Program wirtualnej rzeczywistości oparty na grach mobilnych do rehabilitacji udarów kończyn górnych

Podsumowanie

Tutaj prezentujemy protokół do opracowania i zastosowania programu wirtualnej rzeczywistości opartego na grze mobilnej do odzyskiwania dysfunkcji kończyn górnych u pacjentów po udarze. Niniejsze badanie pokazuje, że program mobilny jest wykonalny i skutecznie wspomaga regenerację kończyn górnych u pacjentów po udarze.

Streszczenie

Rehabilitacja po udarze wymaga powtarzalnej, intensywnej, zorientowanej na cel terapii. Wirtualna rzeczywistość (VR) ma potencjał, aby spełnić te wymagania. Terapia oparta na grach może promować zaangażowanie pacjentów w terapię rehabilitacyjną jako ciekawsze i bardziej motywujące narzędzie. Urządzenia mobilne, takie jak smartfony i tablety, mogą zapewnić spersonalizowaną terapię domową z interaktywną komunikacją między pacjentami a lekarzami. W ramach tego badania opracowano mobilny program rehabilitacji kończyn górnych VR z wykorzystaniem aplikacji do gier. Wyniki badania pokazują, że program VR oparty na grach mobilnych skutecznie wspomaga regenerację kończyn górnych u pacjentów po udarze. Ponadto pacjenci ukończyli dwutygodniową kurację z wykorzystaniem programu bez działań niepożądanych i byli ogólnie zadowoleni z programu. Ten oparty na grze mobilnej program rehabilitacji kończyn górnych VR może zastąpić niektóre części konwencjonalnej terapii, które są prowadzone indywidualnie przez terapeutę zajęciowego. Ten efektywny czasowo, łatwy do wdrożenia i klinicznie skuteczny program byłby dobrym kandydatem na narzędzie do telerehabilitacji w celu odzyskania kończyn górnych u pacjentów po udarze. Pacjenci i terapeuci mogą współpracować zdalnie w ramach tych programów rehabilitacji e-zdrowia, jednocześnie zmniejszając koszty ekonomiczne i społeczne.

Wprowadzenie

Udar mózgu jest jedną z najczęstszych przyczyn zaburzeń neurologicznych u dorosłych. Powrót do zdrowia po udarze mózgu jest zwykle niepełny, a około 50% pacjentów pozostaje niepełnosprawnych, co czyni ich zależnymi od innych¹. W szczególności dysfunkcja kończyn górnych sprawia, że osoby, które przeżyły udar mózgu, są zależne od pomocy innych osób w czynnościach życia codziennego (ADL)². Odzyskanie utraconej funkcji w kończynach górnych może być trudniejsze do osiągnięcia niż przywrócenie normalnej funkcji poruszania się kończyn dolnych. Chociaż obustronny ruch kończyny dolnej jest niezbędny do poruszania się, pacjenci mogą wykonywać ADL z jednostronnymi ruchami kończyn górnych. Prowadzi to do wyuczonego zjawiska nieużywania chorej kończyny³. Zjawisko to jest przeszkodą w rehabilitacji kończyny górnej u osób po udarze. Dlatego ogromna liczba badań koncentruje się na przywróceniu funkcji kończyn górnych. Badania podkreśliły znaczenie intensywnej praktyki i powtarzalnego szkolenia specyficznego dla danego zadania^4,5,6.

Technologia wirtualnej rzeczywistości (VR) została niedawno wprowadzona do dziedziny rehabilitacji⁷. VR umożliwia użytkownikom interakcję z symulowanym środowiskiem i otrzymywanie ciągłych, natychmiastowych informacji zwrotnych związanych z wydajnością. VR ma potencjał do zastosowania podstawowych koncepcji neurorehabilitacji u pacjentów po udarze, takich jak intensywny, powtarzalny i zorientowany na zadania trening⁸. W szczególności nieimmersyjna rzeczywistość wirtualna nie wymaga wysokiej wydajności graficznej ani specjalnego sprzętu. Dlatego nieimmersyjna rzeczywistość wirtualna jest dobrym kandydatem do zapewnienia taniego, wszechobecnego i interesującego programu leczenia. W poprzednich badaniach wykorzystano komputery, monitory i urządzenia specjalne, takie jak konsole, rękawice sensoryczne, joysticki i komercyjne systemy do gier dla nieimmersyjnych VR⁹. Do korzystania z takich systemów konieczne były wyższe koszty uruchomienia i wystarczająca ilość miejsca. Ostatnio tanie narzędzia, takie jak komercyjne urządzenia do gier, zostały wykorzystane do opracowania nowych systemów rehabilitacyjnych^10,11. Jednak konsole z czujnikami w tych urządzeniach nie są wystarczająco małe i lekkie do przenoszenia. Niemniej jednak, aby zwiększyć popularność nieimmersyjnej rzeczywistości wirtualnej jako metody leczenia kończyn górnych po udarze mózgu i stworzyć wszechobecne środowisko rehabilitacji dla osób, które przeżyły udar, potrzebne są przenośne i niedrogie narzędzia.

