Programa de exercícios baseado em jogos de computador visando a destreza manual para pessoas com lesão ou derrame da medula espinhal.

Antecedentes Muitos adultos com deficiências neuromusculares que afetam a extremidade superior (UE) têm déficits nas habilidades motoras finas [1-3]. A destreza manual envolvendo manuseio e manipulação de objetos é essencial para muitas atividades da vida diária e vida social. Essas atividades requerem a manipulação de objetos com uma ampla gama de propriedades físicas e demandas funcionais que muitas vezes requerem um alto grau de precisão.

Terapia de movimento induzido por restrição (CIMT [4-6]. são programas de reabilitação promissores para a restauração da função mão-braço. Essas abordagens de tratamento enfatizam que a recuperação funcional reflete o aprendizado alcançado por meio da geração de experiências reais, aplicação de atenção focada, simulação de movimentos quase normais e repetição 12-14 Terapias específicas de tarefas supervisionadas são preferidas, mas são difíceis de realizar devido à alta precoce de pacientes, aumentando as demandas por serviços de reabilitação por uma população envelhecida, bem como as pressões financeiras e de distância de viagem. Para superar esses desafios, precisamos de métodos viáveis ​​e econômicos para aumentar a acessibilidade. Idealmente, programas de terapia eficazes devem ser disponibilizados em centros comunitários e, por fim, nas residências dos pacientes.

Além de aumentar a acessibilidade, há a necessidade de melhorar o cumprimento dos regimes de exercícios. Uma abordagem emergente para envolver os clientes na terapia é incorporar jogos de computador [7-8].

As atividades em jogos de computador podem fornecer um ambiente comportamental, ecologicamente válido e adaptativo. Além disso, eles podem fornecer feedback imediato, bem como registros eletrônicos para avaliar e auxiliar na progressão das intervenções. Vários sistemas de jogos têm sido usados ​​na reabilitação do membro superior. Isso inclui sistemas de jogos de entretenimento comercial como o Wii [9], Kinect [10], sensor de movimento Leaps [11] e luvas equipadas com sensor [12]. Esses sistemas de jogos podem detectar movimentos de segmentos de braços ou dedos - e em tempo real - os sinais de movimento são usados ​​para controlar a posição e o movimento de avatares/objetos virtuais ou para controlar uma raquete de jogo para jogar. No entanto, esses sistemas são limitados, porque não visam o manuseio e a manipulação de objetos. Portanto, não há consideração do processamento sensorial da informação sensorial tátil da pele necessária para manter a estabilidade do objeto durante o movimento e para detectar e minimizar o deslizamento do objeto em movimento [13, 14]. É crucial criar experiências que melhorem a capacidade do cérebro de aprender e, para a destreza manual, isso é melhor alcançado realizando tarefas precisas de manipulação de objetos por meio de repetição guiada e assistida [15].

Com base nas considerações acima, foi desenvolvida uma plataforma de reabilitação baseada em jogos de computador de baixo custo que combina manipulação fina e exercícios de movimento grosseiro com atividades de videogame "divertidas" apropriadas para crianças e adultos com lesões adquiridas no cérebro e na medula espinhal [16-19). A função dedo-mão foi direcionada para estender a utilidade além do alcance grosseiro ou dos movimentos de transporte, uma vez que a capacidade de realizar habilidades de destreza manual com as mãos é parte integrante da vida cotidiana.

Vários princípios de aprendizagem motora são incorporados neste aplicativo baseado em jogo [20, 21] que incluem treinamento orientado a objetivos, tarefa específica de manuseio e manipulação de objetos, precisão de velocidade, estimulação multissensorial e feedback implícito e conhecimento de desempenho.

