Gra w rzeczywistości wirtualnej i dostępny na rynku sprzęt do rzeczywistości wirtualnej mogą być użytecznymi narzędziami do rehabilitacji osób po udarze.
Udar powoduje przerwanie połączeń neuronowych między mózgiem a mięśniami ręki, dlatego u wielu osób po udarze pojawia się poważne i często przewlekłe upośledzenie ruchu rąk. Upośledzenie może przybierać różną postać – od sztywności mięśni i zmniejszenia ich siły po utratę sprawności i niekontrolowane zgięcie.
„Mimo że takie upośledzenie ma poważny wpływ na codzienne życie chorych, przeprowadzono niewiele badań nad poprawą funkcji ręki u pacjentów udarowych”, mówi Joseph Galea, neuronaukowiec z Uniwersytetu w Birmingham zajmujący się kwestiami związanymi z motoryką. Dzięki wsparciu finansowanego przez UE projektu ImpHandRehab Galea ma zamiar zmienić ten stan rzeczy.
Gry zwiększające sprawność
Jednym z głównych problemów hamujących rozwój metod leczenia upośledzenia ruchu rąk u pacjentów udarowych są koszty – sprzęt niezbędny do śledzenia ruchu poszczególnych palców jest niezwykle drogi. Aby usunąć tę przeszkodę, zespół projektu wspieranego przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych postanowił wykorzystać dostępną na rynku technologię rzeczywistości wirtualnej (VR).
„Po pierwsze wykazaliśmy, że dokładność oprogramowania śledzącego ruchy palców, które jest dostarczane z większością nowych komercyjnych okularów VR, jest wystarczająca z punktu widzenia zastosowań w rehabilitacji”, wyjaśnia Galea. „Technologia ta jest nie tylko użyteczna z punktu widzenia naszej metody rehabilitacji, ale jest też przystępna cenowo”.
Następnie badacze przygotowali dwie angażujące użytkownika gry VR, które z czasem wymagają coraz bardziej złożonych ruchów rąk.
„Zadaniem pacjenta udarowego jest takie kontrolowanie ruchu wirtualnych obiektów, takich jak balon, by nie zderzały się one z przeszkodami. W tym celu musi on wykonywać coraz większe, szybsze i bardziej precyzyjne ruchy palcami”, opowiada Galea.
Nagroda jako motywacja
Badacz wskazuje, że istotnym odkryciem było ustalenie, że poziom zaangażowania użytkownika w grę korelował z oferowaną nagrodą. Im większa była liczba punktów lub żetonów do zdobycia, tym lepsze wyniki osiągali badani.
Co najważniejsze, badacze stwierdzili, że jeśli pacjent korzysta z gry przez dłuższy czas, poprawa ruchu rąk utrzymuje się nawet po zdjęciu okularów VR.
System ImpHandRehab może wywoływać długotrwałą poprawę funkcji rąk u pacjentów udarowych, Galea podkreśla jednak, że ma on uzupełniać dostępne obecnie techniki rehabilitacyjne.
„Nasze rozwiązanie ma zwiększać skuteczność tradycyjnych technik”, wyjaśnia badacz. „Najlepiej byłoby, gdyby pacjenci mogli korzystać z niego w domu w ramach ćwiczeń uzupełniających rehabilitację”.
Wyzwania związane z COVID-19
Zespołowi projektu ImpHandRehab udało się opracować przystępną cenowo metodę leczenia upośledzenia ruchu rąk, która opiera się na niedrogiej, nowoczesnej technologii VR, jednak prowadzenie badań w czasie globalnej pandemii nie było proste. „Pandemia COVID-19 miała ogromny wpływ na naszą pracę”, mówi Galea. „Początkowo testy mogliśmy przeprowadzać wyłącznie online oraz z udziałem uczestników, którzy mieli własne okulary VR w domu”.
Zespół projektu musiał także opracować urządzenie spełniające wymogi związane z COVID-19. „Pierwotnie planowaliśmy zastosować specjalną rękawicę, ale ze względów sanitarnych zdecydowaliśmy się na użycie technologii opartej na kamerze”, dodaje Galea.
