脳卒中患者におけるインタラクティブゲームに基づく手のトレーニングが手の器用さと機能的アウトカムに及ぼす影響

第1章 序論 脳卒中は、虚血性または出血性病変後の脳組織損傷により、世界的に障害の第3位の原因である。 生存者は、基本的日常生活活動（BADLs）と手段的日常生活活動（IADLs）の遂行に問題を抱え、機能的転帰に対する認識が低下する。 （Bernal-Jiménez et al., 2024） 手指の微細運動制御の障害は脳卒中後に一般的であり、物を握ったり操作する能力を低下させ、日常生活活動と機能的転帰に悪影響を及ぼす（pennati et al.,2020）。

拘束誘導運動療法、課題指向型訓練、メンタルプラクティス、ミラー療法など、上肢運動リハビリテーションに焦点を当てた様々なアプローチが臨床で広く適用されているが、ある程度有効であるものの、しばしばセラピストの利用可能性、治療強度、患者のモチベーションによって制限される（Mehrholz et al., 2020）。

脳卒中後の手のリハビリテーションは長いプロセスであり、モチベーションは患者の転帰にとって極めて重要である。 治療転帰は、理学療法士のリハビリテーションプロセスだけでなく、患者の訓練プロトコルに対するモチベーションにも依存する。リハビリテーションをより魅力的にするために、ゲームベースの訓練プロトコルが訓練システムに組み込まれている。スマートタブレットは、視覚的フィードバック、ゲーミフィケーション、反復的な課題指向型運動を組み合わせて運動学習を促進する革新的なリハビリテーションツールとして登場した。 これらのデバイスは、在宅または臨床療法のための柔軟で魅力的な環境を提供し、進捗状況のリアルタイムモニタリングを可能にする（Laver et al., 2020）。 タブレットベースのアプリケーションのインタラクティブな性質は、特に従来の理学療法と組み合わせた場合、神経可塑性を刺激するのに役立つ。 さらに、技術強化型リハビリテーションは、脳卒中生存者のモチベーション、アドヒアランス、そして最終的には機能的転帰を改善する可能性がある（Mirelman et al., 2011; Chen et al., 2022）そして、ここ数十年で上肢の片麻痺リハビリテーションのアプローチとして開発されてきた（Wu et al., 2021）。一方、スマートタブレットベースの手の運動は、末梢神経を刺激する電流を送り、随意運動制御と皮質再編成を促進する可能性のある筋収縮を誘発する（Doucet et al., 2012）。

問題の提示：

インタラクティブゲームベースの手の訓練は、脳卒中患者の手の巧緻性と機能的転帰に有意な効果があるか？

研究の目的：

• 慢性期脳卒中患者におけるピンチグリップ力増加に対するインタラクティブゲームベースの手の訓練の効果を調査すること。
• 慢性期脳卒中患者における機能的転帰向上に対するインタラクティブゲームベースの手の訓練の効果を調査すること。

研究の意義：

脳卒中は、世界中で長期的な障害の主要な原因の一つであり、毎年数百万人の個人に影響を及ぼしている（世界保健機関[WHO], 2023）。 脳卒中生存者のうち、約80%が上肢障害を経験し、特に手が影響を受ける（Langhorne, Bernhardt, & Kwakkel, 2011）。 上肢機能の低下は脳卒中後の一般的な障害であり、日常生活活動（ADL）を制限し、約30%が支援を必要とし、また脳卒中患者の最大3分の2まで手の機能的転帰に悪影響を及ぼす（Olana et al., 2025）。

研究の範囲

本研究は以下の側面に限定される：

1. 両性の40名の慢性期虚血性脳卒中患者
2. 年齢は45歳から65歳
3. 脳卒中発症後6ヶ月から2年
4. 選ばれた患者は無作為に2つの等しいグループに割り当てられる
5. ハンドグリップダイナモメーターで測定したピンチグリップ力
6. 修正アシュワーススケールによる痙縮の程度は1+から2

基本的仮定

以下のことが仮定される：

1. 研究期間中、環境要因はすべての患者で同じである。
2. 心理生理学的要因は、検査手順と治療においてすべての被験者で同じである。
3. すべての患者は評価と治療中に最大限の努力を払う。
4. 研究サンプルは、脳卒中患者全体を代表するように注意深く選択される。
5. すべての被験者は指示に従う。