Ponadto, terapia oparta na grach może być dobrym rozwiązaniem w rehabilitacji po udarze. Wielu pacjentów skarży się, że konwencjonalna terapia zajęciowa (OT) w celu przywrócenia funkcji kończyn górnych jest nudna i monotonna^12,13. Bardziej interesujące i motywujące narzędzie terapii jest zatem konieczne, aby promować zaangażowanie pacjentów w szkolenia rehabilitacyjne. Przeprowadzono wiele badań, które obejmują wykorzystanie gier komercyjnych^14,15,16. Jednak stosowane gry nie są ukierunkowane na pożądany ruch kończyny górnej u pacjentów z udarem mózgu i nie uwzględniają w nich spastyczności, która może wystąpić po udarze.

Ten artykuł opisuje rozwój programu VR opartego na grach mobilnych i jego zastosowanie dla pacjentów, którzy doświadczyli udaru mózgu i cierpią na dysfunkcję kończyn górnych (Rysunek 1).

Protokół

Badanie zostało zatwierdzone przez Seoul National University Bundang Hospital Institutional Review Board, a wszyscy uczestnicy wyrazili pisemną świadomą zgodę przed badaniem.

1. Rozwój zawartości gry

UWAGA: Oparty na grze mobilnej program wirtualnej rzeczywistości kończyn górnych dla pacjentów po udarze (MoU-Rehab) składa się z aplikacji do gier mobilnych.

1. Zainstaluj studio i środowisko do programowania przy użyciu języka programowania.
2. Zbieraj dane o położeniu ruchów pacjentów w osiach x, y i z za pomocą wbudowanych czujników smartfona.
3. Przydziel pamięć masową na dane dotyczące ruchu, lokalizacji i prędkości za pomocą następującego kodu źródłowego:
   float[ ] gravity_data = nowy float[3];
   float[ ] accel_data = nowy float[3];
   float[ ] m_acc_data = nowy float[3];
   Końcowa liczba zmiennoprzecinkowa alfa = (zmiennoprzecinkowa)0.8;
   Zbierz dane zmierzone przez wbudowany czujnik z następującym kodem źródłowym.
   SensorManager sm = (SensorManager) getSystemService(SENSOR_SERVICE);
   Czujnik mSensor = sm.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_ACCELEROMETER);
4. Po przetworzeniu obrazu za pośrednictwem krótkodystansowego połączenia bezprzewodowego wyślij dane do komputera typu tablet, aby wyświetlić współrzędne x, y i z jako obrazy na ekranie.
5. Projektuj wszystkie aplikacje do gier, aby poprawić siłę, wytrzymałość, zakres ruchu, kontrolę, szybkość i dokładność ruchu kończyny górnej.
   UWAGA: Certyfikowani fizjoterapeuci (lekarze medycyny rehabilitacyjnej) i terapeuci zajęciowi zebrali się i omówili, jakie manewry terapeutyczne byłyby odpowiednie do przekształcenia w programy gier. Ruchy w każdym stawie były ukierunkowane w oparciu o konwencjonalne metody terapii zajęciowej, które promują odzyskiwanie funkcji kończyny górnej i poprawiają siłę, wytrzymałość, zakres ruchu, kontrolę, szybkość i dokładność ruchu w kończynie górnej
6. Każdemu pacjentowi należy polecić aplikacje do gier zgodnie z funkcją kończyny górnej mierzoną za pomocą etapu Brunnströma.
   UWAGA: Etap Brunnströma (etap B) dla ramienia i dłoni ocenia etapy regeneracji kończyny górnej (1 = wiotkie, bez dobrowolnych ruchów; 7 = normalna funkcja)16. Na przykład pacjenci sklasyfikowani jako stadium Brunnström 1 stosowali aplikacje, które indukują ruchy zgięcia/wyprostu barku za pomocą niedotkniętego ramienia. Pacjenci sklasyfikowani jako Brunnström stadium 5 korzystali z aplikacji, które wymagają precyzyjnej kontroli ruchów.
7. Dostosuj poziom trudności aplikacji do gry indywidualnie, zmieniając prędkość, czas konserwacji dla określonej postawy i zakres ruchu w zależności od stopnia dysfunkcji kończyny górnej. Zapoznaj się z przykładami ze szczegółowymi informacjami, jak poniżej (Rysunek 2).

