Programme d'exercices basé sur un jeu informatique ciblant la dextérité manuelle pour les personnes atteintes d'une lésion médullaire ou d'un accident vasculaire cérébral.

Contexte De nombreux adultes atteints de déficiences neuromusculaires affectant les membres supérieurs (EU) ont des déficits de la motricité fine [1-3]. La dextérité manuelle impliquant la manipulation et la manipulation d'objets est essentielle pour de nombreuses activités de la vie quotidienne et de la vie sociale. Ces activités nécessitent la manipulation d'objets avec un large éventail de propriétés physiques et d'exigences fonctionnelles qui nécessitent souvent un degré élevé de précision.

Thérapie du mouvement induit par la contrainte (CIMT [4-6]. sont des programmes de rééducation prometteurs pour la restauration de la fonction main-bras. Ces approches de traitement soulignent que la récupération fonctionnelle reflète l'apprentissage réalisé en générant des expériences réelles, en appliquant une attention focalisée, en simulant des mouvements proches de la normale et en répétant 12-14 Les thérapies supervisées spécifiques à une tâche sont préférées, mais sont difficiles à dispenser en raison de la sortie précoce des patients, l'augmentation des demandes de services de réadaptation par une population vieillissante, ainsi que les pressions financières ET liées à la distance parcourue. Pour surmonter ces défis, nous avons besoin de méthodes réalisables et rentables pour accroître l'accessibilité. Idéalement, des programmes thérapeutiques efficaces devraient être mis à disposition dans les centres communautaires et, en fin de compte, au domicile des patients.

En plus d'accroître l'accessibilité, il est nécessaire d'améliorer la conformité des régimes d'exercice. Une approche émergente pour engager les clients dans la thérapie consiste à incorporer des jeux informatiques [7-8].

Les activités dans les jeux informatiques peuvent fournir un environnement comportemental, écologiquement valide et adaptatif. En outre, ils peuvent fournir une rétroaction immédiate ainsi que des enregistrements électroniques pour évaluer et aider à LA progression des interventions. Plusieurs systèmes de jeu ont été utilisés dans la rééducation du membre supérieur. Il s'agit notamment des systèmes de jeux de divertissement commerciaux comme la Wii [9], Kinect [10], le capteur de mouvement Leaps [11] et les gants équipés de capteurs [12]. Ces systèmes de jeu peuvent détecter les mouvements des segments de bras ou des doigts - et en temps réel - les signaux de mouvement sont utilisés pour contrôler la position et le mouvement d'avatars/objets virtuels, ou pour contrôler une palette de jeu pour jouer. Cependant, ces systèmes sont limités, car ils ne ciblent pas la manipulation et la manipulation d'objets. Par conséquent, il n'y a aucune considération du traitement sensoriel des informations sensorielles tactiles de la peau nécessaires pour maintenir la stabilité de l'objet pendant le mouvement, et pour détecter et minimiser le glissement de l'objet en mouvement [13, 14]. Il est crucial de créer des expériences qui améliorent la capacité d'apprentissage du cerveau, et pour la dextérité manuelle, cela est mieux réalisé en effectuant des tâches précises de manipulation d'objets grâce à la répétition guidée et assistée [15].

Sur la base des considérations ci-dessus, une plate-forme de rééducation basée sur un jeu informatique à faible coût a été développée qui combine des exercices de manipulation fine et de mouvements bruts avec des activités de jeux vidéo informatiques "amusantes" adaptées aux jeunes enfants et aux adultes atteints de lésions cérébrales et médullaires acquises [16-19). La fonction doigt-main a été ciblée pour étendre l'utilité au-delà des mouvements brutaux d'atteinte ou de transport, car la capacité d'effectuer des habiletés de dextérité manuelle avec les mains fait partie intégrante de la vie quotidienne.

Plusieurs principes d'apprentissage moteur sont incorporés dans cette application basée sur le jeu [20, 21] qui incluent une formation axée sur les objectifs et spécifique à la tâche de la manipulation et de la manipulation d'objets, la précision de la vitesse, la stimulation multisensorielle, la rétroaction implicite et la connaissance de la performance.

