デジタル職業訓練システムを用いた脳卒中後の認知機能と上肢リハビリテーション訓練

Summary

現在のプロトコルは、VRベースのデジタル職業訓練システムが、脳卒中後の認知障害および上肢機能障害患者のリハビリテーションをどのように強化するかを概説しています。

Abstract

脳卒中のリハビリテーションでは、機能回復を改善するために頻繁かつ集中的な治療が必要になることがよくあります。バーチャルリアリティ(VR)技術は、魅力的でやる気を起こさせる治療オプションを提供することで、これらの要求を満たす可能性を示しています。デジタル職業訓練システムは、マルチタッチスクリーン、仮想現実、ヒューマンコンピュータインタラクションなどの最先端技術を活用し、高度な認知能力と手と目の協調能力のための多様なトレーニング技術を提供するVRアプリケーションです。この研究の目的は、脳卒中患者の認知機能と上肢のリハビリテーションを強化する上でのこのプログラムの有効性を評価することでした。トレーニングと評価は、知覚、注意、記憶、論理的推論、計算をカバーする5つの認知モジュールと、手と目の協調トレーニングで構成されています。この研究は、8週間のトレーニング後、デジタル職業訓練システムが脳卒中患者の認知機能、日常生活スキル、注意力、およびセルフケア能力を大幅に改善できることを示しています。このソフトウェアは、従来の1対1の作業療法セッションを補完するために、時間を節約し、臨床的に効果的なリハビリテーション補助として使用することができます。要約すると、デジタル職業訓練システムは、脳卒中患者の機能回復をサポートするツールとして有望であり、潜在的な経済的利益を提供します。

Introduction

脳卒中や脳^{血管障害に関連する}発生率、死亡率、障害率、再発率が高い1。世界的に見ると、脳卒中は腫瘍や心臓病を抜いて死因の第2位となり^{、中国では}脳卒中が第1位となっています2。脳卒中の発症率と社会的負担は、人口の高齢化に伴い、今後数年間で大幅に増加すると予想されます。脳卒中の生存者は、感覚、運動、認知、および心理的障害を経験し続ける^{可能性があります3。}脳卒中の影響には、顔、腕、脚を含む体の片側の麻痺、片麻痺として知られる状態が含まれる場合があります。これは脳卒中の最も一般的な後遺症であり、^{人々の生活の質に大きな影響を与え}ます4。

脳卒中は人々の健康に重大な脅威をもたらします。脳卒中や片麻痺は、脳組織の損傷により、手の機能障害を引き起こし、患者の日常生活動作(ADL)を妨げ、生活の質を低下させる可能性があります⁵。上肢機能の低下、特に身体の遠位部である手の機能低下は、上肢の回復において最も重要な課題となっています6。したがって、機能的リハビリテーションは非常に重要です。さらに、脳卒中患者の20%〜80%が認知障害を経験し、注意力、記憶力、言語能力、実行能力の障害を引き起こします⁷。

現在、上肢片麻痺の臨床リハビリテーションは、主に包括的な上肢トレーニングとさまざまな作業療法(ミラーボックス治療⁸、懸濁液⁹、機能的電気刺激¹⁰など)に依存しています。最近では、代替のリハビリテーション方法として、バーチャルリアリティやインタラクティブなビデオゲームが登場しています。これらの介入は、大容量の練習を促進し、セラピストの時間に対する要求を減らすことができます¹¹。バーチャルリアリティシステムは、脳卒中生存者の認知機能や上肢の運動機能を強化するために利用できる新しい商用デバイスへと急速に進化しています¹²。これらの進歩にもかかわらず、この分野にはまだ未開拓の道があります。

したがって、この研究は、上肢リハビリテーショントレーニングと従来の上肢リハビリテーションを組み合わせた効果を調査することを目的としています 片麻痺患者の認知機能および上肢運動機能に対する片麻痺の回復期、通常、脳卒中後の最初の6〜24週間に及びます。さらに、日常生活能力への影響についても検討します。この研究は、ロボット介入の臨床応用のための貴重な証拠を提供することを目指しています。

