척수 손상 또는 뇌졸중 환자를 위한 손재주를 목표로 하는 컴퓨터 게임 기반 운동 프로그램.

배경 상지(UE)에 영향을 미치는 신경근 장애가 있는 많은 성인은 미세 운동 기능에 결함이 있습니다[1-3]. 물건을 다루고 조작하는 것과 관련된 손재주는 많은 일상 활동과 사회 생활에 필수적입니다. 이러한 활동에는 종종 고도의 정밀도가 요구되는 광범위한 물리적 특성 및 기능적 요구 사항을 가진 물체의 조작이 필요합니다.

구속 유발 운동 요법(CIMT [4-6]. 손-팔 기능 회복을 위한 유망한 재활 프로그램입니다. 이러한 치료 접근법은 기능 회복이 실제 경험 생성, 집중 주의 적용, 정상에 가까운 움직임 시뮬레이션 및 반복을 통해 달성된 학습을 반영한다는 점을 강조합니다. 환자, 고령화 인구로 인한 재활 서비스에 대한 수요 증가, 재정 및 이동 거리 압박. 이러한 문제를 극복하려면 접근성을 높일 수 있는 실행 가능하고 비용 효율적인 방법이 필요합니다. 이상적으로는 효과적인 치료 프로그램이 커뮤니티 센터와 궁극적으로 환자의 집에서 제공되어야 합니다.

접근성을 높이는 것 외에도 운동 체제의 준수를 개선할 필요가 있습니다. 클라이언트를 치료에 참여시키는 새로운 접근 방식은 컴퓨터 게임을 통합하는 것입니다[7-8].

컴퓨터 게임의 활동은 행동적이고 생태학적으로 타당하며 적응 가능한 환경을 제공할 수 있습니다. 또한 즉각적인 피드백과 전자 기록을 제공하여 개입 진행을 평가하고 지원할 수 있습니다. 상지의 재활에 여러 게임 시스템이 사용되었습니다. 여기에는 Wii[9], Kinect[10], Leaps 모션 센서[11], 센서가 장착된 장갑[12]과 같은 상업용 엔터테인먼트 게임 시스템이 포함됩니다. 이러한 게임 시스템은 팔 부분 동작 또는 손가락 동작을 감지할 수 있으며 실시간으로 동작 신호를 사용하여 가상 아바타/객체의 위치와 동작을 제어하거나 플레이용 게임 패들을 제어합니다. 그러나 이러한 시스템은 개체 처리 및 조작을 대상으로 하지 않기 때문에 제한적입니다. 따라서 이동 중 물체의 안정성을 유지하고 이동 물체의 미끄러짐을 감지하고 최소화하기 위해 필요한 피부 촉각 감각 정보의 감각 처리에 대한 고려가 없다[13, 14]. 뇌의 학습 능력을 향상시키는 경험을 만드는 것이 중요하며, 손재주를 위해 유도 및 보조 반복을 통해 정확한 물체 조작 작업을 수행함으로써 가장 잘 달성됩니다[15].

위의 고려 사항을 기반으로 뇌 및 척수 손상을 입은 어린이 및 성인에게 적합한 "재미있는" 컴퓨터 비디오 게임 활동과 미세 조작 및 총 운동 운동을 결합한 저비용 컴퓨터 게임 기반 재활 플랫폼이 개발되었습니다[16-19). 손가락 손 기능은 손으로 손재주 기술을 수행하는 능력이 일상 생활의 필수적인 부분이기 때문에 전체 도달 또는 이동 움직임을 넘어 유용성을 확장하는 것을 목표로 했습니다.

운동 학습의 몇 가지 원리가 이 게임 기반 응용 프로그램[20, 21]에 통합되어 있습니다. 여기에는 물체 취급 및 조작, 속도 정확도, 다감각 자극, 암묵적 피드백 및 수행 지식에 대한 목표 지향적, 작업별 훈련이 포함됩니다.

