Тренировка когнитивных функций и реабилитации верхних конечностей после инсульта с использованием цифровой системы профессиональной подготовки

Резюме

В действующем протоколе описывается, как цифровая система профессиональной подготовки на основе виртуальной реальности улучшает реабилитацию пациентов с когнитивными нарушениями и дисфункцией верхних конечностей после инсульта.

Аннотация

Реабилитация после инсульта часто требует частой и интенсивной терапии для улучшения функционального восстановления. Технология виртуальной реальности (VR) продемонстрировала потенциал для удовлетворения этих потребностей, предоставляя увлекательные и мотивирующие варианты терапии. Цифровая система профессионального обучения представляет собой VR-приложение, в котором используются передовые технологии, включая мультисенсорные экраны, виртуальную реальность и взаимодействие человека с компьютером, чтобы предложить различные методы обучения для развития когнитивных способностей и зрительно-моторной координации. Целью данного исследования являлась оценка эффективности данной программы в улучшении когнитивных функций и реабилитации верхних конечностей у пациентов, перенесших инсульт. Тренинг и оценка состоят из пяти когнитивных модулей, охватывающих восприятие, внимание, память, логическое мышление и вычисления, а также тренировку зрительно-моторной координации. Это исследование показывает, что после восьми недель обучения цифровая система профессиональной подготовки может значительно улучшить когнитивные функции, повседневные навыки, внимание и способность к самообслуживанию у пациентов, перенесших инсульт. Это программное обеспечение может быть использовано в качестве экономящего время и клинически эффективного реабилитационного пособия в дополнение к традиционным сеансам индивидуальной трудотерапии. Подводя итог, можно сказать, что цифровая система профессионального обучения является многообещающей и предлагает потенциальные финансовые преимущества в качестве инструмента для поддержки функционального восстановления пациентов, перенесших инсульт.

Введение

Отмечается высокая заболеваемость, смертность, инвалидность и рецидивы, связанные с инсультом или нарушением мозгового кровообращения1^. Во всем мире инсульт обогнал опухоли и сердечно-сосудистые заболевания, став второй по значимости причиной смерти, а^{в Китае он} является основной причиной. Ожидается, что заболеваемость и социальное бремя инсульта значительно возрастут в ближайшие годы по мере старения населения. Люди, перенесшие инсульт, могут по-прежнему испытывать сенсорные, двигательные, когнитивные и психологические нарушения³. Последствия инсульта могут включать паралич одной стороны тела, включая лицо, руки и ноги, состояние, известное как гемиплегия. Это наиболее распространенное последствие инсульта, которое значительно влияет на качество жизни людей⁴.

Инсульт представляет значительную угрозу для здоровья людей. Из-за повреждения тканей головного мозга инсульт и гемиплегия могут привести к дисфункции рук, препятствуя повседневной деятельности пациентов (ADL) и снижая качество их жизни⁵. Снижение функции верхних конечностей, особенно кистей рук как дистальной части тела, представляет собой наиболее серьезную проблему при восстановлении верхних конечностей6. Поэтому функциональная реабилитация имеет решающее значение. Кроме того, 20–80% пациентов, перенесших инсульт, испытывают когнитивные нарушения, приводящие к дефициту внимания, памяти, речи и исполнительных способностей⁷.

В настоящее время клиническая реабилитация гемиплегии верхних конечностей в основном основывается на комплексной тренировке верхних конечностей и различных методах трудотерапии (например, лечение зеркальной коробкой⁸, подвеска⁹, функциональная электростимуляция¹⁰ и др.). В последнее время в качестве альтернативных методов реабилитации появились виртуальная реальность и интерактивные видеоигры. Эти вмешательства могут способствовать высокопроизводительной практике и снижать затраты времени терапевтов¹¹. Системы виртуальной реальности быстро превратились в новые коммерческие устройства, которые могут быть использованы для улучшения когнитивных и двигательных функций верхних конечностей у людей, перенесших инсульт¹². Несмотря на эти достижения, в этой области все еще есть неисследованные направления.

