Aplicabilidad de la realidad virtual inmersiva para el entrenamiento con prótesis mioeléctrica en pacientes amputados de extremidades superiores: "A propósito de un caso clínico"

Jordi Calvo Sanz^1,2, Lluis Guirao Cano³, Beatriz Samitier Pastor¹, Mª Angeles Díaz Vela¹, Vanesa Rodríguez Salés², Pol Monné Cuevas¹

¹Dept. de Rehabilitació Hospital-Centre de Prevenció i Rehabilitació Asepeyo St.Cugat del Vallès, Barcelona; ²Escola Superior de Ciències de la Salut Tecnocampus-Mataró (TCM), Universitat Pompeu Fabra (UPF); ³Hospital Universitari - Mútua Terrassa

Autor para correspondencia

Jordi Calvo Sanz, jcalvosanz@asepeyo.es

Palabras clave: Realidad virtual, amputado, prótesis mioeléctrica, extremidad superior.

Introducción

La integración de la realidad virtual (RV) en el proceso de rehabilitación (RHB) del paciente amputado de extremidad superior (EESS) refuerza el aprendizaje motor, facilita la incorporación de la prótesis en el esquema corporal y normaliza la gestualización global. El biofeedback en tiempo real en escenarios y juegos, con acciones motoras relacionadas también con actividades de la vida diaria (AVDs), permite al paciente la realización de un gesto motor con objetivos motivadores que permiten la ejecución de acciones y valorar su rendimiento.

Objetivos

El objetivo principal fue favorecer la adquisición de gestos y control protésico mediante RV para su incorporación en patrones funcionales en las AVDs en un paciente amputado usuario de prótesis mioeléctrica (PM).  

Material y métodos

Paciente de 46 años amputado transradial de extremidad superior derecha, usuario de PM Michelangelo (Ottobock). Se utilizó el software diseñado por la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) con conexión a las gafas "Oculus Rift S".La duración de la sesión fue de  30-45 minutos (según tolerancia), previo a la RV se realizó el entrenamiento para un  correcto manejo protésico, ejecutando diferentes agarres, pinzas y movimientos  combinados.

La progresión de cada ejercicio se realizó en el siguiente orden: 1-Mano sana. 2-Mano protésica. 3-Bimanual El trabajo con RV se realizó en 2 fases:  

1-Exploración y adaptación al espacio virtual  

F1-Exploración y adaptación al espacio virtual

2-Entrenamiento gestual y control protésico para agarres y alcances

Resultados

La aplicación de la RV en combinación con el tratamiento convencional ofrece beneficios significativos sobre la funcionalidad, el aprendizaje de una correcta ejecución motora en tiempo real y sobre el estado motivacional y emocional en pacientes amputados de EESS portadores de PM, acortando los tiempos de entrenamiento y mejorando la integración del miembro protésico en el esquema corporal. A su vez la RV a través del feedback visual y auditivo permite objetivar las ganancias y conocer la evolución en el programa de ejercicios y adaptar en todo momento el nivel de dificultad con el nivel de logro obtenido.

Discusión

La utilización de la RV en combinación con el tratamiento convencional en la RHB del paciente amputado con PM demuestra tener beneficios sobre la funcionalidad (8), en concordancia con los resultados obtenidos en patología neurológica: lesionados medulares, ictus (2,3) y en patología traumática de hombro (4,5,6).

Conclusiones

El carácter lúdico de la RV con un importante componente motivacional y de adherencia al tratamiento facilita ciertos aprendizajes motores a diferencia de la RHB convencional donde el método suele ser más monótono. Aunque la RV muestra un efecto beneficioso, son necesarios más estudios de alta calidad metodológica para profundizar en los cambios producidos respecto a la reorganización cortical y la neuroplasticidad sobre el reclutamiento motor, así como determinar si estos resultados se mantienen en el tiempo. Es necesario definir el tipo de RV utilizada (inmersiva, no inmersiva, semi-inmersiva), la frecuencia, intensidad y tiempo de la sesión que puede debe individualizarse (3,7), para no producir molestias por sobreexposición o fatiga (trastornos visuales, cefaleas, dolor postural, etc) en la utilización de los dispositivos de RV.

Bibliografia

1- Kuttuva, M., Burdea, G., Flint, J., & Craelius, W. (2005). Manipulation practice for upper-limb amputees using virtual reality. Presence: Teleoperators & Virtual Environments, 14(2), 175-182.

