脳卒中患者における拡張現実ベースのミラー療法システムの効果

本研究の目的は、センサー追跡と視覚反射の原理に基づいた拡張現実ミラーテラピーシステム「MirrARm」を開発し、脳卒中患者の上肢運動回復と機能活動レベルへの効果を調査することです。

本研究では、対象基準を満たす脳卒中患者を年齢、性別、Fugl-Meyer上肢スコアに基づく層別化を用いて無作為に2群に割り付けます。 群は拡張現実ベースのミラーテラピー群（AR-MT）と従来型ミラーテラピー群（C-MT）です。 全参加者は1回30分、週3日、8週間にわたる従来の理学療法トレーニングを受けます。 AR-MT群の参加者は、8週間、週3日、MirrARmシステムを用いた30分の運動トレーニングを追加で受けますが、C-MT群の参加者は同じ期間と頻度で従来型ミラーテラピーを用いた運動トレーニングを受けます。

本研究では、拡張現実ベースのミラーテラピートレーニングはMirrARmシステムを用いて提供されます。 MirrARmシステムは27インチコンピューターモニター、Leap Motion Controllerモーション追跡センサー、ノートパソコンで構成されます。 モニターは作業台に設置され、接続されたノートパソコンから送信される画像を表示します。 Leap Motionセンサーもノートパソコンに接続され、モニター前のテーブルに配置されます。 Leap Motionセンサーは参加者の手の動きをリアルタイムで画面に転送するために使用されます。 MirrARmシステムは、そのソフトウェア機能を通じて、片手で行われる動きを反対側の手で行われているかのように画面に表示します。

MirrARmシステムのソフトウェア基盤はUnity 6.1ゲームエンジンを用いて開発されます。 参加者の手の動きは、Leap Motionデバイスの公式ソフトウェア開発キット（SDK）とライブラリを使用して、3次元環境で高精度に追跡されます。 アプリケーションは、Unity環境内の3次元座標系に配置された既製またはカスタマイズされたUnityアセットを使用して設計され、UnityのNVIDIA PhysXベースの物理エンジンを通じて現実的な物理的相互作用が提供されます。 アプリケーションの操作は、C#プログラミング言語を用いて開発されたカスタムMonoBehaviourベースのスクリプトを通じて制御されます。 これらのスクリプトは、位置、回転、スケールを含むシーンオブジェクトのTransformコンポーネントプロパティを動的に操作し、イベントベースのトリガーを通じてユーザー相互作用を処理し、ゲームループ内で事前定義された関数を実行します。 物理的相互作用を必要とするオブジェクトには、UnityのRigidbodyコンポーネントが割り当てられ、質量、重力、衝突応答などの物理的特性が提供され、相互作用領域はColliderコンポーネントを使用して定義されます。

MirrARmシステムを用いたトレーニングセッション中、脳卒中患者は背もたれ付き椅子に座り、スクリーンの前で、影響を受けていない上肢を使用してゲーム化された治療活動に含まれる課題を行い、これらの動きを影響を受けた上肢によって行われているかのようにスクリーン上で観察します。

MirrARmシステムで使用される4つの異なる活動は、脳卒中後の上肢機能にとって重要と考えられる動きに基づいて研究者によって設計されました。 各活動は3つの難易度レベルで設計されています。 参加者は各レベルを2分間行い、レベル間で30秒の休息期間を設けます。 MirrARmシステムの課題指向活動は以下の通りです：

• 立方体積み上げ活動（肩挙上中心）
• 到達活動（肘伸展中心）
• 回内-回外活動
• 水平リング活動（手関節伸展中心）

研究に含まれる全参加者は、介入期間中（0週目、4週目、8週目）に3回、主要および副次的アウトカム指標を用いて盲検評価者によって評価されます。

参加者から得られたデータの全統計分析は、SPSSバージョン27.0（IBM Corp., Armonk, NY, USA）を用いて行われます。 連続変数は、正規分布の仮定が満たされる場合は平均±標準偏差、満たされない場合は中央値（四分位範囲）として報告されます。 カテゴリ変数は数（N）とパーセント（%）として報告されます。 仮定の確認には、正規性のShapiro-Wilk検定、分散の等質性のLevene検定、球面性のMauchly検定が含まれます。球面性違反の場合、Greenhouse-Geisser補正が適用されます。 仮定が満たされる場合、各アウトカム指標に対して二元混合計画（2×3）分散分析（ANOVA）が実施されます。 時間と群の主効果、および時間×群の交互作用が検定され、Bonferroni補正を用いた多重比較が行われます。 効果量は偏イータ二乗（η²p）として報告され、95%信頼区間と有意水準p=0.05が設定されます。 仮定が満たされない場合、3時点間の群内変化はFriedman検定を用いて分析され、有意であればBonferroni補正済みの対比較Wilcoxon検定が続きます。 群間比較は、時点間の変化スコアに基づきMann-Whitney U検定を用いて行われます。 ノンパラメトリック結果は効果量、95%信頼区間、有意水準p=0.05で報告されます。