Exercise Manipulandum Device (EMD) A maioria dos sistemas de jogos de exercícios de reabilitação é um sistema passivo e não pode fornecer assistência de movimento para pacientes com amplitude de movimento limitada ou controle de movimento deficiente) precisão de velocidade. Assim, desenvolvemos e testamos um "Dispositivo Manipulandum de Reabilitação" (EMD) portátil e de baixo custo. O EMD inclui um controlador e motor integrados para produzir forças que podem auxiliar os movimentos voluntários necessários durante os exercícios baseados em jogos. Portanto, pode acomodar pacientes com controle de movimento limitado e aqueles com amplitude de movimento ativa limitada.

O EMD consiste em um chassi compacto impresso em 3D de uma peça que abriga a placa de interface, o atuador, o trem de força e o eixo de acionamento rotativo. Uma variedade de alças de "terapia" impressas em 3D de diferentes formas e tamanhos foram produzidas que se encaixam no eixo de acionamento rotativo EMD. Estes são projetados para praticar uma ampla gama de habilidades de destreza manual envolvendo (a) polegar/dedo, (b) punho (extensão-flexão), (c) desvio ulnar-radial do punho, (d) pronação-supinação e (e) funções do cotovelo/ombro. Um codificador óptico registra a rotação do eixo. A rotação do eixo EMD (ou seja, os respectivos movimentos da alça) controla com precisão o movimento de um cursor de computador ou sprite de jogo de qualquer jogo de computador de eixo único. A este respeito, o ângulo absoluto de rotação do eixo (sinal do codificador óptico) será mapeado para as coordenadas de pixel no visor. Um microprocessador Arduino Leonardo é usado para fazer a interface do EMD com o computador e os jogos. Ele é programado para ler o codificador óptico e produzir o controle do cursor (emulação completa do mouse). O Arduino Leonardo IDE é capaz de atuar como um mouse por meio das bibliotecas integradas. Os seguintes parâmetros de controle do mouse são configuráveis: (a) orientação do jogo mouse horizontal vs movimento vertical, (b) faixa de trabalho, capacidade de selecionar qualquer faixa de ângulo de rotação e mapear para a posição do mouse em tela cheia, ou seja, será possível selecionar qualquer amplitude de movimento ativa para o exercício (por exemplo, do pulso neutro a 10, 20 ou 30 graus de extensão, dependendo das necessidades do paciente) e (c) sensibilidade do mouse para ajustar a amplitude de movimento necessária para mover o mouse por uma amplitude de movimento de exibição completa.

O EMD é capaz de vários esquemas de feedback de força assistida. Um deles inclui um modo de campo de força unidirecional simples, neste caso, uma força constante é aplicada ao eixo de saída em uma direção. (A magnitude e a direção são configuráveis). Para muitos pacientes, a função dos dedos e da escrita é mais prejudicada em uma direção do movimento, por exemplo, extensão limitada dos dedos e do punho. Assim, incapacidade de posicionar e abrir a mão para pegar objetos de diâmetros variados. Esses pacientes se beneficiariam da assistência de movimento fornecida por uma força constante. A direção oposta do movimento (p. flexão) receberia uma força resistiva. Um segundo esquema é um esquema de controle assistido inteligente de circuito fechado mais avançado que requer comunicações em tempo real entre a interface EMD Arduino e um jogo RTP construído especificamente [16, 17]. Isso é necessário para determinar a direção e a magnitude da força necessária para girar a alça e ajudar o usuário a mover a pá do jogo para interagir com sucesso com a apresentação aleatória dos objetos alvo do jogo. Este modo de assistência dependente do contexto pode amplificar até mesmo movimentos voluntários limitados e pequenos daqueles gravemente afetados, ao mesmo tempo em que permite oportunidades para uma progressão do exercício com maior demanda nos requisitos de movimento. Mesmo nos casos em que a amplitude de movimentos é pequena, o dimensionamento e a filtragem do controlador de malha fechada permitirão a tradução em movimentos maiores de maneira melhor e mais acessível, mesmo para pessoas com deficiências que podem não ter sido capazes de tirar proveito desse tipo de sistema de outra forma .

