Interfaz cerebro-computadora para la comunicación en pacientes ventilados

FONDO

La incapacidad de comunicar de manera consistente y efectiva sus necesidades físicas más fundamentales es un problema importante para los pacientes de la UCI con ventilación mecánica. Los pacientes califican alrededor del 40% de las sesiones de comunicación como difíciles y más de un tercio de las comunicaciones sobre el dolor como infructuosas. Las enfermeras inician aproximadamente el 86% de todos los intercambios de comunicación, ya que normalmente es muy difícil para un paciente de la UCI sin voz iniciar la comunicación. Por lo tanto, los pacientes en la UCI comúnmente sufren dolor e incomodidad no reconocidos, sentimientos de pérdida de control e inseguridad, despersonalización, ansiedad, trastornos del sueño, miedo y frustración. Los cuidadores también informan con frecuencia que se sienten ansiosos y frustrados por no poder evaluar adecuadamente las necesidades de sus pacientes. Esta incapacidad para comunicarse de manera efectiva puede conducir al uso inapropiado de sedantes y a la prolongación del tiempo que se pasa con el ventilador, lo que puede conducir a un aumento de la duración de la estancia en la UCI y de los costos. Además, la incapacidad de comunicarse con los cuidadores dificulta la capacidad de los pacientes en estado crítico para ser participantes activos en su tratamiento y en la toma de decisiones, incluidas las decisiones de retirar o suspender el tratamiento de soporte vital.

Se ha demostrado que el uso de tableros de imágenes con íconos que representan las necesidades y quejas comunes de los pacientes (dolor, miedo, calor/frío, sed, orinal, etc.) mejora la comunicación enfermera-paciente para los pacientes en el período posoperatorio en el ventilador. Estos tableros de imágenes están ampliamente disponibles en la mayoría de las UCI y son lo más parecido a un estándar actual para la comunicación con pacientes sin voz con ventilación mecánica, con el fin de abordar las necesidades físicas y emocionales fundamentales. Estudios piloto recientes han descrito el uso de comunicación asistida por computadora usando pantallas sensibles al tacto, detectores de parpadeo y rastreadores de mirada para permitir la comunicación en el paciente de la UCI. La mayoría de los pacientes y el personal del hospital encuestados en estos estudios indicaron que el uso de un dispositivo de comunicación asistido por computadora mejoró la capacidad de responder a las necesidades del paciente y abordar la comodidad del paciente. Sin embargo, los sistemas de rastreo de mirada y parpadeo son costosos, mientras que las pantallas sensibles al tacto pueden no ser adecuadas para muchos pacientes de UCI con debilidad y restricción en la capacidad motora. Sin embargo, los pacientes en la UCI, en particular aquellos con enfermedades neurológicas, sufren con frecuencia debilidad significativa y pérdida de coordinación, lo que limita su capacidad para usar sus brazos y manos para indicar el elemento apropiado en el pizarrón. Si bien los pacientes en la neuroUCI suelen estar débiles debido a una lesión cerebral focal, alrededor de una cuarta parte de los pacientes que requieren ventilación mecánica en otras UCI pueden tener una debilidad significativa debido a la neuropatía y la miopatía de enfermedades críticas, lo que limita su capacidad para usar las manos para seleccionar el ícono apropiado en una pantalla. tablero de fotos Sin embargo, hay varias poblaciones de pacientes para quienes el uso de un tablero de imágenes o una pantalla táctil es imposible, incluidos los pacientes con lesión de la médula espinal alta, ELA avanzada y accidente cerebrovascular del tronco encefálico, que no tienen voz, pero que tampoco suelen tener una función motora útil. extremidades Estos pacientes están "encerrados", en diversos grados, despiertos y alertas pero sin control de la función corporal o capacidad para articular y comunicarse utilizando formas estándar de comunicación.

