrovaný ovladač a motor pro vytváření sil, které mohou napomáhat dobrovolným pohybům požadovaným během herních cvičení. Proto může vyhovět pacientům s omezenou kontrolou pohybu a těm, kteří mají omezený aktivní rozsah pohybu.

EMD se skládá z kompaktního, jednodílného 3D tištěného šasi, ve kterém je umístěna deska rozhraní, pohon, hnací ústrojí a otočný hnací hřídel. Byly vyrobeny různé 3D tištěné „terapeutické“ rukojeti různých tvarů a velikostí, které se nacvaknou na rotační hnací hřídel EMD. Jsou navrženy tak, aby procvičovaly širokou škálu dovedností manuální zručnosti zahrnující (a) palec/prst, (b) zápěstí (extenze-flexe), (c) ulnárně-radiální deviace zápěstí, (d) pronace-supinace a (e) funkce lokte/ramena. Optický kodér zaznamenává rotaci hřídele. Otáčení hřídele EMD (tj. příslušné pohyby rukojeti) přesně řídí pohyb počítačového kurzoru nebo herního skřítka jakékoli počítačové hry s jednou osou. V tomto ohledu bude absolutní úhel natočení hřídele (signál optického kodéru) mapován na souřadnice pixelů na displeji. K propojení EMD s počítačem a hrami se používá mikroprocesor Arduino Leonardo. Je naprogramován tak, aby četl optický kodér a produkoval ovládání kurzoru (plná emulace myši). Arduino Leonardo IDE je schopno fungovat jako myš prostřednictvím vestavěných knihoven. Konfigurovatelné jsou následující parametry ovládání myši: (a) orientace hraní hry horizontální vs. vertikální pohyb myši, (b) pracovní rozsah, možnost výběru libovolného rozsahu úhlu otáčení a mapování do polohy myši na celé obrazovce, tj. bude možné vybrat jakýkoli aktivní rozsah pohybu pro cvičení (např. od neutrálního zápěstí do 10, 20 nebo 30 stupňů extenze v závislosti na potřebách pacienta) a (c) citlivost myši pro úpravu amplitudy pohybu potřebné k pohybu myši v celém rozsahu zobrazení.

Elektromagnetický pohon je schopen několika schémat zpětné vazby pomocné síly. Jeden zahrnuje jednoduchý režim jednosměrného silového pole, v tomto případě konstantní síla působí na výstupní hřídel v jednom směru. (Velikost a směr lze konfigurovat). U mnoha pacientů je funkce prstů a zápěstí více narušena v jednom směru pohybu, například omezená extenze prstů a zápěstí. Tedy neschopnost umístit a otevřít ruku, aby bylo možné uchopit předměty různých průměrů. Tito pacienti by měli prospěch z pohybové asistence poskytované konstantní silou. Opačný směr pohybu (např. flexe) by obdržela odporovou sílu. Druhým schématem je pokročilejší schéma inteligentního asistenčního ovládání s uzavřenou smyčkou, které vyžaduje komunikaci v reálném čase mezi rozhraním EMD Arduino a účelovou hrou RTP [16, 17]. To je vyžadováno pro určení směru a velikosti síly potřebné k otáčení rukojetí a napomáhání uživateli při pohybu herní pádly, aby úspěšně interagoval s náhodnou prezentací cílových objektů hry. Tento kontextově závislý asistenční režim může zesílit i omezené a malé dobrovolné pohyby těžce postižených a zároveň umožňuje progresi cvičení se zvýšenými požadavky na pohyb. Dokonce i v případech, kdy je rozsah pohybů nepatrný, umožní škálování a filtrování ovladače s uzavřenou smyčkou převod do větších pohybů lépe a co je důležité i pro osoby se zdravotním postižením, které by jinak tento typ systému nemusely využívat. .