Таким образом, это исследование направлено на изучение влияния реабилитационных тренировок верхних конечностей в сочетании с традиционной реабилитацией верхних конечностей на когнитивную и двигательную функцию верхних конечностей у пациентов с инсультом в период восстановления после гемипареза, обычно охватывающий начальные 6-24 недели после инсульта. Кроме того, мы рассмотрим его влияние на повседневные жизненные способности. Данное исследование направлено на предоставление ценных доказательств клинического применения роботизированных вмешательств.

протокол

Этот протокол исследования получил одобрение комитета по этике Первой аффилированной больницы Чжэцзянского университета (номер одобрения IIT20210035C-R2), и было получено информированное согласие всех участников. Для оценки осуществимости и эффективности программы было проведено экспериментальное исследование с использованием квази-рандомизации, одиночного слепого метода и контрольной группы. Для участия в эксперименте были приглашены 24 пациента, госпитализированные в отделение реабилитационной медицины Первой филиальной больницы Чжэцзянского университета. Критерии включения включали пациентов с инсультом, подтвержденных компьютерной томографией (КТ) или магнитно-резонансной томографией (МРТ), в возрасте 30-75 лет, через 6-24 недели после инсульта, оценку по Монреальской когнитивной шкале оценки (MoCA) <26¹³, дисфункцию верхних конечностей¹⁴, одностороннюю гемиплегию, стадию Бруннстрема 3-6^{по способности} сидеть, а также сотрудничество в оценке и лечении. Критерии исключения включали когнитивные расстройства в анамнезе, дисфункцию основных органов, нарушения зрения или слуха, аномальное психическое поведение или прием антипсихотических препаратов, тяжелую спастичность (шкала Эшворта 3-4)¹⁶ и подвывих плеча или сильную боль в верхних конечностях.

1. Дизайн исследования

1. Разделите всех пациентов на контрольную и опытную группы (по 12 человек в каждой группе) по методу^{таблицы} случайных чисел 2.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Перед началом эксперимента опытный эрготерапевт выполнил следующие обследования для всех пациентов: Монреальский когнитивный тест (MoCA)¹³, шкала оценки верхних конечностей Фугла-Мейера (FMA-UE)¹⁴ и модифицированный индекс Бартеля (MBI)¹⁷.
2. Проверить и подтвердить, что пациенты опытной группы проходили традиционную медикаментозную терапию, включая антигипертензивные, противодиабетические, антиагреганты, липидорегулирующие средства и т.д., по назначению врача.
   1. Кроме того, убедитесь, что каждый день они проходят 30-минутную рутинную тренировку по трудотерапии, включающую тренировку когнитивных функций и функцию верхних конечностей. Кроме того, подтвердите, что они посвящают 30 минут в день цифровой системе профессионального обучения в течение 8 недель.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Термин «традиционная лекарственная терапия» относится к стандартным лекарствам, назначаемым для ухода после инсульта, и конкретные лекарства могут различаться в зависимости от пациента и клиники.
3. Убедитесь, что пациенты контрольной группы получают рутинную трудотерапию (ОТ) в течение 1 ч каждый день в сочетании с традиционной лекарственной терапией.
4. Реализуйте рутинную тренировку когнитивных функций, адаптированную к типам когнитивных нарушений пациентов, выполнив следующие действия:
   ПРИМЕЧАНИЕ: Тренинги проходят как контрольная, так и экспериментальная группа пациентов.
   1. При дисфункции памяти: Направляйте пациентов к таким действиям, как обсуждение картинок, декламация абзацев, упражнения на память пути и вспоминание жизненных сюжетов.
   2. При дисфункции внимания: Проинструктируйте пациентов участвовать в тренинге по отслеживанию движений глаз, упражнениям по классификации чисел и аналогичному обучению распознаванию изображений.
   3. При дискалькулии: попросите пациентов выполнять простые упражнения на сложение и вычитание чисел меньше 50, а также такие виды деятельности, как шопинг и обучение финансовому моделированию.
   4. При зрительно-пространственных нарушениях: направляйте пациентов через такие действия, как складывание дров, решение головоломок, рисование и переворачивание предметов.
   5. При исполнительной дисфункции: Руководите пациентами такими видами деятельности, как оригами, рукоделие, рисование, полив цветов и другие.
   6. Для расстройства мышления и рассуждения: Направляйте пациентов в классификацию предметов, упорядочивание чисел, имитацию покупок в супермаркете, переход от общих рассуждений к конкретным рассуждениям.
5. Проинструктируйте пациентов выполнять обычные функциональные упражнения для верхних конечностей, включающие пассивные и доминирующие движения каждого сустава верхней конечности. Это включает в себя такие упражнения, как тренировка с роликами, извлечение верхних конечностей, бросок и ловля мяча, а также тренировка контроля движений плеч, локтей и запястий.
   1. Кроме того, включите пронацию и супинацию предплечий, тонкие движения пальцев и тренировку координационной гибкости, например, использование штифтовой доски и винтового винта.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Дрессировка по одеванию и раздеванию, применение оборудования для самопомощи и другие упражнения для повышения способности к повседневной деятельности должны быть в первую очередь сосредоточены на пораженной стороне, с соответствующим включением здоровой стороны, чтобы помочь в тренировке пораженной стороны. Все экспериментальные этапы проводятся в реабилитационном кабинете палаты. Указанное обучение проводится 5 дней в неделю в течение 8 недель.