2. Projekt badania

UWAGA: Przeprowadzono quasi-randomizowane, podwójnie ślepe, kontrolowane badanie, aby ocenić wykonalność i skuteczność programu. Uczestnicy, u których (1) zdiagnozowano udar niedokrwienny; (2) posiadał zdolność wykonywania jednoetapowego polecenia; (3) mieli stabilność medyczną pozwalającą na udział w aktywnej rehabilitacji oraz (4) mieli upośledzenie kończyn górnych. Pacjenci byli wykluczani, jeśli (1) mieli majaczenie, splątanie lub inne poważne problemy ze świadomością, (2) cierpieli na niekontrolowane schorzenia, (3) nie byli w stanie wykonywać poleceń z powodu poważnych zaburzeń poznawczych, (4) mieli zaburzenia widzenia i (5) mieli słabą równowagę siedzącą. Uczestnicy zostali zrekrutowani w szpitalu uniwersyteckim.

1. Aby uczestnicy byli całkowicie zaślepieni na przypisanie grupy, przypisz ich do grupy kontrolnej lub eksperymentalnej według okresu przyjęcia, ponieważ uczestnicy musieli dzielić pokój OT.
2. Upewnij się, że pacjenci w grupie interwencyjnej otrzymali 30 minut konwencjonalnej OT i 30 minut programu rehabilitacji kończyn górnych opartego na grze mobilnej VR za pomocą smartfona i tabletu.
3. Upewnij się, że pacjenci w grupie kontrolnej otrzymywali konwencjonalną OT przez 1 godzinę dziennie.
   UWAGA: Program rehabilitacji dla obu grup składał się z 10 sesji terapeutycznych, 5 dni w tygodniu, przez 2 tygodnie.
4. Edukuj pacjentów w grupie interwencyjnej, jak korzystać z programu podczas pierwszej sesji terapeutycznej, chociaż każda aplikacja do gry zawierała na początku krótkie instrukcje. Upewnij się, że pacjenci korzystali z programu przez 30 minut samodzielnie podczas badania.
5. Oceń pomiary wyników na początku, na końcu leczenia i podczas miesięcznej obserwacji.
6. Niech jeden zaślepiony ewaluator, który jest doświadczonym terapeutą zajęciowym, przeprowadzi wszystkie oceny kliniczne podczas wszystkich sesji testowych.
   UWAGA: Pierwszorzędową miarą wyniku była ocena Fugla-Meyera kończyny górnej (FMA-UE), która mierzy funkcję motoryczną ramienia połowiczego pacjentów (0 = najniższy wynik; 66 = najwyższy wynik). ¹⁷ Drugorzędny wynik został oceniony za pomocą etapu Brunnström (etap B) dla testu ramienia i dłoni oraz mięśni manualnych (0–5).

