Interface cérebro-computador para comunicação em pacientes ventilados

FUNDO

A incapacidade de comunicar de forma consistente e eficaz suas necessidades físicas mais fundamentais é um grande problema para pacientes de UTI ventilados mecanicamente. Os pacientes classificam cerca de 40% das sessões de comunicação como difíceis e mais de um terço das comunicações sobre dor como malsucedidas. Os enfermeiros iniciam cerca de 86% de todas as trocas de comunicação, pois normalmente é muito difícil para um paciente sem voz na UTI iniciar a comunicação. Os pacientes na UTI geralmente sofrem de dor e desconforto não reconhecidos, sentimentos de perda de controle e insegurança, despersonalização, ansiedade, distúrbios do sono, medo e frustração. Os cuidadores também frequentemente relatam sentir-se ansiosos e frustrados por não conseguirem avaliar adequadamente as necessidades de seus pacientes. Essa incapacidade de se comunicar de forma eficaz pode levar ao uso inadequado de sedativos e ao prolongamento do tempo gasto no ventilador, o que pode levar ao aumento do tempo de permanência na UTI e dos custos. Além disso, a incapacidade de se comunicar com os cuidadores dificulta a capacidade dos pacientes gravemente enfermos de serem participantes ativos em seu tratamento e na tomada de decisões, incluindo decisões de retirar ou suspender o tratamento de suporte à vida.

O uso de quadros com ícones que representam as necessidades e queixas comuns do paciente (dor, medo, calor/frio, sede, comadre, etc.) demonstrou melhorar a comunicação enfermeira-paciente para pacientes no período pós-operatório no ventilador. Esses quadros de imagens estão amplamente disponíveis na maioria das UTIs e são o que há de mais próximo de um padrão atual para comunicação com pacientes sem voz ventilados mecanicamente, com o objetivo de atender às necessidades físicas e emocionais fundamentais. Estudos piloto recentes descreveram o uso de comunicação assistida por computador usando telas sensíveis ao toque, detectores de piscar de olhos e rastreadores de olhar para permitir a comunicação no paciente da UTI. A maioria dos pacientes e funcionários do hospital pesquisados ​​nesses estudos indicaram que o uso de um dispositivo de comunicação assistida por computador melhorou a capacidade de responder às necessidades do paciente e abordar o conforto do paciente. No entanto, os sistemas de rastreamento de olhar e piscar de olhos são caros, enquanto as telas sensíveis ao toque podem não ser adequadas para muitos pacientes de UTI com fraqueza e restrição na capacidade motora. Pacientes na UTI, particularmente aqueles com doenças neurológicas, frequentemente sofrem de fraqueza significativa e perda de coordenação, limitando sua capacidade de usar os braços e as mãos para indicar o item apropriado no quadro. Enquanto os pacientes na neuroUTI são frequentemente fracos por causa de lesão cerebral focal, cerca de um quarto dos pacientes que necessitam de ventilação mecânica em outras UTIs podem ter fraqueza significativa de neuropatia e miopatia de doença crítica, limitando sua capacidade de usar as mãos para selecionar o ícone apropriado em um placa de imagem. Existem várias populações de pacientes, no entanto, para as quais o uso de um quadro de imagens ou tela sensível ao toque é impossível, incluindo pacientes com lesão medular alta, ELA avançada e acidente vascular cerebral do tronco cerebral, que não têm voz, mas também normalmente não têm função motora útil de seus membros. Esses pacientes estão "trancados", em vários graus, acordados e alertas, mas sem controle da função corporal ou capacidade de articular e se comunicar usando formas padrão de comunicação.