Exercise Manipulandum Device (EMD) La plupart des systèmes de jeux d'exercices de rééducation sont des systèmes passifs et ne peuvent pas fournir d'assistance au mouvement pour les patients ayant une amplitude de mouvement limitée ou un mauvais contrôle des mouvements) vitesse-précision. Ainsi, nous avons développé et testé un "dispositif de manipulation de réadaptation" (EMD) portable et peu coûteux. L'EMD comprend un contrôleur et un moteur intégrés pour produire des forces qui peuvent aider les mouvements volontaires requis pendant les exercices basés sur le jeu. Par conséquent, il peut s'adapter aux patients dont le contrôle des mouvements est limité et à ceux qui ont une amplitude de mouvement active limitée.

L'EMD se compose d'un châssis compact imprimé en 3D d'une seule pièce qui abrite la carte d'interface, l'actionneur, le groupe motopropulseur et l'arbre d'entraînement rotatif. Une variété de poignées de "thérapie" imprimées en 3D de différentes formes et tailles ont été produites qui s'enclenchent sur l'arbre d'entraînement rotatif EMD. Ceux-ci sont conçus pour pratiquer un large éventail de compétences de dextérité manuelle impliquant (a) le pouce/doigt, (b) le poignet (extension-flexion), (c) la déviation ulnaire-radiale du poignet, (d) la pronation-supination et (e) fonctions coude/épaule. Un encodeur optique enregistre la rotation de l'arbre. La rotation de l'arbre EMD (c'est-à-dire les mouvements de poignée respectifs) contrôle avec précision le mouvement d'un curseur d'ordinateur ou d'un sprite de jeu de n'importe quel jeu informatique à axe unique. À cet égard, l'angle de rotation absolu de l'arbre (signal d'encodeur optique) sera mappé aux coordonnées de pixel sur l'affichage. Un microprocesseur Arduino Leonardo est utilisé pour interfacer l'EMD avec l'ordinateur et les jeux. Il est programmé pour lire l'encodeur optique et produire le contrôle du curseur (émulation complète de la souris). L'IDE Arduino Leonardo est capable d'agir comme une souris via les bibliothèques intégrées. Les paramètres de contrôle de la souris suivants sont configurables : (a) orientation du jeu, mouvement horizontal ou vertical de la souris, (b) plage de travail, possibilité de sélectionner n'importe quelle plage d'angle de rotation et mappage sur la position de la souris en plein écran, c'est-à-dire qu'il sera possible de sélectionner n'importe quel amplitude de mouvement active pour l'exercice (par exemple, du poignet neutre à 10, 20 ou 30 degrés d'extension selon les besoins du patient), et (c) la sensibilité de la souris pour ajuster l'amplitude de mouvement nécessaire pour déplacer la souris à travers une amplitude de mouvement complète.

L'EMD est capable de plusieurs schémas de retour de force d'assistance. L'un comprend un mode de champ de force unidirectionnel simple dans ce cas, une force constante est appliquée à l'arbre de sortie dans une direction. (La magnitude et la direction sont configurables). Pour de nombreux patients, la fonction des doigts et des écritures est plus altérée dans une direction de mouvement, par exemple une extension limitée des doigts et du poignet. Ainsi incapacité de positionner et d'ouvrir la main pour saisir des objets de diamètres variables. Ces patients bénéficieraient de l'aide au mouvement apportée par une force constante. Le sens de déplacement opposé (par ex. flexion) recevrait une force de résistance. Un deuxième schéma est un schéma de contrôle d'assistance intelligent en boucle fermée plus avancé qui nécessite des communications en temps réel entre l'interface EMD Arduino et un jeu RTP spécialement conçu [16, 17]. Cela est nécessaire pour déterminer la direction et l'amplitude de la force nécessaire pour faire tourner la poignée et aider l'utilisateur à déplacer la palette de jeu pour interagir avec succès avec la présentation aléatoire d'objets cibles de jeu. Ce mode d'assistance dépendant du contexte peut amplifier même les mouvements volontaires limités et petits des personnes gravement touchées, tout en offrant des possibilités de progression de l'exercice avec une demande accrue d'exigences de mouvement. Même pour les cas où l'amplitude des mouvements est faible, la mise à l'échelle et le filtrage du contrôleur en boucle fermée permettront une traduction en mouvements plus larges mieux et surtout accessible même pour les personnes handicapées qui n'auraient peut-être pas pu profiter de ce type de système autrement .