O EMD funciona como um mouse de computador plug-and-play USB responsivo e isso permite que jogos de computador comuns e modernos sejam usados ​​e apreciados como parte de um programa de exercícios personalizado. A inclusão de um elemento de jogo destina-se a fornecer motivação extra para os pacientes na forma de um desafio e um meio mais agradável de incentivá-los a seguir movimentos tediosos e repetitivos que muitas vezes fazem parte do processo de reabilitação. O valor terapêutico específico pode ser derivado de ambos os tipos de tarefas de manipulação de objetos, bem como da escolha do jogo de computador. Diferentes jogos comerciais requerem diferentes níveis de amplitude de movimento, velocidade, precisão e repetição e oferecem diversidade suficiente para atrair uma ampla gama de preferências individuais. Atualizar e progredir os jogos e os níveis de dificuldade regularmente, para sustentar o desafio e proporcionar novas experiências, facilitará o feedback psicológico necessário para manter o interesse e a participação. Muitos jogos disponíveis comercialmente também envolvem multitarefa. Portanto, as tarefas também envolvem habilidades essenciais de atenção, percepção e cognição. O Apêndice 1 mostra uma lista e descrição de jogos de computador comuns que foram exaustivamente testados com o EMD por vários pacientes (crianças com paralisia cerebral e adultos com lesão da medula espinhal e pacientes com AVC).

Objetivo: Conduzir um ensaio clínico randomizado (ECR) exploratório com análise qualitativa embutida para; a) avaliar a implementação, usabilidade e aceitabilidade do sistema GAMING para reabilitação da destreza manual da medula espinhal e pacientes com AVC que frequentam o centro First Step Wellness para cardiofitness e treinamento de força, b) fornecer uma estimativa da eficácia e tamanho do efeito de uma intervenção de 10 semanas usando o sistema GAMING. Isso fornecerá as informações necessárias para direcionar um futuro RCT em grande escala.

O ensaio clínico será realizado em dois centros "irmãos" 1. First Step Wellness Center em Winnipeg Shane Hartje, Diretor Executivo, shane@fswcwpg.ca 2, First Step Wellness Center em Regina, Diretor Executivo Owen Carlson., info@fswcregina.ca Veja as cartas de colaboração anexadas de Shane Hartje e Owen Carlson. Os dois centros receberão o EMD e 30 jogos de computador prontamente disponíveis. O EMD incluirá várias alças impressas em 3D intercambiáveis ​​para exercer uma ampla gama de funções, incluindo movimentos de polegar e pulso, bem como movimentos de braço que envolvem uma combinação de movimentos de cotovelo e ombro.

Anuprita Kanitkar, bolsista de pós-doutorado para este projeto, conduzirá e coordenará o RCT exploratório em clientes com lesões na medula espinhal e clientes com AVC atendidos no First Step Wellness Center em Winnipeg e coordenará o mesmo em Saskatchewan (15 clientes em cada local).

Cada participante receberá duas sessões de exercícios supervisionados de uma hora por semana durante 10 semanas. O grupo experimental (XG) receberá; a) a intervenção experimental baseada em jogo por 30 minutos, e b) sua amplitude de movimento e força habitual da extremidade superior e programa de exercícios, por 30 minutos. O grupo de controle ativo (GC) receberá sua amplitude usual de exercícios de força de movimento da extremidade superior durante toda a sessão de uma hora.

Esperamos que leve 18 meses para recrutar 32 pacientes com lesão medular e 32 pacientes com AVC (ou seja, 16 em cada local.

Além disso, ofereceríamos o programa de exercícios baseado em jogos aos participantes do grupo GC, uma vez que tivessem completado a intervenção de 10 semanas.