Obecnie, w związku ze stopniowym znoszeniem restrykcji związanych z pandemią, badacze mogą testować system z bezpośrednim udziałem chorych. Zespołowi udało się także pozyskać finansowanie, które pozwoli przeprowadzić testy tej metody leczenia pacjentów udarowych w środowisku klinicznym.
© Unia Europejska, [2022] | źródło: CORDIS
Komentarze
[ z 4]
Wydaje mi się, że w ostatnim czasie coraz więcej pozytywnych rzeczy mówi się o grach wideo, które jeszcze do niedawna były krytykowane przez różne środowiska. Coraz większa liczba badań naukowych na ten temat pokazuje, że pod wieloma względami może być zupełnie odwrotnie. Potwierdzeniem tego jest powyższy artykuł, z którego dowiadujemy się, jak pomocne mogą one być w rehabilitacji po przebytym udarze. Każdego roku liczba osób, u których występuje udar jest coraz więcej, co pokazuje, że w tym temacie trzeba podjąć liczne kroki poczynając od profilaktyki, przez leczenie po właśnie rehabilitacje.
Bardzo ciekawy komentarz. Rzeczywiście, przywyczajeni jesteśmy do tego, aby unikać komputerów, gier wideo - na szczęście człowiek potrafił wykorzystać je w dobrym celu. Do 2020 roku branża wirtualnej i rozszerzonej rzeczywistości osiągnęła wartość ponad 160 miliardów dolarów. Na rynku dostępne są już tanie urządzenia, w tym dedykowane okulary, do których wystarczy włożyć smartfon i uruchomić odpowiednią aplikację, by przenieść się do zupełnie innego świata – pełnego gier, filmów, symulatorów – w którym możemy doświadczyć nieznanych dotąd emocji. Rozszerzona rzeczywistość w pełni angażuje nasz wzrok i słuch, dlatego wzbudza tak duże zainteresowanie. Technologia ta nie jest jednak wykorzystywana wyłącznie w celach rozrywkowych. Szerokie zastosowanie znalazła również w medycynie. Co ciekawe, już na początku lat 90-tych była wykorzystywana do wizualizacji złożonych danych medycznych, zwłaszcza w trakcie operacji. Według wielu prognoz w przyszłości lekarze doczekają się jednego urządzenia, mniejszego i bardziej przyjaznego w obsłudze niż standardowe gogle, które umożliwi płynne przełączanie się między wirtualną, rozszerzoną i prawdziwą rzeczywistością. Również obecnie technologia ta jest wykorzystywana w sektorze opieki zdrowotnej. Po założeniu gogli VR, specjalnych rękawic i kontrolerów, studenci uczelni medycznych mogą przenieść się na wirtualną salę operacyjną i zoperować trójwymiarowy model człowieka, nie narażając zdrowia i życia prawdziwych pacjentów. Wirtualne narzędzia pozwalają planować z wyprzedzeniem skomplikowane zabiegi, sprawdzać różne scenariusze ich przebiegu, eksperymentować z nowymi technikami operacyjnymi – tak, aby w rzeczywistości działać zgodnie z przećwiczonym schematem. Moduł edukacyjny służy również do nauki anatomii. Studenci mogą analizować wirtualne modele narządów, obracać je i oglądać pod różnym kątem, swobodnie analizować ich przekrój. Odpowiednio stworzona aplikacja może pełnić funkcję szkoleniową, jak i egzaminacyjną. Umożliwia śledzenie każdego ruchu kursanta i wyświetlanie mu na bieżąco informacji zwrotnych, nawet bez udziału nauczyciela. Z tego typu szkoleń równocześnie może korzystać wiele osób. VR wykorzystywany jest między innymi przez dzieci, które cierpią na zeza czy zespół leniwego oka. Leczenie tak naprawdę może odbywać się w warunkach domowych, a polega na zabawie, graniu w angażujące gry terapeutyczne opracowane we współpracy ze specjalistami z zakresu