仮説

• スマートタブレットベースの訓練は、手の巧緻性の改善に有意な効果がない
• スマートタブレットベースの訓練は、脳卒中患者のピンチグリップ力増加に有意な効果がない
• スマートタブレットベースの訓練は、脳卒中患者の機能的転帰向上に有意な効果がない

第2章 文献レビュー

本章では以下の項目をレビューする：

1. 脳卒中
2. 手の機能と評価
3. 脳卒中後の手のリハビリテーション
4. スマートタブレットの手の訓練アプリケーション

1. 脳卒中：

   脳卒中は、脳への血流が突然途絶え、神経機能が失われることである。 虚血性（閉塞による）または出血性（出血による）に分類され、虚血性脳卒中は全症例の約85%を占める（Feigin et al., 2021）。 その結果生じる神経学的損傷は、脳病変の部位と範囲に応じて重症度が異なる。 片麻痺（体の片側の筋力低下）は最も一般的な合併症の一つであり、しばしば上肢に影響を及ぼし、機能的遂行能力を制限する。 したがって、特に脳卒中回復の初期段階における標的リハビリテーションの必要性は緊急であり、現在の臨床ガイドラインで十分に文書化されている（Bernhardt et al., 2017）。

   脳卒中は依然として世界的に成人障害の主要な原因の一つであり、世界中で約8,000万人に影響を及ぼしている（Bill & Foundation, 2024）。毎年世界中で約1,500万人に影響を及ぼし、そのほぼ3分の1が長期的な障害を経験している（世界保健機関, 2020）。長期的な身体的、認知的、感情的障害の発生率が高い。 脳卒中生存者のうち、上肢の筋力低下は最も一般的で持続的な障害の一つである。 （Langhorne et al., 2011） 脳卒中は、世界中で3,300万人の脳卒中生存者を抱え、死亡率の第2位、長期的障害の第3位の原因である。 大脳半球脳卒中の患者の大多数は、患側上肢の使用が制限されている。 脳卒中発症後数日間では、これは患者の約80%に関係し、一方、上肢能力の障害は片麻痺脳卒中患者の30%から66%で脳卒中後6ヶ月時点でも持続する。 脳卒中後1年では、上肢障害はより高いレベルの不安と自己報告された幸福感の低下を伴う。 したがって、上肢能力の改善は脳卒中リハビリテーションの主要な治療目標である。 （Veerbeek et al., 2017） 脳卒中が運動機能、特に上肢に及ぼす影響は、個人の日常生活活動（ADL）、例えば食事、着替え、身だしなみなどの遂行能力に悪影響を及ぼし、自立性を損なう。 この障害は、随意運動制御に極めて重要な皮質脊髄路の損傷に起因する（Cramer, 2008）。 回復はしばしば不完全であり、標的リハビリテーションなしに上肢の完全な機能を回復する患者は一部のみである。 したがって、エビデンスに基づく介入による運動回復の促進は、脳卒中ケアにおける優先事項であり続けている。神経可塑性（脳が新しい神経結合を形成することで自らを再編成する能力）は脳卒中後の回復の基礎である。 課題特異的訓練、運動学習、刺激技術など、神経可塑性を高める介入が注目されている。 これらの介入は、転帰を最大化するために、集中的で、反復的で、機能的に関連したものでなければならない（Kleim & Jones, 2008）。 スマートタブレットやスマートタブレットベースの手の運動などの技術は、特に従来の方法でプラトーに達した慢性期脳卒中患者において、そのような回復を促進する有望なツールとして登場している。

2. 手の機能と評価：

   脳卒中後の一般的な上肢（UE）障害には、不全麻痺、分離運動の喪失、異常筋緊張、および／または体性感覚の変化が含まれる。 これらの障害は、一次運動皮質、一次体性感覚皮質、二次感覚運動皮質領域、皮質下構造、および／または皮質脊髄路の直接的な損傷の結果である。 評価は、各障害の存在と重症度、および障害が運動と機能の喪失にどのように寄与しているかを決定する（Lang et al., 2013）。