Protocol

この研究プロトコルは、浙江大学第一附属病院の倫理委員会(承認番号IIT20210035C-R2)から承認を受け、すべての参加者からインフォームドコンセントが得られました。準無作為化、単盲検、および対照群を用いた実験的研究が実施され、プログラムの実現可能性と有効性が評価されました。浙江大学第一附属病院のリハビリテーション病棟に入院している24人の患者をこの実験に招待しました。選択基準には、コンピューター断層撮影(CT)または磁気共鳴画像法(MRI)によって確認された脳卒中患者が含まれ、30〜75歳、脳卒中後6〜24週間、モントリオール認知評価尺度(MoCA)スコア<26¹³、上肢機能障害¹⁴、片側片麻痺、座^位能力のブルンストロームステージ3〜6、および評価と治療への協力が含まれていました。除外基準には、認知障害、主要な臓器機能障害、視覚障害または聴覚障害、異常な精神行動または抗精神病薬の使用、重度の痙縮(アシュワーススケール3-4)¹⁶、および肩の亜脱臼または重度の上肢痛の病歴が含まれていました。

1. 試験デザイン

1. 乱数表法²に従って、すべての患者を対照群と実験群(各群12人)に分けます。
   注:実験の前に、次の評価がすべての患者に対して経験豊富な作業療法士によって完了しました:モントリオール認知評価(MoCA)¹³、Fugl-Meyer評価上肢スケール(FMA-UE)¹⁴、および修正バーテル指数(MBI)¹⁷。
2. 実験群の患者が、降圧薬、抗糖尿病薬、抗血小板薬、脂質調節薬などの従来の薬物療法を、それぞれの医師の処方に従って受けたことを検証および確認します。
   1. さらに、認知機能トレーニングと上肢機能トレーニングを含む、毎日30分間の定期的な作業療法トレーニングを確実に受けてください。さらに、デジタル職業訓練システムに毎日30分を8週間費やしたことを確認します。
      注:「従来の薬物療法」という用語は、脳卒中後のケアのために処方される標準的な薬を指し、特定の薬は患者や診療所によって異なる場合があります。
3. 対照群の患者が、従来の薬物療法と組み合わせて、毎日1時間のルーチン作業療法(OT)を受けていることを確認します。
4. 以下の手順に従って、患者の認知障害の種類に合わせた定期的な認知機能トレーニングを実施します。
   注:患者の対照群と実験群の両方がこれらのトレーニングを受けます。
   1. 記憶機能障害の場合:絵について話し合う、段落を暗唱する、経路記憶の練習、人生のプロットを思い出すなどの活動に従事するように患者を導きます。
   2. 注意機能障害の場合:アイトラッキングトレーニング、番号分類エクササイズ、および同様の画像認識トレーニングに参加するように患者に指示します。
   3. 算数障害の場合:50未満の数字を含む簡単な足し算と引き算の練習と、買い物や金融シミュレーションのトレーニングなどの活動を行うように患者に依頼します。
   4. 視空間障害の場合:木を積み上げる、ジグソーパズルを解く、絵を描く、物体を回すなどの活動を通じて患者を指導します。
   5. 実行機能障害の場合:折り紙、手作り、絵画、花の水やりなどの活動で患者を導きます。
   6. 思考と推論の機能障害の場合:アイテムの分類、数字の整理、スーパーマーケットの買い物のシミュレーション、一般的な推論から特定の推論への進歩について患者を導きます。
5. 上肢の各関節の受動的および利き手な動きを含む、従来の上肢機能運動に従事するように患者に指示します。これには、ローラートレーニング、上肢の摘出、ボールの投げ方とキャッチ、肩、肘、手首の動きのコントロールトレーニングなどのアクティビティが含まれます。
   1. さらに、前腕の回内と回外、指の細かい動き、ピンボードの使用やネジ止めなどのコーディネーションの柔軟性トレーニングを含めます。
      注:ドレッシングとストリッピングのトレーニング、自助機器の装着、および日常生活活動の能力を高めるためのその他のエクササイズは、主に患部に焦点を当て、患側のトレーニングを支援するために健康な側を適切に組み込む必要があります。すべての実験ステップは病棟のリハビリテーション室で行われます。上記のトレーニングは、週5日、8週間実施されます。

