Számítógépes játék alapú gyakorlati program, amely a kézügyességet célozza meg gerincvelő-sérülésben vagy szélütésben szenvedőknek.

Háttér Sok, a felső végtagot (UE) érintő neuromuszkuláris károsodásban szenvedő felnőtt finommotorikus készségei hiányosak [1-3]. A tárgyak kezelésével és manipulálásával járó kézügyesség számos mindennapi tevékenységhez és a társasági élethez elengedhetetlen. Ezek a tevékenységek a fizikai tulajdonságok és a funkcionális követelmények széles skálájával rendelkező tárgyak kezelését igénylik, amelyek gyakran nagyfokú pontosságot igényelnek.

Kényszer-indukált mozgásterápia (CIMT [4-6]. ígéretes rehabilitációs programok a kéz-kar funkció helyreállítására. Ezek a kezelési megközelítések hangsúlyozzák, hogy a funkcionális helyreállítás a valós élmények generálásával, a fókuszált figyelem alkalmazásával, a normálishoz közeli mozgások szimulálásával és ismétléssel elért tanulást tükrözi. betegek, a rehabilitációs szolgáltatások iránti növekvő igény a népesség elöregedése miatt, valamint az anyagi és az utazási távolsággal kapcsolatos nyomás. E kihívások leküzdéséhez megvalósítható és költséghatékony módszerekre van szükségünk a hozzáférhetőség növelésére. Ideális esetben hatékony terápiás programokat kell elérhetővé tenni a közösségi központokban és végső soron a betegek otthonában.

A hozzáférhetőség növelése mellett javítani kell az edzési rendek betartását. A kliensek terápiába való bevonásának feltörekvő megközelítése a számítógépes játékok beépítése [7-8].

A számítógépes játékokban végzett tevékenységek viselkedési, ökológiailag érvényes és alkalmazkodó környezetet biztosíthatnak. Ezen kívül azonnali visszajelzést és elektronikus nyilvántartást is tudnak adni a beavatkozások előrehaladásának értékeléséhez és segítéséhez. Számos játékrendszert alkalmaztak a felső végtag rehabilitációjában. Ide tartoznak a kereskedelmi szórakoztató játékrendszerek, mint például a Wii [9], a Kinect [10], a Leaps mozgásérzékelő [11] és az érzékelővel felszerelt kesztyűk [12]. Ezek a játékrendszerek képesek érzékelni a karszegmensek vagy az ujjak mozgását – és valós időben – a mozgásjeleket a virtuális avatarok/objektumok helyzetének és mozgásának vezérlésére, vagy játéklapát vezérlésére használják. Ezek a rendszerek azonban korlátozottak, mivel nem céloznak objektumkezelést és -manipulációt. Ezért nem veszik figyelembe a bőr tapintási szenzoros információinak szenzoros feldolgozását, amely szükséges a tárgy stabilitásának fenntartásához mozgás közben, valamint a mozgó tárgy elcsúszásának észleléséhez és minimalizálásához [13, 14]. Kulcsfontosságú, hogy olyan élményeket hozzunk létre, amelyek javítják az agy tanulási képességét, és a kézügyesség szempontjából ez a legjobban úgy érhető el, ha irányított és segített ismétlésen keresztül precíz tárgymanipulációs feladatokat hajtunk végre [15].

A fenti megfontolások alapján egy olcsó számítógépes játék alapú rehabilitációs platformot fejlesztettek ki, amely a finom manipulációt és a durva mozgásos gyakorlatokat „szórakoztató” számítógépes videojáték-tevékenységekkel ötvözi a szerzett agy- és gerincsérülésben szenvedő kisgyermekek és felnőttek számára [16-19. Az ujjkéz funkció célja az volt, hogy a durva elérési vagy szállítási mozdulatokon túl is kiterjessze a hasznosságot, mivel a kézügyesség kézi végrehajtása a mindennapi élet szerves része.

Ez a játékalapú alkalmazás [20, 21] a motoros tanulás számos elvét tartalmazza, amelyek magukban foglalják a célorientált, feladat-specifikus tréninget az objektumkezelés és -manipuláció, a sebesség-pontosság, a multiszenzoros stimuláció, valamint a teljesítmény implicit visszacsatolása és ismerete.