EMD(Exercise Manipulandum Device) 대부분의 재활 운동 게임 시스템은 수동 시스템이며 이동 범위가 제한되거나 속도 정확도가 낮은 환자에게 이동 지원을 제공할 수 없습니다. 따라서 우리는 휴대용 저비용 "Rehabilitation Manipulandum Device"(EMD)를 개발하고 시범 테스트했습니다. EMD에는 게임 기반 운동 중에 필요한 자발적인 움직임을 지원할 수 있는 힘을 생성하는 통합 컨트롤러와 모터가 포함되어 있습니다. 따라서 움직임 조절이 제한된 환자와 능동적 운동 범위가 제한적인 환자를 수용할 수 있습니다.

EMD는 인터페이스 보드, 액추에이터, 파워 트레인 및 로터리 드라이브 샤프트를 수용하는 소형 일체형 3D 프린팅 섀시로 구성됩니다. 다양한 모양과 크기의 다양한 3D 인쇄 "치료" 핸들이 생산되어 EMD 회전 구동축에 스냅온됩니다. 이들은 (a) 엄지/손가락, (b) 손목(신전-굴곡), (c) 손목 척골-방사 편차, (d) 회내-회외 및 (e) 팔꿈치/어깨 기능. 광학 인코더는 샤프트 회전을 기록합니다. EMD 샤프트의 회전(즉, 각각의 핸들 동작)은 단일 축 컴퓨터 게임의 컴퓨터 커서 또는 게임 스프라이트의 동작을 정밀하게 제어합니다. 이와 관련하여 절대 샤프트 회전 각도(광학 엔코더 신호)는 디스플레이의 픽셀 좌표에 매핑됩니다. Arduino Leonardo 마이크로프로세서는 EMD를 컴퓨터 및 게임과 인터페이스하는 데 사용됩니다. 광학 인코더를 읽고 커서 제어(완전한 마우스 에뮬레이션)를 생성하도록 프로그래밍되어 있습니다. Arduino Leonardo IDE는 내장 라이브러리를 통해 마우스 역할을 할 수 있습니다. 다음 마우스 제어 매개변수를 구성할 수 있습니다. 운동을 위한 활성 동작 범위(예: 환자의 필요에 따라 손목 중립에서 10, 20 또는 30도 확장까지) 및 (c) 전체 디스플레이 동작 범위를 통해 마우스를 움직이는 데 필요한 움직임 진폭을 조정하는 마우스 감도.

EMD는 여러 가지 보조력 피드백 방식을 사용할 수 있습니다. 하나는 출력 샤프트에 일정한 힘이 한 방향으로 가해지는 경우 간단한 단방향 힘 필드' 모드를 포함합니다. (크기와 방향은 구성 가능). 많은 환자의 경우, 손가락 및 손목 확장 제한과 같이 한 방향의 동작에서 손가락 및 쓰기 기능이 더 손상됩니다. 따라서 다양한 직경의 물체를 잡기 위해 손을 배치하고 벌릴 수 없습니다. 이러한 환자들은 일정한 힘에 의해 제공되는 움직임 보조의 혜택을 받을 것입니다. 이동 방향 반대(예: 굴곡) 저항력을 받게됩니다. 두 번째 방식은 고급 폐쇄 루프 스마트 보조 제어 방식으로, EMD Arduino 인터페이스와 전용 RTP 게임 간의 실시간 통신이 필요합니다[16, 17]. 이는 핸들을 회전시키는 데 필요한 힘의 방향과 크기를 결정하고 사용자가 게임 대상 개체의 무작위 표시와 성공적으로 상호 작용하도록 게임 패들을 움직이는 데 도움이 되도록 하는 데 필요합니다. 상황에 따라 달라지는 이 보조 모드는 심각하게 영향을 받은 사람들의 제한적이고 작은 자발적인 움직임도 증폭할 수 있는 동시에 움직임 요구 사항이 증가함에 따라 운동을 진행할 수 있는 기회를 허용합니다. 움직임 범위가 미미한 경우에도 폐쇄 루프 컨트롤러의 스케일링 및 필터링을 통해 더 큰 움직임으로 변환할 수 있으며 다른 방법으로는 이러한 유형의 시스템을 활용할 수 없는 장애가 있는 사용자도 더 쉽게 접근할 수 있습니다. .

