Computerspilbaseret træningsprogram rettet mod manuel fingerfærdighed for personer med rygmarvsskade eller slagtilfælde.

Baggrund Mange voksne med neuromuskulære svækkelser, der påvirker den øvre ekstremitet (UE) har underskud i finmotorik [1-3]. Håndfærdighed, der involverer håndtering og manipulation af genstande, er afgørende for mange daglige aktiviteter og socialt liv. Disse aktiviteter kræver manipulation af objekter med en bred vifte af fysiske egenskaber og funktionelle krav, som ofte kræver en høj grad af præcision.

Tvangsinduceret bevægelsesterapi (CIMT [4-6]. lover genoptræningsprogrammer til genoprettelse af hånd-arm funktion. Disse behandlingstilgange understreger, at funktionel restitution afspejler læring opnået gennem generering af virkelige oplevelser, anvendelse af fokuseret opmærksomhed, simulering af tæt på normale bevægelser og gentagelse. patienter, stigende efterspørgsel efter rehabiliteringsydelser fra en aldrende befolkning, såvel som økonomisk OG rejsedistancepres. For at overvinde disse udfordringer har vi brug for gennemførlige og omkostningseffektive metoder til at øge tilgængeligheden. Ideelt set bør effektive terapiprogrammer gøres tilgængelige i forsamlingshuse og i sidste ende i patienthjem.

Ud over at øge tilgængeligheden er der behov for at forbedre overholdelse af træningsregimer. En ny tilgang til at engagere klienter i terapi er at inkorporere computerspil [7-8].

Aktiviteter i computerspil kan give et adfærdsmæssigt, økologisk gyldigt og adaptivt miljø. Derudover kan de give øjeblikkelig feedback samt elektroniske optegnelser for at vurdere og hjælpe med forløbet af interventioner. Adskillige spillesystemer er blevet brugt til rehabilitering af overekstremiteten. Disse inkluderer kommercielle underholdningsspilsystemer som Wii [9], Kinect [10], Leaps bevægelsessensor [11] og sensor-udstyrede handsker [12]. Disse spilsystemer kan detektere armsegmentbevægelser eller fingerbevægelser - og i realtid - bruges bevægelsessignalerne til at styre positionen og bevægelsen af ​​virtuelle avatarer/objekter eller til at styre en spilpagaj til leg. Disse systemer er dog begrænsede, fordi de ikke er rettet mod objekthåndtering og -manipulation. Derfor er der ingen overvejelser om sensorisk behandling af hudens taktile sensoriske information, der kræves for at opretholde objektstabilitet under bevægelse og for at detektere og minimere glidning af det bevægelige objekt [13, 14]. Det er afgørende at skabe oplevelser, der forbedrer hjernens evne til at lære, og for manuel fingerfærdighed opnås dette bedst ved at udføre præcise objektmanipulationsopgaver gennem guidet og assisteret gentagelse [15].

Baseret på ovenstående overvejelser blev der udviklet en billig computerspilsbaseret rehabiliteringsplatform, der kombinerer finmanipulation og grovbevægelsesøvelser med "sjove" computervideospilsaktiviteter, der passer til små børn og voksne med erhvervede hjerne- og rygmarvsskader [16-19). Finger-hånd-funktion var målrettet for at udvide nytten ud over grov rækkevidde eller transportbevægelser, da evnen til at udføre manuel fingerfærdighed med hænderne i høj grad er en integreret del af hverdagen.

Adskillige principper for motorisk læring er inkorporeret i denne spilbaserede applikation [20, 21], som omfatter målorienteret, opgavespecifik træning af objekthåndtering og -manipulation, hastigheds-nøjagtighed, multisensorisk stimulation og implicit feedback og viden om præstation.

Exercise Manipulandum Device (EMD) De fleste træningssystemer til genoptræning er passive systemer og kan ikke give bevægelsesassistance til patienter med begrænset bevægelsesområde eller dårlig bevægelseskontrol) hastighedsnøjagtighed. Derfor har vi udviklet og pilottestet en bærbar, billig "Rehabilitation Manipulandum Device" (EMD). EMD inkluderer en integreret controller og motor til at producere kræfter, der kan assistere frivillige bevægelser, der kræves under spilbaserede øvelser. Derfor kan den rumme patienter med begrænset bevægelseskontrol og dem, der har begrænset aktivt bevægeudslag.