2-García-García, E., Sánchez-Herrera Baeza, P., & Cuesta-Gómez, A. (2019). Efectividad de la realidad virtual en la rehabilitación del miembro superior en la lesión de la médula espinal. Revisión sistemática. Rev. neurol.(Ed. impr.), 135-144.

3-Ogourtsova, T., Archambault, P. S., & Lamontagne, A. (2018). Post-stroke unilateral spatial neglect: virtual reality-based navigation and detection tasks reveal lateralized and non-lateralized deficits in tasks of varying perceptual and cognitive demands. Journal of neuroengineering and rehabilitation, 15(1), 1-16.

4- Sveistrup, H., McComas, J., Thornton, M., Marshall, S., Finestone, H., McCormick, A., ... & Mayhew, A. (2003). Experimental studies of virtual reality-delivered compared to conventional exercise programs for rehabilitation. CyberPsychology & Behavior, 6(3), 245-249.

5- Chen, C. C. (2016). Multimedia virtualized environment for shoulder pain rehabilitation. Journal of physical therapy science, 28(4), 1349-1354.

6- Gumaa, M., & Rehan Youssef, A. (2019). Is virtual reality effective in orthopedic rehabilitation? A systematic review and meta-analysis. Physical therapy, 99(10), 1304-1325.

7- Ekman, U., Fordell, H., Eriksson, J., Lenfeldt, N., Wåhlin, A., Eklund, A., & Malm, J. (2018). Increase of frontal neuronal activity in chronic neglect after training in virtual reality. Acta Neurologica Scandinavica, 138(4), 284-292.

8- Resnik, L., Etter, K., Klinger, S. L., & Kambe, C. (2011). Using virtual reality environment to facilitate training with advanced upper-limb prosthesis. Journal of Rehabilitation Research & Development, 48(6).

Applicability of immersive virtual reality for training with myoelectric prosthesis in upper extremity amputated patients: "A clinical case report"

Jordi Calvo Sanz^1,2, Lluis Guirao Cano³, Beatriz Samitier Pastor¹, Mª Angeles Díaz Vela¹, Vanesa Rodríguez Salés², Pol Monné Cuevas¹

¹Dept. de Rehabilitació Hospital-Centre de Prevenció i Rehabilitació Asepeyo St.Cugat del Vallès, Barcelona; ²Escola Superior de Ciències de la Salut Tecnocampus-Mataró (TCM), Universitat Pompeu Fabra (UPF); ³Hospital Universitari - Mútua Terrassa

Correspondence author

Jordi Calvo Sanz, jcalvosanz@asepeyo.es

Keywords: Virtual reality, amputee, myoelectric prosthesis, upper extremity.

Introduction

The integration of virtual reality (VR) in the rehabilitation process of the upper extremity amputee patient  reinforces motor learning, facilitates the incorporation of the prosthesis in the body scheme and normalizes global gesturing. Real-time biofeedback in scenes and games with motor actions also related to activities of daily living (ADLs), allows the patient to perform a motor gesture with motivating objectives that allow the execution of actions and assess their performance.

Objectives

The main objective was to favour the obtainment of gestures and prosthetic control through VR for their incorporation into functional patterns in ADLs in an amputee patient who uses a myoelectric prosthesis (PM).

Material and methods

A 46 year old patient with a transradial amputation of the right upper extremity, user of PM Michelangelo (Ottobock). The software designed by Carlos III University of Madrid (UC3M) was used with connection to the "Oculus Rift S" glasses. The session lasted 30-45 minutes (according to tolerance), prior to the VR the training was carried out for a correct prosthetic management, executing different grips, tweezers and combined movements.

The progression of each exercise was performed in the following order: 1-Healthy hand. 2-Prosthetic hand. 3-Bimanual.The work with VR was carried out in 2 phases:

F1-Exploration and adaptation to virtual space

F2-Gesture training and prosthetic control for grips and reaches

Results

The application of VR in combination with conventional treatment offers significant benefits on functionality, learning of correct motor execution in real time and on the motivational and emotional state in amputees of upper extremity carriers of myoelectrical prosthesis, shortening training times and improving the integration of the prosthetic limb in the body scheme. In turn, VR through visual and auditory feedback allows objectifying the gains and knowing the evolution in the exercise program and adapting the level of difficulty at all times with the level of achievement obtained.