Exercise Manipulandum Device (EMD) A legtöbb rehab gyakorlati játékrendszer passzív rendszer, és nem tud mozgássegélyt nyújtani korlátozott mozgástartományú vagy rossz mozgásszabályozású betegek számára) sebesség-pontosság. Így kifejlesztettünk és teszteltünk egy hordozható, alacsony költségű "Rehabilitációs Manipulandum Eszközt" (EMD). Az EMD integrált vezérlőt és motort tartalmaz, amelyek olyan erőket állítanak elő, amelyek segíthetik a játék alapú gyakorlatok során szükséges önkéntes mozgásokat. Ezért alkalmas a korlátozott mozgásszabályozású és korlátozott aktív mozgástartományú betegek kezelésére.

Az EMD egy kompakt, egy darabból álló 3D nyomtatott alvázból áll, amely tartalmazza az interfészkártyát, a működtetőt, a hajtásláncot és a forgó hajtótengelyt. Különféle formájú és méretű, 3D nyomtatott "terápiás" fogantyúk készültek, amelyek az EMD forgó hajtótengelyére pattinthatók. Ezeket a kézügyességi készségek széles skálájának gyakorlására tervezték, beleértve (a) hüvelykujj/ujj, (b) csukló (nyújtás-hajlítás), (c) csukló ulnaris-radialis eltérését, (d) pronáció-supinációt és (e) könyök/váll funkciók. Az optikai kódoló rögzíti a tengely forgását. Az EMD tengely forgása (azaz a megfelelő fogantyú mozgása) pontosan vezérli bármely egytengelyes számítógépes játék számítógépes kurzorának vagy játékspritejének mozgását. Ebben a tekintetben az abszolút tengely elfordulási szöge (optikai kódoló jel) a pixelkoordinátákra lesz leképezve a kijelzőn. Egy Arduino Leonardo mikroprocesszort használnak az EMD-nek a számítógéppel és a játékokkal való interfészére. Úgy van programozva, hogy olvassa az optikai kódolót és állítsa elő a kurzorvezérlést (teljes egéremuláció). Az Arduino Leonardo IDE képes egérként működni a beépített könyvtárakon keresztül. A következő egérvezérlési paraméterek konfigurálhatók: (a) a játékmenet tájolása, az egér vízszintes vagy függőleges mozgása, (b) munkatartomány, bármilyen elforgatási szög tartomány kiválasztása és a teljes képernyős egérpozícióhoz való hozzárendelés, azaz bármelyik kiválasztható aktív mozgástartomány az edzéshez (például a csuklósemlegestől a 10, 20 vagy 30 fokos kinyújtásig, a páciens igényeitől függően), és (c) az egér érzékenysége az egér mozgatásához szükséges mozgási amplitúdó beállításához a teljes mozgástartományban.

Az EMD számos segítő erő-visszacsatolási sémára képes. Az egyik egy egyszerű egyirányú erőtér módot tartalmaz, ebben az esetben a kimenő tengelyre egy irányban állandó erő hat. (A nagyság és az irány konfigurálható). Sok betegnél az ujjak és a csuklófunkciók jobban károsodnak egy mozgásirányban, például korlátozott ujj- és csuklónyújtásban. Így képtelenség elhelyezni és kinyitni a kezet, hogy különböző átmérőjű tárgyakat megragadjon. Ezeknek a betegeknek jól jönne az állandó erők által nyújtott mozgási segítség. Ellentétes mozgási irány (pl. hajlítás) ellenálló erőt kapna. A második séma egy fejlettebb zárt hurkú, intelligens kisegítő vezérlési séma, amely valós idejű kommunikációt igényel az EMD Arduino interfész és egy erre a célra épített RTP játék között [16, 17]. Erre azért van szükség, hogy meghatározzuk a fogantyú elforgatásához szükséges erő irányát és nagyságát, és segítsük a felhasználót a játéklapát mozgatásakor, hogy sikeresen kölcsönhatásba léphessen a játék céltárgyainak véletlenszerű megjelenítésével. Ez a kontextusfüggő segítő mód felerősítheti a súlyosan érintett személyek korlátozott és kis önként vállalt mozgásait is, miközben lehetőséget ad a gyakorlatok előrehaladására a megnövekedett mozgásigény mellett. Még olyan esetekben is, amikor a mozgások tartománya csekély, a zárt hurkú vezérlő skálázása és szűrése lehetővé teszi a nagyobb mozgásokká való lefordítást, és még a fogyatékkal élők számára is lényegesen hozzáférhetővé teszi azokat, akik egyébként nem tudták volna kihasználni az ilyen típusú rendszer előnyeit. .

