Programa de ejercicios basado en juegos de computadora dirigido a la destreza manual para personas con lesión de la médula espinal o accidente cerebrovascular.

Fondo Muchos adultos con deficiencias neuromusculares que afectan a la extremidad superior (UE) tienen déficits en las habilidades motoras finas [1 - 3]. La destreza manual que involucra el manejo y la manipulación de objetos es esencial para muchas actividades de la vida diaria y la vida social. Estas actividades requieren la manipulación de objetos con una amplia gama de propiedades físicas y demandas funcionales que a menudo requieren un alto grado de precisión.

Terapia de movimiento inducido por restricciones (CIMT [4-6]. son programas de rehabilitación prometedores para la restauración de la función mano-brazo. Estos enfoques de tratamiento enfatizan que la recuperación funcional refleja el aprendizaje logrado a través de la generación de experiencias reales, la aplicación de atención enfocada, la simulación de movimientos casi normales y la repetición. pacientes, demandas crecientes de servicios de rehabilitación por parte de una población que envejece, así como presiones financieras Y de distancia de viaje. Para superar estos desafíos, necesitamos métodos viables y rentables para aumentar la accesibilidad. Idealmente, los programas de terapia efectivos deberían estar disponibles en los centros comunitarios y, en última instancia, en los hogares de los pacientes.

Además de aumentar la accesibilidad, existe la necesidad de mejorar el cumplimiento de los regímenes de ejercicio. Un enfoque emergente para involucrar a los clientes en la terapia es incorporar juegos de computadora [7-8].

Las actividades en los juegos de computadora pueden proporcionar un entorno conductual, ecológicamente válido y adaptativo. Además, pueden proporcionar comentarios inmediatos, así como registros electrónicos para evaluar y ayudar en LA progresión de las intervenciones. Se han utilizado varios sistemas de juego en la rehabilitación de la extremidad superior. Estos incluyen sistemas comerciales de juegos de entretenimiento como Wii [9], Kinect [10], sensor de movimiento Leaps [11] y guantes equipados con sensores [12]. Estos sistemas de juego pueden detectar movimientos de segmentos de brazos o movimientos de dedos, y en tiempo real, las señales de movimiento se utilizan para controlar la posición y el movimiento de avatares/objetos virtuales, o para controlar una paleta de juego para jugar. Sin embargo, estos sistemas son limitados, porque no tienen como objetivo el manejo y la manipulación de objetos. Por lo tanto, no se considera el procesamiento sensorial de la información sensorial táctil de la piel requerida para mantener la estabilidad del objeto durante el movimiento y para detectar y minimizar el deslizamiento del objeto en movimiento [13, 14]. Es crucial crear experiencias que mejoren la capacidad del cerebro para aprender, y para la destreza manual esto se logra mejor mediante la realización de tareas precisas de manipulación de objetos a través de la repetición guiada y asistida [15].

Sobre la base de las consideraciones anteriores, se desarrolló una plataforma de rehabilitación basada en juegos de computadora de bajo costo que combina ejercicios de manipulación fina y movimientos gruesos con actividades de videojuegos de computadora "divertidas" apropiadas para niños pequeños y adultos con lesiones cerebrales y de la médula espinal adquiridas [16-19]. La función dedo-mano se apuntó para ampliar la utilidad más allá de los movimientos de transporte o alcance bruto, ya que la capacidad de realizar destrezas manuales con las manos es una parte integral de la vida cotidiana.

Varios principios de aprendizaje motor se incorporan en esta aplicación basada en juegos [20, 21] que incluyen entrenamiento orientado a objetivos y tareas específicas de manejo y manipulación de objetos, velocidad-precisión, estimulación multisensorial y retroalimentación implícita y conocimiento del desempeño.