EMD består af et kompakt 3D-printet chassis i ét stykke, der rummer grænsefladen, aktuatoren, drivaggregatet og den roterende drivaksel. Der er produceret en række 3D-printede "terapi"-håndtag i forskellige former og størrelser, som Snap-On til EMD roterende drivaksel. Disse er designet til at øve en bred vifte af manuel fingerfærdighed, der involverer (a) tommelfinger/finger, (b) håndled (ekstension-fleksion), (c) håndled ulnar-radial afvigelse, (d) pronation-supination og (e) albue/skulder funktioner. En optisk encoder registrerer akselrotation. Rotationen af ​​EMD-akslen (dvs. de respektive håndtagsbevægelser) styrer præcist bevægelsen af ​​en computermarkør eller spilsprite i et enkelt akse computerspil. I denne henseende vil den absolutte akselrotationsvinkel (optisk indkodersignal) blive afbildet til pixelkoordinater på skærmen. En Arduino Leonardo mikroprocessor bruges til at forbinde EMD med computeren og spil. Den er programmeret til at læse den optiske encoder og producere markørkontrol (fuld museemulering). Arduino Leonardo IDE er i stand til at fungere som en mus via de indbyggede biblioteker. Følgende musekontrolparametre kan konfigureres: (a) spilorientering mus vandret vs lodret bevægelse, (b) arbejdsområde, mulighed for at vælge et hvilket som helst rotationsvinkelområde og kortlægge til fuldskærms museposition, dvs. det vil være muligt at vælge enhver aktivt bevægelsesområde til træning (f.eks. fra håndledsneutralt til 10, 20 eller 30 graders forlængelse afhængigt af patientens behov), og (c) musefølsomhed til at justere bevægelsesamplituden, der er nødvendig for at bevæge musen gennem hele displayets bevægelsesområde.

EMD er i stand til flere hjælpestyrke-feedback-ordninger. Man indbefatter en simpel ensrettet kraftfelttilstand, i dette tilfælde påføres en konstant kraft på udgangsakslen i én retning. (Størrelse og retning kan konfigureres). For mange patienter er finger- og håndledsfunktionen mere nedsat i én bevægelsesretning, for eksempel begrænset finger- og håndledsudstrækning. Således manglende evne til at placere og åbne hånden for at gribe genstande med varierende diametre. Disse patienter ville nyde godt af den bevægelseshjælp, som en konstant styrke yder. Den modsatte bevægelsesretning (f. fleksion) ville modtage en modstandskraft. Et andet skema er et mere avanceret lukket sløjfe, smart hjælpekontrolskema, som kræver realtidskommunikation mellem EMD Arduino-grænsefladen og et specialbygget RTP-spil [16, 17]. Dette er påkrævet for at bestemme retningen og størrelsen af ​​den kraft, der kræves for at dreje håndtaget og hjælpe brugeren med at flytte spillepagajen for at kunne interagere med den tilfældige præsentation af spilmålobjekter. Denne kontekstafhængige hjælpetilstand kan forstærke selv begrænsede og små frivillige bevægelser hos dem, der er alvorligt ramt, samtidig med at den giver mulighed for en progression af træningen med øget krav til bevægelseskrav. Selv i tilfælde, hvor rækkevidden af ​​bevægelser er lille, vil skalering og filtrering af den lukkede sløjfe-controller muliggøre oversættelse til større bevægelser, der er bedre og vigtigere tilgængelige, selv for dem med handicap, som måske ellers ikke har været i stand til at drage fordel af denne type system .