Recentemente, o uso de dispositivos Brain Computer Interface (BCI) para facilitar a comunicação em pacientes "sem voz". Um BCI traduz a modulação deliberada e voluntária da atividade elétrica cerebral, normalmente registrada por eletroencefalografia (EEG) em comandos de computador. Uma variedade de dispositivos BCI tem sido usada para permitir que pacientes com Esclerose Lateral Amiotrófica (ALS) avançada, lesão medular alta e acidente vascular cerebral do tronco cerebral com a síndrome de bloqueio, que não têm uso voluntário de seus membros, se comuniquem em graus variados. Esses dispositivos geralmente são avaliados no ambiente de reabilitação, após o período de doença médica aguda ou em casa. Nenhum estudo avaliou o uso de um dispositivo BCI para auxiliar na comunicação das necessidades/reclamações físicas e emocionais típicas dos doentes críticos. Isso é significativo, não apenas para pacientes com lesão medular e acidente vascular cerebral, a maioria dos quais inicialmente internados em UTI, mas para o número potencialmente grande de pacientes de UTI que não podem usar um quadro de imagens ou outro sistema de contato com os dedos devido à neuropatia de doença crítica / miopatia ou lesão cerebral aguda causando fraqueza. Nosso foco é criar um sistema BCI sem fio baseado em potencial evocado visual de estado estacionário (SSVEP) para facilitar a comunicação com pacientes intubados na UTI., O dispositivo vestível BCI de interesse neste estudo funciona por meio da atenção visual a ícones ilustrativos exibidos em uma tela eletrônica. O ícone, que pode representar uma necessidade comum do paciente de UTI, como a necessidade de reposicionamento ou queixa comum do paciente, como dor, pode ser exibido como um símbolo. O paciente pode, assim, se comunicar olhando para um item específico que retrata sua necessidade ou reclamação. Este dispositivo vestível é totalmente não invasivo e sem risco significativo para os pacientes, funcionando apenas para gravar e traduzir sinais de EEG. O dispositivo se comunicará sem fio com a interface do usuário (IU), que pode ser um tablet ou o monitor de TV de tela plana que está presente em todos os quartos de pacientes da UTI. O protótipo proposto fornece uma interface de usuário que inclui funções básicas que normalmente são usadas na comunicação entre enfermeiros e pacientes na UTI.

DESIGN DE ESTUDO

Este é um estudo piloto translacional de um sistema BCI baseado em potencial evocado visual em estado estacionário (SSVEP) para facilitar a comunicação em pacientes intubados. Após obter o consentimento informado do paciente ou de seu representante legalmente autorizado, 30 pacientes serão recrutados das unidades de terapia intensiva médica, cirúrgica, cardíaca, cardiotorácica e neurológica da Universidade de Michigan, Ann Arbor, durante um período de 12 meses. A aprovação foi obtida do Conselho de Revisão Institucional da Universidade de Michigan (HUM00095052).

Triagem para delirium e capacidade de participar do estudo:

Os participantes em potencial serão identificados por membros da equipe principal da UTI, que entrarão em contato com um investigador do estudo. Os indivíduos precisarão interromper todos os medicamentos sedativos com retorno à plena vigília antes de uma avaliação mais aprofundada. Os pacientes que atendem aos critérios de elegibilidade acima e que consentem em participar do estudo serão submetidos a testes adicionais por um investigador para confirmar que o paciente está suficientemente alerta e atento para se comunicar E é capaz de selecionar itens de forma consistente por meio do contato volitivo dos dedos. O paciente passará então por uma avaliação de triagem com o dispositivo BCI para confirmar que seu sinal EEG individual pode ser detectado e interpretado pelo dispositivo.

Reclamações/necessidades do paciente: Os investigadores avaliarão a capacidade dos sujeitos de selecionar com precisão uma necessidade ou reclamação específica entre 10 necessidades/reclamações comuns.

1. "Eu estou com dor"
2. "Tenho dificuldade em respirar"
3. "Preciso ser aspirado"
4. "Preciso evacuar"
5. "Preciso fazer xixi / urinar"
6. "Estou morrendo de sede"
7. "Estou com fome"
8. "Preciso mudar minha posição na cama"
9. "Levante a cabeceira da minha cama"
10. "Eu preciso da minha família ao meu lado"

Quadro de imagens: A viabilidade de comunicação usando o dispositivo BCI será avaliada usando um quadro de imagens com ícones ilustrativos representando as 10 necessidades/reclamações acima como padrão para comparação e para determinar a precisão da seleção do ícone apropriado. Os ícones e frases no quadro de imagens serão idênticos aos ícones e frases no dispositivo BCI

OBJETIVO ESPECÍFICO 1:

Demonstrar a viabilidade de usar um dispositivo baseado em Potencial Evocado Visual de Estado Estacionário (SSVEP) baseado em Brain Computer Interface (BCI) para facilitar a comunicação das necessidades comuns do paciente em alerta de pacientes ventilados mecanicamente na Unidade de Terapia Intensiva (UTI).

