Виртуальная реальность как метод восстановления двигательной функции руки

A. E. Khizhnikova1, A. S. Klochkov1, A. M. Kotov-Smolenskiy1, N. A. Suponeva1, L. A. Chernikova1
1ФГБНУ «Научный центр неврологии» (Москва), Россия

Аннотация


Последствия перенесенных нарушений мозгового кровообращения серьезно снижают качество жизни пациентов. Одной из наиболее приоритетных задач восстановления бытовой и социальной активности пациентов является восстановление базовых моторных навыков, таких как: способность достигнуть объект, манипулировать им, координировать движения двух рук. Для успешного восстановления движений необходимо проведение тренировок в среде, максимально приближенной к реальной, активное участие пациента, а также наличие интерактивной обратной связи, позволяющей пациенту контролировать правильность выполнения двигательной задачи и корректировать собственные усилия. С развитием компьютерных технологий появилась возможность усовершенствовать классические подходы в реабилитации пациентов, перенесших инсульт. Для соблюдения данных условий и успешного целенаправленного обучения конкретной двигательной задаче активно применяются технологии виртуальной реальности (ВР). Технической основой ВР послужили компьютерное моделирование и компьютерная имитация, а также трехмерная визуализация, позволяющая реалистично отображать движение на экране. Данные технологии позволяют воссоздать необходимое рабочее пространство для тренировки моторного навыка, обеспечить интерактивную обратную связь и высокую интенсивность реабилитации. В статье приведена информация о развитии подобных технологий в области двигательной реабилитации функций верхней конечности, сравнительный анализ применяемых и разрабатывающихся в настоящий момент систем и перспективы развития ВР в нейрореабилитации.

Ключевые слова

инсульт; реабилитация; виртуальная реальность; двигательная реабилитация; моторика руки; ричинг

Полный текст:

PDF

Литература

Клочков А.С., Черникова Л.А. Роботизированные и механотерапевтические устройства для восстановления функции руки после инсульта. Русск. мед. журн. 2014; 22 (22): 1589–1592.

Мокиенко О.А., Люкманов Р.Х., Черникова Л.А. и др. Интерфейс мозг–компьютер: первый опыт клинического применения в России. Физиология человека. 2016; 42 (1): 31.

Столярова Г.Р. Ткачева Л.Г. Реабилитация больных с постинсультными двигательными расстройствами. М.: Медицина, 1978: 57.

Суслина З.А., Иллариошкин С.Н., Пирадов М.А. Неврология и нейронауки – прогноз развития. Анн. клинич. и эксперим. неврол. 2007; 1 (1): 5–9.

Умарова Р.М., Черникова Л.А., Танашян М.М. и др. Нервно-мышечная электростимуляция в острейший период ишемического инсульта. Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры. 2005; 4: 6–8.

Устинова К.И., Черникова Л.А. Виртуальная реальность в нейрореабилитации Анн. клинич. и эксперим. неврол. 2008; 2 (4): 34–39.

Черникова Л.А. Роботизированные системы в нейрореабилитации. Анн. клинич. и эксперим. неврол. 2009; 3 (3): 30–36.

Черникова Л.А., Иоффе М.Е., Прокопенко Р.А. и др. Применение технологии виртуальной реальности при восстановлении движений в паретичной руке у больных, перенесших инсульт. Физиотерапия Бальнеология Реабилитация. 2011; (3) 3–7.

Черникова Л.А., Пирадов М.А., Супонева Н.А. и др. Высокотехнологичные методы нейрореабилитации при заболеваниях нервной системы В кн.: Неврология XXI века: диагностические, лечебные и исследовательские технологии Руководство для врачей. Под ред. М.А. Пирадова, С.Н. Иллариошкина, М.М. Танашян. М.,2015: 274–331.