okulistyki dziecięcej. Wszechstronność systemu pozwala na stosowanie go również przy treningu kończyn dolnych, górnych, jak i tułowia. Pacjent poddawany rehabilitacji, dzięki dodatkowej stymulacji jest skłonny do wykonywania trudniejszych i bardziej wymagających ćwiczeń, nie narzeka na długość treningu. Motywuje go również możliwość śledzenia swoich wyników, przechodzenie przez kolejne poziomy trudności ćwiczeń. Prowadzone są badania nad wykorzystaniem tej terapii w rehabilitacji osób po udarach mózgu, przede wszystkim w walce z charakterystycznym niedowładem połowicznym, oraz u chorujących na Parkinsona. Wirtualna rzeczywistość sprawdza się także w psychoterapii, pozwalając w bezpiecznych i kontrolowanych warunkach skonfrontować się pacjentowi z fobiami. Dla przykładu, osoby cierpiące na lęk wysokości mogą dzięki goglom VR przespacerować się po dachu wieżowca, wiedząc że tak naprawdę nic im nie grozi. Przemówienie przed wirtualnym audytorium może ułatwić pokonanie lęku przed wystąpieniami publicznymi. Pacjenci mogą wcześniej oswoić się z wizjami, które wywołują u nich strach i nauczyć się panowania nad swoimi myślami i reakcjami. Terapia VR stosowana jest również jako uzupełnienie terapii neurofeedback, której celem jest poprawa koncentracji i rozwój myślenia kreatywnego. Dzięki skupieniu uwagi na wykreowanym cyfrowym świecie, wirtualna rzeczywistość może również pomóc w walce z bólem. Mózg pacjenta skupia się na bodźcach płynących z gogli i zapomina o fizycznej przyczynie bólu. VR coraz częściej jest wykorzystywany przed operacjami czy w gabinetach dentystycznych.
Udary mózgu są drugą przyczyną śmiertelności na świecie, trzecią w Polsce i w Europie oraz pierwszą przyczyną niepełnosprawności osób po 40. roku życia. Z raportu „Udary mózgu: skala problemu” zaprezentowanego przez organizację Stroke Alliance for Europe (SAFE) wynika, że w ciągu najbliższych 20 lat można spodziewać się niemal 35-procentowego wzrostu udarów w krajach Unii Europejskiej. Konsekwencje społeczne i ekonomiczne są ogromne, ponieważ około 70 procent pacjentów, którym udało się przeżyć, doznaje różnego stopnia niepełnosprawności. Wielu z nich cierpi z tego powodu do końca życia. Według WHO „udar mózgu to zespół kliniczny charakteryzujący się nagłym wystąpieniem objawów ogniskowego, niekiedy również uogólnionego zaburzenia czynności mózgu, którego objawy utrzymują się dłużej niż 24 godziny lub prowadzą do wczesnej śmierci i nie mają innej przyczyny niż naczyniowa”. Niestety do tej pory nie wynaleziono skutecznych leków neuroprotekcyjnych, wobec czego jedna trzecia osób, które przeżyją pierwszy miesiąc po udarze mózgu, jest niepełnosprawna, wymaga stałej opieki, co w dalszej perspektywie dezorganizuje życie bliskich i generuje koszty społeczne. W świetle tych faktów wzrasta znaczenie rehabilitacji chorych po udarze mózgu. Games for Health Journal, wydawany od 2013 roku prezentuje liczne prace, które wskazują na coraz szersze zastosowania gier video, interaktywnych gier komputerowych w rehabilitacji i leczeniu licznych schorzeń. Technologie IT udostępniają między innymi czujnik ruchu konsoli Xbox 360, Xbox Kinect, pozwalający na interakcje użytkownika z konsolą bez użycia kontrolerów, który został wprowadzony do sprzedaży pod koniec 2010 roku. Technologia pozwalająca na otrzymanie informacji o pozycji kończyn i stawów w trójwymiarowej przestrzeni stała się