EMD fungerer som en responsiv USB plug and play computermus, og dette gør det muligt at bruge og nyde almindelige og moderne computerspil som en del af et personligt træningsprogram. Inklusionen af ​​et spilleelement har til formål at give patienterne ekstra motivation i form af en udfordring og et sjovere middel til at opmuntre dem til at følge kedelige, gentagne bevægelser, som ofte er en del af rehabiliteringsprocessen. Specifik terapeutisk værdi kan udledes af Både typerne af objektmanipulationsopgaver såvel som valget af computerspil. Forskellige kommercielle spil kræver forskellige niveauer af bevægelsesamplitude, hastigheder, nøjagtighed og gentagelse og tilbyder tilstrækkelig diversitet til at appellere til en bred vifte af individuelle præferencer. Regelmæssig opdatering og fremskridt i spillene og sværhedsgraderne for at fastholde udfordringen og give nye oplevelser, vil lette den psykologiske feedback, der kræves for at bevare interesse og deltagelse. Mange kommercielt tilgængelige spil involverer også multi-tasking. Derfor involverer opgaverne også vigtige opmærksomhedsmæssige, perceptuelle og kognitive færdigheder. Bilag 1 viser en liste og beskrivelse af almindelige computerspil, der er blevet grundigt testet med EMD af flere patienter (børn med cerebral parese og voksne rygmarvsskadede og apopleksipatienter).

Formål: At gennemføre et eksplorativt randomiseret klinisk forsøg (RCT) med indlejret kvalitativ analyse til; a) evaluere implementeringen, anvendeligheden og acceptabiliteten af ​​GAMING-systemet til rehabilitering af manuel fingerfærdighed hos rygmarvs- og slagtilfælde-klienter, der går på First Step Wellness-center for konditions- og styrketræning, b) give et skøn over effektiviteten og effektstørrelsen af en 10 ugers intervention ved hjælp af GAMING-systemet. Dette vil give den nødvendige information til at lede en fremtidig fuldskala RCT.

Det kliniske forsøg vil blive udført på to "søster" "centre 1. First Step Wellness Center i Winnipeg Shane Hartje, administrerende direktør, shane@fswcwpg.ca 2, First Step Wellness Center i Regina, administrerende direktør Owen Carlson., info@fswcregina.ca Se vedhæftede samarbejdsbreve fra Shane Hartje og Owen Carlson. De to centre vil blive forsynet med EMD og 30 let tilgængelige computervideospil. EMD vil omfatte flere udskiftelige 3D-printede håndtag til at udøve en bred vifte af funktioner, herunder tommelfinger-finger- og håndledsbevægelser, samt armbevægelser, der involverer en kombination af albue- og skulderbevægelser.

Anuprita Kanitkar, Post Doc-stipendiat for dette projekt, vil udføre og koordinere den sonderende RCT på rygmarvsskadede klienter og apopleksiklienter, der går på First Step Wellness Center i Winnipeg og vil koordinere det samme i Saskatchewan (15 klienter på hvert sted).

Hver deltager vil modtage to, en-times superviserede træningssessioner hver uge i 10 uger. Forsøgsgruppen (XG) modtager; a) den eksperimentelle spilbaserede intervention i 30 minutter, og b) deres sædvanlige bevægelsesområde for de øvre ekstremiteter og styrke og træningsprogram i 30 min. Den aktive kontrolgruppe (CG) vil modtage deres sædvanlige bevægelsesstyrkeøvelser for de øvre ekstremiteter i hele en times session.

Vi forventer, at det vil tage 18 måneder at rekruttere 32 rygmarvsskadede og 32 slagtilfældeklienter (dvs. 16 på hver plads.

Derudover vil vi tilbyde det spilbaserede træningsprogram til deltagere i CG-gruppen, når de har afsluttet deres 10 ugers intervention.

Inklusionskriterier vil omfatte:

1. Alder 20-70, år
2. seks måneder efter et slagtilfælde eller SCI Mindre end to hører efter et slagtilfælde af SCI
3. Aktivt stræk mindst ti grader ved de metacarpophalangeale og interphalangeale led, stræk ti grader ved håndleddet og havde mindst 30 graders aktiv fleksion-ekstension af albue og skulder.
4. Tilstrækkeligt udsyn til at se de nødvendige billeder på en standard computerskærm. E) I stand til at give informeret samtykke

Eksklusionskriterier vil omfatte:

1. overdreven spasticitet (grad tre og derover på Ashworth-skalaen) (11),
2. enhver væsentlig kognitiv svækkelse (Montreal Cognitive Assessment scorer mindre end 25) (12)
3. Enhver anden neurologisk lidelse med undtagelse af et enkelt slagtilfælde før testning.