Adamovich S.V., Fluet G.G., Mathai A. et al. Design of a complex virtual reality simulation to train finger motion for persons with hemiparesis: a proof of concept study. J Neuroeng Rehabil. 2009; 17 (6):28. PMID: 19615045 DOI: 10.1186/1743-0003-6-28

Adams R.J., Lichter M.D., Krepkovich E.T. et al. Assessing upper extremity motor function in practice of virtual activities of daily living. Trans Neural Syst Rehabil Eng. 2015; 23 (2): 287–296. PMID:25265612 DOI: 10.1109/TNSRE.2014.2360149

Bao X., Mao Y., Lin Q. et al. Mechanism of Kinect-based virtual reality training for motor functional recovery of upper limbs after subacute stroke. Neural Regen Res. 2013; 8 (31): 2904–2913. PMID:25206611 DOI: 10.3969/j.issn.1673-5374.2013.31.003

Beebe J.A., Lang C.E. Active range of motion predicts upper extremity function 3 months after stroke. Stroke. 2009; 40 (5): 1772–1779. PMID: 19265051 DOI: 10.1161/STROKEAHA.108.536763

Bonnechère B., Jansen B., Salvia P. et al. Validity and reliability of the Kinect within functional assessment activities: comparison with standard stereophotogrammetry. Gait Posture. 2014; 39 (1): 593–598.PMID: 24269523 DOI: 10.1016/j.gaitpost.2013.09.018

Bourbonnais D., Vanden Noven S., Carey K.M., Rymer W.Z. Abnormal spatial patterns of elbow muscle activation in hemiparetic human subjects. Brain. 1989; 112 (1): 85–102. PMID: 2917281

Bourbonnais D., Vanden Noven S., Pelletier R. Incoordination in patients with hemiparesis. Can J Public Health. 1992; 83 (2): 58–63.PMID: 1468052

Cameirão M.S., Badia S.B., Duarte E et al. The combined impact of virtual reality neurorehabilitation and its interfaces on upper extremity functional recovery in patients with chronic stroke. Stroke. 2012; 43 (10): 2720–2728. PMID: 22871683 DOI: 10.1161/STROKEAHA.112.653196

Cameirão M.S., Badia S.B., Oller E.D. et al. Neurorehabilitation using the virtual reality based Rehabilitation Gaming System: methodology, design, psychometrics, usability and validation. J Neuroeng Rehabil. 2010; 22; 7: 48. PMID: 20860808 DOI: 10.1186/1743-0003-7-48

Carr J.H., Shepherd R.B. Motor Relearning Programme for Stroke.Rockville: Aspen Publishers, 1983; 172.

Chirivella P., del Barco M. et al. NeuroAtHome: A software platform of clinical videogames specifically designed for the cognitive rehabilitation of stroke patients. Brain Injury, 2014; 28 (5–6): 517–878.

Cirstea M.C., Levin M.F. Compensatory strategies for reaching in stroke. Brain. 2000; 123 (5): 940–953. PMID: 10775539

Cruz-Neira C., Sandin D., DeFanti T. et al. The CAVE: Audio Visual

Experience Automatic Virtual Environment. Communications of the ACM, 1992; 35 (6): 64–72. Doi:10.1145/129888.129892

Dhurjaty S. The economics of telerehabilitation. Telemed J E Health. 2004; 10 (2): 196–199. PMID: 15319049 DOI: 10.1089/tmj.2004.10.196

Gagliardo P., Ferreiro G., Izquierdo A. et al. NeuroAtHome: A software platform of clinical videogames specifically designed for the motor rehabilitation of stroke patients. Brain Injury, 2014; 28 (5–6): 517–878.

Galvin J., Levac D. Facilitating clinical decision-making about the use of virtual reality within pediatric motor rehabilitation: describing and classifying virtual reality systems. Developmental neurorehabilitation. 2011; 14 (2): 112–122.

Grimes G. Digital data entry glove interface device US Patent 4,414,537, 1983.