   脳卒中後によく見られる運動障害は不全麻痺である。 不全麻痺は随意に運動単位を活性化する能力の低下であり、皮質脊髄路系（一次運動皮質、非一次皮質運動領域、皮質脊髄路）の損傷によって引き起こされる。臨床的には、不全麻痺は筋力低下として現れ、神経学的に正常な個人と比較して、より遅く、より不正確で、より非効率な運動をもたらす。 脳卒中は、病変脳の対側の体の片側に不全麻痺を引き起こす（Lang et al., 2013）。

   手は、日常生活の主要な動作を遂行できるように構造化されている。 手の機能制限は、まさにその役割ゆえに、多くの神経学的および整形外科的疾患において最大の障害を構成する。脳卒中後の上肢機能評価のために、臨床医が容易に利用できる多くの測定法がある。 Action Research Arm Test（ARAT）、Box and Blocks Test（BB）、Chedoke Arm and Hand Activity Inventory（CAHAI）、Jebsene Taylor Hand Function Test（JTT）、Nine-Hole Peg Test、Wolf Motor Function Test（WMF）：Fugl-Meyer Assessment（FMA）-上肢セクション、ABILHAND、Sequential Occupational Dexterity Assessment（SODA）、Sollerman Hand Function Test、Grip Ability Test（GAT）、Purdue Pegboard Test、Crawford Small Parts Dexterity Test（Fabbri et al., 2021）。神経リハビリテーションに関する研究で広く使用されたFMA-ULは、上肢の運動障害と回復を評価するための主要な測定法の一つとして本研究で採用された。 FMA-UL（最大：66）は、上肢機能を評価するために0から2までの3ポイント順序尺度を適用し、ここで「0」は「遂行不能」、「1」は「部分的に遂行可能」、「2」は「完全に遂行可能」を表した。 ある研究は、FMA-UL ≤ 34が重度から中等度の運動障害を示し、FMA-UL ≥ 35が中等度から軽度を示すと報告した。 手の機能回復を評価し、治療の効果をさらに調査するために、FMAの手首と手のスコア（FMA-WH、最大：24）も採用された（Woytowicz et al., 2017）。

   手の機能は上肢可動性の重要な構成要素であり、微細運動課題に不可欠である。 それは、握る、物を操作する、指の動きを協調させることを含み、これらはすべて脳卒中後に一般的に障害される。 手の巧緻性の喪失は、しばしば依存性と心理的苦痛につながる（Kwakkel et al., 2015）。 したがって、手の機能の回復は脳卒中後リハビリテーションの中心的な目標であり、それは機能的独立と社会復帰に直接相関する。

   脳卒中後の個人では、障害された手の機能は、ピンチグリップ力の低下、協調性の悪さ、痙縮または弛緩などの異常筋緊張によって特徴づけられることが多い。 これらの障害は、基本的および手段的日常生活活動（ADLとIADL）を直接妨げ、回復の身体的および心理社会的側面の両方に影響を及ぼす。 手の機能の回復は日常生活への成功した再統合の予測因子であり、したがってリハビリテーションの進捗における重要な指標と見なされている（Lang et al., 2006）。

   先進技術により、手のパフォーマンスのより正確で定量的な評価が可能になった。 筋電図（EMG）、モーションセンサー、力測定ツールは現在、ARATやFMA-UEなどの従来の尺度を補完するためにリハビリテーション設定に統合されている。 これらの機器は、筋活性化パターンと可動域の客観的モニタリングを可能にし、治療計画のカスタマイズと微妙な改善の測定に役立つ（Subramanian et al., 2010）。 このデータ駆動型アプローチは臨床的意思決定を強化し、スマートタブレットや電気刺激療法などの新しい介入に関する研究を支援する。

3. 脳卒中後の手のリハビリテーション：

   脳卒中リハビリテーションは、反復的、課題特異的、目標指向の訓練を通じて機能を回復させることを目的とした、動的で患者中心のプロセスである。 従来の手のリハビリテーションには、受動的および能動的動員、ミラー療法、課題指向型運動、拘束誘導運動療法など、さまざまな技術が含まれる（Wolf et al., 2006）。 これらの介入は、特に早期に開始され、十分な強度で提供された場合、運動再学習と皮質再編成を促進する。