EMD는 반응형 USB 플러그 앤 플레이 컴퓨터 마우스로 기능하며 이를 통해 개인화된 운동 프로그램의 일부로 일반 및 최신 컴퓨터 게임을 사용하고 즐길 수 있습니다. 게임 요소를 포함하는 것은 도전의 형태로 환자에게 추가적인 동기를 부여하고 종종 재활 과정의 일부인 지루하고 반복적인 움직임을 따르도록 격려하는 더 즐거운 수단을 제공하기 위한 것입니다. 컴퓨터 게임의 선택뿐만 아니라 개체 조작 작업의 유형 모두에서 특정 치료적 가치를 도출할 수 있습니다. 다양한 상업용 게임은 다양한 수준의 움직임 진폭, 속도, 정확성 및 반복을 요구하며 광범위한 개인 취향에 호소할 수 있는 충분한 다양성을 제공합니다. 도전을 지속하고 새로운 경험을 제공하기 위해 게임과 난이도를 정기적으로 업데이트하고 진행하면 관심과 참여를 유지하는 데 필요한 심리적 피드백을 촉진할 것입니다. 상업적으로 이용 가능한 많은 게임에는 멀티태스킹도 포함됩니다. 따라서 작업은 또한 주요 주의력, 지각력 및 인지 능력을 사용합니다. 부록 1은 여러 환자(뇌성마비 어린이 및 성인 척수 손상 환자, 뇌졸중 환자)가 EMD로 철저하게 테스트한 일반적인 컴퓨터 게임의 목록과 설명을 보여줍니다.

목표: 질적 분석이 포함된 탐색적 무작위 임상 시험(RCT)을 수행합니다. a) 심장 강화 피트니스 및 근력 훈련을 위해 First Step Wellness 센터에 참석하는 척수 및 뇌졸중 고객의 손재주 재활을 위한 GAMING 시스템의 구현, 유용성 및 수용 가능성을 평가합니다. GAMING 시스템을 사용한 10주간의 개입. 이는 향후 전면적인 RCT를 지시하는 데 필요한 정보를 제공할 것입니다.

임상 시험은 두 개의 "자매" "센터 1에서 수행됩니다. 위니펙의 퍼스트 스텝 웰니스 센터 Shane Hartje, 전무 이사, shane@fswcwpg.ca 2, 리자이나의 퍼스트 스텝 웰니스 센터, 전무 이사 Owen Carlson., info@fswcregina.ca Shane Hartje와 Owen Carlson이 첨부한 협력 편지를 참조하십시오. 두 센터에는 EMD와 쉽게 구할 수 있는 30개의 컴퓨터 비디오 게임이 제공됩니다. EMD에는 교체 가능한 여러 3D 프린팅 핸들이 포함되어 있어 엄지손가락과 손목 동작은 물론 팔꿈치와 어깨 동작이 결합된 팔 동작을 포함한 광범위한 기능을 수행할 수 있습니다.

이 프로젝트의 Post Doc 펠로우인 Anuprita Kanitkar는 위니펙에 있는 First Step Wellness Center에 참석하는 척수 손상 고객 및 뇌졸중 고객에 대한 탐색적 RCT를 수행 및 조정하고 Saskatchewan에서도 동일하게 조정할 것입니다(각 사이트에 15명의 고객).

각 참가자는 10주 동안 매주 2회, 1시간씩 감독 운동 세션을 받게 됩니다. 실험군(XG)은 다음을 받게 됩니다. a) 30분 동안 실험적 게임 기반 개입, b) 30분 동안 평소 상지 운동 범위 및 근력 및 운동 프로그램. 활성 대조군(CG)은 전체 1시간 세션 동안 일반적인 상지 운동 범위 근력 운동을 받게 됩니다.

척수 손상 환자 32명과 뇌졸중 환자 32명(예: 각 사이트에서 16.

또한 CG 그룹 참가자가 10주 개입을 완료하면 게임 기반 운동 프로그램을 제공할 것입니다.

포함 기준에는 다음이 포함됩니다.

1. 20-70세
2. 뇌졸중 또는 SCI 발생 후 6개월 뇌졸중 발생 후 청력이 2명 미만
3. 중수지절관절과 지절간관절에서 최소 10도 능동적 신전, 손목에서 10도 신전, 팔꿈치와 어깨의 능동적 굴곡-신전 최소 30도.
4. 표준 컴퓨터 모니터에서 필요한 이미지를 볼 수 있는 적절한 시력. E) 정보에 입각한 동의를 제공할 수 있음

제외 기준에는 다음이 포함됩니다.