Hailey D., Roine R., Ohinmaa A. et al. Evidence of benefit from

telerehabilitation in routine care: a systematic review. J Telemed Telecare 2011; 17 (6): 281–287. PMID: 21844172 DOI:10.1258/jtt.2011.101208

Iosa M., Morone G., Fusco A. et al. Leap motion controlled videogamebased therapy for rehabilitation of elderly patients with subacute stroke: a feasibility pilot study. Top Stroke Rehabil. 2015; 22 (4): 306–316. PMID: 26258456 DOI: 10.1179/1074935714Z.0000000036

Jack D., Boian R., Merians A.S. et al. Virtual reality-enhanced stroke rehabilitation. Trans Neural Syst Rehabil Eng. 2001; 9 (3): 308–318. PMID: 11561668 DOI: 10.1109/7333.948460

Jonassen D. Handbook of Research on Educational Communications and technology. 2nd ed., Lawrence Erlbaum Associates Inc., Publishers.2004: 461–498.

Kiper P., Agostini M., Luque-Moreno C. et al. Reinforced feedback in virtual environment for rehabilitation of upper extremity dysfunction after stroke: preliminary data from a randomized controlled trial. Biomed Res Int. 2014; 2014: 752128. PMID: 24745024 DOI: 10.1155/2014/752128

Krijn M., Emmelkamp P.M., Olafsson R.P. et al. Virtual reality exposure therapy of anxiety disorders: a review. Clin Psychol Rev. 2004;24 (3): 259–281. PMID: 15245832 DOI: 10.1016/j.cpr.2004.04.001

Lamson R. VR in Psychotherapy Virtual Therapy of Anxiety Disorders. CyberEdge Journal. 1994; (4): 1–28.

Lanier J., Minsky M., Fisher S. et al. Virtual Environments And Interactivity: Windows To The Future. ACM Siggraph Panel Proceedings. 1989.

Laver K., George S., Thomas S. et al. Virtual reality for stroke rehabilitation: an abridged version of a Cochrane review. Eur J Phys Rehabil Med. 2015; 51 (4): 497–506. PMID: 26158918

Lewis G.N., Rosie J.A. Virtual reality games for movement rehabilitation in neurological conditions: how do we meet the needs and expectations of the users? Disabil Rehabil. 2012; 34 (22): 1880–1886. PMID: 22480353 DOI: 10.3109/09638288.2012.670036

Lippman A. Movie maps: An application of the optical videodisc to computer graphics 1980. In SIGGRAPH Conf. Proc., 32–43.

Merians A.S., Fluet G.G., Qiu Q. et al. Robotically facilitated virtual rehabilitation of arm transport integrated with finger movement in persons with hemiparesis. J Neuroeng Rehabil. 2011; 16 (8): 27. PMID:21575185 DOI: 10.1186/1743-0003-8-27

Pietrzak E., Cotea C., Pullman S. Using commercial video games for upper limb stroke rehabilitation: is this the way of the future? Top Stroke Rehabil. 2014; 21 (2): 152–162. PMID: 24710975 DOI: 10.1310/tsr2102-152

Saposnik G., Teasell R., Mamdani M. et al. Effectiveness of virtual reality using Wii gaming technology in stroke rehabilitation: a pilot randomized clinical trial and proof of principle. Stroke. 2010; 41 (7): 1477–1484. PMID: 20508185 DOI: 10.1161/STROKEAHA.110.584979

Simpson L.A., Eng J.J. Functional recovery following stroke: capturing changes in upper-extremity function. Neurorehabil. Neural Repair. 2013; 27 (3): 240–250. PMID: 23077144 DOI:10.1177/1545968312461719

Trombly C.A., Thayer-Nason L., Bliss G. et al. The effectiveness of therapy in improving finger extension in stroke patients. Am J Occup Ther. 1986; 40 (9): 612–617. PMID: 3766683 doi:10.5014/ajot.40.9.612

Truelsen T., Piechowski-Jozwiak B., Bonita R. et al. Stroke incidence and prevalence in Europe: a review of available data. Eur J Neurol 2006;13: 581–198. PMID: 16796582 DOI: 10.1111/j.1468-1331.2006.01138.x

Viau A., Feldman A.G., McFadyen B.J. et al. Reaching in reality and virtual reality: a comparison of movement kinematics in healthy subjects and in adults with hemiparesis. J Neuroeng Rehabil. 2004; 14; 1 (1): 11.PMID: 15679937 DOI: 10.1186/1743-0003-1-11