Az EMD reszponzív USB plug and play számítógépes egérként működik, és ez lehetővé teszi az általános és modern számítógépes játékok használatát és élvezetét egy személyre szabott edzésprogram részeként. A játékelem beépítésének célja, hogy extra motivációt nyújtson a betegek számára kihívás formájában, és élvezetesebb eszközként ösztönözze őket a fárasztó, ismétlődő mozgások követésére, amelyek gyakran a rehabilitációs folyamat részét képezik. Konkrét terápiás érték származtatható Mind a tárgymanipulációs feladatok típusaiból, mind a számítógépes játék kiválasztásából. A különböző kereskedelmi játékok különböző szintű mozgási amplitúdót, sebességet, pontosságot és ismétlést igényelnek, és elegendő változatosságot kínálnak ahhoz, hogy az egyéni preferenciák széles skáláját kielégítsék. A játékok és nehézségi szintek rendszeres frissítése és előrehaladása a kihívás fenntartása és az új élmények biztosítása érdekében megkönnyíti az érdeklődés és a részvétel fenntartásához szükséges pszichológiai visszajelzéseket. Sok kereskedelmi forgalomban kapható játék több feladatot is magában foglal. Ezért a feladatok kulcsfontosságú figyelmi, észlelési és kognitív készségeket is igényelnek. Az 1. függelék azoknak a gyakori számítógépes játékoknak a listáját és leírását tartalmazza, amelyeket több beteg (agyi bénulásban szenvedő gyermekek és felnőtt gerincvelősérültek és stroke-os betegek) alaposan tesztelt az EMD-vel.

Célkitűzés: Feltáró randomizált klinikai vizsgálat (RCT) elvégzése beágyazott kvalitatív elemzéssel; a) értékelje a GAMING rendszer megvalósítását, használhatóságát és elfogadhatóságát a gerincvelő és stroke-kliensek kézügyességének rehabilitációjára, akik részt vesznek a First Step Wellness Center for Cardio fitness és erősítő edzéseken, b) becslést adnak a kezelés hatékonyságáról és hatásméretéről 10 hetes beavatkozás a GAMING rendszerrel. Ez biztosítja a jövőbeli teljes körű RCT irányításához szükséges információkat.

A klinikai vizsgálatot két „testvér” „központban” végzik 1. First Step Wellness Center Winnipegben Shane Hartje, ügyvezető igazgató, shane@fswcwpg.ca 2, First Step Wellness Center, Regina, ügyvezető igazgató Owen Carlson., info@fswcregina.ca Lásd Shane Hartje és Owen Carlson együttműködési leveleit. A két központot EMD-vel és 30 könnyen elérhető számítógépes videojátékkal látják el. Az EMD több cserélhető 3D nyomtatott fogantyút fog tartalmazni, hogy a funkciók széles skáláját gyakorolhassa, beleértve a hüvelyk-ujj és a csukló mozgását, valamint a karmozgásokat, amelyek a könyök és a váll mozdulatait kombinálják.

Anuprita Kanitkar, a projekt postdoktori munkatársa fogja levezetni és koordinálni a gerincvelő-sérült kliensek és stroke-kliensek feltáró RCT-jét, akik részt vesznek a winnipegi First Step Wellness Centerben, és ugyanezt koordinálja Saskatchewanban (15 ügyfél minden helyszínen).

Minden résztvevő 10 héten keresztül hetente két, egyórás felügyelt edzésben részesül. A kísérleti csoport (XG) megkapja; a) a kísérleti játék alapú beavatkozást 30 percig, és b) a szokásos felső végtagi mozgás- és erő- és edzésprogramjukat 30 percig. Az aktív kontrollcsoport (CG) megkapja a szokásos felső végtagi mozgási erőgyakorlatokat a teljes egyórás edzés során.

Várakozásaink szerint 18 hónapot vesz igénybe 32 gerincvelősérült és 32 stroke-os kliens (pl. 16 minden helyszínen.

Emellett a CG csoport résztvevőinek játékalapú edzésprogramot kínálnánk, miután befejezték a 10 hetes beavatkozást.