Os critérios de inclusão incluirão:

1. Idade 20-70, ano
2. seis meses após um AVC ou SCI Menos de dois anos após um AVC de SCI
3. Estender ativamente pelo menos dez graus nas articulações metacarpofalângicas e interfalângicas, estender dez graus no punho e ter pelo menos 30 graus de flexo-extensão ativa do cotovelo e ombro.
4. Visão adequada para ver as imagens necessárias em um monitor de computador padrão. E) Capaz de fornecer consentimento informado

Os critérios de exclusão incluirão:

1. espasticidade excessiva (grau três e acima na escala de Ashworth) (11),
2. qualquer comprometimento cognitivo significativo (pontuação da Avaliação Cognitiva de Montreal inferior a 25) (12)
3. Qualquer outro distúrbio neurológico com exceção de um único acidente vascular cerebral antes do teste.

O protocolo inicial de exercícios para cada participante será estabelecido com base nas metas individuais, no nível de comprometimento e no estado funcional. Uma sessão típica envolverá; 4-5 tarefas de manipulação de objetos selecionados, 4-5 manipuladores EMD diferentes e vários jogos de computador. Essas tarefas representam uma ampla gama de propriedades físicas que requerem diferentes modos de manipulação e demandas funcionais.

Cada combinação de jogo de manipulação EMD será praticada em intervalos de 2 a 3 minutos e repetida 2 a 3 vezes. Os participantes serão instruídos sobre como realizar as várias tarefas com os movimentos desejados do segmento de mão e braço e não substituí-los por movimentos associados. Os jogos de computador serão escolhidos com base nas seguintes propriedades do jogo: a) amplitude de movimento necessária para mover a raquete do jogo, b) velocidade do jogo e c) exigência de precisão do jogo. Muitos jogos de computador baratos no estilo arcade estão prontamente disponíveis on-line e podem ser baixados de sites como bigfishgames.com (veja o Apêndice 5 para uma lista de jogos de computador usados ​​no presente estudo).

Os seguintes recursos do EMD e tarefas de manipulação de objetos e tipos de jogos de computador serão atualizados conforme tolerado para aumentar o desafio e progredir no programa de exercícios. Objetos com diferentes tamanhos, formas, peso e fricção superficial foram usados ​​para aumentar as demandas físicas das tarefas. A velocidade do jogo e, em seguida, a precisão do movimento (tamanho dos objetos-alvo e da raquete do jogo) foram aumentadas (ou seja, relação de precisão de velocidade). A amplitude do movimento foi aumentada ajustando a sensibilidade do mouse. A dificuldade da tarefa também será ajustada aumentando as forças assistivas e resistivas aplicadas aos punhos EMD. A progressão também foi alcançada usando uma variedade de vídeo de computador comercial

O grupo de controle ativo (GC) continuará com seu programa habitual de alongamento, amplitude de movimento e treinamento de força, conforme estabelecido pela equipe de treinamento do centro First Step Wellness.

Análise quantitativa As seguintes medidas de resultado serão obtidas pré e pós-intervenção

1. A habilidade motora da extremidade superior será medida pelo teste de função motora de Wolf (WMFT) [22]. Os participantes serão solicitados a concluir 15 tarefas do WMFT o mais rápido possível. O tempo gasto para concluir cada tarefa será registrado. A qualidade do movimento de cada tarefa também foi graduada usando uma escala ordinal de 0 a 5, onde 0 indica que não foi executado e cinco indica que foi executado com movimento normal. As pontuações finais do WMFT foram; (a) o tempo total gasto para as 15 tarefas e (b) a soma dos graus de qualidade do movimento das 15 tarefas.