Dispositivo de manipulación de ejercicios (EMD) La mayoría de los sistemas de juegos de ejercicios de rehabilitación son sistemas pasivos y no pueden proporcionar asistencia de movimiento para pacientes con rango de movimiento limitado o control de movimiento deficiente) velocidad-precisión. Por lo tanto, hemos desarrollado y realizado una prueba piloto de un "Dispositivo de manipulación de rehabilitación" (EMD) portátil y de bajo costo. El EMD incluye un controlador y un motor integrados para producir fuerzas que pueden ayudar a los movimientos voluntarios necesarios durante los ejercicios basados ​​en juegos. Por lo tanto, puede adaptarse a pacientes con control de movimiento limitado y aquellos que tienen un rango de movimiento activo limitado.

El EMD consta de un chasis impreso en 3D compacto de una sola pieza que alberga la placa de interfaz, el actuador, el tren de potencia y el eje de transmisión giratorio. Se ha producido una variedad de mangos de "terapia" impresos en 3D de diferentes formas y tamaños que encajan a presión en el eje de accionamiento giratorio EMD. Estos están diseñados para practicar una amplia gama de destrezas manuales que involucran (a) pulgar/dedo, (b) muñeca (extensión-flexión), (c) desviación cubital-radial de la muñeca, (d) pronación-supinación y (e) Funciones del codo/hombro. Un codificador óptico registra la rotación del eje. La rotación del eje EMD (es decir, los respectivos movimientos del mango) controla con precisión el movimiento de un cursor de computadora o el objeto de cualquier juego de computadora de un solo eje. En este sentido, el ángulo de rotación del eje absoluto (señal del codificador óptico) se asignará a las coordenadas de píxeles en la pantalla. Se utiliza un microprocesador Arduino Leonardo para interconectar el EMD con la computadora y los juegos. Está programado para leer el codificador óptico y producir el control del cursor (emulación completa del mouse). El Arduino Leonardo IDE es capaz de actuar como un mouse a través de las bibliotecas integradas. Los siguientes parámetros de control del mouse son configurables: (a) orientación del juego, movimiento horizontal versus vertical del mouse, (b) rango de trabajo, capacidad para seleccionar cualquier rango de ángulo de rotación y mapear a la posición del mouse en pantalla completa, es decir, será posible seleccionar cualquier rango de movimiento activo para el ejercicio (por ejemplo, desde la muñeca neutral hasta 10, 20 o 30 grados de extensión según las necesidades del paciente) y (c) la sensibilidad del mouse para ajustar la amplitud de movimiento necesaria para mover el mouse a través de un rango de movimiento completo.

El EMD es capaz de varios esquemas de retroalimentación de fuerza de asistencia. Uno incluye un modo de campo de fuerza unidireccional simple, en este caso se aplica una fuerza constante al eje de salida en una dirección. (La magnitud y la dirección son configurables). Para muchos pacientes, la función de los dedos y las escrituras se ve más afectada en una dirección de movimiento, por ejemplo, extensión limitada de los dedos y la muñeca. Por lo tanto, incapacidad para posicionar y abrir la mano para agarrar objetos de diferentes diámetros. Estos pacientes se beneficiarían de la asistencia al movimiento proporcionada por una fuerza constante. La dirección de movimiento opuesta (p. flexión) recibiría una fuerza resistiva. Un segundo esquema es un esquema de control de asistencia inteligente de circuito cerrado más avanzado que requiere comunicaciones en tiempo real entre la interfaz EMD Arduino y un juego RTP especialmente diseñado [16, 17]. Esto es necesario para determinar la dirección y la magnitud de la fuerza requerida para girar el mango y ayudar al usuario a mover la paleta del juego para interactuar con éxito con la presentación aleatoria de los objetos objetivo del juego. Este modo de asistencia dependiente del contexto puede amplificar incluso los movimientos voluntarios limitados y pequeños de las personas gravemente afectadas, al tiempo que permite oportunidades para una progresión del ejercicio con una mayor demanda en los requisitos de movimiento. Incluso para los casos en los que el rango de movimientos es pequeño, la escala y el filtrado del controlador de circuito cerrado permitirán una mejor traducción a movimientos más grandes y, lo que es más importante, accesible incluso para aquellos con discapacidades que de otro modo no habrían podido aprovechar este tipo de sistema. .