El uso de dispositivos Brain Computer Interface (BCI) para facilitar la comunicación en pacientes "sin voz" ha generado interés recientemente. Un BCI traduce la modulación deliberada y voluntaria de la actividad eléctrica cerebral, típicamente registrada por electroencefalografía (EEG) en comandos de computadora. Se ha utilizado una variedad de dispositivos BCI para permitir que los pacientes con esclerosis lateral amiotrófica (ELA) avanzada, lesión de la médula espinal alta y accidente cerebrovascular del tronco encefálico con el síndrome de enclaustramiento, que no tienen uso voluntario de sus extremidades, se comuniquen en diversos grados. Estos dispositivos generalmente se han evaluado en el entorno de rehabilitación, después del período de enfermedad médica aguda o en el hogar. Ningún estudio ha evaluado el uso de un dispositivo BCI para ayudar con la comunicación de las típicas necesidades/quejas físicas y emocionales de los enfermos críticos. Esto es importante, no solo para los pacientes con lesión de la médula espinal y accidente cerebrovascular, la mayoría de los cuales ingresan inicialmente en una UCI, sino también para la cantidad potencialmente grande de pacientes de la UCI que no pueden usar un pizarrón u otro sistema de contacto con los dedos debido a la neuropatía de una enfermedad crítica. / miopatía o lesión cerebral aguda que causa debilidad. Nuestro objetivo es crear un sistema BCI inalámbrico basado en potencial evocado visual de estado estacionario (SSVEP) para facilitar la comunicación con pacientes intubados en la UCI. El dispositivo BCI portátil de interés en este estudio funciona a través de la atención visual a iconos ilustrativos que se muestran en una pantalla electrónica. El ícono, que puede representar una necesidad común del paciente de la UCI, como la necesidad de cambiar de posición o una queja común del paciente, como el dolor, se puede mostrar como un símbolo. El paciente puede, por lo tanto, comunicarse mirando un elemento específico que representa su necesidad o queja. Este dispositivo portátil es completamente no invasivo y sin riesgo significativo para los pacientes, y funciona solo para registrar y traducir señales de EEG. El dispositivo se comunicará de forma inalámbrica con la interfaz de usuario (UI) que puede ser una tableta o el monitor de TV de pantalla plana que está presente en todas las habitaciones de los pacientes de la UCI. El prototipo propuesto proporciona una interfaz de usuario que incluye funciones básicas que normalmente se utilizan en la comunicación entre enfermeras y pacientes en la UCI.

DISEÑO DEL ESTUDIO

Este es un estudio piloto traslacional de un sistema BCI basado en Potenciales Evocados Visuales de Estado Estacionario (SSVEP) para facilitar la comunicación en pacientes intubados. Después de obtener el consentimiento informado del paciente o de su representante legalmente autorizado, se reclutarán 30 pacientes de las unidades de cuidados intensivos médicos, quirúrgicos, cardíacos, cardiotorácicos y neurológicos de la Universidad de Michigan, Ann Arbor, durante un período de 12 meses. Se obtuvo la aprobación de la Junta de Revisión Institucional de la Universidad de Michigan (HUM00095052).

Detección de delirio y capacidad para participar en el estudio:

Los posibles sujetos serán identificados por miembros del equipo primario de la UCI, quienes luego se comunicarán con un investigador del estudio. Los sujetos deberán dejar todos los medicamentos sedantes y regresar a la vigilia completa antes de una evaluación adicional. Los pacientes que cumplan con los criterios de elegibilidad anteriores y que consientan en participar en el estudio se someterán a más pruebas por parte de un investigador para confirmar que el paciente está lo suficientemente alerta y atento para comunicarse Y es capaz de seleccionar elementos de manera constante a través del contacto voluntario con los dedos. Luego, el paciente se someterá a una evaluación de detección con el dispositivo BCI para confirmar que el dispositivo puede detectar e interpretar su señal de EEG individual.

Quejas/necesidades de los pacientes: los investigadores evaluarán la capacidad de los sujetos para seleccionar con precisión una necesidad o queja específica de 10 necesidades/quejas comunes.

1. "Tengo dolor"
2. "Tengo dificultad para respirar"
3. "Necesito que me succionen"
4. "Necesito defecar"
5. "Necesito orinar/ orinar"
6. "Tengo sed"
7. "Estoy hambriento"
8. "Necesito que me cambien de posición en la cama"
9. "Levanta la cabecera de mi cama"
10. "Necesito a mi familia al lado de mi cama"

Tablero de imágenes: la viabilidad de la comunicación mediante el dispositivo BCI se evaluará utilizando un tablero de imágenes con íconos ilustrativos que representen las 10 necesidades/quejas anteriores como estándar de comparación y para determinar la precisión de la selección del ícono apropiado. Los íconos y frases en el tablero de imágenes serán idénticos a los íconos y frases en el dispositivo BCI

OBJETIVO ESPECÍFICO 1:

Demostrar la viabilidad de utilizar un dispositivo de interfaz cerebro-ordenador (BCI) basado en el potencial evocado visual de estado estacionario (SSVEP) para facilitar la comunicación de las necesidades comunes de los pacientes en pacientes alerta con ventilación mecánica en la Unidad de Cuidados Intensivos (UCI).