EMD funguje jako citlivá USB počítačová myš typu plug and play, což umožňuje používat a užívat si běžné a moderní počítačové hry jako součást přizpůsobeného cvičebního programu. Zařazení herního prvku má pacientům poskytnout extra motivaci ve formě výzvy a příjemnějšího prostředku k povzbuzení k únavným, opakujícím se pohybům, které jsou často součástí rehabilitačního procesu. Specifickou terapeutickou hodnotu lze odvodit jak z typů úkolů manipulace s předměty, tak z výběru počítačové hry. Různé komerční hry vyžadují různé úrovně amplitudy pohybu, rychlosti, přesnosti a opakování a nabízejí dostatečnou rozmanitost, aby oslovily širokou škálu individuálních preferencí. Pravidelná aktualizace a postupování ve hrách a úrovních obtížnosti, aby udržel výzvu a poskytlo nové zkušenosti, usnadní psychologickou zpětnou vazbu potřebnou k udržení zájmu a účasti. Mnoho komerčně dostupných her také zahrnuje multitasking. Úkoly tedy zahrnují také klíčové schopnosti pozornosti, vnímání a kognitivních schopností. V příloze 1 je uveden seznam a popis běžných počítačových her, které byly důkladně testovány s EMD několika pacienty (dětmi s dětskou mozkovou obrnou a dospělými pacienty s poraněním míchy a mozkovou příhodou).

Cíl: Provést průzkumnou randomizovanou klinickou studii (RCT) se zabudovanou kvalitativní analýzou; a) zhodnotit implementaci, použitelnost a přijatelnost systému GAMING pro rehabilitaci manuální zručnosti míšních a cévních klientů, kteří navštěvují First Step Wellness centrum pro kardio fitness a silový trénink, b) poskytnout odhad účinnosti a velikosti efektu 10týdenní zásah pomocí GAMING systému. To poskytne informace potřebné k řízení budoucího RCT v plném rozsahu.

Klinické hodnocení bude probíhat ve dvou „sesterských“ „centrech 1. Wellness centrum First Step ve Winnipegu Shane Hartje, výkonný ředitel, shane@fswcwpg.ca 2, Wellness centrum First Step v Regině, výkonný ředitel Owen Carlson., info@fswcregina.ca Viz přiložené dopisy o spolupráci od Shane Hartje a Owena Carlsona. Tato dvě centra budou vybavena EMD a 30 snadno dostupnými počítačovými videohrami. EMD bude obsahovat několik vyměnitelných 3D tištěných rukojetí pro provádění široké škály funkcí, včetně pohybů palce a zápěstí, stejně jako pohyby paží, které zahrnují kombinaci pohybů loktů a ramen.

Anuprita Kanitkar, členka Post Doc pro tento projekt, bude provádět a koordinovat průzkumné RCT u klientů s poraněním míchy a pacientů s mrtvicí navštěvujících First Step Wellness Center ve Winnipegu a bude totéž koordinovat v Saskatchewanu (15 klientů na každém místě).

Každý účastník obdrží dvě jednohodinové cvičení pod dohledem každý týden po dobu 10 týdnů. Experimentální skupina (XG) obdrží; a) experimentální herní intervence po dobu 30 minut a b) jejich obvyklý rozsah pohybu horních končetin a silový a cvičební program po dobu 30 minut. Aktivní kontrolní skupina (CG) bude po celou hodinovou relaci absolvovat svá obvyklá cvičení v oblasti pohybu horních končetin.

Očekáváme, že nábor 32 klientů s poraněním míchy a 32 klientů po mozkové příhodě bude trvat 18 měsíců (tj. 16 na každém místě.

Kromě toho bychom účastníkům skupiny CG nabídli herní cvičební program, jakmile dokončí svou 10týdenní intervenci.