L'EMD fonctionne comme une souris d'ordinateur plug and play USB réactive, ce qui permet d'utiliser et d'apprécier des jeux informatiques courants et modernes dans le cadre d'un programme d'exercices personnalisé. L'inclusion d'un élément de jeu vise à fournir une motivation supplémentaire aux patients sous la forme d'un défi et un moyen plus agréable de les encourager à suivre des mouvements fastidieux et répétitifs qui font souvent partie du processus de réadaptation. Une valeur thérapeutique spécifique peut être dérivée des deux types de tâches de manipulation d'objets, ainsi que du choix du jeu informatique. Différents jeux commerciaux nécessitent différents niveaux d'amplitude de mouvement, de vitesse, de précision et de répétition et offrent une diversité suffisante pour faire appel à un large éventail de préférences individuelles. Mettre à jour et faire progresser régulièrement les jeux et les niveaux de difficulté, pour soutenir le défi et offrir de nouvelles expériences, facilitera le retour psychologique nécessaire pour maintenir l'intérêt et la participation. De nombreux jeux disponibles dans le commerce impliquent également le multitâche. Par conséquent, les tâches engagent également des compétences attentionnelles, perceptives et cognitives clés. L'annexe 1 présente une liste et une description des jeux informatiques courants qui ont été minutieusement testés avec l'EMD par plusieurs patients (enfants atteints de paralysie cérébrale et adultes blessés médullaires et victimes d'AVC).

Objectif : Mener un essai clinique randomisé exploratoire (ECR) avec analyse qualitative intégrée pour ; a) évaluer la mise en œuvre, la convivialité et l'acceptabilité du système GAMING pour la réadaptation de la dextérité manuelle des clients de la moelle épinière et de l'AVC qui fréquentent le centre de bien-être First Step pour l'entraînement cardio et la musculation, b) fournir une estimation de l'efficacité et de l'ampleur de l'effet de une intervention de 10 semaines utilisant le système GAMING. Cela fournira les informations nécessaires pour diriger un futur ECR à grande échelle.

L'essai clinique sera mené dans deux centres « sœurs » 1. First Step Wellness Centre à Winnipeg Shane Hartje, directeur exécutif, shane@fswcwpg.ca 2, First Step Wellness Centre à Regina, directeur exécutif Owen Carlson., info@fswcregina.ca Voir les lettres de collaboration ci-jointes de Shane Hartje et Owen Carlson. Les deux centres seront équipés de l'EMD et de 30 jeux vidéo informatiques facilement disponibles. L'EMD comprendra plusieurs poignées interchangeables imprimées en 3D pour exercer un large éventail de fonctions, y compris les mouvements du pouce-doigt et du poignet, ainsi que des mouvements de bras qui impliquent une combinaison de mouvements du coude et de l'épaule.

Anuprita Kanitkar, boursière postdoctorale pour ce projet, dirigera et coordonnera l'ECR exploratoire sur les clients blessés à la moelle épinière et les clients victimes d'AVC fréquentant le First Step Wellness Centre à Winnipeg et coordonnera la même chose en Saskatchewan (15 clients à chaque site).

Chaque participant recevra deux séances d'exercices supervisées d'une heure chaque semaine pendant 10 semaines. Le groupe expérimental (XG) recevra ; a) l'intervention expérimentale basée sur le jeu pendant 30 minutes, et b) leur programme habituel d'amplitude de mouvement et de force des membres supérieurs et d'exercices, pendant 30 minutes. Le groupe de contrôle actif (CG) recevra son amplitude habituelle d'exercices de force de mouvement pour l'ensemble de la session d'une heure.

Nous prévoyons qu'il faudra 18 mois pour recruter 32 blessés médullaires et 32 ​​clients victimes d'AVC (c.-à-d. 16 sur chaque site.

De plus, nous offririons le programme d'exercices basé sur le jeu aux participants du groupe CG une fois qu'ils auraient terminé leur intervention de 10 semaines.