2. デジタル職業訓練システムの訓練プロセス

注:これらのトレーニングを受けるのは実験グループのみです。

1. 患者にデバイスの前に立ったり座ったりするように指示し(図1)、ディスプレイを適切な高さと傾斜角度に調整して、患者の手が画面に触れやすいようにします。
2. 氏名、年齢、入院者番号、診断、その他の関連する医療情報など、患者ごとに個別のプロファイルを作成します。
3. 患者の認知障害の種類と上肢の残りの筋力に基づいて、適切な トレーニングプログラム を選択します。トレーニング時間、難易度、左側または右側などの パラメータ をプログラムごとに設定します(図2)。
4. 各プログラムの正しい操作方法を説明し、実演することで、患者がトレーニングの目的を完全に理解できるようにします。
5. 認知機能トレーニングを実施します。
   1. 記憶機能障害のある患者の場合、以下のトレーニングプロセスに従ってください。
      注:患者に記憶機能障害がある場合、セラピストは「ラピッドマッチングトレーニング」、「メモリーマトリックストレーニング」、「カードメモリートレーニング」のトレーニング手順から選択できます。
      1. ラピッドマッチングトレーニング:画面上の 画像 をクリックし、患者に前の画像を覚えてもらいます。次に、患者に アイコン ボタンをクリックして、現在の画像が前の画像と一致するかどうかを確認するように依頼します。
      2. メモリ マトリックス トレーニング: クリックすると、画面マトリックスの異なる場所で 3 つの 明るい正方形が点滅 します。次に、クリックして すべての正方形を暗くし 、明るい 正方形をクリックするように患者に依頼します。
      3. カードメモリトレーニング:クリックすると、 画面に2つの画像 が表示され、裏 返 します。画面に表示されているカードと一致するターゲットカードを見つけるように患者に指示します。
   2. 注意機能障害のある患者には、次のトレーニングプロセスを実施します。
      注:注意機能障害のある患者には、「反応能力トレーニング」、「カラーマッチングトレーニング」、「モグラたたきゲーム」、「カード記憶トレーニング」からトレーニング手順を選択します。
      1. 反応能力トレーニング:ケーキが漫画のアバターの上に落ちたら、ケーキが頭に当たらないように キャッチボタンをすばやく クリックするように患者に指示します。
      2. カラーマッチングトレーニング:トラックの上のボールが円の中心に近づいたら、難易度に応じて2拍または4拍でボールを跳ね返すために、 対応する色 をクリックするように患者を導きます。
      3. モグラたたきゲーム:悪者が土地を横切ったり、ホリネズミが頭を突き出したりするゲームを紹介します。患者に、 悪者 または ホリネズミ をクリックして叩くように指示し、ゲームポイントを獲得します。
      4. カードメモリトレーニング: カード情報を表示し、カードを裏返 して、その位置を変更します。指定された要件に従って、 ターゲットカード を見つけて再度クリックするように患者に依頼します。
   3. 計算能力と判断力に障害のある患者には、次のトレーニングプロセスを実施します。
      注:患者が計算能力と判断力に障害を持っている場合、セラピストは「じゃんけん」、「算数推論トレーニング」、「ソートとピッキングトレーニング」、「釣りゲーム」などのプログラムを選択する必要があります。
      1. じゃんけん:画面に左右のジェスチャーを表示し、患者に迅速な判断を求め、クリックして左手が勝つか、右手が勝つか、引き分けかを判断します。
      2. 算術推論トレーニング:画面上で 算数問題を計算し 、それを数値と比較するように患者に指示し、より 大きい、より小さい、または 等しい ボタンを選択します。設定の難易度に合わせて算数の問題の難易度を上げます。
      3. 仕分けとピッキングのトレーニング:左上隅の要件に従って、リストから適切な 種類 と 数量 のアイテムを選んでクリックするように患者に依頼します。
      4. 釣りゲーム:プロンプト情報に続いて、画面をクリックして 特定の種類 と 数の魚 を捕まえ、ゲームスコアを獲得するように患者に指示します。
   4. 視空間障害のある患者には、次のトレーニングセッションを実施します。
      注:次のトレーニング手順は、視空間障害のある患者に適しています:「片側性ネグレクトトレーニング」、「ジグソーパズルトレーニング」、「画像コンビネーショントレーニング」。
      1. 片側ネグレクトトレーニング: ビデオ プロンプトに従ってクリックし、泳いでいる赤い魚を指で制御し、できるだけ多くの魚を食べます。
      2. ジグソーパズルトレーニング: パズルの壊れたピースをクリックして正しい位置に配置し 、再び完全な画像を形成します。