1. 과도한 경련(Ashworth 척도에서 3등급 이상)(11),
2. 심각한 인지 장애(몬트리올 인지 평가 점수 25 미만) (12)
3. 테스트 전 단일 뇌졸중을 제외한 다른 모든 신경학적 장애.

각 참가자의 초기 운동 프로토콜은 개인의 목표, 장애 수준 및 기능 상태를 기반으로 설정됩니다. 일반적인 세션에는 다음이 포함됩니다. 4-5개의 선택된 개체 조작 작업, 4-5개의 다른 EMD 핸들 및 여러 컴퓨터 게임. 이러한 작업은 다양한 조작 모드와 기능 요구 사항이 필요한 광범위한 물리적 속성을 나타냅니다.

각 EMD 핸들 게임 조합은 2-3분 간격으로 2-3회 반복하여 연습합니다. 참가자는 원하는 손과 팔 부분 동작으로 다양한 작업을 수행하는 방법과 관련 동작으로 대체하지 않는 방법에 대해 교육을 받습니다. 컴퓨터 게임은 a) 게임 패들을 움직이는 데 필요한 움직임 진폭, b) 게임 속도 및 c) 게임 정확도 요구 사항과 같은 게임 속성에 따라 선택됩니다. 많은 저렴한 아케이드 스타일의 컴퓨터 게임을 온라인에서 쉽게 구할 수 있으며 bigfishgames.com과 같은 웹사이트에서 다운로드할 수 있습니다. (현재 연구에 사용된 컴퓨터 게임 목록은 부록 5 참조).

다음과 같은 EMD 및 개체 조작 작업과 컴퓨터 게임 유형의 기능은 도전을 증가시키고 운동 프로그램을 진행하기 위해 허용되는 대로 업데이트됩니다. 크기 모양 무게와 표면 마찰이 다른 물체를 사용하여 작업의 물리적 요구 사항을 높였습니다. 게임 속도와 이동 정밀도(대상 물체 및 게임 패들의 크기)가 증가했습니다(예: 속도 정확도 관계). 마우스 감도를 조정하여 움직임 진폭을 높였습니다. 작업 난이도는 EMD 핸들에 적용되는 보조 및 저항력을 증가시켜 조정됩니다. 다양한 상업용 컴퓨터 비디오를 사용하여 진행도 이루어졌습니다.

활성 대조군(CG)은 First Step Wellness 센터의 교육 직원이 설정한 일반적인 스트레칭, 운동 범위 및 근력 훈련 프로그램을 계속합니다.

정량적 분석 개입 전후에 다음과 같은 결과 측정값을 얻을 수 있습니다.

1. 상지 운동 능력은 WMFT(Wolf motor function test)[22]로 측정됩니다. 참가자는 WMFT의 15가지 작업을 가능한 한 빨리 완료해야 합니다. 각 작업을 완료하는 데 걸린 시간이 기록됩니다. 각 작업의 동작 품질은 0에서 5까지의 서수 척도를 사용하여 등급을 매겼습니다. 여기서 0은 전혀 수행하지 않았음을 나타내고 5는 정상적인 동작을 수행했음을 나타냅니다. 최종 WMFT 점수는 다음과 같습니다. (a) 15개 작업에 소요된 총 시간 및 (b) 15개 작업의 총 동작 품질 등급.

2. 손재주에 대한 컴퓨터 게임 기반 상지(CUE) 평가. 테스트 절차, 데이터 분석 및 신뢰성에 대한 자세한 내용은 참조 16, 17, 23을 참조하십시오. IB 마우스는 물리적 특성과 해부학적 요구 사항이 다른 여러 테스트 개체에 고정됩니다. 모든 조작 작업에는 손가락-엄지 또는 손바닥 표면 접촉이 필요했으며 정밀한 손목, 팔꿈치 및 어깨 동작의 다양한 조합이 포함되었습니다... 여기에는 실린더와 축구공을 앞뒤로 굴리는 것도 포함됩니다. Pronation-supination을 사용하여 커피 머그 회전; 전체 손 및 두 손가락 미세 정밀 회전 작업... RTP 소프트웨어는 운동 능력 게임 모듈의 다중 이벤트 분석 절차를 기반으로 여러 성능 결과 측정을 계산합니다. 예를 들어, 2분의 게임 세션과 2초로 설정된 게임 이벤트 기간에 대해 각 방향에서 환자(30)에 의해 만들어진 60개의 게임 움직임 응답이 있을 것입니다. 손재주 측정의 현재 연구 결과에는 다음이 포함됩니다.