   さらに、従来の治療ツールでは、運動速度と反応時間を訓練することは難しく、正確で客観的な評価および改善のモニタリングのためのパフォーマンスを客観的に定量化することはほとんど不可能である（Rand et al.,2015）。

   これらの課題を克服するために、研究者と臨床医はますます技術支援方法を組み込んでいる。 新たなエビデンスは、スマートタブレットデバイス、バーチャルリアリティ、電気刺激を従来の療法と統合して転帰を向上させることを支持している（Veerbeek et al., 2014）。 これらのマルチモーダルアプローチは、より高い反復率、リアルタイムフィードバック、個別化された訓練を可能にし、これらはすべて神経可塑性を駆動し、脳卒中後の機能的な手の使用を改善するために不可欠である。

   効果的な手のリハビリテーションには、早期介入、持続的な強度、患者の能力に基づく個別化が必要である。 研究は、課題特異的で反復的な訓練が皮質再編成と運動パフォーマンスの改善につながるという考えを支持している（Winstein et al., 2016）。

   さらに、支援技術、ミラー療法、バーチャルリアリティを作業療法に統合することで、セラピストは段階的で魅力的で適応可能な治療セッションを提供できる（Laver et al., 2017）。 例えば、右片麻痺の患者は、視覚的および言語的キューによってサポートされた段階的な到達把握課題を使用して、患側手でカップを握り口に運ぶように訓練されるかもしれない。 この課題特異的練習は、上肢の巧緻性を改善するだけでなく、セルフケアにおける自信と自律性を育む。 作業療法は、運動回復と実生活機能との間の重要な架け橋として機能し、筋力と協調性の向上が意味のある日常課題に変換されることを保証する（Santisteban et al., 2016）。

   さらに、認知的、感覚的、運動的構成要素を組み合わせたマルチモーダルリハビリテーションアプローチの統合は、転帰を向上させることが示されている。 例えば、ミラー療法とメンタルイメージリーは、身体的訓練と組み合わせると、運動計画と実行に関与する同様の脳領域を活性化する（Michielsen et al., 2011）。 同様に、理学療法をスマートタブレットベースの手の運動やスマートタブレットデバイスと組み合わせることで、相乗効果が得られ、筋肉と運動に関与する脳領域を同時に刺激することで運動再学習を強化する。

4. スマートタブレットの手の訓練アプリケーション：

   タブレットベースの手の訓練アプリケーションは、脳卒中リハビリテーションにおける技術的進歩を表し、神経可塑性の必須要素である構造化された、反復的で高強度の訓練を提供する。 外骨格グローブやハンドスマートタブレットなどのデバイスは、随意筋力がなくても患者が制御された手の動きを実行するのを支援する（Mehrholz et al., 2018）。 これらのスマートタブレットは、患者の機能レベルに基づいて調整でき、回復を促進するために受動的および能動的補助運動の両方を提供する。

   臨床試験は、スマートタブレットの手の訓練アプリケーションが、特に従来の療法に付加して使用された場合、手の機能を著しく改善できることを実証している。 例えば、Lo et al.（2010）の研究では、タブレットベースの手の訓練アプリケーションを受けた患者は、従来のリハビリテーションのみを受けた患者と比較して、上肢機能のより大きな改善を示した。 さらに、スマートタブレットデバイスは、インタラクティブな課題とリアルタイムのパフォーマンスフィードバックを通じて患者の関与を高め、モチベーションと療法レジメンへのアドヒアランスを高める可能性がある。

   スマートタブレットの手の訓練アプリケーションにおける最近の開発は、ゲーミフィケーションとバイオフィードバックを通じた患者の関与の重要性も強調している。 パフォーマンスを追跡し、視覚的または聴覚的フィードバックを提供するインタラクティブシステムは、モチベーションの向上とリハビリテーションプログラムへのより良いアドヒアランスと関連している（Cameirão et al., 2012）。 ユーザーは、指で画面をスワイプ、タップ、またはピンチしてゲームのような活動を実行する。これは、マウスを操作したりコンピュータキーボードを使用したりするよりも自然である（Rand et al.,2015）。

