Interfejs mózgowo-komputerowy do komunikacji u wentylowanych pacjentów

TŁO

Niezdolność do spójnego i skutecznego komunikowania swoich najbardziej podstawowych potrzeb fizycznych jest głównym problemem dla pacjentów OIOM wentylowanych mechanicznie. Pacjenci oceniają około 40% sesji komunikacyjnych jako trudne, a ponad jedną trzecią komunikacji dotyczącej bólu jako nieudaną. Pielęgniarki inicjują około 86% wszystkich wymian komunikacyjnych, ponieważ zwykle bardzo trudno jest zainicjować komunikację pacjentowi bez głosu na OIOM-ie. Dlatego pacjenci przebywający na OIT często cierpią z powodu nierozpoznanego bólu i dyskomfortu, poczucia utraty kontroli i niepewności, depersonalizacji, niepokoju, zaburzeń snu, strachu i frustracji. Opiekunowie często zgłaszają również uczucie niepokoju i frustracji z powodu niemożności właściwej oceny potrzeb swoich pacjentów. Ta niezdolność do skutecznego komunikowania się może prowadzić do niewłaściwego stosowania środków uspokajających i przedłużania czasu spędzonego przy respiratorze, co z kolei może prowadzić do wydłużenia czasu pobytu na OIT i jego kosztów. Ponadto brak możliwości komunikowania się z opiekunami utrudnia krytycznie chorym pacjentom aktywny udział w ich leczeniu i podejmowaniu decyzji, w tym decyzji o wycofaniu lub wstrzymaniu leczenia podtrzymującego życie.

Wykazano, że stosowanie tablic obrazkowych z ikonami przedstawiającymi typowe potrzeby i dolegliwości pacjentów (ból, strach, gorąco/zimno, pragnienie, basen itp.) poprawia komunikację między pielęgniarką a pacjentem w okresie pooperacyjnym przy respiratorze. Te tablice obrazkowe są szeroko dostępne na większości oddziałów intensywnej terapii i są najbliższe obecnemu standardowi komunikacji z bezdźwięcznymi pacjentami wentylowanymi mechanicznie w celu zaspokojenia podstawowych potrzeb fizycznych i emocjonalnych. W ostatnich badaniach pilotażowych opisano wykorzystanie komunikacji wspomaganej komputerowo przy użyciu ekranów dotykowych, detektorów mrugnięć i urządzeń do śledzenia wzroku w celu umożliwienia komunikacji z pacjentem OIOM. Większość pacjentów i personelu szpitalnego ankietowanych w tych badaniach wskazała, że ​​korzystanie z urządzenia komunikacyjnego wspomaganego komputerowo poprawia zdolność reagowania na potrzeby pacjentów i zapewniania im komfortu. Systemy śledzenia wzroku i mrugnięcia oka są jednak drogie, podczas gdy ekrany dotykowe mogą nie być odpowiednie dla wielu pacjentów OIOM z osłabieniem i ograniczeniami zdolności motorycznych. Pacjenci przebywający na OIOM-ie, szczególnie ci z chorobami neurologicznymi, często cierpią na znaczne osłabienie i utratę koordynacji, co jednak ogranicza ich możliwość używania rąk i rąk do wskazywania odpowiedniego elementu na tablicy. Podczas gdy pacjenci na OIOM-ach neurochirurgicznych są często osłabieni z powodu ogniskowego uszkodzenia mózgu, około jedna czwarta pacjentów wymagających wentylacji mechanicznej na innych OIOM-ach może wykazywać znaczne osłabienie spowodowane neuropatią i miopatią w stanie krytycznym, co ogranicza ich zdolność używania rąk do wybierania odpowiedniej ikony na ekranie. tablica obrazkowa. Istnieje jednak kilka populacji pacjentów, dla których korzystanie z tablicy graficznej lub ekranu dotykowego jest niemożliwe, w tym pacjenci z poważnym urazem rdzenia kręgowego, zaawansowanym ALS i udarem pnia mózgu, którzy są bezdźwięczni, ale również zazwyczaj nie mają przydatnych funkcji motorycznych odnóża. Pacjenci ci są w różnym stopniu „zamknięci”, przytomni i czujni, ale nie mają kontroli nad funkcjami ciała ani zdolnością do artykułowania i komunikowania się przy użyciu standardowych form komunikacji.