Hipótesis 1: Al menos el 80 % de los pacientes alertas con ventilación mecánica podrán seleccionar con precisión el icono ilustrativo en la interfaz cerebro-computadora que representa la necesidad física o emocional autoidentificada por el paciente como el disparador más común para la comunicación con la enfermera de cabecera durante su ingreso.

Orientación sobre BCI y el tablero de imágenes: inicialmente, el paciente se familiarizará con el tablero de imágenes y el dispositivo BCI. La instrucción sobre el uso del dispositivo BCI incluirá una demostración de la interfaz de usuario, la explicación de los íconos en la interfaz de usuario y el mecanismo de selección de un ícono, a través de la atención visual enfocada.

Selección de necesidad/queja: Inmediatamente después de la orientación, se realizarán pruebas de precisión del dispositivo BCI. Las pruebas de precisión se realizarán una sola vez para cada paciente, utilizando la necesidad/queja más importante de ese paciente. Se le pedirá al paciente que identifique en la interfaz de usuario de BCI la necesidad o queja específica como la razón más común para solicitar la asistencia de la enfermera de cabecera durante su admisión, entre las 10 opciones de necesidad/queja del paciente proporcionadas. Se permitirá la selección de "Ninguno de los anteriores/Otro", sin embargo, se le indicará específicamente al paciente con anticipación que seleccione la necesidad/queja más aplicable a su situación entre las 10 opciones proporcionadas. Luego se le pedirá al paciente que seleccione la MISMA necesidad/queja en el tablero de imágenes utilizando el contacto con los dedos.

OBJETIVO ESPECÍFICO 2:

Objetivo específico 2: Determinar la satisfacción del paciente, la familia y la enfermera de cabecera con la comunicación mediante el dispositivo BCI y obtener comentarios abiertos para guiar futuras mejoras del dispositivo.

Hipótesis 2: Al menos el 70% de los pacientes estarán "de acuerdo" o "muy de acuerdo" con la afirmación "El dispositivo de interfaz de computadora Brain me permitió comunicar mis necesidades a la enfermera de cabecera de manera adecuada".

Inmediatamente después de la evaluación de la precisión descrita en el Objetivo específico 1, los investigadores evaluarán la satisfacción del paciente, la familia y la enfermera de cabecera después del uso del dispositivo junto a la cama como herramienta de comunicación principal durante 2 horas al día durante 3 días consecutivos. Se realizará una prueba de delirio usando CAM-ICU y un breve examen neurológico para confirmar la capacidad del paciente para usar el dispositivo BCI y el tablero de imágenes antes de usar el dispositivo o el tablero de imágenes en los días siguientes (días 2 y 3).

Al final de los 3 días, el paciente, los miembros de la familia presentes y cada enfermera que participó en la prueba recibirán los cuestionarios breves. El cuestionario del paciente con opciones se leerá al paciente.

Análisis estadístico:

La proporción de pacientes que pasan el Paso 2 de la evaluación y que luego también pasan el Paso 3 se calculará con intervalos de confianza del 95% binomiales exactos. Una proporción de al menos el 70 % que supere el Paso 3 de detección será el umbral inicial de viabilidad, según las estimaciones clínicas del valor. Se calculará la mediana del tiempo, con el rango intercuartílico, necesario para orientarse hacia el dispositivo BCI y hacia el tablero de imágenes, y se realizará la comparación mediante la prueba U de Mann Whitney. Se calculará la proporción de pacientes que seleccionan el mismo icono en la interfaz de usuario de BCI y en el tablero de imágenes, con intervalos de confianza binomiales exactos del 95 %. Para determinar la precisión del uso del dispositivo BCI, un análisis binomial que incluyó múltiples estudios de BCI estimó el nivel de probabilidad en un 63 % (α = 0,05, 60 ensayos). Basado también en una estimación clínica de lo que sería un nivel útil mínimo de precisión para un dispositivo de comunicación, el umbral de precisión en nuestro estudio será de al menos el 80 % de los pacientes que demuestren concordancia entre la selección de su necesidad/queja más importante en el BCI dispositivo y el tablero de imágenes. Se utilizarán estadísticas descriptivas para las proporciones de pacientes que seleccionan respuestas a cada una de las preguntas de satisfacción.