Обогащенная среда для реабилитации после инсульта верхних конечностей

А. Научная основа

Инсульт является третьей ведущей причиной смерти в западных странах, а сенсомоторная дисфункция верхних конечностей (ВЛ) вносит значительный вклад в частоту инвалидности и инвалидности (Olsen 1990). Одним из объяснений плохого восстановления рук является сосредоточенность на выполнении задачи, а не на качестве выполнения. Это может усилить альтернативные (компенсаторные) стратегии движения вместо того, чтобы поощрять повторное появление преморбидных паттернов движения (выздоровление). Хотя реабилитационной целью является восстановление функции, вопрос о том, достигается ли это за счет истинного двигательного восстановления или компенсации, все еще обсуждается. Действительно, для некоторых пациентов с тяжелым нарушением следует поощрять компенсацию, чтобы максимизировать функциональные способности. В качестве альтернативы, для пациентов с хорошим прогнозом особое внимание уделяется восстановлению моторики по нескольким причинам. Во-первых, при соответствующей тренировке восстановление может продолжаться и в хронической стадии инсульта (например, Michaelsen & Levin, 2004). Во-вторых, несмотря на то, что компенсация может способствовать немедленной работе, она может привести к более долгосрочным проблемам, таким как боль и контрактура (Ada et al., 1994; Levin, 1997). В-третьих, разрешение компенсаций может стимулировать усвоенное неиспользование, ограничивая способность к последующему усилению моторики (Allred et al. 2005). Несмотря на то, что повышение производительности было задокументировано после повторного обучения изолированным движениям (например, Whitall et al., 2000), в нескольких исследованиях изучалось, могут ли пациенты использовать явную информацию для оптимизации приобретения двигательных навыков и происходит ли истинное восстановление поведения. При разработке оптимальных программ обучения следует учитывать, что обучение происходит, когда участники мотивированы, выполняют различные связанные задачи и получают соответствующую обратную связь (Nudo & Friel, 1999; Winstein et al., 1999). Кроме того, пациенты могут не получать пользы от разнообразной практики до тех пор, пока не будут восстановлены недостающие двигательные элементы (Carr & Shepherd, 1987), а повторное обучение моторике не будет связано с уровнем физических и когнитивных нарушений (Cirstea et al., 2006).

На сегодняшний день в большинстве исследований для оценки функциональных изменений использовались только клинические показатели (например, Jang et al., 2003) без учета того, как выполняются движения. Это исследование будет сосредоточено на способности различать, является ли функциональное улучшение результатом увеличения компенсации или истинным восстановлением моторики. Этого можно добиться, только сопоставив функциональное улучшение (клинические показатели) с изменениями в двигательных паттернах рук посредством детального анализа движений (кинематики). Поскольку существует большое количество возможных кинематических индикаторов улучшения, исследователям необходимо определить, какие меры наиболее показательны для изменения. Это первый шаг в определении клинически значимых показателей результатов, которые будут использоваться в рандомизированных контрольных исследованиях эффективности вмешательств. Клиническая значимость необходима для перевода знаний из научных исследований в доказательную практику (van Peppen et al., 2007).

B. Дизайн исследования: 1. Подробный план исследования.

Две группы из 8 пациентов, перенесших инсульт, будут участвовать в дизайне A-B-A, в котором данные тестов после вмешательства (в течение одной недели после завершения вмешательства) и последующего наблюдения (через месяц после завершения вмешательства) будут сравниваться с данными. из двух предварительных испытаний (проведенных в начале и в конце первой недели исследования непосредственно перед началом вмешательства). Будет измерено несколько клинических и кинематических показателей двигательной активности, чтобы определить, какие из них лучше всего описывают восстановление моторики руки. Это будет сделано путем сравнения изменений результатов до и после тренировки со средними баллами 8 здоровых добровольцев соответствующего возраста и пола (зарегистрированных за один сеанс). Выжившие после инсульта будут практиковать движение в двух разных тренировочных средах, обеспечивающих разные уровни мотивации и обратной связи: тренировочная среда 1 будет создана в среде виртуальной реальности на основе 2D-видео, которая обеспечит высокую мотивацию, знание результатов (KR) о двигательных результатах (т. е., скорость, точность) и неспецифические знания о производительности (KP) обратной связи о движении туловища. Среда 2 будет создана в физической среде, которая обеспечивает только обратную связь KP, но не KR или дополнительную мотивацию.