Wykorzystanie urządzeń Brain Computer Interface (BCI) w celu ułatwienia komunikacji u pacjentów „pozbawionych głosu” wzbudziło ostatnio zainteresowanie. BCI tłumaczy celową, dobrowolną modulację aktywności elektrycznej mózgu, zwykle rejestrowaną przez elektroencefalografię (EEG), na polecenia komputerowe. Zastosowano różne urządzenia BCI, aby umożliwić pacjentom z zaawansowanym stwardnieniem zanikowym bocznym (ALS), wysokim uszkodzeniem rdzenia kręgowego i udarem pnia mózgu z zespołem zamknięcia, którzy nie mają dobrowolnego używania swoich kończyn, komunikowanie się w różnym stopniu. Urządzenia te były zazwyczaj oceniane w warunkach rehabilitacji, po okresie ostrej choroby lub w domu. Żadne badanie nie oceniało wykorzystania urządzenia BCI do pomocy w komunikowaniu się o typowych fizycznych i emocjonalnych potrzebach/dolegliwościach krytycznie chorych. Jest to istotne nie tylko dla pacjentów z urazem rdzenia kręgowego i udarem mózgu, z których większość jest początkowo przyjmowana na OIOM, ale także dla potencjalnie dużej liczby pacjentów OIOM, którzy nie mogą korzystać z tablicy z obrazkami lub innego systemu kontaktu z palcami z powodu neuropatii w stanie krytycznym / miopatia lub ostre uszkodzenie mózgu powodujące osłabienie. Skupiamy się na stworzeniu stacjonarnego, bezprzewodowego systemu BCI opartego na wizualnych potencjałach wywołanych (SSVEP), który ułatwi komunikację z zaintubowanymi pacjentami OIOM., Poręczne urządzenie BCI będące przedmiotem zainteresowania w tym badaniu działa dzięki wizualnej uwadze na ilustracyjne ikony wyświetlane na ekranie elektronicznym. Ikona, która może przedstawiać typową potrzebę pacjenta na OIT, taką jak potrzeba zmiany pozycji lub typową skargę pacjenta, taką jak ból, może być wyświetlana jako symbol. Pacjent może w ten sposób komunikować się, patrząc na konkretny przedmiot przedstawiający jego potrzebę lub skargę. To nadające się do noszenia urządzenie jest całkowicie nieinwazyjne i nie stwarza istotnego ryzyka dla pacjentów, działając jedynie w celu rejestracji i translacji sygnałów EEG. Urządzenie będzie komunikować się bezprzewodowo z interfejsem użytkownika (UI), którym może być tablet lub telewizor z płaskim ekranem, który znajduje się w każdej sali pacjenta OIOM. Proponowany prototyp zapewnia interfejs użytkownika zawierający podstawowe funkcje, które są zwykle wykorzystywane w komunikacji między pielęgniarkami a pacjentami na OIOM-ie.

PROJEKT BADANIA

Jest to translacyjne badanie pilotażowe systemu BCI opartego na stałym wizualnym potencjale wywołanym (SSVEP) w celu ułatwienia komunikacji u zaintubowanych pacjentów. Po uzyskaniu świadomej zgody pacjenta lub jego prawnie upoważnionego przedstawiciela, 30 pacjentów zostanie zrekrutowanych z oddziałów intensywnej opieki medycznej, chirurgicznej, kardiologicznej, kardiochirurgicznej i neurologicznej na Uniwersytecie Michigan w Ann Arbor na okres 12 miesięcy. Uzyskano zgodę Institutional Review Board of the University of Michigan (HUM00095052).

Badanie przesiewowe w kierunku delirium i zdolność do udziału w badaniu:

Potencjalni uczestnicy zostaną zidentyfikowani przez członków głównego zespołu OIOM, którzy następnie skontaktują się z badaczem. Pacjenci będą musieli odstawić wszystkie leki uspokajające i powrócić do pełnego czuwania przed dalszą oceną. Pacjenci spełniający powyższe kryteria kwalifikacyjne, którzy wyrażą zgodę na udział w badaniu, zostaną następnie poddani dalszym badaniom przez badacza w celu potwierdzenia, że ​​pacjent jest wystarczająco czujny i uważny, aby się komunikować ORAZ jest w stanie konsekwentnie wybierać przedmioty poprzez świadomy kontakt palcem. Pacjent zostanie następnie poddany ocenie przesiewowej za pomocą urządzenia BCI, aby potwierdzić, że jego indywidualny sygnał EEG może zostać wykryty i zinterpretowany przez urządzenie.

Skargi/potrzeby pacjentów: Badacze ocenią zdolność badanych do dokładnego wybrania określonej potrzeby lub skargi spośród 10 typowych potrzeb/skarg.

1. "Jestem w bólu"
2. „Mam trudności z oddychaniem”
3. "Muszę być odsysany"
4. „Muszę mieć wypróżnienie”
5. „Muszę się wysikać/oddać mocz”
6. "Chce mi się pić"
7. "Jestem głodny"
8. „Muszę zmienić pozycję w łóżku”
9. „Podnieś wezgłowie mojego łóżka”
10. „Potrzebuję rodziny przy łóżku”

Tablica obrazkowa: Wykonalność komunikacji za pomocą urządzenia BCI zostanie oceniona przy użyciu tablicy obrazkowej z ilustracyjnymi ikonami przedstawiającymi 10 powyższych potrzeb/skarg jako standardem do porównania i określenia trafności wyboru odpowiedniej ikony. Ikony i wyrażenia na tablicy z obrazkami będą identyczne z ikonami i wyrażeniami na urządzeniu BCI

CEL SZCZEGÓŁOWY 1:

Aby zademonstrować wykonalność zastosowania urządzenia Brain Computer Interface (BCI) opartego na wizualnym potencjale wywołanym w stanie stacjonarnym (SSVEP) w celu ułatwienia komunikowania typowych potrzeb pacjentów u przytomnych pacjentów wentylowanych mechanicznie na oddziale intensywnej terapii (OIOM).