Hipótese 1: Pelo menos 80% dos pacientes alertas em ventilação mecânica serão capazes de selecionar com precisão o ícone ilustrativo na interface cérebro-computador que representa a necessidade física ou emocional autoidentificada pelo paciente como sendo o gatilho mais comum para a comunicação com a enfermeira de cabeceira durante a sua admissão.

Orientação para o BCI e o quadro de imagens: O paciente será inicialmente familiarizado com o quadro de imagens e o dispositivo BCI. As instruções sobre o uso do dispositivo BCI incluirão demonstração da interface do usuário, explicação dos ícones da interface do usuário e o mecanismo de seleção de um ícone, por meio de atenção visual focada.

Seleção da necessidade/reclamação: Imediatamente após a orientação, será realizado o teste de precisão do dispositivo BCI. O teste de precisão será realizado uma única vez para cada paciente, usando a necessidade/queixa mais importante para aquele paciente. Será solicitado ao paciente que identifique na IU da BCI a necessidade ou queixa específica como sendo o motivo mais comum para solicitar a assistência do enfermeiro de beira de leito durante sua internação, dentre as 10 opções de necessidade/queixa do paciente fornecidas. A seleção de "Nenhuma das opções acima/Outro" será permitida, no entanto, o paciente será especificamente instruído com antecedência para selecionar a necessidade/queixa mais aplicável à sua situação entre as 10 opções fornecidas. O paciente será então solicitado a selecionar a MESMA necessidade/queixa no quadro de imagens usando o contato do dedo.

OBJETIVO ESPECÍFICO 2:

Objetivo Específico 2: Determinar a satisfação do paciente, da família e da enfermeira de cabeceira com a comunicação usando o dispositivo BCI e obter feedback aberto para orientar futuras melhorias no dispositivo.

Hipótese 2: Pelo menos 70% dos pacientes irão "concordar" ou "concordar totalmente" com a afirmação "O dispositivo de interface do computador com o cérebro me permitiu comunicar minhas necessidades à enfermeira de cabeceira adequadamente".

Imediatamente após a avaliação da precisão descrita no Objetivo Específico 1, os investigadores avaliarão a satisfação do paciente, da família e da enfermeira à beira do leito após o uso do dispositivo à beira do leito como a principal ferramenta de comunicação por 2 horas por dia durante 3 dias consecutivos. Uma triagem de delirium usando CAM-ICU e um breve exame neurológico para confirmar a capacidade do paciente de usar efetivamente o dispositivo BCI e o quadro de imagens serão realizados antes do uso do dispositivo ou quadro de imagens nos dias subsequentes (dias 2 e 3).

Ao final dos 3 dias, o paciente, quaisquer membros da família presentes e cada enfermeira que participou do teste receberá os breves questionários. O questionário do paciente com opções será lido para o paciente.

Análise estatística:

A proporção de pacientes que passam na Etapa 2 da triagem e também passam na Etapa 3 será calculada com intervalos de confiança binomial exatos de 95%. Uma proporção de pelo menos 70% de aprovação na Etapa 3 da triagem será o limite inicial de viabilidade, com base em estimativas clínicas de valor. Será calculado o tempo mediano, com intervalo interquartílico, necessário para a orientação ao aparelho BCI e ao quadro de imagens, e a comparação será feita por meio do teste U de Mann Whitney. Será calculada a proporção de pacientes que selecionam o mesmo ícone na IU do BCI e no quadro de imagens, com intervalos de confiança binomial exatos de 95%. Ao determinar a precisão do uso do dispositivo BCI, uma análise binomial incluindo vários estudos de BCI estimou o nível de chance em 63% (α = 0,05, 60 tentativas). Com base também em uma estimativa clínica do que seria um nível útil mínimo de precisão para um dispositivo de comunicação, o limite de precisão em nosso estudo será de pelo menos 80% dos pacientes demonstrando concordância entre a seleção de sua necessidade/queixa mais importante no BCI dispositivo e a placa de imagem. Estatísticas descritivas serão usadas para proporções de pacientes selecionando respostas para cada uma das questões de satisfação.