atrakcyjną alternatywą standardowej rehabilitacji . Rehabilitacja bazująca na wirtualnej rzeczywistości oferuje zaawansowany interaktywny system, który ma wiele udokumentowanych korzyści, w szczególności dla pacjentów po udarach mózgu . Pojawiło się wiele różnorodnych projektów dotyczących rehabilitacji, opartych na grach i wirtualnej rzeczywistości z wykorzystaniem czujnika Kinect. W jednym z eksperymentów autorzy zbadali efekty stosowania systemu rehabilitacyjnego, zawierającego sensor Kinect, podczas rehabilitacji niedowładu połowiczego kończyn górnych. System nazwany został UMBRELLA – (Parasolka: lampa rehabilitacyjna kończyn górnych) . Składał się on z projektora wyświetlającego obraz na stole, sensora Kinect służącego do analizowania ruchów dłoni oraz komputera Vostro 420 marki DELL. Ćwiczenia opracowane na potrzeby badań obejmowały szeroki zakres ruchów dłoni i kończyn. Polegały one na zginaniu i prostowaniu łokcia oraz nadgarstka. Ćwiczenia miały za zadanie odwzorować codzienne czynności. Podczas wykonywania zadań przez użytkownika, projektor wyświetlał dodatkowe informacje, takie jak: czas pozostały na wykonanie zadania, ilość poprawnych powtórzeń oraz najlepszy dotychczasowy wynik osiągnięty przez pacjenta. Trudność ćwiczeń regulowana była zmianą parametrów, które wpływały na szybkość, intensywność i dokładność ruchów. Gdy po ukończonym zadaniu dokładność wykonywania zadania była wyższa niż 80%, program automatycznie zwiększał poziom trudności. Natomiast w wypadku, gdy pacjent radził sobie słabo i osiągnął wynik poniżej 20%, poziom był obniżany. Podczas ćwiczeń pacjent musiał wykonywać następujące czynności: zgarnianie okruszków chleba ze stołu, tarcie sera na tarce, pukanie do drzwi, komponowanie potraw na talerzu, wyciskanie wody z gąbki, wybieranie numeru telefonicznego, granie na pianinie oraz robienie zakupów. Badania były wykonywane w tzw. trybie ABA – podczas fazy A pacjent uczestniczył w standardowych ćwiczeniach, natomiast w fazie B pacjent korzystał z eksperymentalnego systemu UMBRELLA. Obie fazy składały się z 30 sesji treningowych, trwających po 45 min. W badaniach uczestniczyło 10 pacjentów i po dokonaniu analizy wyników, wszystkie testy badające aktywność kończyny po urazie wykazały znaczące zmiany. Poprawę zauważyli również sami badani – były to zmiany pod kątem jakości ruchu i stopnia używania ręki. Wyniki tych badań wskazują, że systemy rehabilitacji z użyciem gier mogą być efektywniejsze od standardowych metod. Wskazana jest jednak kontynuacja prowadzenia badań, uwzględniająca grupę kontrolną oraz większą liczbę badanych osób. W badaniach prowadzonych przez Liorens i innych, wzięło udział 14 pacjentów po udarze. Zostali oni podzieleni na dwie siedmioosobowe grupy. Grupa eksperymentalna miała oprócz zwykłej rehabilitacji dodatkowe pół godziny gry z użyciem Kinect. Przed i po okresie treningowym zmierzono siłę oraz napięcie mięśni i sprawność podczas wykonywania czynności codziennych. Pacjenci mogli wybrać dwie gry z każdego zestawu wedle upodobań, a następnie mieli ćwiczyć na każdej po 15 min. Po okresie testów, w porównaniu z początkowymi wynikami zauważono znaczny postęp w sile mięśni zginaczy ramion, prostowników barku, zginaczy i prostowników łokcia w grupie eksperymentalnej. Jednakże nie znaleziono znaczących różnic pomiędzy obiema grupami. Na wynik tego badania mogły wpływać takie fakty, jak