Kritéria pro zařazení budou zahrnovat:

1. Věk 20-70, roč
2. šest měsíců po cévní mozkové příhodě nebo SCI Méně než dvě slyšení po cévní mozkové příhodě
3. Aktivně prodloužit alespoň deset stupňů v metakarpofalangeálních a interfalangeálních kloubech, rozšířit deset stupňů v zápěstí a měl alespoň 30 stupňů aktivní flexe-extenze lokte a ramene.
4. Adekvátní vidění, abyste viděli požadované obrázky na standardním počítačovém monitoru. E) Schopnost poskytnout informovaný souhlas

Kritéria vyloučení budou zahrnovat:

1. nadměrná spasticita (3. a vyšší stupeň na Ashworthově stupnici) (11),
2. jakékoli významné kognitivní poškození (skóre Montrealského kognitivního hodnocení méně než 25) (12)
3. Jakákoli jiná neurologická porucha s výjimkou jediné mozkové příhody před testováním.

Počáteční cvičební protokol pro každého účastníka bude stanoven na základě individuálních cílů, úrovně postižení a funkčního stavu. Typické sezení bude zahrnovat; 4-5 vybraných úloh manipulace s předměty, 4-5 různých EMD úchytů a několik počítačových her. Tyto úlohy představují širokou škálu fyzikálních vlastností vyžadujících různé způsoby manipulace a funkční nároky.

Každá kombinace EMD rukojeť-hra bude procvičována v 2-3 minutových intervalech a opakována 2-3krát. Účastníci budou instruováni, jak provádět různé úkoly požadovanými pohyby rukou a paží a nenahrazovat je souvisejícími pohyby. Počítačové hry budou vybírány na základě následujících vlastností hry: a) amplituda pohybu potřebná k pohybu herní páčky, b) rychlost hry a c) požadavek na přesnost hry. Mnoho levných počítačových her v arkádovém stylu je snadno dostupných online a lze je stáhnout z webových stránek, jako je bigfishgames.com (Seznam počítačových her použitých v této studii naleznete v příloze 5).

Následující funkce EMD a úkoly manipulace s předměty a typy počítačových her budou aktualizovány tak, jak je tolerováno, aby se zvýšila náročnost a pokrok ve cvičebním programu. Pro zvýšení fyzické náročnosti úkolů byly použity předměty s různou velikostí, tvarovou hmotností a povrchovým třením. Rychlost hry a poté přesnost pohybu (velikost cílových objektů a herní pádlo) byla zvýšena (tj. Vztah rychlosti a přesnosti). Amplituda pohybu byla zvýšena úpravou citlivosti myši. Obtížnost úlohy bude také upravena zvýšením pomocných a odporových sil aplikovaných na rukojeti EMD. Pokroku bylo také dosaženo použitím různých komerčních počítačových videí

Aktivní kontrolní skupina (CG) bude pokračovat ve svém obvyklém strečinku, rozsahu pohybu a silovém tréninkovém programu tak, jak je stanoven školícím personálem ve wellness centru First Step.

Kvantitativní analýza Před intervencí a po ní budou získána následující výsledná měření

1. Motorická schopnost horních končetin bude měřena Wolfovým motorickým funkčním testem (WMFT) [22]. Účastníci budou požádáni, aby co nejrychleji dokončili 15 úkolů WMFT. Zaznamená se čas potřebný k dokončení každého úkolu. Kvalita pohybu každého úkolu byla také hodnocena pomocí ordinální škály od 0 do 5, kde 0 znamená, že se vůbec nepovedl, a pět znamená, že jsem provedl normální pohyb. Konečné skóre WMFT bylo; (a) celkový čas potřebný pro 15 úkolů a (b) Součet stupňů kvality pohybu u 15 úkolů.

2. Hodnocení manuální zručnosti horních končetin (CUE) založené na počítačových hrách. Podrobnosti o testovacích postupech, analýze dat a spolehlivosti najdete v odkazech 16, 17, 23. IB myš bude zajištěna k několika testovacím objektům s různými fyzikálními vlastnostmi a anatomickými nároky. Všechny manipulační úkony vyžadovaly kontakty s povrchem dlaně prst-palec nebo ruka a zahrnovaly různé kombinace přesných pohybů zápěstím, loktem a ramenem... To zahrnuje koulení válce a fotbalového míče dopředu a dozadu; Otáčení hrnku na kávu pomocí pronace-supinace; Úlohy jemné přesné rotace celou rukou a 2 prsty... Software RTP vypočítává několik výsledků měření výkonu na základě procedur analýzy více událostí z herního modulu Motor Skill. Například pro herní sezení v délce dvou minut a s trváním herní události nastaveným na dvě sekundy by pak bylo 60 herních pohybových odpovědí provedených pacientem 30 v každém směru. Pro tuto studii výsledek měření manuální zručnosti bude zahrnovat:

   a) úspěšnost nebo průměr dosažení cíle z několika herních událostí, b) doba nástupu pohybu c), velikost pohybových chyb, d) variace a konzistence pohybu vypočítané z několika opakovaných herních pohybových reakcí a f) další budou vyvinuty a ověřeny v průběhu kurzu na Post Doc.

Kvalitativní analýza

Po dokončení 10týdenního cvičebního programu budou všichni účastníci pozváni k pohovoru. Všem účastníkům budou položeny následující otevřené otázky a jejich odpovědi byly zaznamenány:

1. Když jste souhlasili s účastí, jak jste doufali, že budete mít prospěch z terapeutického programu?
2. Byly věci, které se vám na hře nebo cvičebním programu líbily a které naopak ne?
3. Co jste si mysleli o počítačových hrách, které jste měli hrát? Bavila vás hra? Byly hry, které vás nebavily?
4. Cítili jste, že vám tento terapeutický program pomohl?
5. Pokud by vám bylo poskytnuto správné nastavení, pokračovali byste v těchto cvičeních? Účastníci budou vyzváni, aby popsali a vysvětlili své nápady, myšlenky, názory a osobní zkušenosti. Pro tematickou interpretaci byl použit analytický rámec interpretačního popisu [24, 25].

Všechny rozhovory budou nahrávány a později přepsány do písemné podoby. Přeložené přepisy přečte Anuprita Kanitkar, která systém kódování provede parafrází, zobecněním a abstrahováním písemných přepisů každého rozhovoru. Druhý výzkumný asistent zkoumal kódovaná data a identifikoval jakékoli další jedinečné odpovědi a kódy. Oba recenzenti se sejdou, aby porovnali své analýzy a vyřešili neshody v konečném systému kódu uspořádaném do konečných témat a podtémat [.

Statistická analýza Normalita dat bude kontrolována pomocí Shapiro-Wilkova testu. SS S, MB W. Analýza rozptylového testu normality. Biometrika. 1965;67(337):52.

Účinky času (před intervencí po intervenci), skupiny (experimentální a kontrolní) a interakce čas*skupina na skóre Wolfova motorického funkčního testu a výsledná měření CUE budou hodnoceny pomocí smíšeného modelu ANOVA s opakovanými měřeními. Hladina významnosti bude nastavena na 0,05 a statistická analýza bude provedena pomocí SPSS (verze 24) (SPSS Science, Chicago).

K výpočtu statistické síly pro modely opakovaných měření bude použita vlastní počítačová simulace, přičemž data ze současné studie poskytují odhady velikosti účinku léčby. Bude použit lineární model smíšených efektů s náhodnými záchyty a pro každou kombinaci velikosti vzorku, počtu návštěv a velikosti účinku bude vygenerováno 128 souborů dat s náhodně generovanými pozorováními. Pro všechny simulace se předpokládalo, že alokace léčby pro experimentální intervenci a aktivní kontrolní rameno je 1:1 (vyvážený design). Každý soubor dat bude analyzován lineárním smíšeným modelem se skupinou, časem a interakcí Čas*Skupina. Výkon bude vypočítán jako podíl modelů se signifikantním (p < 0,05) interakčním prvkem čas*skupina, který kvantifikuje rozdíl ve sklonech mezi dvěma skupinami v čase. K provádění simulací bude použit SAS PROX MIXED verze 9.4. Významné výsledky jsou adekvátně napájeny na 80 % pro pozorované velikosti efektu Čas*Skupina.