3. Korzystanie z Programu Rehabilitacji Kończyn Górnych VR opartego na grach mobilnych

1. Niech uczestnik usiądzie na biurku.
2. Umieść komputer typu Tablet na biurku i włącz go na serwerze.
3. Włącz smartfon i włącz w smartfonie połączenie bezprzewodowe na krótkie odległości.
4. Wybierz aplikację do gry na komputerze typu tablet, dotykając ekranu komputera typu tablet.
5. Włącz połączenie bezprzewodowe na krótkie odległości w tablecie i połącz się ze smartfonem.
6. Umieść smartfon w opasce na ramię i przymocuj opaskę do ramienia lub przedramienia za pomocą dostępnej w handlu opaski na ramię smartfona zgodnie z żądanym ruchem.
7. Wybierz wersję podstawową lub wersję niestandardową.
8. Wybierz szybkość gry, czas, liczbę ruchów celu i oczekiwane osiągnięcie gry na ekranie dotykowym tabletu PC w wersji dostosowanej do potrzeb uczestników.
9. Pozwól uczestnikowi dotknąć przycisku start. Poproś uczestnika, aby przyjął postawę zgodnie z poleceniami gry. Przesuń maksymalny zakres ruchu w celu kalibracji.
10. Rozpocznij grę i przejdź do następnej gry po jej zakończeniu (zwykle trwa to 5–10 minut).
    1. Gra "Strażnik garnka z miodem"
       UWAGA: Ta gra ma na celu ruch zgięcia i wyprostu łokcia.
       1. Poproś pacjentów, aby wybili niedźwiedzia z garnka z miodem, rzucając jabłkami za pomocą ruchu stawu łokciowego.
       2. Niech pacjent rzuca jabłkami, gdy zgięty łokieć jest wyprostowany.
       3. Dostosuj poziom trudności do miejsca, w którym pojawia się niedźwiedź i prędkości, z jaką pojawia się nowy niedźwiedź, w oparciu o dostępny zakres ruchu i prędkość ruchu w stawie łokciowym pacjenta.
    2. Gra "Chroń królika"
       UWAGA: Ta gra skupia się na ruchu odwodzenia i przywodzenia ramienia.
       1. Poproś pacjentów, aby chronili królika poprzez łapanie kamieni siatką za pomocą ruchu stawu barkowego.
       2. Upewnij się, że siatka porusza się, gdy przywiedzione ramię jest odwodzone.
       3. Dostosuj poziom trudności w zależności od miejsca, w którym pojawia się kamień i szybkości, z jaką pojawia się nowy kamień, w oparciu o dostępny zakres ruchu i prędkość ruchu w stawie barkowym pacjenta.
    3. Gra "Zgaś ogień"
       UWAGA: Ta gra jest ukierunkowana na odwodzenie i przywodzenie barku lub zginanie i prostowanie barku.
       1. Poproś pacjentów, aby ugasili pożar za pomocą węża wodnego przez okno; wąż wodny porusza się zgodnie z ruchem ramienia.
       2. Upewnij się, że wąż wodny porusza się w prawo i w lewo oraz w górę i w dół zgodnie z ruchem stawu barkowego; czas potrzebny do ugaszenia pożaru zależy od wielkości pożaru.
       3. Dostosuj poziom trudności w zależności od miejsca, w którym pojawia się pożar, szybkości, z jaką pojawia się nowy pożar, oraz wielkości pożaru w oparciu o dostępny zakres ruchu oraz szybkość i wytrzymałość ruchu stawu barkowego pacjenta.
    4. Gra "Kwiatowy plusk"
       UWAGA: Ta gra jest ukierunkowana na odwodzenie i przywodzenie barku, zginanie i prostowanie łokcia lub ruch pronacji i supinacji nadgarstka.
       1. Poproś pacjentów, aby podlali poruszające się nasiono konewką za pomocą ruchu stawu i sprawili, że kwiaty zakwitną.
       2. Upewnij się, że gdy nasiona się poruszają, podlewanie odbywa się zgodnie z ruchem stawu.
       3. Dostosuj poziom trudności do prędkości poruszania się nasion w odniesieniu do dokładności i prędkości ruchu.
11. Śledź ruchy kończyn górnych pacjentów za pomocą wbudowanych czujników (akcelerometr, żyroskop) smartfona i przesyłaj informacje o ruchu do tabletu za pośrednictwem połączenia bezprzewodowego na krótkie odległości.
12. Przekazuj pacjentom wizualną i dźwiękową informację zwrotną na temat ich ruchu za pomocą wyświetlacza na tablecie.
13. Zademonstruj rzeczywiste osiągnięcie gry w porównaniu z oczekiwanym osiągnięciem na koniec gry.

Wyniki

Łącznie 24 pacjentów zostało zapisanych i przydzielonych do grupy kontrolnej lub eksperymentalnej (Tabela 1). Większą poprawę w FMA-UE, etapie B i manualnych testach mięśniowych stwierdzono po leczeniu za pomocą programu rehabilitacji kończyn górnych opartego na grze mobilnej VR niż po konwencjonalnej terapii (Ryc. 3). Efekt utrzymywał się do miesięcznej obserwacji. Oznacza to, że MoU-Rehab nie był gorszy od konwencjonalnej terapii, która jest prowadzo...

Dyskusja

Pacjenci po udarze zwykle mają niepełnosprawność związaną z upośledzeniem motorycznym z powodu niepełnej regeneracji ruchowej. Taka niepełnosprawność, długi czas dojazdu do kliniki lub trudności społeczno-ekonomiczne mogą utrudniać pacjentom dostęp do odpowiedniej terapii rehabilitacyjnej. Program wszechobecnej opieki zdrowotnej (u-Health) może być dobrym rozwiązaniem w usuwaniu tych barier. W ramach takiego programu u-Health w niniejszym badaniu opracowano program rehabilitacji VR oparty na grach mobilnych w celu rekonw...

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
Galaxy Note 10.0	Samsung	Galaxy Note 10.0	Tablet
PC Galaxy S2	Samsung	Galaxy S2	Smartphone
Bluetooth	Bluetooth SIG	Bluetooth	Połączenie bezprzewodowe na krótkie odległości
Język programowania Java	Oracle