   第3章 対象者、材料、方法 本研究は、脳卒中患者の手の機能と機能的転帰に対するスマートタブレットの手の訓練アプリケーションの効果を決定するために設計される。 本研究は、神経リハビリテーションを専門とする私立クリニックで実施される。

   研究デザイン：無作為化比較試験。

   A. 対象者の選択：

   両性の40名の慢性期虚血性脳卒中患者が本研究に登録される。 患者は、神経科医による注意深い臨床評価と脳の磁気共鳴画像（MRI）に基づいて脳卒中患者と診断される。 患者は、神経リハビリテーションを専門とする私立クリニックから募集される。 研究参加の承認後、すべての被験者は、研究の目的、手順、可能性のある利点、プライバシーとデータの使用、およびいつでも研究から撤退する権利について完全な情報を受けた後、インフォームドコンセントフォームに署名する（付録1）。 脳卒中の診断基準を満たす患者は、無作為に2つの等しいグループ（研究群と対照群）に割り当てられる。

   • 研究群（GA）：このグループは、従来の理学療法プログラム（持続的ストレッチ、能動的上肢運動、バランス、歩行訓練、手の機能訓練）に加えて、スマートタブレットの手の訓練アプリケーションを20分間受ける。 手の機能訓練には以下の活動が含まれる：カードをめくる、立方体を移動する、ゴムボールを握る、コインを拾う。 セッションは週3回、6週間（18セッション）実施され、1セッションの総時間は50分から60分である。

   • 対照群（GB）：

   このグループは、持続的ストレッチ、能動的上肢運動、バランス、歩行訓練、手の機能訓練の形で同じ従来の理学療法プログラムを受ける。 手の機能訓練には以下の活動が含まれる：カードをめくる、立方体を移動する、ゴムボールを握る、コインを拾う。 セッションは週3回、6週間（18セッション）実施され、1セッションの総時間は50分から60分である。

   サンプルサイズ：

   総サンプルサイズは40名（各グループ20名）。 サンプルサイズはG*Powerソフトウェアを使用して計算された。

   包含基準：

1. 両性の40名の慢性期虚血性脳卒中患者。
2. 年齢は45歳から65歳。
3. 脳卒中発症後6ヶ月から2年。
4. 修正アシュワーススケールによる上肢の痙縮グレードは1+から2。
5. 指示に従うための適切な認知機能を確保するために、MMSEスコア＞24。
6. 患側肢で少なくとも20°の手首屈曲/伸展と少なくとも10°の指屈曲と伸展がある患者。
7. ブルンストロームステージ≥4の患者を含む。
8. 医学的に安定した患者。

除外基準：

1. 他の神経疾患（例：多発性硬化症、パーキンソン症候群など）。
2. 視覚、聴覚、認知障害。
3. 心理的または重度の認知障害のある患者。
4. 筋骨格系の問題（変形または拘縮）のある患者。
5. 医学的に不安定で非協力的な患者。

研究アウトカム指標：

1. ハンドダイナモメーターによるパワーとピンチグリップ力。
2. パデュー・ペグボードテストによる手の巧緻性。
3. ウルフ運動機能テスト
4. フーグル・マイヤー評価（FMA）

B. 機器：

評価用：-

1. フーグル・マイヤー評価（FMA）-上肢セクションの身体的パフォーマンス上肢手セクション。 手セクションの総スコア=14。 FMA-ULは、上肢機能を評価するために0から2までの3ポイント順序尺度を適用し、ここで「0」は「遂行不能」、「1」は「部分的に遂行可能」、「2」は「完全に遂行可能」を表した。 （Woytowicz, et al 2017）。

2. ハンドダイナモメーターによるピンチグリップ力。 最大ピンチグリップ力は測定が容易で、脳卒中後の筋力低下と回復を定量化するために臨床で一般的に使用されている（図2）。 最大ピンチグリップ力測定の信頼性は、無症状および有症状の被験者の両方で実証されている。 研究はまた、最大ピンチグリップ力測定が片麻痺の被験者において信頼できることも示している（Ekstrand et al., 2016）。

