Nowe technologie w rehabilitacji: wykorzystanie aplikacji VR do wsparcia w rehabilitacji po udarze.

mgr inż. Katarzyna Matys-Popielska, mgr inż. Krzysztof Popielski, dr inż. Anna Sibilska-Mroziewicz

W czasie kiedy przeczytasz ten tekst kolejna osoba w Polsce dozna udaru. Ze względu na powszechność występowania istotne jest to, aby wiedzieć czym jest udar, jak go rozpoznać, jak nowoczesne technologie mogą pomóc w rehabilitacji osób dotkniętymi jego skutkami.

Udar mózgu jest nagłym stanem zagrażającym życiu, który objawia się ogniskowymi lub uogólnionymi zaburzeniami czynności mózgu, utrzymującymi się dłużej niż 24 godziny i wymagającymi bezwzględnej hospitalizacji. Szybka reakcja i wczesna hospitalizacja zwiększa szansę na zastosowanie właściwego leczenia. Amerykańskie Towarzystwo Kardiologiczne i Amerykańskie Towarzystwo Udarowe opublikowały prosty system o akronimie FAST ułatwiający dostrzeżenie udaru przez osoby niezwiązane z medycyną. Pierwsze litery akronimu oznaczają kolejno: asymetria twarzy (face droping), osłabienei kończyny górnej (arm weakness), zaburzenia mowy (speech difficulty), telefon ratunkowy (time to call).

W wyniku niedotlenienia mózgu u pacjentów po udarze obserwuje się szereg powikłań, co powoduje, że udar mózgu jest pierwszą na świecie przyczyną niepełnosprawności. Wśród nich można wymienić powikłania ze strony układu krwionośnego, oddechowego, pokarmowego, mięśnio-szkieletowego, czy neurologicznego, a także inne powikłania takie jak: ciągłe zmęczenie i depresja. Różnorodność i dotkliwość występujących powikłań powoduje, że istotną stroną tego schorzenia jest także aspekt społeczny. Najczęstszym powikłaniem po udarze jest niedowład jednej kończyny lub dwóch kończyn po jednej stronie. Wiąże się on z dużym wpływem na możliwość funkcjonowania pacjenta, gdyż zmniejsza jego zdolność do wykonywania codziennych obowiązków, a więc zmniejsza niezależność pacjenta, a także możliwość powrotu do pracy czy innych aktywności. Powikłanie to może powodować długotrwałe trudności, gdyż szacuje się, że 30-50% osób, które przeżyły udar, po 6 miesiącach po wystąpieniu udaru nadal ma poważne upośledzenie kończyny górnej. Innym częstym powikłaniem, które dotyczy około 25-30% pacjentów jest zespół zaniedbywania jednostronnego, zwany również zespołem pomijania stronnego, agnozją wzrokowo-przestrzenną lub nieuwagi połowiczej. Jest to zaburzenie w zakresie uwagi przestrzennej polegające na ograniczeniu postrzegania i reagowania na bodźce pochodzące z części ciała przeciwnej do lokalizacji ogniska udarowego. Pacjent z zanikiem prawej strony przestrzeni nie jest świadomy tego, co dzieje się po jego lewej stronie. Nie odbiera on bodźców wzrokowych, słuchowych, czy czuciowych pochodzących ze strony pomijanej, a wiec nie dostrzega nikogo i niczego po tej stronie, ale również nie uświadamia sobie istnienia lewej strony swojego ciała. Ponadto zazwyczaj pacjent nie posiada kontroli nad kończyną górną i dolną po pomijanej stronie ciała, co skutkuje brakiem możliwości wykonywania czynności dnia codziennego takich jak poruszanie się, ubieranie się, czesanie,  jedzenie, czy zmywanie naczyń.