Discussion

The use of VR in combination with conventional treatment in the rehabilitation of the amputee patient with PM shows to have benefits on functionality (8), in accordance with the results obtained in neurological pathology: spinal cord injuries, stroke (2,3) and in traumatic shoulder pathology (4,5,6).

Conclusions

The playful nature of VR with an important motivational component and adherence to treatment facilitates certain motor learning, unlike conventional rehabilitation where the method is usually more monotonous. Although VR shows a beneficial effect, more studies of high methodological quality are needed to delve into the changes produced with respect to cortical reorganization and neuroplasticity on motor recruitment, as well as to determine whether these results are maintained over time. It is necessary to define the type of VR used (immersive, non-immersive, semi-immersive), the frequency, intensity and time of the session that can be individualized (3,7), so as not to cause discomfort due to overexposure or fatigue (visual disturbances, headaches, postural pain, etc) in the use of VR devices.

Bibliography

1- Kuttuva, M., Burdea, G., Flint, J., & Craelius, W. (2005). Manipulation practice for upper-limb amputees using virtual reality. Presence: Teleoperators & Virtual Environments, 14(2), 175-182.

2-García-García, E., Sánchez-Herrera Baeza, P., & Cuesta-Gómez, A. (2019). Efectividad de la realidad virtual en la rehabilitación del miembro superior en la lesión de la médula espinal. Revisión sistemática. Rev. neurol.(Ed. impr.), 135-144.

3-Ogourtsova, T., Archambault, P. S., & Lamontagne, A. (2018). Post-stroke unilateral spatial neglect: virtual reality-based navigation and detection tasks reveal lateralized and non-lateralized deficits in tasks of varying perceptual and cognitive demands. Journal of neuroengineering and rehabilitation, 15(1), 1-16.

4- Sveistrup, H., McComas, J., Thornton, M., Marshall, S., Finestone, H., McCormick, A., ... & Mayhew, A. (2003). Experimental studies of virtual reality-delivered compared to conventional exercise programs for rehabilitation. CyberPsychology & Behavior, 6(3), 245-249.

5- Chen, C. C. (2016). Multimedia virtualized environment for shoulder pain rehabilitation. Journal of physical therapy science, 28(4), 1349-1354.

6- Gumaa, M., & Rehan Youssef, A. (2019). Is virtual reality effective in orthopedic rehabilitation? A systematic review and meta-analysis. Physical therapy, 99(10), 1304-1325.

7- Ekman, U., Fordell, H., Eriksson, J., Lenfeldt, N., Wåhlin, A., Eklund, A., & Malm, J. (2018). Increase of frontal neuronal activity in chronic neglect after training in virtual reality. Acta Neurologica Scandinavica, 138(4), 284-292.

8- Resnik, L., Etter, K., Klinger, S. L., & Kambe, C. (2011). Using virtual reality environment to facilitate training with advanced upper-limb prosthesis. Journal of Rehabilitation Research & Development, 48(6).

Aplicabilidade da realidade virtual imersiva para treino com próteses mioeléctricas em pacientes amputados de extremidades superiores: "Um relatório de caso clínico"

Jordi Calvo Sanz^1,2, Lluis Guirao Cano³, Beatriz Samitier Pastor¹, Mª Angeles Díaz Vela¹, Vanesa Rodríguez Salés², Pol Monné Cuevas¹

¹Dept. de Rehabilitació Hospital-Centre de Prevenció i Rehabilitació Asepeyo St.Cugat del Vallès, Barcelona; ²Escola Superior de Ciències de la Salut Tecnocampus-Mataró (TCM). Universitat Pompeu Fabra (UPF); ³Hospital Universitari - Mútua Terrassa

Palavras-chave: Realidade virtual, amputado, prótese mioeléctrica, extremidade superior.

Introdução

A integração da realidade virtual (RV) no processo de reabilitação do paciente amputado da extremidade superior reforça a aprendizagem motora, facilita a incorporação da prótese no esquema corporal e normaliza a gestualidade global. O biofeedback em tempo real em cenas e jogos com acções motoras também relacionadas com actividades da vida diária (ADLs), permite ao paciente realizar um gesto motor com objectivos motivadores que permitem a execução de acções e avaliar o seu desempenho.