to, że te gry nie były stworzone jako gry rehabilitacyjne, jak i mała grupa badawcza. Na Uniwersytecie w Parmie zaproponowano system do monitorowania ruchów człowieka, który może być wykorzystany w terapii rehabilitacyjnej. System składał się z małych zintegrowanych bezprzewodowych sensorów noszonych przez użytkownika, które pobierają dane z akcelerometrów o wysokiej precyzji przy bezprzewodowej transmisji pobranych danych. W ramach innowacyjnej działalności firmy IMMD Health, zbudowano system do odwzorowania trójwymiarowego modelu ruchu człowieka poprzez IMCR – Inteligentny Mobilny Czujnik Ruchu. Pobiera on dane na podstawie zintegrowanego zespołu sensorów ruchu, które rozmieszczone są na ciele człowieka w określonych jego punktach. IMCR zasilany jest akumulatorem i posiada niewielkie wymiary: 55 mm × 25 mm × 10 mm. Przesyła wstępnie przetworzone dane z czujników drogą radiową do odbiornika w porcie USB komputera. Badania na IMCR przeprowadzono w celu opracowania metod wizualizacji odwzorowujących ruch człowieka. W celu umożliwienia szerszego dostępu do rehabilitacji możliwie wcześnie oraz kontynuacji jej w warunkach domowych, co dotyczy pacjentów, u których proces rehabilitacji powinien być kontynuowany po wypisaniu ze szpitala, zaprojektowano i wykonano system informatyczny, który wspomaga pracę fizjoterapeuty oraz rehabilitację pacjenta. Założeniem tego rozwiązania jest to, że system o umownej nazwie „FizjoGames” ma wspierać zespół fizjoterapeutów w specjalistycznej jednostce medycznej, która leczy pacjentów po udarach mózgu, w wyniku których doszło między innymi do niedowładów kończyn górnych. Gry na platformie TeleGames zostały opracowane na podstawie wywiadu z fizjoterapeutami, pracującymi we Wrocławskim Centrum Rehabilitacji i Medycyny Sportowej. Docelowymi użytkownikami systemu FizjoGames byli pacjenci z niedowładem kończyn górnych, spowodowanym udarem mózgu i jego następstwami. Gry zostały zaprojektowane w taki sposób, by wykonywane w nich ćwiczenia przypominały czynności dnia codziennego. Unikalnym podejściem, którego nie spotkaliśmy podczas analizy podobnych prac, jest platforma zarządcza dla fizjoterapeuty. W analizowanych wcześniej pracach nie było możliwości sterowania parametrami ćwiczeń. Tego typu zmiany musiały być wprowadzane na urządzeniu pacjenta. W systemie FizjoGames zmiany te wprowadzane są na specjalnie do tego przeznaczonej platformie FizjoManager. Docelowymi użytkownikami tej platformy są lekarze bądź fizjoterapeuci, zajmujący się rehabilitacją pacjentów. FizjoManager zawiera karty poszczególnych pacjentów i pozwala na wygodne dostosowywanie ćwiczeń do możliwości ruchowych pacjenta. Wprowadzone ćwiczenia, wysyłane są na serwer, gdzie przy kolejnym uruchomieniu platformy TeleGames przez pacjenta zostaną pobrane i zastosowane. Gdy pacjent skończy wykonywać ćwiczenia, fizjoterapeuta nie musi się z nim kontaktować i dowiadywać, jak przebiegały ćwiczenia i czy były jakieś problemy, gdyż jest to widoczne w odpowiedniej sekcji aplikacji FizjoManager . Przeprowadzone badania dały pozytywne rezultaty w odniesieniu do założonych celów. Grupa eksperymentalna, rehabilitująca się za pomocą interaktywnych gier komputerowych, wykazała porównywalne, a w pewnych przypadkach nawet lepsze wyniki niż grupa kontrolna. Jest jednak kilka ograniczeń, wpływających na ogólne wyniki. Pierwsze ograniczenie wynika z małej