Den indledende træningsprotokol for hver deltager vil blive etableret baseret på både de individuelle mål, niveauet af svækkelse og funktionel status. En typisk session vil involvere; 4-5 udvalgte objektmanipulationsopgaver, 4-5 forskellige EMD-håndtag og flere computerspil. Disse opgaver repræsenterer en bred vifte af fysiske egenskaber, der kræver forskellige manipulationsformer og funktionelle krav.

Hver EMD håndtag-spil kombination vil blive øvet i 2-3 minutters intervaller og gentaget 2-3 gange. Deltagerne vil blive instrueret i, hvordan de udfører de forskellige opgaver med de ønskede hånd- og armsegmentbevægelser og ikke at erstatte dem med tilhørende bevægelser. Computerspil vil blive valgt ud fra følgende spilegenskaber: a) bevægelsesamplitude, der kræves for at flytte spillepagajen, b) spilhastighed og c) krav til spilpræcision. Mange billige computerspil i arkadestil er let tilgængelige online og kan downloades fra websteder såsom bigfishgames.com (Se bilag 5 for en liste over computerspil brugt i denne undersøgelse).

Følgende funktioner i EMD og objektmanipulationsopgaver og typer af computerspil vil blive opdateret som tolereret for at øge udfordringen og fremskride træningsprogrammet. Objekter med forskellig størrelse formvægt og overfladefriktion blev brugt til at øge de fysiske krav til opgaverne. Spilhastigheden og derefter bevægelsespræcisionen (størrelsen på målobjekter og vildtpagajen) blev øget (dvs. Hastighedsnøjagtighedsforhold). Bevægelsesamplitude blev øget ved at justere musens følsomhed. Opgavens sværhedsgrad vil også blive justeret ved at øge de hjælpe- og modstandskræfter, der påføres EMD-håndtagene. Fremskridt blev også opnået ved at bruge en række kommercielle computervideoer

Aktiv kontrolgruppe (CG) vil fortsætte med deres sædvanlige stræk-, bevægelses- og styrketræningsprogram som fastsat af træningspersonalet på First Step Wellness-centeret.

Kvantitativ analyse Følgende resultatmål vil blive opnået før og efter intervention

1. Øvre ekstremiteters motoriske evne vil blive målt ved Wolfs motorfunktionstest (WMFT) [22]. Deltagerne vil blive bedt om at udføre 15 opgaver i WMFT så hurtigt som muligt. Den tid, det tager at fuldføre hver opgave, vil blive registreret. Bevægelseskvaliteten for hver opgave blev også bedømt ved hjælp af en ordinalskala fra 0 til 5, hvor 0 indikerer, at de slet ikke fungerede, og fem angiver udført med normal bevægelse. De endelige WMFT-score var; (a) den samlede tid, der er taget for de 15 opgaver og (b) de summerede bevægelseskvalitetskarakterer for de 15 opgaver.

2. Computerspilsbaseret Upper Extremity (CUE) vurdering af manuel fingerfærdighed. Se referencerne 16, 17, 23 for detaljer om testprocedurer, dataanalyse og pålidelighed. IB-musen vil blive fastgjort til flere testobjekter med forskellige fysiske egenskaber og anatomiske krav. Alle manipulationsopgaver krævede kontakt med finger-tommel- eller håndfladeflader og involverede forskellige kombinationer af præcisionshåndleds-, albue- og skulderbevægelser... Dette inkluderer at rulle en cylinder og en fodbold frem og tilbage; Rotation af et kaffekrus ved hjælp af pronation-supination; hel hånd og 2-fingre fine præcisionsrotationsopgaver... RTP-softwaren beregner flere præstationsresultatmål baseret på multi-event analyseprocedurer fra Motor Skill-spilmodulet. Som et eksempel, for en spilsession på to minutter og med spilbegivenhedens varighed indstillet til to sekunder, ville der være 60 spilbevægelsesresponser foretaget af patienten 30 i hver retning. For det nuværende studieresultat vil mål for manuel fingerfærdighed omfatte:

   a) Succesrate eller målopnåelsesgennemsnit for flere spilbegivenheder, b) Bevægelsesstarttid c), størrelsen af ​​bevægelsesfejl, d) Bevægelsesvariation og konsistens beregnet ud fra flere gentagne spilbevægelsessvar, og f) Andre vil blive udviklet og valideret over kurset til Post Doc.

Kvalitativ analyse

Efter afslutningen af ​​det 10-ugers træningsprogram vil alle deltagere blive inviteret til at deltage i et interview. Følgende åbne spørgsmål vil blive stillet til alle deltagere, og deres svar blev registreret:

1. Da du sagde ja til at deltage, hvordan håbede du, at du ville få gavn af terapiprogrammet?
2. Var der ting ved spillet eller træningsprogrammet, du kunne lide, og ting, du ikke kunne lide?
3. Hvad syntes du om de computerspil, du blev bedt om at spille? Nyd du spillet? Var der spil, du ikke kunne lide?
4. Følte du, at dette terapiprogram hjalp dig?
5. Hvis du fik de rigtige indstillinger, ville du så fortsætte med disse øvelser? Deltagerne vil blive opfordret til at beskrive og forklare deres ideer, tanker, meninger og personlige erfaringer. Den analytiske ramme for fortolkningsbeskrivelse blev brugt til tematisk fortolkning [24, 25].

Alle interviews vil blive optaget på lydbånd og senere transskriberet til skriftligt format. Oversatte transskriptioner vil blive læst af Anuprita Kanitkar, som vil kodesystemet ved at parafrasere, generalisere og abstrahere de skriftlige transskriptioner af hvert interview. En anden forskerassistent undersøgte de kodede data og identificerede eventuelle yderligere unikke svar og koder. De to anmeldere mødes for at sammenligne deres analyser og for at løse uenigheder i et endeligt kodesystem organiseret i endelige temaer og undertemaer [.

Statistisk analyse Normaliteten af ​​dataene vil blive kontrolleret ved hjælp af Shapiro-Wilk testen. SS S, MB W. En variansanalysetest for normalitet. Biometrika. 1965;67(337):52.

Effekterne af Tid (før-til-post-intervention), Gruppe (eksperimentel og kontrol) og Tid*Gruppe-interaktion på Wolf Motor Function Test-resultaterne og CUE-resultatmålene vil blive evalueret ved hjælp af en blandet model ANOVA med gentagne mål. Signifikansniveauet vil blive sat til 0,05, og statistisk analyse vil blive udført ved hjælp af SPSS (Version 24) (SPSS Science, Chicago).

En brugerdefineret computersimulering vil blive brugt til at beregne statistisk effekt for modellerne med gentagne målinger, hvor de nuværende undersøgelsesdata giver estimater af behandlingseffektstørrelserne. En tilfældig opsnappet lineær model med blandede effekter vil blive brugt, og 128 datasæt med tilfældigt genererede observationer vil blive genereret for hver kombination af stikprøvestørrelse, antal besøg og effektstørrelse. For alle simuleringer blev behandlingstildelingen for eksperimentel intervention og aktiv kontrolarm antaget at være 1:1 (balanceret design). Hvert datasæt vil blive analyseret af en lineær blandet model med en gruppe, tid og tid*gruppeinteraktion. Effekt vil blive beregnet som fraktionen af ​​modeller med en signifikant (p < 0,05) Tid*Gruppeinteraktionsled, som kvantificerer forskellen i hældninger mellem de to grupper over tid. SAS PROX MIXED version 9.4 vil blive brugt til at udføre simuleringerne. Signifikante resultater er tilstrækkeligt forsynet med 80 % for de observerede Time*Group effektstørrelser.