      3. 絵の組み合わせトレーニング: 左側のさまざまな形や色から適切な絵 を選択し、 右側の正しい位置に配置し て、組み合わせて特定のパターンを形成します。
   5. 実行機能障害のある患者には、以下のトレーニングセッションを実施します。
      注:実行機能障害のある患者は、「バーチャルキッチン」プログラムを選択できます。患者は、システムの指導の下で「スクランブルトマトと卵」の製造プロセスを仮想的に徐々に完了することができます。具体的な手順は次のとおりです。
      1. 食品材料を準備する:患者に、仮想的に(画面上で)蛇口をひねり、トマトをきれいにし、トマトを細かく切って皿に置くように指示します。次に、卵をボウルに入れてかき混ぜます。
      2. 調理: ストーブに火をつけ、食用油を注ぎ、溶き卵を注ぎ、 トマトを加えるように患者に指示します。
      3. 皿を盛り付ける:完了したら、 患者に火を止め させ、 調理した皿を皿に移すように導きます。
   6. 思考・推論機能障害のある患者には、以下を実施してください。
      注:患者が命名および概念上の困難を抱えている場合は、「命名トレーニング」、「カード記憶演習」、および「オブジェクト識別トレーニング」から選択してください。
      1. ネーミングトレーニング:テキスト情報と音声の要件に基づいて、複数の写真の中から 正しい画像 を見つけてクリックするか、画像情報のプロンプトに従ってアイテムの 正しい名前 を選択してクリックするように患者を導きます。
      2. カード記憶エクササイズ:画面に表示されるカードの中から、右上隅にある漫画の男 の手にあるものと同じ カードを見つけてクリックするように患者に依頼します。
      3. 物体識別トレーニング:画面に表示されるいくつかの図形の列の中から、 他の図形とは異なるユニークな図形を特定してクリックするように患者に依頼します。
6. 上肢機能トレーニングを実施します。
   1. 補助運動または片手運動で患者を訓練します。
      注意: 罹患した手足が単独でトレーニングを完了できない場合は、健康な手で罹患した手足を保持し、補助トレーニングを完了してもらいます。患肢が一定レベルの筋力を取り戻したら、片手トレーニングを開始できます。補助的なエクササイズや片手でのエクササイズには、「お絵かきエクササイズ」、「ミュージカルジャーニー」、「迷路のウォーキング」などのトレーニング手順があります。
      1. 描画エクササイズ:画面に表示されるパスプロンプトに従って、パターンの特定の線または輪郭を描くように患者に指示します。システムは自動的に美しい画像を生成します。難易度が上がるにつれて、パスが消えるのを許し、患者に記憶から絵の輪郭を描くように頼むことを検討してください。
      2. 音楽の旅:音楽のリズムに合わせて画面上の 灰色の四角を消 し、 カラフルな四角に変えてもらいます。これは強烈に楽しい経験を提供します。
      3. 迷路を歩く: 迷路の中の小さなボールをつかみ 、 迷路の中をボールを導き 、ダイヤモンドが置かれている終点に到達するように患者に指示します。
   2. 両手コーディネーションエクササイズで患者を訓練します。
      注意: 患肢の筋力が良好な場合は、両手協調トレーニングを開始できます。「バランスボール」「魚の餌付けゲーム」「アーチェリーの練習」「反応コーディネーショントレーニング」などの手順を選択します。
      1. バランスボール:小さな青いボールが乗っている平均台の両端に左右の拳を置いてもらいます。バランスを保ち、ボールが左右に転がらないように指示します。
      2. 魚の餌付けゲーム:片手で餌を押し、もう片方の手で画面上を 泳いでいる小魚 をクリックして魚の餌付けタスクを完了するように患者に指示します。
      3. アーチェリーの練習:片手を弓に置き、もう片方の手を矢に置き、 矢をクリックして制御 し、雄牛の目に完全に当たるように患者を導きます。
      4. 反応協調訓練:患者の右手と左手をハンマーで押さえ、ピンポンのゲームと同様に黄色 いボールを交互に叩かせ て、患者の協調性と反応能力を訓練します。
         注:各手順のトレーニングが完了すると、機器は自動的にトレーニング結果の分析を提供し、患者の専用ファイルに保存します。セラピストは、その都度結果を比較して、患者のトレーニング効果を評価します(図3 、 図4)。
7. 患者の機能が回復したら、セラピストに定期的にトレーニングプログラムを再組み替えてもらい、患者のパフォーマンスに基づいて手順の難易度と期間を調整します。
   注:トレーニング期間中、セラピストは患者のトレーニングプロセス全体を監督し、患者のニーズに辛抱強く耳を傾け、困難に遭遇したときに患者を支援し、トレーニングタスクが正常に完了すると賞賛と励ましを提供します。