2. Avaliação da Extremidade Superior (CUE) baseada em jogo de computador da destreza manual. Consulte as referências 16, 17, 23 para obter detalhes dos procedimentos de teste, análise de dados e confiabilidade. O mouse IB será preso a vários objetos de teste com diferentes propriedades físicas e demandas anatômicas. Todas as tarefas de manipulação exigiam contatos de superfície dedo-polegar ou palmar da mão e envolviam várias combinações de movimentos precisos de pulso, cotovelo e ombro... Isso inclui rolar um cilindro e uma bola de futebol para frente e para trás; Girar uma caneca de café usando pronação-supinação; tarefas de rotação de precisão fina com a mão inteira e 2 dedos... O software RTP calcula várias medidas de resultados de desempenho com base em procedimentos de análise de eventos múltiplos do módulo de jogo Motor Skill. Como exemplo, para uma sessão de jogo de dois minutos e com a duração do evento de jogo definida para dois segundos, haveria 60 respostas de movimento de jogo feitas pelo paciente 30 em cada direção. Para o presente estudo, a medida de resultado da destreza manual incluirá:

   a) Taxa de sucesso ou média de alcance do objetivo de vários eventos do jogo, b) Tempo inicial do movimento c), magnitude dos erros de movimento, d) Variação e consistência do movimento computadas a partir de várias respostas repetidas do movimento do jogo, e f) Outros serão desenvolvidos e validados ao longo o curso para o Post Doc.

Análise qualitativa

Após a conclusão do programa de exercícios de 10 semanas, todos os participantes serão convidados a participar de uma entrevista. As seguintes perguntas abertas serão feitas a todos os participantes, e suas respostas serão registradas:

1. Quando você concordou em participar, como você esperava se beneficiar do programa de terapia?
2. Houve coisas sobre o jogo ou programa de exercícios que você gostou e coisas que você não gostou?
3. O que você achou dos jogos de computador que lhe pediram para jogar? Você gostou do jogo? Teve algum jogo que você não gostou?
4. Você sentiu que este programa de terapia o ajudou?
5. Se você tivesse as configurações corretas, continuaria com esses exercícios? Os participantes serão encorajados a descrever e explicar suas ideias, pensamentos, opiniões e experiências pessoais. A estrutura analítica da descrição interpretativa foi usada para a interpretação temática [24, 25].

Todas as entrevistas serão gravadas em áudio e posteriormente transcritas para o formato escrito. As transcrições traduzidas serão lidas por Anuprita Kanitkar, que usará o sistema de codificação parafraseando, generalizando e resumindo as transcrições escritas de cada entrevista. Um segundo pesquisador assistente examinou os dados codificados e identificou quaisquer respostas e códigos únicos adicionais. Os dois revisores se reunirão para comparar suas análises e resolver divergências em um sistema de código final organizado em temas e subtemas finais [.

Análise Estatística A normalidade dos dados será verificada por meio do teste de Shapiro-Wilk. SS S, MB W. Uma Análise de Teste de Variância para Normalidade. Biometrika. 1965;67(337):52.

Os efeitos de Tempo (pré a pós-intervenção), Grupo (experimental e controle) e interação Tempo*Grupo nas pontuações do Teste de Função Motora Wolf e nas medidas de resultados CUE serão avaliados usando um modelo ANOVA misto com medidas repetidas. O nível de significância será definido em 0,05 e a análise estatística será realizada usando SPSS (Versão 24) (SPSS Science, Chicago).

Uma simulação de computador personalizada será usada para calcular o poder estatístico para os modelos de medidas repetidas, com os dados do presente estudo fornecendo estimativas dos tamanhos de efeito do tratamento. Um modelo linear de efeitos mistos de interceptação aleatória será usado e 128 conjuntos de dados com observações geradas aleatoriamente serão gerados para cada combinação de tamanho da amostra, número de visitas e tamanho do efeito. Para todas as simulações, a alocação de tratamento para intervenção experimental e braço de controle ativo foi assumida como 1:1 (design balanceado). Cada conjunto de dados será analisado por um modelo linear misto com grupo, tempo e interação Tempo*Grupo. O poder será calculado como a fração de modelos com um termo de interação Tempo*Grupo significativo (p < 0,05) que quantifica a diferença nas inclinações entre os dois grupos ao longo do tempo. Para a realização das simulações será utilizado o SAS PROX MIXED versão 9.4. Os resultados significativos são alimentados adequadamente a 80% para os tamanhos de efeito de Grupo de Tempo * observados.