Les critères d'inclusion comprendront :

1. 20-70 ans, année
2. six mois après un AVC ou une SCI Moins de deux mois après un AVC ou une SCI
3. Extension active d'au moins dix degrés au niveau des articulations métacarpo-phalangiennes et interphalangiennes, extension de dix degrés au niveau du poignet et avoir au moins 30 degrés de flexion-extension active du coude et de l'épaule.
4. Vision adéquate pour voir les images requises sur un écran d'ordinateur standard. E) Capable de fournir un consentement éclairé

Les critères d'exclusion comprendront :

1. spasticité excessive (niveau trois et plus sur l'échelle d'Ashworth) (11),
2. tout trouble cognitif important (résultats du Montreal Cognitive Assessment inférieurs à 25) (12)
3. Tout autre trouble neurologique à l'exception d'un seul accident vasculaire cérébral avant le test.

Le protocole d'exercice initial pour chaque participant sera établi en fonction des objectifs individuels, du niveau de déficience et de l'état fonctionnel. Une session typique impliquera; 4 à 5 tâches de manipulation d'objets sélectionnées, 4 à 5 poignées EMD différentes et plusieurs jeux informatiques. Ces tâches représentent un large éventail de propriétés physiques nécessitant différents modes de manipulation et exigences fonctionnelles.

Chaque combinaison de jeu de poignée EMD sera pratiquée pendant des intervalles de 2 à 3 minutes et répétée 2 à 3 fois. Les participants seront informés sur la façon d'effectuer les différentes tâches avec les mouvements de segment de main et de bras souhaités et de ne pas les remplacer par des mouvements associés. Les jeux informatiques seront choisis en fonction des propriétés de jeu suivantes : a) amplitude de mouvement requise pour déplacer la palette de jeu, b) vitesse de jeu et c) exigence de précision de jeu. De nombreux jeux informatiques de style arcade peu coûteux sont facilement disponibles en ligne et peuvent être téléchargés à partir de sites Web tels que bigfishgames.com (voir l'annexe 5 pour une liste des jeux informatiques utilisés dans la présente étude).

Les caractéristiques suivantes des tâches d'EMD et de manipulation d'objets et des types de jeux informatiques seront mises à jour selon la tolérance pour augmenter le défi et faire progresser le programme d'exercices. Des objets de différentes tailles, poids, formes et frottements de surface ont été utilisés pour augmenter les exigences physiques des tâches. La vitesse de jeu, puis la précision des mouvements (taille des objets cibles et de la palette de jeu) ont été augmentées (c'est-à-dire Relation précision vitesse). L'amplitude du mouvement a été augmentée en ajustant la sensibilité de la souris. La difficulté de la tâche sera également ajustée en augmentant les forces d'assistance et de résistance appliquées aux poignées EMD. La progression a également été réalisée en utilisant une variété de vidéos informatiques commerciales

Le groupe de contrôle actif (CG) poursuivra son programme habituel d'étirements, d'amplitude de mouvement et de musculation, tel qu'établi par le personnel de formation du centre de bien-être First Step.

Analyse quantitative Les mesures de résultats suivantes seront obtenues avant et après l'intervention

1. La capacité motrice des membres supérieurs sera mesurée par le test de la fonction motrice de Wolf (WMFT) [22]. Les participants seront invités à accomplir 15 tâches du WMFT aussi rapidement que possible. Le temps nécessaire pour accomplir chaque tâche sera enregistré. La qualité du mouvement de chaque tâche a également été notée à l'aide d'une échelle ordinale de 0 à 5, où 0 indique qu'elle n'a pas été exécutée du tout et cinq indique qu'elle a été exécutée avec un mouvement normal. Les scores finaux WMFT étaient; (a) le temps total pris pour les 15 tâches et (b) la somme des notes de qualité de mouvement des 15 tâches.