Протокол обучения: после исходных оценок (физических и когнитивных) инсультные группы будут практиковаться в наведении на 6 стандартизированных целей, расположенных вне пределов досягаемости (12 испытаний на цель) в течение фазы приобретения, состоящей из 15 сеансов с интервалом в три недели (3 сеанса в неделю, 72 испытания). /сеанс). Этот режим тренировок включает в себя элементы, необходимые для оптимального обучения моторике: 1) Разнообразная практика: хотя движения не являются новыми двигательными задачами, их следует заново осваивать во время восстановления после инсульта. Наша цель не в том, чтобы научить испытуемых новой задаче, а в том, чтобы определить, как движение, выполненное неоптимально, может быть улучшено с практикой. 2) Интенсивная практика: количество повторений за сессию было выбрано в соответствии с исследованиями Цирстеа и Левина (2000). Таким образом, 72 попытки за занятие (3 блока по 24 попытки, 5 минут отдыха между блоками) считаются «интенсивной» практикой, которая является необходимым элементом успешной тренировочной программы. После фазы приобретения оценки, которые будут повторяться через 3 месяца, для оценки сохранения и передачи двигательных навыков.

2. Методы: Субъекты. Будет набрано восемь субъектов, перенесших инсульт, в группу. Они будут совпадать по возрасту и по начальной степени двигательной активности руки (± 5 баллов по шкале Fugl-Meyer Arm Assessment). В качестве контрольной группы будут отобраны восемь здоровых добровольцев соответствующего возраста и пола.

Набор субъектов: Пациенты будут набираться из списков выписки из больницы им. Хаима Шиба с использованием процедуры, действующей с 2005 года. Скрининг будет проводиться клиническими исследователями. Потенциальным участникам, отвечающим критериям включения 1-3 и критериям исключения, будет отправлено пояснительное письмо с приглашением связаться с исследователями исследования. Информированное согласие будет получено от каждого участника. Субъекты управления будут набраны из сообщества.

Среда обучения: Мотивация и обратная связь: Обучение будет проводиться в отделении трудотерапии, расположенном в Медицинском центре Шиба. Учебная среда позволит нам оценить влияние сочетания различных степеней мотивации и обратной связи на двигательный результат. Среда 1 очень мотивирует (новая и веселая), поскольку обучение представлено как игра, в которой учащийся пытается побить свой собственный счет на последующих занятиях. Мишени представлены в виде мячей в системе виртуальной реальности на основе видео (Gesture Xtreme). Пациент сидит перед 36-дюймовым дисплеем с 6 целевыми сценами. Изображение пациента фиксируется видеокамерой и вставляется в сцену, отображаемую на мониторе. Задача состоит в том, чтобы указать на каждую из целей, которые появляются в случайной последовательности. Обратная связь предоставит актуальную информацию для моторного обучения (КР, КП, счет игры). Среда 2 включает то же количество и расположение целей, что и среда Env. 1, но они будут представлены в физической среде на деревянной раме перед субъектом. Обратная связь KR и KP будет предоставляться экспериментатором в виде словесных сигналов, как это обычно делается в клинике. Однако в них не будет никакой дополнительной мотивационной информации (счета игры).

Предварительные показатели результатов: клинические. До и после тренировки в обеих группах инсульта слепые оценщики будут измерять клинические баллы двигательных нарушений и функций руки (показатель Fugl-Meyer Arm, шкала достижения результатов, тест Box and Blocks, тест двигательной функции Вольфа, журнал двигательной активности). ), а также когнитивные функции. Все тесты достоверны и надежны и регулярно используются в клинической практике.

Кинематическое тестирование: тестовая задача и задача передачи:

Исследователи также записывают кинематические результаты, характеризующие движения рук и туловища во время достижения (разгибание локтя, горизонтальное приведение плеча, сгибание плеча, движения лопатки, смещение туловища).