   a) 여러 게임 이벤트의 성공률 또는 목표 달성 평균, b) 동작 시작 시간 c), 동작 오류의 크기, d) 여러 게임 동작 반응의 반복에서 계산된 동작 변동 및 일관성, f) 기타 항목은 계속해서 개발되고 검증됩니다. Post Doc 과정.

정성분석

10주간의 운동 프로그램이 완료되면 모든 참가자는 인터뷰에 참여하도록 초대됩니다. 모든 참가자에게 다음 개방형 질문을 하고 응답을 기록했습니다.

1. 참여하기로 동의했을 때 치료 프로그램을 통해 어떤 혜택을 받기를 바랐습니까?
2. 게임이나 운동 프로그램에 대해 좋아하는 것과 싫어하는 것이 있었습니까?
3. 당신이 플레이하도록 요청받은 컴퓨터 게임에 대해 어떻게 생각했습니까? 게임을 즐겼습니까? 즐기지 못한 게임이 있었나요?
4. 이 치료 프로그램이 도움이 되었다고 느끼십니까?
5. 올바른 설정이 제공된 경우 이 연습을 계속하시겠습니까? 참가자는 자신의 아이디어, 생각, 의견 및 개인적인 경험을 설명하고 설명하도록 권장됩니다. 해석적 기술의 분석적 틀은 주제별 해석을 위해 사용되었다[24, 25].

모든 인터뷰는 녹음되고 나중에 서면 형식으로 기록됩니다. 번역된 성적표는 Anuprita Kanitkar가 각 인터뷰의 서면 성적표를 의역, 일반화 및 추상화하여 코딩 시스템을 통해 읽게 됩니다. 두 번째 연구원 보조원은 코딩된 데이터를 면밀히 조사하고 추가 고유 응답 및 코드를 식별했습니다. 두 명의 검토자가 만나 분석 내용을 비교하고 최종 주제와 하위 주제로 구성된 최종 코드 시스템에서 불일치를 해결합니다.

통계 분석 Shapiro-Wilk 테스트를 사용하여 데이터의 정규성을 확인합니다. SS S, MB W. 정규성에 대한 분산 검정 분석. 바이오메트리카. 1965;67(337):52.

Wolf 운동 기능 테스트 점수 및 CUE 결과 측정에 대한 시간(개입 전-후), 그룹(실험 및 제어) 및 시간*그룹 상호 작용의 효과는 반복 측정이 포함된 혼합 모델 ANOVA를 사용하여 평가됩니다. 유의수준은 0.05로 설정하고 통계분석은 SPSS(Version 24)(SPSS Science, Chicago)를 이용하여 수행한다.

맞춤형 컴퓨터 시뮬레이션은 치료 효과 크기의 추정치를 제공하는 현재 연구 데이터와 함께 반복 측정 모델에 대한 통계 검정력을 계산하는 데 사용됩니다. 무작위 절편 선형 혼합 효과 모델이 사용되며 표본 크기, 방문 횟수 및 효과 크기의 각 조합에 대해 무작위로 생성된 관찰이 포함된 128개의 데이터 세트가 생성됩니다. 모든 시뮬레이션에 대해 실험적 중재와 활성 대조군에 대한 치료 할당은 1:1(균형 설계)로 가정했습니다. 각 데이터 세트는 그룹, 시간 및 시간*그룹 상호작용이 있는 선형 혼합 모델로 분석됩니다. 검정력은 시간 경과에 따른 두 그룹 간의 기울기 차이를 정량화하는 유의미한(p < 0.05) 시간*그룹 상호 작용 항을 가진 모델의 비율로 계산됩니다. SAS PROX MIXED 버전 9.4는 시뮬레이션을 수행하는 데 사용됩니다. 유의미한 결과는 관찰된 시간*그룹 효과 크기에 대해 80%에서 적절하게 검정됩니다.