2. Évaluation de la dextérité manuelle des membres supérieurs (CUE) basée sur un jeu informatique. Voir les références 16, 17, 23 pour plus de détails sur les procédures de test, l'analyse des données et la fiabilité. La souris IB sera fixée à plusieurs objets de test avec différentes propriétés physiques et exigences anatomiques. Toutes les tâches de manipulation nécessitaient des contacts de surface doigt-pouce ou paume de la main, et impliquaient diverses combinaisons de mouvements de précision du poignet, du coude et de l'épaule... Cela comprend le fait de faire rouler un cylindre et un ballon de soccer d'avant en arrière; Faire tourner une tasse de café en utilisant la pronation-supination ; tâches de rotation de précision à la main entière et à 2 doigts... Le logiciel RTP calcule plusieurs mesures de résultats de performance basées sur des procédures d'analyse multi-événements du module de jeu Motor Skill. A titre d'exemple, pour une session de jeu de deux minutes et avec une durée d'événement de jeu fixée à deux secondes, il y aurait alors 60 réponses de mouvement de jeu effectuées par le patient 30 dans chaque direction. Pour la présente étude, la mesure des résultats de la dextérité manuelle comprendra :

   a) Le taux de réussite ou la moyenne d'atteinte des objectifs de plusieurs événements de jeu, b) L'heure de début du mouvement c) L'ampleur des erreurs de mouvement, d) La variation et la cohérence des mouvements calculées à partir de plusieurs réponses de mouvement répétées dans le jeu, et f) D'autres seront développés et validés sur le cursus au Post Doc.

Analyse qualitative

À la fin du programme d'exercices de 10 semaines, tous les participants seront invités à prendre part à une entrevue. Les questions ouvertes suivantes seront posées à tous les participants, et leurs réponses ont été enregistrées :

1. Lorsque vous avez accepté de participer, comment espériez-vous bénéficier du programme de thérapie ?
2. Y a-t-il des éléments du jeu ou du programme d'exercices que vous avez aimés et des éléments que vous n'avez pas aimés ?
3. Qu'avez-vous pensé des jeux informatiques auxquels on vous a demandé de jouer ? Avez-vous apprécié le jeu? Y a-t-il des jeux que vous n'avez pas appréciés ?
4. Avez-vous senti que ce programme de thérapie vous a aidé?
5. Si on vous fournissait les bons réglages, continueriez-vous ces exercices ? Les participants seront encouragés à décrire et à expliquer leurs idées, pensées, opinions et expériences personnelles. Le cadre analytique de la description interprétative a été utilisé pour l'interprétation thématique [24, 25].

Toutes les entrevues seront enregistrées sur bande audio et plus tard transcrites dans un format écrit. Les transcriptions traduites seront lues par Anuprita Kanitkar qui établira le système de codage en paraphrasant, généralisant et résumant les transcriptions écrites de chaque entretien. Un deuxième assistant de recherche a examiné les données codées et identifié les réponses et codes uniques supplémentaires. Les deux examinateurs se réuniront pour comparer leurs analyses et résoudre les désaccords dans un système de code final organisé en thèmes et sous-thèmes finaux [.

Analyse statistique La normalité des données sera vérifiée à l'aide du test de Shapiro-Wilk. SS S, MB W. Une analyse du test de variance pour la normalité. Biométrie. 1965;67(337):52.

Les effets de l'interaction Temps (avant à post-intervention), Groupe (expérimental et contrôle) et Temps*Groupe sur les scores du test de la fonction motrice de Wolf et les mesures des résultats CUE seront évalués à l'aide d'un modèle mixte ANOVA avec des mesures répétées. Le niveau de signification sera fixé à 0,05 et l'analyse statistique sera effectuée à l'aide de SPSS (version 24) (SPSS Science, Chicago).

Une simulation informatique personnalisée sera utilisée pour calculer la puissance statistique des modèles de mesures répétées, les données de l'étude actuelle fournissant des estimations des tailles d'effet du traitement. Un modèle linéaire à effets mixtes à interceptions aléatoires sera utilisé et 128 ensembles de données avec des observations générées aléatoirement seront générés pour chaque combinaison de taille d'échantillon, de nombre de visites et de taille d'effet. Pour toutes les simulations, l'allocation de traitement pour l'intervention expérimentale et le bras de contrôle actif a été supposée être de 1:1 (conception équilibrée). Chaque ensemble de données sera analysé par un modèle mixte linéaire avec une interaction groupe, temps et temps*groupe. La puissance sera calculée comme la fraction de modèles avec un terme d'interaction Temps*Groupe significatif (p < 0,05) qui quantifie la différence de pentes entre les deux groupes au fil du temps. SAS PROX MIXED version 9.4 sera utilisé pour effectuer les simulations. Les résultats significatifs sont correctement alimentés à 80 % pour les tailles d'effet Time*Group observées.