3. パデュー・ペグボードテスト：パデュー・ペグボードテスト（PPT）は、微細運動巧緻性と両手協調性を評価するための信頼性が高く広く使用されている評価ツールであり、脳卒中リハビリテーションにおいて非常に適切である。 それは、患者が金属ペグを挿入する穴のあるボードで構成される。 また、ピンに配置するワッシャーとカラーも付属する（図4）。 このテストは、手と指の巧緻性の動き、協調性、速度を測定する。 テスト手順では、まず患者は非患側手を使用して、できるだけ多くのピンを穴に適切に挿入するように求められる。 次に、同じ手順が患側手に対して繰り返される。 最終段階では、患者は両手を使用してピン、ワッシャー、カラーを配置するために60秒与えられる（Eroğlu et al., 2020）。

5. ウルフ運動機能テスト（WMFT）：

• このテストは、脳卒中患者の上肢運動能力を、時間測定と機能的課題を通じて定量的に評価するために使用される。 それは、機能的活動と筋力ベースの評価に分けられた15の課題を含む。
• 課題は、パフォーマンス時間（秒単位で測定）と機能的能力（6ポイント順序尺度を使用）に基づいてスコアリングされる。
• このテストは、脳卒中後の上肢運動機能の回復を評価する際に高い信頼性と妥当性を示している。

治療用：- 1- タブレットベース手機能訓練アプリ

スマートタブレットアプリには、形状のトレース、シーケンスのタップ、ドラッグアンドドロップパズル、微細な手の動きを刺激するように設計された時間制限付き運動課題などのインタラクティブな課題が含まれる。 セッションは監督され、患者のパフォーマンスに基づいて進められる。 アプリは、ユーザーの関与を高めるために視覚的および聴覚的フィードバックを提供する。

タブレットアプリケーションの説明：

1. Dexteria Dexteriaは、子供と大人の両方の微細運動技能と書字準備を改善するように設計されている。 それは小児作業療法で広く使用されているが、手の怪我や神経学的状態から回復している成人にも有益である。

   Dexteriaは、タブレットやスマートフォンのマルチタッチインターフェースを活用した一連の治療的手の運動を提供する。 これらの運動は、指と手の筋力、制御、協調性を構築するのに役立つ。

   主な特徴：

   指タップ運動：個々の指の分離と運動制御を改善する。 ピンチ運動：協調したピンチ運動を通じて指と手の筋肉を強化する。

   文字と形状のトレース：書字技能と視覚運動統合を強化する。

   手順：

   1. スマートタブレット運動を伴うタブレットベース手機能訓練アプリ：

      研究群の患者は、スマートタブレットの能動的手療法を20分間受ける。

   2. 選択された理学療法プログラム：

   研究群と対照群の患者は、従来の理学療法プログラムを30分間受ける。 このプログラムは、各患者に特化して組織された神経発達促進技術、可動域運動、強化運動で構成される（Gurbuz, Nigar, et al.2016）。

   それは以下の機能的課題を含む（到達、把握、持ち上げ、物を置く）。

   これらの課題のそれぞれは5回繰り返して実施された。 これらの課題は、参加者が座った状態で、適切な高さのテーブルの上に置かれた物体を使用して実施され、参加者が機能的課題を試みるのに十分な患側上肢の動きを持っていることを条件とした。 そのような課題を練習するのに十分な患側上肢の動きを持たない参加者については、セラピストが手動接触の助けを借りて患肢を課題を通じて導くことで参加者を支援する。 練習課題の難易度は、患者の遂行能力レベルをわずかに上回る目標を設定して、徐々に増加する。

   難易度は、参加者と物体の間の距離を増やし、物体の形状を減少させることで進行した。 休憩間隔は、必要に応じて1治療セッションで合計5分間与えられた（Khandare, et al 2013）。

   セッションは週3回、6週間（18セッション）実施される。

   統計的手順：

   収集されたデータは、以下を使用して統計的に分析される：

   • 記述統計（平均と標準偏差）。

   • データの正規性分析のためのシャピロ・ウィルク検定が使用される。

   • 推測統計；2群間の被験者特性を比較するために、非対応t検定が使用される。
   • 繰り返し測定MANOVAが、すべての従属変数を群内および群間で比較するために使用される。
   • 統計分析は、SPSS for Windows, version 20（SPSS, Inc., Chicago, IL）を使用して実施される。 統計的有意性は（p＜0.05）に設定される。