2. Учебный процесс цифровой системы профессионального обучения

ПРИМЕЧАНИЕ: Только экспериментальная группа проходит эти тренинги.

1. Попросите пациента встать или сесть перед устройством (рис. 1) и отрегулируйте дисплей на соответствующую высоту и угол наклона, чтобы руки пациента могли легко прикоснуться к экрану.
2. Создайте индивидуальный профиль для каждого пациента, включая его полное имя, возраст, идентификационный номер госпитализации, диагноз и другие важные медицинские данные.
3. Подбирайте подходящую программу тренировок , исходя из типа когнитивных нарушений пациента и остаточной мышечной силы верхних конечностей. Задайте параметры для каждой программы, такие как продолжительность тренировки, уровень сложности и левая или правая сторона (рис. 2).
4. Объясните и продемонстрируйте правильный метод работы для каждой программы, чтобы пациент полностью понял цель обучения.
5. Проводите тренировку когнитивных функций.
   1. Для пациентов с дисфункцией памяти следуйте процессу обучения, как указано ниже.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Если у пациента есть дисфункция памяти, терапевты могут выбрать одну из следующих тренировочных процедур: «Быстрая тренировка сопоставления», «Тренировка матрицы памяти» и «Тренировка карточной памяти».
      1. Тренировка быстрого сопоставления: нажмите на картинки на экране и попросите пациента вспомнить предыдущую картинку. Затем попросите пациента нажать на кнопку «Значок », чтобы подтвердить, совпадает ли текущая картинка с предыдущей.
      2. Тренировка матрицы памяти: Нажмите, чтобы три ярких квадрата мигали в разных местах матрицы экрана. Затем нажмите, чтобы затемнить все квадраты , и попросите пациента нажать на яркие квадраты.
      3. Тренировка памяти карты: Нажмите, чтобы отобразить на экране два изображения , а затем переверните их. Попросите пациента найти целевую карту, совпадающую с той, что показана на экране.
   2. Для пациентов с дисфункцией внимания проведите следующий тренировочный процесс.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Для пациентов с дисфункцией внимания выберите одну из следующих тренировочных процедур: «Тренировка способности к реакции», «Тренировка подбора цвета», «Игра «Бей крота» и «Тренировка карточной памяти».
      1. Тренировка реакции: Когда торт падает над мультяшным аватаром, попросите пациента быстро нажать на кнопку ловли , чтобы торт не ударился головой.
      2. Тренировка подбора цвета: Когда мяч над дорожкой находится близко к центру круга, предложите пациенту нажать на соответствующий цвет , чтобы мяч отскочил на два или четыре удара в зависимости от сложности.
      3. Игра «Ударь крота»: Представьте игру, в которой плохой парень пересекает землю или суслик высовывает голову. Попросите пациента щелкнуть и ударить плохого парня или суслика , чтобы заработать игровые очки.
      4. Тренировка памяти карты: отображение информации о карте, переворачивание карты и изменение ее положения. Попросите пациента найти и снова нажать на целевую карточку в соответствии с указанными требованиями.
   3. Для пациентов с нарушениями счета и суждений проведите следующий тренировочный процесс.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Когда у пациента есть нарушения счета и суждений, терапевты должны выбрать такие программы, как «Камень-ножницы-бумага», «Тренировка арифметического мышления», «Тренировка сортировки и сбора» и «Рыбалка».
      1. Камень-ножницы-бумага: Покажите на экране жест левой и правой рукой и попросите пациента сделать быстрое суждение, щелкнув, чтобы определить, выигрывает ли левая, правая или ничья.
      2. Тренировка арифметического мышления: Попросите пациента вычислить арифметическую задачу на экране и сравнить ее с числом, нажав кнопку «больше», «меньше» или «равно ». Увеличьте сложность арифметической задачи с помощью уровня сложности настройки.
      3. Тренировка сортировки и комплектации: Попросите пациента выбрать и щелкнуть по соответствующему типу и количеству предметов из списка в соответствии с требованиями в левом верхнем углу.
      4. Рыбалка: Следуя подсказке, попросите пациента нажать на экран, чтобы поймать определенный тип и количество рыбы , чтобы заработать игровые очки.
   4. Для пациентов с зрительно-пространственными нарушениями проводят следующие тренировочные занятия.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Для пациентов с нарушениями зрительно-пространственного восприятия подходят следующие тренировочные процедуры: «Тренировка одностороннего пренебрежения», «Тренировка пазла», «Тренировка комбинации картинок».
      1. Дрессировка одностороннего пренебрежения: Нажимайте в соответствии с видеоподсказками , чтобы контролировать плавающую красную рыбу пальцами и съедать как можно больше рыбы.
      2. Тренировка пазла: Щелкните и поместите сломанные кусочки пазла в правильное положение , чтобы они снова сформировали полную картину.
      3. Тренировка комбинирования изображений: Выберите подходящие картинки из различных форм и цветов слева и поместите их в правильное положение справа , чтобы объединить и сформировать определенный узор.
