中風生存者の認知リハビリテーションのための没入型仮想現実

2024-06-13 Thu
近年、バーチャルリアリティ技術（Virtual Reality、VR）は徐々に普及し、関連するハードウェアの価格もますます手頃になっています。たとえば、市販のヘッドマウントディスプレイ（Head Mounted Displays、HMDs）は高解像度のディスプレイを提供するだけでなく、正確な頭部および手持ちコントローラのトラッキング機能も備えています。これらの技術は当初はエンターテインメント業界で多く使用されていましたが、ますます多くの応用分野がこの技術をシリアスゲーム（Serious Games）のために利用し始めており、特にトラウマイベント後のリハビリテーション分野、中でも中風（脳卒中）患者のリハビリで活用されています。
背景と目的
脳卒中は、脳への血液供給が遮断されるか、脳内および脳周囲で出血が起こることで、脳細胞が損傷する状態を指します。損傷を受ける脳の領域によって、脳卒中は異なる症状を引き起こす可能性があります。たとえば、一側の体の無力（半側麻痺）、視覚障害、失語症（Aphasia）などです。注目すべきは、脳卒中後の認知機能障害（Post-Stroke Cognitive Impairment、PSCI）もよく見られ、問題解決能力、記憶力、タスクの順序実行能力に影響を与えることがあります。
脳には一定の神経可塑性（Neuroplasticity）があり、シナプス接続を形成および再構築する能力があります。この神経可塑性は患者の長期的な回復を助けますが、脳卒中後の認知リハビリは相対的に無視されがちな重要な分野です。本研究は英国チェスター大学とChester NHS Foundation Trustなどの機関の研究者が協力し、Innovate UK基金の資金提供を受けて、バーチャルリアリティ技術が脳卒中患者の認知リハビリにおいて持つ可能性を探ることを目的としています。
研究の出典と方法この論文はKausik Chatterjee、Alastair Buchanan、Katy Cottrell、Sara Hughes、Thomas W. Day、およびNigel W. Johnらによって執筆され、2022年にIEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering誌に掲載されました。本論文では、VIRTUEという名称のバーチャルリアリティアプリケーションの開発過程を記述し、ランダム対照試験での効果を報告しています。
研究プロセスと方法研究は以下の主要なステップで構成されていました：
バーチャルリアリティシステムの開発VIRTUEアプリケーションは、医療機器会社、大学の研究チーム、大規模病院の脳卒中科室が共同で開発しました。モジュラーアーキテクチャを採用し、PCとVRヘッドセットの間で分割することができます。チームはアジャイルソフトウェア開発方法のスクラムフレームワークを用い、2週間ごとの短いイテレーションでアプリケーションを段階的に構築し、改善しました。
ゲームシナリオの設計と実現は、臨床の専門家および患者代表のフィードバックを十分に反映させました。たとえば、仮想キッチンシーンでは、患者がHMDデバイスを装着し、仮想環境でオブジェクトと対話しながら、一連の家事タスクを順番に完了することができます。これらの対話の過程で、システムはさまざまなデータを収集し、臨床医が患者のパフォーマンスを評価し、徐々にタスクの難易度を上げることができるようにします。このパーソナライズされたデザインは、実際のリハビリ効果を高めるだけでなく、アプリケーションの柔軟性も確保します。
ハードウェア選択と改良VIRTUEシステムで現在使用されているデバイスはOculus Rift Sで、価格は約300ポンドと手頃です。Rift Sは2560 x 1440ピクセルの解像度と80Hzのリフレッシュレートを提供し、2つの六自由度（6DoF）のタッチコントローラーが付属しており、手と位置の追跡をサポートし、仮想手と仮想環境のインタラクションを実現します。
システムシナリオ設計VIRTUEシステムでは選択可能な多数のシナリオが設計されています。たとえば、ベッドルーム（ベッドメイキング、衣類の選択）、バスルーム（歯磨き、バスタブの用意）、キッチン（トーストを作る、コーヒーをいれるなど）、ダイニングルーム、庭などです。これらのタスクはすべて座って行うことができるため、シナリオを移動せずにタスクを完了できます。
主な実験結果2019年10月から2021年2月にかけて、研究チームは大規模な病院の脳卒中病棟で12ヶ月間（コロナ禍により中断あり）の二重盲検第2相B期ランダム対照試験を実施し、40名の患者がVIRTUEバーチャルリアリティリハビリ治療に参加しました。
倫理審査番号19/NW/0419のこの試験は、バーチャルリアリティリハビリ治療の安全性と受け入れやすさを証明しました。初期にはいくつかのデバイスにおける不快感やソフトウェアの技術的な問題がありましたが、段階的な改良によりこれらの問題は効果的に解決されました。VR治療を受けた重度の認知障害グループ（MOCAスコア<15）は、治療終了時点での認知機能の改善が他のグループよりも有意に上回っていました。
研究の結論と意義研究は、バーチャルリアリティ技術が脳卒中急性期後の認知リハビリ治療において顕著な可能性を示していることを明らかにしました。主な利点は以下の通りです：
1. パーソナライズされた治療：タスクの難易度は患者のニーズに応じて自由に調整でき、個別の医療が実現されます。
2. 安全で効果的：重大な副作用は見られず、患者はこの新技術を好意的に受け入れ、簡単なタスクを遂行することで認知機能の顕著な改善が認められました。
3. コスト削減：治療効果が良いため、入院期間が短縮され、従来の方法と比較して医療資源の節約に大きな潜在力があります。
この研究は、第3相試験の大規模多施設試験のための参考資料を提供し、今後、研究対象者のMOCAスコアの下限を19に設定することを提案しています。これにより、VR治療法の最大限の効果を引き出すことが期待されます。
未来展望VIRTUEシステムは今後、より多くの日常生活シナリオを拡充し、PCとは独立したヘッドセットデバイスを開発し、患者が自宅でもVR治療を続けられるようにする予定です。また、人工知能技術をさらに取り入れ、パーソナライズされた自動管理と治療を実現し、従来の治療資源への依存を減らすことを目指します。
総じて、本研究はVR技術が脳卒中の認知リハビリ分野での画期的な応用を示し、この新興分野の発展を推進し、患者、医師、さらには医療システム全体に多くの潜在的な利益をもたらすことを示しています。