Każdy pacjent po udarze mózgu powinien mieć dostęp do:  wczesnej rehabilitacji w szpitalu oraz rehabilitacji długoterminowej. Rehabilitacja pozwala w pierwszym roku po udarze na zdobywanie przez chorych nowych umiejętności z zakresu samoobsługi i skutecznie ogranicza utratę tych umiejętności z czasem.  Zakres rehabilitacji jest dostosowywany do potrzeb pacjenta. Trening przeprowadzany jest w zakresie funkcji, która uległa uszkodzeniu. Celem fizjoterapii u pacjenta z deficytem ruchowym, jest odtworzenie zdolności ruchowych lub ich kompensacja. Jednak ze względu na niewielką dostępność rehabilitantów w ramach Narodowego Funduszu Zdrowia czas oczekiwania na rehabilitację jest za długi, a prywatna rehabilitacja wiąże się z dużymi kosztami. Dlatego tak ważne jest szukanie nowych metod rehabilitacji łatwo dostępnych dla wszystkich pacjentów.

Rzeczywistość wirtualna (VR) to technologia, która od pewnego czasu jest testowana i stopniowo wprowadzana do rehabilitacji. Dzięki elementom grywalizacji i atrakcyjnej grafice może zwiększać zaangażowanie oraz motywację pacjentów do ćwiczeń. Natomiast możliwość śledzenia ruchu pacjenta w trakcie gry i rejestrowania jego postępu dają możliwość efektywnego, lecz nie kosztownego nadzoru nad ćwiczeniami.

Jak więc działa VR w rehabilitacji? VR umożliwia symulowanie sytuacji, w których pacjenci wykonują zadania ruchowe lub poznawcze w wirtualnym środowisku dostosowanym do ich preferencji. Systemy te mogą wykorzystywać śledzenie ruchu dłoni i gałek ocznych, a także oferować doznania czuciowe dzięki urządzeniom haptycznym. Ćwiczenia w VR często odwzorowują proste czynności znane z tradycyjnej terapii, np. sięganie po przedmioty, przy czym poziom trudności jest automatycznie dostosowywany do możliwości pacjenta.

W taki sposób na Wydziale Mechatroniki Politechniki Warszawskiej w ramach projektu finansowanego przez PFRON powstały 3 aplikacje do rehabilitacji pacjentów po udarze z syndromem zaniedbywania jednostronnego i niedowładem kończyny górnej. W grach zadaniem pacjenta jest przenoszenie jabłka ze strony niepomijanej na stronę pomijaną, wkładanie elementów w odpowiednim kolorze z półki do skrzynek oraz układanie figur na szachownicy za pomocą utrzymywania różnych gestów. W aplikacji pacjent zdobywa punkty, zdobywa bonusy, czy widzi i słyszy efekty wizualne i dźwiękowe.

VR pozwala na prowadzenie terapii w sposób bardziej interaktywny i immersyjny w porównaniu z metodami tradycyjnymi. Zadania w formie gier mogą wspierać regularność ćwiczeń. Terapeuci mają możliwość dostosowania parametrów, takich jak zakres ruchu, czy dopasować poziom trudności do indywidualnych postępów pacjenta. Technologia umożliwia także rejestrowanie danych o ruchach i reakcjach, co może pomóc w analizie efektów rehabilitacji. Dodatkowo istnieje potencjał do stosowania VR poza placówkami medycznymi, np. w warunkach domowych.

Fizjoterapeuci ocenili, że aplikacje wirtualnej rzeczywistości mogą być doskonałym dodatkiem do rehabilitacji. Wśród zalet wymienili oni przyjemne, relaksujące środowisko, możliwość użytkowania aplikacji na siedząco, prostotę używania i tłumaczenia ćwiczeń, możliwość używania tylko jednej kończyny górnej, oraz bardzo dobre rozróżnienie poziomów w grze, dzięki czemu gra będzie stosownym ćwiczeniem dla pacjentów z różnym poziomem zaawansowania.

Źródło: Wnętrze aplikacji VR autorstwa mgr inż. Katarzyna Matys-Popielska, mgr inż. Krzysztof Popielski, dr inż. Anna Sibilska-Mroziewicz

Testy aplikacji z udziałem pacjentów w wieku 39-89 lat pokazały duży potencjał aplikacji. Pacjenci byli zainteresowani ćwiczeniami w wirtualnej rzeczywistości. Zwłaszcza w przypadku młodszych pacjentów. Starsi pacjenci w pierwszym kontakcie byli niepewni nowej technologii, jednak już jedno wykorzystanie wirtualnej rzeczywistości sprawiało, że zmieniali oni zdanie i chętnie kontynuowali ćwiczenia. W niektórych przypadkach podczas rehabilitacji w wirtualnej rzeczywistości pacjenci zapominali o swoich ograniczeniach i ich zakres ruchu podczas wykonywania ćwiczeń był znacząco większy niż podczas ćwiczeń tradycyjnych. W przypadku pacjentów ćwiczących przez 2 tygodnie z wykorzystaniem wirtualnej rzeczywistości zauważalne było zwiększenie zakresu ruchu niesprawnej kończyny.