El EMD funciona como un mouse de computadora USB plug and play receptivo y esto permite que los juegos de computadora comunes y modernos se usen y disfruten como parte de un programa de ejercicio personalizado. La inclusión de un elemento de juego pretende proporcionar una motivación adicional a los pacientes en forma de un desafío y un medio más divertido de alentarlos a seguir movimientos tediosos y repetitivos que a menudo son parte del proceso de rehabilitación. El valor terapéutico específico se puede derivar tanto de los tipos de tareas de manipulación de objetos como de la elección del juego de computadora. Los diferentes juegos comerciales requieren diferentes niveles de amplitud de movimiento, velocidades, precisión y repetición y ofrecen suficiente diversidad para atraer a una amplia gama de preferencias individuales. Actualizar y progresar en los juegos y los niveles de dificultad con regularidad, para mantener el desafío y brindar nuevas experiencias, facilitará la retroalimentación psicológica necesaria para mantener el interés y la participación. Muchos juegos disponibles comercialmente también implican múltiples tareas. Por lo tanto, las tareas también involucran habilidades atencionales, perceptivas y cognitivas clave. El Apéndice 1 muestra una lista y una descripción de los juegos de computadora comunes que han sido probados exhaustivamente con el EMD por varios pacientes (niños con parálisis cerebral y pacientes adultos con lesiones de la médula espinal y accidentes cerebrovasculares).

Objetivo: realizar un ensayo clínico aleatorizado (ECA) exploratorio con análisis cualitativo integrado para; a) evaluar la implementación, la usabilidad y la aceptabilidad del sistema GAMING para la rehabilitación de la destreza manual de la médula espinal y pacientes con accidentes cerebrovasculares que asisten al centro First Step Wellness para entrenamiento cardiovascular y de fuerza, b) proporcionar una estimación de la eficacia y el tamaño del efecto de una intervención de 10 semanas utilizando el sistema GAMING. Esto proporcionará la información necesaria para dirigir un futuro RCT a gran escala.

El ensayo clínico se llevará a cabo en dos centros "hermanos" 1. Centro de Bienestar First Step en Winnipeg Shane Hartje, Director Ejecutivo, shane@fswcwpg.ca 2, Centro de Bienestar First Step en Regina, Director Ejecutivo Owen Carlson., info@fswcwpg.ca Ver cartas de colaboración adjuntas de Shane Hartje y Owen Carlson. Los dos centros contarán con el EMD y 30 videojuegos de computadora fácilmente disponibles. El EMD incluirá varios mangos impresos en 3D intercambiables para ejercer una amplia gama de funciones, incluidos los movimientos de la muñeca y el pulgar, así como movimientos del brazo que involucran una combinación de movimientos del codo y el hombro.

Anuprita Kanitkar, becaria de postdoctorado para este proyecto, llevará a cabo y coordinará el RCT exploratorio en clientes con lesión de la médula espinal y pacientes con accidente cerebrovascular que asisten al First Step Wellness Center en Winnipeg y coordinará lo mismo en Saskatchewan (15 clientes en cada sitio).

Cada participante recibirá dos sesiones de ejercicio supervisado de una hora cada semana durante 10 semanas. El grupo experimental (XG) recibirá; a) la intervención experimental basada en el juego durante 30 minutos, y b) su rango de movimiento y fuerza habitual de las extremidades superiores y el programa de ejercicios, durante 30 minutos. El grupo de control activo (CG) recibirá su rango habitual de ejercicios de fuerza de movimiento de las extremidades superiores durante toda la sesión de una hora.

Esperamos que tome 18 meses reclutar a 32 pacientes con lesión de la médula espinal y 32 con accidente cerebrovascular (es decir, 16 en cada sitio.

Además, ofreceríamos el programa de ejercicios basado en juegos a los participantes del grupo GC una vez que hayan completado su intervención de 10 semanas.