3. フォローアップ手順

1. 8週間の治療後、MoCA、FMA-UE、およびMBIを使用してすべての患者の再評価を実施します。この再評価は、同じ作業療法士によって行われます。
2. トレーニング前およびトレーニング後の評価から収集したデータを統計的に分析して、結果の重要性を判断します。
   注:データ分布の正規性に応じて、認知機能および運動機能の回復に対するデジタル職業訓練システムの影響を評価するために、適切な統計的手法が採用されました。

Results

この研究では、脳卒中後のさまざまなタイプの認知障害と組み合わされた上肢機能障害を呈する24人の患者が登録されました。観察された認知障害の種類には、健忘症、失認、実行機能障害、注意障害などが含まれていました。表1に詳述されているように、性別、年齢、罹患期間、および脳卒中の種類(P > 0.05)に関して、2群間に統計学的有意差は認められなかった。デジタル職業訓練システムを用いた上肢リハビリテーションを受けた実験群では、FMA-UE14、MoCA13、^MBI17において、従来の治療と比較して大きな改善が見られました(表2)。

トレーニング期間後、実験群はMoCAスコアの有意な改善(P < 0.05)を示しましたが、対照群は有意差を示さなかった(P > 0.05)。さらに、実験群の改善は対照群よりも顕著でした...

Discussion

脳卒中患者の回復を支援するために、最新のマルチタッチスクリーン技術を活用して、トレーニングのエンゲージメント、没入感、インタラクティブ性、概念化を強化するために、バーチャルリアリティリハビリテーションシステムが導入されました。このシステムは、視覚、聴覚、触覚を統合したインタラクティブな上肢運動制御トレーニングを提供します。また、記憶、注意、空間認識、コンピューティング、手と目の協調、仮想タスクを対象とするリハビリテーショントレーニングモジュールも含まれており、パーソナライズされた認知トレーニングを提供します。さらに、デジタルリハビリテーションは、充実した日常生活の仮想活動(ADL)と認知トレーニングを通じて、認知と上肢の回復を促進します^18,19。

脳卒中後の認知機能リハビリテーションへの現在のアプローチは、通常、コンピューター支援トレーニングと作業療法を含み、高圧酸素療法や経頭蓋電気刺激などの方法で補完されることもあります^20<...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
FlexTableデジタル職業訓練システム	広州張和インテリジェントテクノロジー株式会社	注意機能が低下した脳卒中患者に対するデジタルOT認知機能トレーニングのリハビリテーション効果に関する観察	FlexTableデジタル操作トレーニングシステムは、最新のマルチタッチスクリーン技術、バーチャルリアリティ、ヒューマンコンピュータインタラクション技術を使用し、さまざまなトレーニング方法を統合し、デジタルの高度な脳機能と手と目の協調トレーニングを提供します
SPSS 25.0	IBM		https://www.ibm.com/support/pages/downloading-ibm-spss-statistics-25