Wirtualna rzeczywistość wiąże się jednak z pewnymi ograniczeniami. Wykorzystanie VR w rehabilitacji wiąże się z koniecznością zakupu sprzętu (gogle VR i kontrolery), który pomimo, że jest jednorazowy, może być ograniczeniem w wykorzystaniu tej technologii. U niektórych pacjentów występuje cybersickness, czyli odpowiednika choroby lokomocyjnej związanej z korzystaniem z immersyjnego środowiska. Podobnie jak w przypadku choroby lokomocyjnej nie można przewidzieć wystąpienia objawów takich jak nudności i zawrotów. Mogą też pojawić się zmęczenie oczu czy ból głowy wynikający z nadmiaru bodźców. Istnieją sposoby ograniczenia ryzyka wystąpienia cybersickness, jednak w niektórych przypadkach jedynym sposobem zredukowania skutków jest zmniejszenie czasu użytkowania technologii VR lub całkowicie zrezygnowania z jej stosowania.      

Pomimo pierwszych obiecujących wyników, cały czas trwają badania nad skutecznością i bezpieczeństwem tej metody. Równocześnie w wielu badaniach prowadzonych w różnych ośrodkach naukowych wyznaczane są także standardy tworzenia aplikacji i integracji VR z tradycyjnymi formami terapii. Jednocześnie ciągły rozwój technologii VR stwarza nowe możliwości w rehabilitacji. Znajdowane są nowe sposoby projektowania aplikacji minimalizujące ryzyko wystąpienia cybersickness oraz nowe sposoby wzbogacenia immersji. Jednym z nich jest haptyka, czyli technologia umożliwiająca odczuwanie bodźców dotykowych w VR. Urządzenia takie jak rękawice czy kamizelki haptyczne dostarczają dodatkowej stymulacji, co może wzbogacać ćwiczenia i poszerzać ich zakres. W ramach Grantu Na Prototyp realizowanego na Politechnice Warszawskiej z programu „Inicjatywa doskonałości – uczelnia badawcza” pracujemy nad prototypem aplikacji, w którym wprowadzamy innowacyjne wykorzystanie haptyki  do rehabilitacji. Rozwiązanie jest jeszcze na wczesnym etapie rozwoju,  ale wprowadzenie haptyki do aplikacji ma ogromny potencjał. Trunością w zastosowaniu haptyki jest konieczność wykorzystania zaawansowanego sprzętu, co ze względu na koszt obecnie ogranicza jej powszechne wykorzystanie.

Źródło: Wnętrze aplikacji VR autorstwa mgr inż. Katarzyna Matys-Popielska, mgr inż. Krzysztof Popielski, dr inż. Anna Sibilska-Mroziewicz

Minie trochę czasu zanim VR zostanie wprowadzone jako złoty standard w rehabilitacji, gdyż skuteczność i bezpieczeństwo tej metody nie zostały jeszcze w pełni potwierdzone z powodu niewystarczającej liczby badań klinicznych. Wyzwaniem pozostaje również integracja VR z tradycyjnymi formami terapii oraz opracowanie jednolitych standardów dla aplikacji, a także adaptowanie kolejnych udoskonaleń technologicznych takich jak haptyka. Jednak już teraz, pomimo kosztu zakupu urządzeń, potencjalnych skutków ubocznych oraz braku pełnych dowodów na skuteczność, wirtualna rzeczywistość oferuje możliwości takie jak interaktywność i personalizacja ćwiczeń. Technologia ta nie zastąpi tradycyjnej rehabilitacji, jednak może być dodatkiem i wspomożeniem w terapii, w której każde ćwiczenia przybliża pacjenta do odzyskania sprawności fizycznej.

---