   5. Для пациентов с исполнительной дисфункцией проводят следующие тренинги.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Пациенты с исполнительной дисфункцией могут выбрать программу «Виртуальная кухня». Пациенты могут постепенно завершить процесс производства «омлета с яйцом» практически под руководством системы. Конкретные шаги следующие:
      1. Подготовьте пищевые материалы: Попросите пациента виртуально (на экране) открыть кран, очистить помидоры, нарезать помидоры кусочками и положить их на тарелку. Затем положите яйца в миску и перемешайте.
      2. Приготовление пищи: Попросите пациентов разжечь плиту, налить растительное масло, влить взбитые яйца, а затем добавить помидоры.
      3. Подавайте блюда: После завершения помогите пациенту выключить огонь и переложить приготовленное блюдо на тарелку.
   6. Для пациентов с дисфункцией мышления и рассуждения проводят следующее.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Если у пациента есть трудности с называнием имен и концептуальными проблемами, выберите один из следующих вариантов: «Тренировка именования», «Упражнение на запоминание карт» и «Тренировка дифференциации объектов».
      1. Обучение именованию: Помогите пациентам найти и щелкнуть по правильной картинке среди нескольких картинок в соответствии с требованиями к текстовой информации и звуку или выбрать и щелкнуть по правильному названию предмета в соответствии с подсказками с информацией о картинке.
      2. Упражнение на запоминание карточек: Среди карточек, появляющихся на экране, попросите пациентов найти и щелкнуть по той , которая совпадает с той, что находится в руке мультяшного человечка в правом верхнем углу.
      3. Тренировка дифференциации объектов: Среди нескольких столбцов фигур, появляющихся на экране, попросите пациентов определить и щелкнуть ту, которая уникальна и отличается от других.
6. Проведение функциональной тренировки верхних конечностей.
   1. Тренируйте пациентов с помощью вспомогательных упражнений или упражнений для одной руки.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Если пораженная конечность не может выполнить тренировку в одиночку, попросите здоровую руку подержать пораженную конечность и выполнить вспомогательную тренировку. Как только пораженная конечность восстановит определенный уровень мышечной силы, можно начинать тренировку одной рукой. Для вспомогательных упражнений или упражнений одной рукой подходят следующие тренировочные процедуры: «Упражнение на рисование», «Музыкальное путешествие», «Прогулка по лабиринту».
      1. Упражнение на рисование: В соответствии с подсказками по траектории, появляющимися на экране, попросите пациентов нарисовать определенные линии или контуры узора. Система автоматически сгенерирует красивую картинку. По мере того, как сложность увеличивается, подумайте о том, чтобы позволить пути исчезнуть, и попросите пациента набросать картину по памяти.
      2. Музыкальное путешествие: Попросите пациента стереть серые квадраты на экране в такт ритму музыки, превратив их в разноцветные квадраты. Это обеспечивает очень приятные ощущения.
      3. Ходьба по лабиринту: Попросите пациента держаться за маленький шарик в лабиринте и направлять его через лабиринт, чтобы добраться до конечной точки , где находится алмаз.
   2. Тренируйте пациентов с помощью упражнений на координацию двумя руками.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Если пораженная конечность имеет хорошую мышечную силу, можно начать тренировку координации двумя руками. Выберите такие процедуры, как «Балансировочный мяч», «Игра с кормлением рыбы», «Стрельба из лука» и «Тренировка координации реакции».
      1. Балансировочный мяч: Попросите пациента положить левый и правый кулаки на оба конца бревна, на котором находится маленький синий шарик. Проинструктируйте их сохранять равновесие и не допускать скатывания мяча с любой стороны.
      2. Игра «Кормление рыб»: Попросите пациентов удерживать корм одной рукой, а другой рукой нажимать на маленьких рыбок, плавающих на экране, чтобы выполнить задание по кормлению рыб.
      3. Упражнение в стрельбе из лука: Предложите пациенту положить одну руку на лук, а другую на стрелу, щелкая и контролируя стрелу так, чтобы она идеально попала в яблочко.
      4. Тренировка координации реакции: Пусть правая и левая руки пациента удерживают молоток и щелкают, чтобы ударить по желтому мячу попеременно, как в игре в пинг-понг, чтобы тренировать координацию и способность реакции пациента.
         ПРИМЕЧАНИЕ: По завершении обучения для каждой процедуры прибор автоматически предоставляет анализ результатов обучения, сохраняя их в эксклюзивном файле пациента. Терапевт оценивает тренировочный эффект пациента, каждый раз сравнивая результаты (рис. 3 и рис. 4).
7. По мере того, как функция пациента восстанавливается, попросите терапевта регулярно рекомбинировать программу тренировок, корректируя сложность и продолжительность процедуры в зависимости от результатов пациента.
   ПРИМЕЧАНИЕ: На протяжении всего периода обучения терапевт контролирует весь тренировочный процесс пациента, терпеливо выслушивает потребности пациента, помогает пациенту при столкновении с трудностями, а также предлагает похвалу и поощрение после успешного выполнения учебных заданий.