Hipoteza 1: Co najmniej 80% czujnych wentylowanych mechanicznie pacjentów będzie w stanie dokładnie wybrać ilustracyjną ikonę na interfejsie komputera mózgowego, reprezentującą potrzebę fizyczną lub emocjonalną, którą sam zidentyfikował jako najczęstszą przyczynę komunikacji z pielęgniarką przyłóżkową podczas ich przyjmowania.

Orientacja na BCI i tablicę z obrazkami: Pacjent będzie początkowo zaznajomiony zarówno z tablicą z obrazkami, jak i urządzeniem BCI. Instrukcja obsługi urządzenia BCI będzie obejmować demonstrację interfejsu użytkownika, objaśnienie ikon na interfejsie użytkownika oraz mechanizmu wyboru ikony poprzez skupienie uwagi wzrokowej.

Wybór potrzeby/reklamacji: Bezpośrednio po orientacji zostanie przeprowadzone badanie dokładności urządzenia BCI. Test dokładności zostanie przeprowadzony jednorazowo dla każdego pacjenta, z wykorzystaniem najważniejszej potrzeby/skargi dla tego pacjenta. Pacjent zostanie poproszony o wskazanie w interfejsie BCI konkretnej potrzeby lub skargi jako najczęstszego powodu prośby o pomoc pielęgniarki przyłóżkowej podczas przyjęcia, spośród 10 dostępnych opcji potrzeby/skargi pacjenta. Wybór opcji „Żadne z powyższych/Inne” będzie dozwolony, jednak pacjent zostanie z wyprzedzeniem poinstruowany, aby spośród 10 dostępnych możliwości wybrał potrzebę/dolegliwość najbardziej odpowiadającą jego sytuacji. Następnie pacjent zostanie poproszony o wybranie TEJ SAMEJ potrzeby/skargi na tablicy z obrazkami, dotykając palcem.

CEL SZCZEGÓŁOWY 2:

Cel szczegółowy 2: Określenie zadowolenia pacjenta, rodziny i pielęgniarki przyłóżkowej z komunikacji za pomocą urządzenia BCI oraz uzyskanie otwartej informacji zwrotnej, aby pokierować przyszłymi ulepszeniami urządzenia.

Hipoteza 2: Co najmniej 70% pacjentów „zgadza się” lub „zdecydowanie zgadza się” ze stwierdzeniem „Urządzenie interfejsu komputerowego Brain pozwoliło mi odpowiednio przekazać pielęgniarce przyłóżkowej moje potrzeby”.

Natychmiast po ocenie dokładności opisanej w Celu szczegółowym 1 badacze ocenią zadowolenie pacjenta, rodziny i pielęgniarki przyłóżkowej po użyciu urządzenia jako podstawowego narzędzia komunikacji przez 2 godziny dziennie przez 3 kolejne dni. Badanie przesiewowe delirium przy użyciu CAM-ICU oraz krótkie badanie neurologiczne w celu potwierdzenia zdolności pacjenta do efektywnego posługiwania się urządzeniem BCI i tablicą obrazkową zostaną wykonane przed użyciem urządzenia lub tablicy obrazkowej w kolejnych dniach (dzień 2 i 3).

Pod koniec 3 dni pacjent, obecni członkowie rodziny i każda pielęgniarka, która brała udział w badaniu, otrzymają krótkie kwestionariusze. Pacjentowi zostanie odczytany kwestionariusz pacjenta z opcjami.

Analiza statystyczna:

Odsetek pacjentów, którzy przejdą etap 2 badania przesiewowego, a następnie przejdą etap 3, zostanie obliczony z dokładnymi dwumianowymi 95% przedziałami ufności. Odsetek co najmniej 70% przechodzących etap 3 badań przesiewowych będzie początkowym progiem wykonalności, opartym na klinicznych szacunkach wartości. Obliczona zostanie mediana czasu, z rozstępem międzykwartylowym, wymagana do orientacji względem urządzenia BCI i tablicy z obrazkami, a następnie przeprowadzone zostanie porównanie za pomocą testu U Manna Whitneya. Odsetek pacjentów, którzy wybiorą tę samą ikonę w interfejsie użytkownika BCI i na tablicy obrazkowej, zostanie obliczony z dokładnymi dwumianowymi przedziałami ufności 95%. Przy określaniu dokładności użycia urządzenia BCI analiza dwumianowa obejmująca wiele badań BCI oszacowała poziom szans na 63% (α = 0,05, 60 prób). Opierając się również na oszacowaniu klinicznym, jaki byłby minimalny użyteczny poziom dokładności dla urządzenia komunikacyjnego, próg dokładności w naszym badaniu będzie wynosił co najmniej 80% pacjentów wykazujących zgodność między wyborem ich najważniejszej potrzeby/skargi na BCI urządzenie i tablica z obrazkami. Statystyki opisowe zostaną wykorzystane do określenia proporcji pacjentów wybierających odpowiedzi na każde z pytań dotyczących satysfakcji.