liczebności grupy badawczej. Większa liczba badanych osób, w grupie eksperymentalnej, ćwiczącej z systemem FizjoGames, a także liczniejsza grupa kontrolna, pozwoliłaby jeszcze dokładniej zmierzyć efektywność przedstawionego, nowatorskiego podejścia. Z pacjentów przebywających w ośrodku wybrano tych, który spełniali ustalone kryteria. W dodatku proces przypisywania wybranych pacjentów do grup, opierał się głównie na chęci ich uczestnictwa w eksperymentalnej rehabilitacji . Pacjenci z grupy eksperymentalnej, w anonimowych ankietach, ocenili zadowolenie z wykonywanych ćwiczeń na 8,9/10 punktów. 90% ankietowanych ponownie wzięłoby udział w takim badaniu, natomiast 60% badanych po zakończeniu rehabilitacji w ośrodku, chętnie kontynuowałoby ćwiczenia z taką platformą w domu. Uzyskane wyniki zarówno z ilościowego monitorowania parametrów postępów w rehabilitacji z wykorzystaniem gier komputerowych, jak i ocena tej technologii medycznej przez pacjentów w badaniach ankietowych wskazuje, że telerehabilitacja może być rozpatrywana jako integralny element zarządzania ochroną zdrowia, szczególnie mając na względzie rosnące koszty opieki nad pacjentami z udarami mózgu oraz wskazania do szybkiego podjęcia rehabilitacji, Po wypisie ze szpitala, rehabilitacja może być kontynuowana w domu na innowacyjnej platformie FizjoGame, pozwalającej ćwiczyć nie tylko w specjalistycznym ośrodku medycznym. Wnioskiem dla zespołu autorskiego, który przygotował, wdrożył i brał udział w badaniu jest między innymi to, że można poprawić walory użytkowe i zwiększyć atrakcyjność ćwiczeń rehabilitacyjnych poprzez wyświetlanie poprzednich wyników grającego lub listy najlepszych wyników pacjentów podczas wykonywania ćwiczenia. Kolejnym elementem motywującym pacjenta mogłoby być wyświetlenie tempa wykonywanego ćwiczenia. Podczas rozgrywki pacjent miałby możliwość śledzenia swojego aktualnego tempa i porównania go z poprzednią rozgrywką. Kolejnym wnioskiem jest pomysł, który jest rezultatem analizy danych i dotyczy zmiany kolejności uruchamiania się gier. Należy prognozować, na podstawie przeprowadzonych badań i obserwacji, że rozwój technologii informacyjnych, gier komputerowych oraz obszar ich zastosowania będzie się poszerzał, co jest zgodne z wczesnymi wnioskami Flyna i innych oraz innymi pracami. Zasady, jakimi kieruje się Amerykańskie Stowarzyszenie Telemedyczne w zakresie świadczeń telerehabilitacyjnych, zostały opisane w pracy R. Richmanda i innych. Wnioski z naszych badan są zbliżone: usługi telerehabilitacyjne mogą obejmować ocenę, monitorowanie, zapobieganie, interwencję, nadzór, edukację, konsultacje i coaching. Usługi telerehabilitacyjne można wdrożyć we wszystkich populacjach pacjentów i wielu placówkach opieki zdrowotnej, w tym klinikach i domu pacjenta. ( publikacja p. Kazimierz Frączkowski i wsp.)
Technologia wydaje mi się przyszłością jeżeli chodzi o dalszy rozwój medycyny. Coraz częściej wykorzystuje się różnego rodzaju technologie, które początkowo były wykorzystywane w innych dziedzinach, aby następnie wykorzystać je do ratowania zdrowia i życia ludzi. Wydaje mi się, że ta tendencja jest jak najbardziej słuszna i z pewnością przyczyni się do podnoszenia jakości świadczeń, na czym oczywiście skorzystają pacjencji. Należy pamiętać o tym, że z pewnością potrzeba czasu i badań, aby sprawdzić skuteczność i przede wszystkim bezpieczeństwo nowych rozwiązań.