3. Последующие процедуры

1. После 8 недель лечения провести повторное обследование всех пациентов с помощью MoCA, FMA-UE и MBI. Эта повторная оценка проводится тем же эрготерапевтом.
2. Статистически проанализировать данные, собранные в ходе оценок до и после тренировки, чтобы определить значимость результатов.
   ПРИМЕЧАНИЕ: В зависимости от нормальности распределения данных были использованы соответствующие статистические методы для оценки влияния цифровой системы профессионального обучения на восстановление когнитивных и двигательных функций.

Результаты

В это исследование было включено 24 пациента с дисфункцией верхних конечностей в сочетании с различными типами когнитивных нарушений после инсульта. Наблюдаемые типы когнитивных нарушений включали амнезию, агнозию, исполнительную дисфункцию, нарушения внимания и другие. Статистиче...

Обсуждение

Для поддержки восстановления пациентов, перенесших инсульт, была внедрена система реабилитации в виртуальной реальности с использованием новейшей технологии мультисенсорного экрана для повышения вовлеченности в обучение, погружения, интерактивности и концептуализации. Эта система...

Материалы

Name	Company	Catalog Number	Comments
FlexTable digital occupational training system	Guangzhou Zhanghe Intelligent Technology Co., Ltd.	Observation on the rehabilitation effect of digital OT cognitive function training on stroke patients with decreased attention function	FlexTable digital operation training system uses the latest multi-touch screen technology, virtual reality and human-computer interaction technology, integrates a variety of training methods, and provides digital advanced brain function and hand-eye coordination training
SPSS 25.0	IBM		https://www.ibm.com/support/pages/downloading-ibm-spss-statistics-25