Los criterios de inclusión incluirán:

1. Edad 20-70, año
2. seis meses después de un accidente cerebrovascular o SCI Menos de dos años después de un accidente cerebrovascular o SCI
3. Extienda activamente al menos diez grados en las articulaciones metacarpofalángicas e interfalángicas, extienda diez grados en la muñeca y tenga al menos 30 grados de flexión-extensión activa del codo y el hombro.
4. Visión adecuada para ver las imágenes requeridas en un monitor de computadora estándar. E) Capaz de proporcionar consentimiento informado

Los criterios de exclusión incluirán:

1. espasticidad excesiva (grado tres y superior en la escala de Ashworth) (11),
2. cualquier deterioro cognitivo significativo (puntuaciones de la Evaluación Cognitiva de Montreal inferiores a 25) (12)
3. Cualquier otro trastorno neurológico con la excepción de un solo accidente cerebrovascular antes de la prueba.

El protocolo de ejercicio inicial para cada participante se establecerá en función de los objetivos individuales, el nivel de discapacidad y el estado funcional. Una sesión típica implicará; 4-5 tareas de manipulación de objetos seleccionados, 4-5 identificadores EMD diferentes y varios juegos de computadora. Estas tareas representan una amplia gama de propiedades físicas que requieren diferentes modos de manipulación y demandas funcionales.

Cada combinación de mango-juego de EMD se practicará en intervalos de 2-3 minutos y se repetirá 2-3 veces. Se instruirá a los participantes sobre cómo realizar las diversas tareas con los movimientos deseados de los segmentos de la mano y el brazo y no sustituirlos por movimientos asociados. Los juegos de computadora se elegirán en función de las siguientes propiedades del juego: a) la amplitud de movimiento requerida para mover la paleta del juego, b) la velocidad del juego yc) el requisito de precisión del juego. Muchos juegos de computadora de estilo arcade económicos están disponibles en línea y se pueden descargar de sitios web como bigfishgames.com (Consulte el Apéndice 5 para obtener una lista de los juegos de computadora utilizados en el presente estudio).

Las siguientes características de EMD y tareas de manipulación de objetos y tipos de juegos de computadora se actualizarán según se toleren para aumentar el desafío y progresar en el programa de ejercicios. Se utilizaron objetos con diferente tamaño, forma, peso y superficie de fricción para aumentar las demandas físicas de las tareas. Se aumentó la velocidad del juego y luego la precisión del movimiento (tamaño de los objetos objetivo y la paleta del juego) (es decir, Relación de precisión de la velocidad). La amplitud del movimiento se incrementó ajustando la sensibilidad del ratón. La dificultad de la tarea también se ajustará aumentando las fuerzas de asistencia y resistencia aplicadas a los mangos del EMD. La progresión también se logró mediante el uso de una variedad de videos de computadora comerciales.

El grupo de control activo (CG) continuará con su programa habitual de estiramiento, rango de movimiento y entrenamiento de fuerza según lo establecido por el personal de capacitación en el centro First Step Wellness.

Análisis cuantitativo Se obtendrán las siguientes medidas de resultado antes y después de la intervención

1. La capacidad motora de las extremidades superiores se medirá mediante la prueba de función motora de Wolf (WMFT) [22]. Se pedirá a los participantes que completen 15 tareas del WMFT lo más rápido posible. Se registrará el tiempo necesario para completar cada tarea. La calidad del movimiento de cada tarea también se calificó usando una escala ordinal de 0 a 5, donde 0 indica que no se realizó en absoluto y cinco indica que se realizó con un movimiento normal. Los puntajes finales de WMFT fueron; (a) el tiempo total empleado en las 15 tareas y (b) los grados de calidad de movimiento sumados de las 15 tareas.

2. Evaluación de la destreza manual de las extremidades superiores (CUE) basada en juegos de computadora. Consulte las referencias 16, 17, 23 para obtener detalles sobre los procedimientos de prueba, el análisis de datos y la confiabilidad. El ratón IB se asegurará a varios objetos de prueba con diferentes propiedades físicas y demandas anatómicas. Todas las tareas de manipulación requerían contacto con la superficie del dedo-pulgar o la palma de la mano, e involucraban varias combinaciones de movimientos de precisión de la muñeca, el codo y el hombro... Esto incluye hacer rodar un cilindro y un balón de fútbol hacia adelante y hacia atrás; Rotar una taza de café usando pronación-supinación; tareas de rotación de precisión fina con toda la mano y con 2 dedos... El software RTP calcula varias medidas de resultados de rendimiento basadas en procedimientos de análisis de múltiples eventos del módulo de juego Motor Skill. Como ejemplo, para una sesión de juego de dos minutos y con una duración del evento de juego establecida en dos segundos, habría 60 respuestas de movimiento de juego realizadas por el paciente 30 en cada dirección. Para el presente estudio, la medida de resultado de la destreza manual incluirá:

   a) Tasa de éxito o promedio de consecución de objetivos de varios eventos del juego, b) Tiempo de inicio del movimiento c), magnitud de los errores de movimiento, d) Variación y consistencia del movimiento calculadas a partir de varias respuestas de movimiento del juego repetidas, y f) Otros se desarrollarán y validarán el curso al Post Doc.

Analisis cualitativo

Al finalizar el programa de ejercicios de 10 semanas, se invitará a todos los participantes a participar en una entrevista. Se harán las siguientes preguntas abiertas a todos los participantes y se registrarán sus respuestas:

1. Cuando aceptó participar, ¿cómo esperaba que se beneficiaría del programa de terapia?
2. ¿Hubo cosas sobre el juego o el programa de ejercicios que le gustaron y cosas que no le gustaron?
3. ¿Qué pensaste sobre los juegos de computadora que te pidieron que jugaras? ¿Disfrutaste el juego? ¿Hubo juegos que no disfrutaste?
4. ¿Sentiste que este programa de terapia te ayudó?
5. Si le proporcionaran la configuración correcta, ¿continuaría con estos ejercicios? Se alentará a los participantes a describir y explicar sus ideas, pensamientos, opiniones y experiencias personales. El marco analítico de la descripción interpretativa se utilizó para la interpretación temática [24, 25].

Todas las entrevistas serán grabadas en audio y luego transcritas a un formato escrito. Las transcripciones traducidas serán leídas por Anuprita Kanitkar, quien utilizará el sistema de codificación parafraseando, generalizando y resumiendo las transcripciones escritas de cada entrevista. Un segundo asistente de investigación analizó los datos codificados e identificó cualquier respuesta y código únicos adicionales. Los dos revisores se reunirán para comparar sus análisis y resolver desacuerdos en un sistema de código final organizado en temas y subtemas finales [.

Análisis estadístico Se comprobará la normalidad de los datos mediante la prueba de Shapiro-Wilk. SS S, MB W. Una prueba de análisis de varianza para la normalidad. Biometrika. 1965;67(337):52.

Los efectos del tiempo (antes y después de la intervención), el grupo (experimental y de control) y la interacción tiempo*grupo en las puntuaciones de la prueba de función motora de Wolf y las medidas de resultado de CUE se evaluarán mediante un ANOVA de modelo mixto con medidas repetidas. El nivel de significación se establecerá en 0,05 y el análisis estadístico se realizará utilizando SPSS (Versión 24) (SPSS Science, Chicago).

Se utilizará una simulación informática personalizada para calcular la potencia estadística de los modelos de medidas repetidas, y los datos del presente estudio proporcionarán estimaciones de los tamaños del efecto del tratamiento. Se utilizará un modelo de efectos mixtos lineales de intersecciones aleatorias y se generarán 128 conjuntos de datos con observaciones generadas aleatoriamente para cada combinación de tamaño de muestra, número de visitas y tamaño del efecto. Para todas las simulaciones, se supuso que la asignación de tratamiento para la intervención experimental y el brazo de control activo era 1:1 (diseño equilibrado). Cada conjunto de datos será analizado por un modelo mixto lineal con una interacción de grupo, tiempo y tiempo*grupo. La potencia se calculará como la fracción de modelos con un término de interacción Tiempo*Grupo significativo (p < 0,05) que cuantifica la diferencia de pendientes entre los dos grupos a lo largo del tiempo. Para realizar las simulaciones se utilizará SAS PROX MIXED versión 9.4. Los resultados significativos tienen una potencia adecuada al 80 % para los tamaños de efecto de Time*Group observados.