Augmented Reality -pohjaisen peiliterapijärjestelmän vaikutukset aivohalvauspotilailla

Tämän tutkimuksen tavoitteena on kehittää lisätyn todellisuuden perustuva peiliterapijärjestelmä, MirrARm, joka perustuu anturipohjaiseen seurantaan ja visuaalisiin heijastusperiaatteisiin, sekä tutkia sen vaikutuksia aivohalvauspotilaiden yläraajojen motoriseen kuntoutumiseen ja toiminnalliseen aktiivisuustasoon.

Tässä tutkimuksessa aivohalvauksen saaneet henkilöt, jotka täyttävät sisällytyskriteerit, jaetaan satunnaisesti kahteen ryhmään käyttäen ikään, sukupuoleen ja Fugl-Meyerin yläraajapisteisiin perustuvaa kerrostamista. Ryhmät ovat lisätyn todellisuuden perustuva peiliterapiaryhmä (AR-MT) ja perinteinen peiliterapiaryhmä (C-MT). Kaikki osallistujat saavat perinteistä fysioterapiaharjoittelua 30 minuuttia per istunto, kolme päivää viikossa kahdeksan viikon ajan. AR-MT-ryhmän osallistujat saavat lisäksi 30 minuuttia liikuntaharjoittelua MirrARm-järjestelmällä kolme päivää viikossa kahdeksan viikon ajan, kun taas C-MT-ryhmän osallistujat saavat harjoittelua perinteisellä peiliterapialla saman ajanjakson ja taajuuden ajan.

Tässä tutkimuksessa lisätyn todellisuuden perustuva peiliterapiaharjoittelu toteutetaan MirrARm-järjestelmällä. MirrARm-järjestelmä koostuu 27-tuumaisesta tietokonenäytöstä, Leap Motion Controller -liikkeenseuranta-anturista ja kannettavasta tietokoneesta. Näyttö asetetaan työpöydälle ja se näyttää kytketystä kannettavasta tietokoneesta lähetettyjä kuvia. Leap Motion -anturi kytketään myös kannettavaan tietokoneeseen ja sijoitetaan pöydälle näytön eteen. Leap Motion -anturia käytetään siirtämään osallistujien käsiliikkeitä näytölle reaaliajassa. Ohjelmistotoimintojensa kautta MirrARm-järjestelmä näyttää näytöllä toisella kädellä suoritetut liikkeet ikään kuin ne suoritettaisiin vastakkaisella kädellä.

MirrARm-järjestelmän ohjelmistoinfrastruktuuri kehitetään Unity 6.1 -pelimoottorilla. Osallistujien käsiliikkeitä seurataan tarkasti kolmiulotteisessa ympäristössä käyttäen Leap Motion -laitteen virallisia ohjelmistokehityspaketteja (SDK) ja kirjastoja. Sovellukset suunnitellaan käyttäen valmiita tai räätälöityjä Unity-assetteja, jotka sijoitetaan kolmiulotteiseen koordinaatistoon Unity-ympäristössä, ja realistiset fyysiset vuorovaikutukset toteutetaan Unityn NVIDIA PhysX -pohjaisen fysiikkamoottorin avulla. Sovelluksen toimintaa ohjataan mukautettujen MonoBehaviour-pohjaisten skriptien avulla, jotka on kehitetty C#-ohjelmointikielellä. Nämä skriptit muokkaavat dynaamisesti kohtausobjektien Transform-komponentin ominaisuuksia, kuten sijaintia, kiertoa ja mittakaavaa; käsittelevät käyttäjävuorovaikutuksia tapahtumapohjaisten laukaisijoiden kautta; ja suorittavat ennalta määriteltyjä toimintoja pelisilmukan sisällä. Fyysistä vuorovaikutusta vaativille objekteille annetaan Unityn Rigidbody-komponentti, joka tarjoaa fyysiset ominaisuudet kuten massan, painovoiman ja törmäysvasteet, ja vuorovaikutusalueet määritellään Collider-komponenttien avulla.

MirrARm-järjestelmällä suoritetuissa harjoitusistunnoissa aivohalvauspotilaat istutetaan selkänojalliselle tuolille näytön eteen ja he suorittavat pelillistettyihin terapeuttisiin aktiviteetteihin kuuluvia tehtäviä käyttämällä vahingoittumatonta yläraajaa, samalla kun he tarkkailevat näitä liikkeitä näytöllä ikään kuin ne suoritettaisiin vahingoittuneella ylärajalla.

Tutkijat ovat suunnitelleet neljä erilaista MirrARm-järjestelmässä käytettävää aktiviteettia perustuen aivohalvauksen jälkeen yläraajojen toiminnallisuudelle tärkeinä pidettyihin liikkeisiin. Jokaiselle aktiviteetille on suunniteltu kolme vaikeustasoa. Osallistujat suorittavat jokaisen tason kahden minuutin ajan, ja tasojen välillä on 30 sekunnin lepoaika. MirrARm-järjestelmän tehtäväpohjaiset aktiviteetit ovat seuraavat:

• Kuutioiden pinonta-aktiviteetti (olkapään nostoon keskittyvä)
• Kurotteluaktiviteetti (kyynärvarren ojennukseen keskittyvä)
• Supinaatio-pronaatioaktiviteetti
• Vaakasuora rengasaktiviteetti (ranteen ojennukseen keskittyvä)

Kaikki tutkimukseen osallistuvat arvioidaan kolme kertaa interventiojakson aikana (viikko 0, viikko 4 ja viikko 8) käyttäen ensisijaisia ja toissijaisia lopputulosmittareita sokean arvioijan toimesta.

Kaikki osallistujilta saatujen tietojen tilastolliset analyysit suoritetaan käyttäen SPSS-versiota 27.0 (IBM Corp., Armonk, NY, USA). Jatkuvat muuttujat raportoidaan keskiarvona ± keskihajontana, kun normaalijakauma-oletus täyttyy, ja mediaanina (kvartiiliväli) kun se ei täyty. Kategoriset muuttujat raportoidaan lukumääränä (N) ja prosenttiosuutena (%). Oletustarkistukset sisältävät Shapiro-Wilkin testin normaalijakaumalle, Levenen testin varianssien homogeenisuudelle ja Mauchlyn testin palloudelle; pallouden rikkoutumisen tapauksessa käytetään Greenhouse-Geisser -korjausta. Kun oletukset täyttyvät, suoritetaan kaksisuuntainen sekoitettu suunnitteluinen (2×3) varianssianalyysi (ANOVA) jokaiselle lopputulosmittarille. Ajan ja ryhmän päävaikutukset sekä aika × ryhmä -vuorovaikutus testataan, ja monivertailut suoritetaan Bonferroni-korjauksella. Vaikutuskoot raportoidaan osittaisena eta neliönä (η²p) 95 %:n luottamusvälillä ja merkitsevyystasolla p = 0,05. Kun oletukset eivät täyty, ryhmän sisäisiä muutoksia kolmella aikapisteellä analysoidaan käyttäen Friedmanin testiä, jota seuraa Bonferroni-korjatut parivertailu-Wilcoxon-testit, jos tulos on merkitsevä. Ryhmien välistä vertailuja suoritetaan käyttäen Mann-Whitney U -testiä aikapisteiden välisillä muutospisteillä. Ei-parametriset tulokset raportoidaan vaikutuskokojen, 95 %:n luottamusvälien ja merkitsevyystason p = 0,05 kanssa.