Effekterna av ett Augmented Reality-baserat spegelterapisystem hos patienter med stroke

Syftet med denna studie är att utveckla ett förstärkt verklighetsbaserat spegelterapisystem, MirrARm, baserat på sensorbaserad spårning och visuella reflektionsprinciper, samt att undersöka dess effekter på motorisk återhämtning och funktionella aktivitetsnivåer i övre extremiteten hos patienter med stroke.

I denna studie kommer individer med stroke som uppfyller inklusionskriterierna att slumpmässigt fördelas i två grupper med hjälp av stratifiering baserad på ålder, kön och Fugl-Meyer Upper Extremity-poäng. Grupperna kommer att vara den förstärkt verklighetsbaserade spegelterapigruppen (AR-MT) och den konventionella spegelterapigruppen (C-MT). Alla deltagare kommer att få konventionell sjukgymnastikträning i 30 minuter per session, tre dagar per vecka, under åtta veckor. Deltagare i AR-MT-gruppen kommer dessutom att få 30 minuters träning med MirrARm-systemet tre dagar per vecka under åtta veckor, medan deltagare i C-MT-gruppen kommer att få träning med konventionell spegelterapi under samma varaktighet och frekvens.

I denna studie kommer förstärkt verklighetsbaserad spegelterapiträning att levereras med MirrARm-systemet. MirrARm-systemet kommer att bestå av en 27-tums datorskärm, en Leap Motion Controller-rörelsespårningssensor och en bärbar dator. Skärmen kommer att placeras på ett arbetsbord och kommer att visa bilder som överförs från den anslutna bärbara datorn. Leap Motion-sensorn kommer också att anslutas till den bärbara datorn och placeras på bordet framför skärmen. Leap Motion-sensorn kommer att användas för att överföra deltagarnas handrörelser till skärmen i realtid. Genom sina mjukvarufunktioner kommer MirrARm-systemet att visa rörelser som utförs med en hand på skärmen som om de utfördes av den motsatta handen.

Mjukvaruinfrastrukturen för MirrARm-systemet kommer att utvecklas med Unity 6.1-spelmotorn. Deltagarnas handrörelser kommer att spåras med hög precision i en tredimensionell miljö med hjälp av Leap Motion-enhetens officiella mjukvaruutvecklingspaket (SDKs) och bibliotek. Applikationer kommer att utformas med färdiga eller anpassade Unity-tillgångar positionerade i ett tredimensionellt koordinatsystem i Unity-miljön, och realistiska fysiska interaktioner kommer att tillhandahållas genom Unitys NVIDIA PhysX-baserade fysikmotor. Driften av applikationen kommer att kontrolleras genom anpassade MonoBehaviour-baserade skript utvecklade med programmeringsspråket C#. Dessa skript kommer dynamiskt att manipulera Transform-komponentegenskaper för scenobjekt, inklusive position, rotation och skala; bearbeta användarinteraktioner genom händelsebaserade utlösare; och exekvera fördefinierade funktioner inom spelloopen. Objekt som kräver fysisk interaktion kommer att tilldelas Unitys Rigidbody-komponent för att tillhandahålla fysiska egenskaper som massa, gravitation och kollisionssvar, och interaktionsregioner kommer att definieras med Collider-komponenter.

Under träningssessioner med MirrARm-systemet kommer deltagare med stroke att sitta framför skärmen på en stol med ryggstöd och utföra uppgifterna i de spelifierade terapeutiska aktiviteterna med sin opåverkade övre lem, samtidigt som de observerar dessa rörelser på skärmen som om de utfördes av den påverkade övre lemmen.

Fyra olika aktiviteter som ska användas i MirrARm-systemet har utformats av forskarna baserat på rörelser som anses viktiga för övre extremitetens funktionalitet efter stroke. Varje aktivitet har utformats med tre svårighetsgrader. Deltagare kommer att utföra varje nivå i två minuter, med en 30-sekunders viloperiod mellan nivåerna. De uppgiftsorienterade aktiviteterna i MirrARm-systemet är följande:

• Kubstaplingsaktivitet (fokuserad på axeleverans)
• Räckaktiviteten (fokuserad på armbågsstreckning)
• Supinations-pronationsaktivitet
• Horisontell ringaktivitet (fokuserad på handledsstreckning)

Alla deltagare som ingår i studien kommer att bedömas tre gånger under interventionsperioden (vecka 0, vecka 4 och vecka 8) med primära och sekundära utfallsmått av en blind bedömare.

Alla statistiska analyser av data från deltagare kommer att utföras med SPSS version 27.0 (IBM Corp., Armonk, NY, USA). Kontinuerliga variabler kommer att rapporteras som medelvärde ± standardavvikelse när antagandet om normalfördelning uppfylls och som median (interkvartilavstånd) när det inte görs. Kategoriska variabler kommer att rapporteras som antal (N) och procent (%). Antagandekontroller kommer att inkludera Shapiro-Wilk-testet för normalitet, Levenes test för varianshomogenitet och Mauchlys test för sfäricitet; vid överträdelse av sfäricitet kommer Greenhouse-Geisser-korrektionen att tillämpas. När antaganden uppfylls kommer en tvåvägs blanddesign (2×3) variansanalys (ANOVA) att genomföras för varje utfallsmått. Huvudeffekterna av tid och grupp, samt tiden × grupp-interaktionen, kommer att testas, och multipla jämförelser kommer att utföras med Bonferroni-korrektion. Effektstorlekar kommer att rapporteras som partiell eta-kvadrat (η²p), med 95% konfidensintervall och en signifikansnivå satt till p = 0,05. När antaganden inte uppfylls kommer förändringar inom grupp över tre tidpunkter att analyseras med Friedmantestet, följt av Bonferroni-korrigerade parvisa Wilcoxontester om signifikanta. Mellangruppsjämförelser kommer att utföras med Mann-Whitney U-test baserat på förändringspoäng över tidpunkter. Icke-parametriska resultat kommer att rapporteras med effektstorlekar, 95% konfidensintervall och en signifikansnivå på p = 0,05.