A felvételi kritériumok a következők lesznek:

1. 20-70 éves korig
2. hat hónappal stroke vagy SCI után Kevesebb, mint két hallás SCI stroke után
3. Aktívan nyújtott legalább tíz fokkal a metacarpophalangealis és interphalangealis ízületeknél, tíz fokkal a csuklónál, és legalább 30 fokos volt a könyök és a váll aktív flexiós-extenziója.
4. Megfelelő látás a szükséges képek normál számítógép-monitoron történő megtekintéséhez. E) Képes tájékozott beleegyezést adni

A kizárási kritériumok a következők:

1. túlzott görcsösség (harmadik és magasabb fokozat az Ashworth-skála szerint) (11),
2. bármilyen jelentős kognitív károsodás (a montreali kognitív értékelési pontszámok kevesebb, mint 25) (12)
3. Bármilyen más neurológiai rendellenesség, a vizsgálat előtti egyetlen stroke kivételével.

A kezdeti gyakorlati protokollt minden résztvevő számára az egyéni célok, a károsodás mértéke és a funkcionális állapot alapján állítják össze. Egy tipikus ülés magában foglal; 4-5 kiválasztott objektum manipulációs feladat, 4-5 különböző EMD fogantyú, és számos számítógépes játék. Ezek a feladatok a fizikai tulajdonságok széles skáláját képviselik, amelyek különböző manipulációs módokat és funkcionális igényeket igényelnek.

Mindegyik EMD fogantyú-játék kombinációt 2-3 perces időközönként gyakoroljuk, és 2-3 alkalommal ismételjük meg. A résztvevők tájékoztatást kapnak arról, hogy a különböző feladatokat a kívánt kéz- és karszegmens mozdulatokkal hajtsák végre, és ne helyettesítsék azokat kapcsolódó mozdulatokkal. A számítógépes játékok kiválasztása a következő játéktulajdonságok alapján történik: a) a játéklapát mozgatásához szükséges mozgási amplitúdó, b) a játék sebessége és c) a játék pontossági követelménye. Sok olcsó, arcade stílusú számítógépes játék könnyen elérhető online, és letölthető olyan webhelyekről, mint a bigfishgames.com (A jelen tanulmányban használt számítógépes játékok listáját lásd az 5. mellékletben).

Az EMD és az objektum-manipulációs feladatok és a számítógépes játékok típusainak következő jellemzői a tolerálható mértékben frissülnek a kihívások növelése és az edzésprogram előrehaladása érdekében. Különböző méretű, alaksúlyú és felületi súrlódású tárgyakat használtunk a feladatok fizikai igénybevételének növelésére. Növelték a játék sebességét, majd a mozgás pontosságát (a céltárgyak és a játéklapát mérete) (pl. Sebesség-pontosság összefüggés). A mozgási amplitúdót növeltük az egér érzékenységének beállításával. A feladat nehézsége az EMD fogantyúkra kifejtett kisegítő és ellenálló erők növelésével is beállítható. A fejlődést különféle kereskedelmi számítógépes videók felhasználásával is sikerült elérni

Az aktív kontrollcsoport (CG) folytatja szokásos nyújtási, mozgásterjedelmi és erősítő edzésprogramját a First Step Wellness központ oktatói által meghatározottak szerint.

Kvantitatív elemzés A következő eredményeket mérik a beavatkozás előtt és után

1. A felső végtag motoros képességét a Wolf motorfunkciós teszttel (WMFT) mérjük [22]. A résztvevőknek a WMFT 15 feladatát kell a lehető leggyorsabban elvégezniük. Az egyes feladatok elvégzéséhez szükséges idő rögzítésre kerül. Az egyes feladatok mozgásminőségét 0-tól 5-ig terjedő sorrendi skála segítségével is értékeltük, ahol a 0 azt jelzi, hogy egyáltalán nem, öt pedig normál mozgással végzett. A végső WMFT pontszámok: (a) a 15 feladatra fordított összes idő és (b) a 15 feladat összesített mozgásminőségi osztályzatai.

2. A kézügyesség számítógépes játék alapú felső végtag (CUE) értékelése. Lásd a 16., 17. és 23. hivatkozást a vizsgálati eljárások, az adatelemzés és a megbízhatóság részleteiért. Az IB egeret több különböző fizikai tulajdonságú és anatómiai igényű vizsgálati objektumhoz rögzítjük. Minden manipulációs feladathoz ujj-hüvelykujj vagy kéz tenyérrel kellett érintkezni, és precíziós csukló-, könyök- és vállmozdulatok kombinációira volt szükség... Ide tartozik egy henger és egy futballlabda előre-hátra gurítása; Kávésbögre forgatása pronáció-szupináció segítségével; egész kézzel és 2 ujjal finom precíziós forgatási feladatok... Az RTP-szoftver a Motor Skill játékmodul többesemény-elemzési eljárásai alapján számos teljesítménymutatót számít ki. Példaként említjük, hogy egy kétperces játékmenet esetén, ha a játékesemény időtartama két másodpercre van beállítva, akkor a páciens 60 játékmozdulat-reakciót adna meg mindkét irányban 30-at. A jelen tanulmányban a kézügyesség mérőszáma a következőket tartalmazza:

   a) Több játékesemény sikeraránya vagy célelérési átlaga, b) mozgás kezdeti ideje c) mozgási hibák nagysága, d) több ismételt játékmozgás-reakcióból kiszámított mozgásváltozás és konzisztencia, és f) A többiek fejlesztése és validálása a tanfolyamot a Posta Dokinak.

Kvalitatív elemzés

A 10 hetes edzésprogram befejeztével minden résztvevőt meghívunk egy interjúra. Az alábbi nyitott kérdéseket minden résztvevőnek feltesszük, válaszaikat rögzítjük:

1. Amikor beleegyezett a részvételbe, hogyan remélte, hogy hasznos lesz a terápiás program?
2. Voltak olyan dolgok a játékkal vagy edzésprogrammal kapcsolatban, amelyek tetszettek és nem?
3. Mi a véleményed azokról a számítógépes játékokról, amelyekre felkérték? Élvezted a játékot? Voltak olyan játékok, amiket nem élveztél?
4. Érezte, hogy ez a terápiás program segített Önnek?
5. Ha megadnák a megfelelő beállításokat, folytatnád ezeket a gyakorlatokat? A résztvevőket arra ösztönzik, hogy írják le és fejtsék ki ötleteiket, gondolataikat, véleményeiket és személyes tapasztalataikat. A tematikus értelmezéshez az értelmezési leírás analitikus keretét használtam [24, 25].

Valamennyi interjút hangszalagra rögzítenek, majd később írásos formátumba írják át. A lefordított átiratokat Anuprita Kanitkar fogja felolvasni, aki elkészíti a kódrendszert úgy, hogy átfogalmazza, általánosítja és absztrahálja az egyes interjúk írásos átiratait. Egy másik kutató asszisztens alaposan megvizsgálta a kódolt adatokat, és azonosított minden további egyedi választ és kódot. A két bíráló találkozik, hogy összehasonlítsa elemzéseiket és megoldja a nézeteltéréseket egy végleges kódrendszerben, amely végső témákra és altémákra szerveződik [.

Statisztikai elemzés Az adatok normálisságát a Shapiro-Wilk teszt segítségével ellenőrizzük. SS S, MB W. Variancia-elemzés a normalitásért. Biometrika. 1965;67(337):52.

Az idő (beavatkozás előtt és után), a csoport (kísérleti és kontroll) és az idő*csoport interakció hatása a Wolf Motor Function Test pontszámaira és a CUE kimeneti mérőszámaira egy vegyes modell ANOVA-val, ismételt mérésekkel kerül kiértékelésre. A szignifikancia szint 0,05 lesz, és a statisztikai elemzés az SPSS (24-es verzió) segítségével történik (SPSS Science, Chicago).

Egyéni számítógépes szimulációt használnak az ismételt mérési modellek statisztikai teljesítményének kiszámításához, a jelen vizsgálati adatok pedig becsléseket adnak a kezelési hatások nagyságáról. Véletlenszerű elfogású lineáris vegyes hatású modellt fognak használni, és 128 véletlenszerűen generált megfigyelést tartalmazó adatkészletet generálnak a mintaméret, a látogatások száma és a hatásméret minden egyes kombinációjához. Valamennyi szimuláció esetében a kísérleti beavatkozás és az aktív kontroll kar kezelési elosztását 1:1 arányban feltételeztük (kiegyensúlyozott tervezés). Minden adatkészletet egy lineáris vegyes modell elemez, amely csoport, idő és idő*csoport interakciót tartalmaz. A teljesítmény a szignifikáns (p < 0,05) idő*csoport interakciós taggal rendelkező modellek töredékeként kerül kiszámításra, amely számszerűsíti a két csoport meredekségének időbeli különbségét. A szimulációk végrehajtásához a SAS PROX MIXED 9.4-es verzióját fogják használni. A jelentős eredmények 80%-os teljesítménye megfelelő a megfigyelt Time*Group hatásméretekhez.