Наша цель состоит в том, чтобы сосредоточиться на сегментарной и суставной кинематике во время теста и задания на перенос, состоящего из движений дотягивания. Тестовое задание будет записано. Тестовая мишень будет размещена на уровне грудины пациента на расстоянии чуть дальше длины руки испытуемого. Тестовое задание аналогично движениям по одной из отрабатываемых мишеней. Чтобы оценить моторное обучение, исследователи определят, переносятся ли элементы, изученные в одном задании, в другие аналогичные задания. Таким образом, исследователи также будут оценивать движения, сделанные в задании на перенос, к мишени, расположенной перед ипсилатеральным плечом на 5 сантиметров (см) выше, чем самый верхний ряд обученных мишеней. Таким образом, Задание на перенос — это новое движение, которое не практикуется во время тренировки. Сегментарная кинематика жесткого тела будет записываться с помощью наборов из 4 пассивных отражающих маркеров (сферы диаметром 0,5 см), прикрепленных к сегментам туловища, плеча и предплечья. Это позволит вычислить три поступательных и три вращательных степени свободы на сегмент. Кинематика суставов будет собираться по маркерам, закрепленным на грудине, акромионе, локте и запястье с помощью экзоскелетных каркасов. Движение маркера будет записано с помощью откалиброванной оптико-электронной системы захвата движения с 3 камерами (ProReflex MCU-240, Qualisys) с подходящим компьютерным программным обеспечением (Qualisys, Гетеборг, Швеция). Сбор данных (100 Гц, 2-5 секунд) запускается движением руки из центрального положения при отпускании механического переключателя. Точность измерений каждого маркера находится в пределах погрешности <0,2 см.

В качестве первого шага исследователи определят время движения, точность, плавность, вращение сегментов и суставов, а также основные компоненты многосуставной координации. Декартовы координаты (x,y,z) для каждого сегмента будут получены из наборов сегментных маркеров. Необработанные данные по крайней мере от трех маркеров на сегмент будут использоваться после интерполяции отсутствующих маркеров (многочлен 5-го порядка). Для каждого испытания время движения и пиковые скорости будут определяться по кривым тангенциальной скорости в конечной точке. Время движения — это время между точкой, в которой тангенциальная скорость превышает и остается выше 5% своего максимума, а затем возвращается к этому уровню и остается ниже этого уровня. Точность движения с точки зрения ошибок постоянного размера будет вычисляться как среднее расстояние (d) между конечным положением конечной точки (x, y, z) и положением цели (x0, y0, z0). Также будут определены постоянные и переменные (SD) ошибки направления. Плавность движения будет вычисляться по тангенциальной трассе скорости с использованием индекса кривизны (отношение длины пути в конечной точке к длине прямой линии, соединяющей начальное и конечное положения) и количества пиков на пути траектории. Для вращения сегментов и суставов векторы будут рассчитываться в опорных системах координат для сегментов плеча и предплечья.

Из полученных данных о движении центроида сегмента и вращении сегмента будут рассчитаны различные переменные результата. Наиболее релевантные из них будут определять изменения производительности в отношении движения в конечной точке и в отношении положения всей руки, в частности, эволюцию движения во времени (производные по времени) и фрагментацию сегментарного пути и положения руки. при движении к разным целям. Будут изучены дополнительные аспекты движения, чтобы найти наиболее подходящие дескрипторы моторики рук и изменений после предлагаемых клинических вмешательств.

Оценки изменений будут рассчитываться для каждого предмета, чтобы определить индекс улучшения (IP) и индекс обучения (IL). IP определяется как изменение каждой переменной как отношение значений после и до тестирования. IP, равный 1, указывает на отсутствие изменений, тогда как отрицательные и положительные значения указывают на то, что значение уменьшилось или увеличилось соответственно. Для некоторых переменных положительные отношения будут указывать на улучшение (скорость конечной точки, плавность конечной точки, угловые измерения, фазовые амплитуды), в то время как для других улучшение будет демонстрироваться отрицательными отношениями (время движения, точность движения). IL, используемый для определения того, сохраняют ли испытуемые улучшения после тренировки для каждой последующей эпохи, определяется как изменение переменной при сохранении по сравнению с пост-тестом. Значения IL, равные 1, указывают на то, что улучшение сохраняется (без изменений), отрицательное значение указывает на уменьшение параметра и положительное значение на увеличение параметра.

Статистический анализ. Для нашей первой цели изменения в показателях результатов будут определяться путем сравнения результатов движения до и после фаз приобретения и удержания с помощью двухповторных измерений смешанного дизайна ANOVA (MANOVA) и сравнения необработанных средних значений (время 1, время 2, время). 3, время 4) и изменить баллы (IP, IL) между группами. Исследователи определят, какие кинематические показатели претерпевают наибольшие изменения и, таким образом, могут быть наиболее показательными для двигательного восстановления (например, увеличение движений локтей и/или плеч, уменьшение движений туловища), исследуя, какие показатели наиболее различаются между тренировочными группами. Исследователи ожидают, что изменения при групповом обучении в Среде I будут больше, чем при групповом обучении в Среде 2.