К вопросу использования технологии дополненной реальности в реабилитации пациентов с нарушением функции равновесия

Анализ технических аспектов систем на основе дополненной реальности (AR-систем) для реабилитации пациентов с нарушением функции равновесия является важным вопросом в медицинской практике. Настоящее исследование представляет собой анализ работ, посвященных использованию AR-систем для реабилитации пациентов, имеющих проблемы с равновесием. В исследовании проанализирована 31 статья, опубликованная с 2018 года по 2023 год, об использовании различных AR-систем для реабилитации пациентов с проблемами баланса. Были рассмотрены технические характеристики AR-систем, такие как тип используемых устройств, функциональные возможности, доступность, удобство использования и эффективность в процессе реабилитации. Результаты анализа показали, что AR-системы могут быть эффективными в реабилитации пациентов с нарушением равновесия, особенно в случаях, когда традиционные методы лечения ограничены. Некоторые из систем могут использоваться дома, что позволяет сократить необходимость в больничных посещениях и уменьшить затраты на лечение. Однако многие из AR-систем все еще требуют доработок для повышения точности и удобства использования, а также улучшения доступности для широкого круга пациентов. Таким образом, AR-системы являются перспективным инструментом в реабилитации пациентов с нарушением функции равновесия, однако в целях повышения их эффективности следует рассмотреть вариант совместного использования AR-систем с другими устройствами для реабилитации, в частности, с силовыми платформами (стабилоплатформами).

1. World Health Organisation. Falls. URL: https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/falls (дата обращения: 01.05.2023).

2. Kevser S.K., Cihangir K. Bibliometric analysis of research in pediatrics related to virtual and augmented reality: a systematic review. Current Pediatric Reviews. 2023 Feb 14. DOI: 10.2174/1573396319666230214103103.

3. Moher D., Liberati A., Tetzlaff J., Altman D. G. Preferred reporting items for systematic reviews and meta-analyses: the PRISMA statement. BMJ. 2009;339:b2535. DOI: 10.1136/bmj.b2535.

4. Baashar Y., Alkawsi G., Wan Ahmad W.N., Alomari M.A., Alhussian H., Tiong S.K. Towards wearable augmented reality in healthcare: a comparative survey and analysis of head-mounted displays. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2023;20(5):3940. DOI: 10.3390/ijerph20053940.

5. Guinet A., Bams M., Payan-Terral S. et al. Effect of an augmented reality active video game for gait training in children with cerebral palsy following single-event multilevel surgery: protocol for a randomised controlled trial. BMJ. 2022;12:e061580. DOI: 10.1136/bmjopen-2022-061580.

6. Riem L., Van Dehy J., Onushko T., Beardsley S. Inducing compensatory changes in gait similar to external perturbations using an immersive head mounted display. IEEE Conference on Virtual Reality and 3D User Interfaces (VR), Tuebingen/Reutlingen, Germany. 2018. p. 128–135. DOI: 10.1109/VR.2018.8446432.

7. Evans E., Dass M., Muter W.M., Tuthill C., Tan A.Q., Trumbower R.D. A wearable mixed reality platform to augment overground walking: a feasibility study. Front Hum Neurosci. 2022;16:868074. DOI: 10.3389/fnhum.2022.868074.

8. Lee A., Hellmers N., Vo M., Wang .F, Popa P., Barkan S., Patel D., Campbell C., Henchcliffe C., Sarva H. Can Google glass™ technology improve freezing of gait in parkinsonism? A pilot study. Disabil Rehabil Assist Technol. 2023;18(3):327–332. DOI: 10.1080/17483107.2020.1849433.

9. Guinet A.L., Bouyer G., Otmane S., Desailly E. Validity of hololens augmented reality head mounted display for measuring gait parameters in healthy adults and children with cerebral palsy. Sensors (Basel). 2021;21(8):2697. DOI: 10.3390/s21082697.

10. Chan Z.Y.S, MacPhail A.J.C., Au I.P.H., Zhang J.H., Lam B.M.F. et al. Walking with head-mounted virtual and augmented reality devices: Effects on position control and gait biomechanics. PLOS ONE. 2019;14(12):e0225972. DOI: 10.1371/journal.pone.0225972.

11. van de Venis L., van de Warrenburg B., Weerdesteyn V., Geurts A.C.H., Nonnekes J. Gait-adaptability training in people with hereditary spastic paraplegia: a randomized clinical trial. Neurorehabil Neural Repair. 2023;37(1):27–36. DOI: 10.1177/15459683221147839.

12. Jin Y., Monge J., Postolache O., Niu W. Augmented reality with application in physical rehabilitation. 2019 International Conference on Sensing and Instrumentation in IoT Era (ISSI), Lisbon, Portugal. 2019. p. 1–6. DOI: 10.1109/ISSI47111.2019.9043665.

13. Beatriz P., Campos P., Azadegan A. Digitally augmenting the physical ground space with timed visual cues for crutch-assisted walking. CHI EA '19: 2019 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems. 1-6. DOI: 10.1145/3290607.3312891.

14. Hidayah R., Chamarthy S., Shah A., Fitzgerald-Maguire M., Agrawal S.K. Walking with augmented reality: a preliminary assessment of visual feedback with a cable-driven active leg exoskeleton (C-ALEX). IEEE Robotics and Automation Letters. 2019;4(4):3948–3954. DOI: 10.1109/LRA.2019.2929989.

15. Koop M.M., Rosenfeldt A.B., Johnston J.D., Streicher M.C., Qu J., Alberts J.L. The HoloLens augmented reality system provides valid measures of gait performance in healthy adults. IEEE Transactions on Human-Machine Systems. 2020;50(6):584–592. DOI: 10.1109/THMS.2020.3016082.

16. Miller D.A.L., Ogata T., Sasabe G., Shan L., Tsumura N., Miyake Y. Spatiotemporal gait guidance using audiovisual cues of synchronized walking avatar in augmented reality. IEEE Access. 2022;10:90498–90506. DOI: 10.1109/ACCESS.2022.3200744.

17. Hurtado J., Saint-Priest Y., Caicedo E. Development of a gait recognition visualization system using augmented reality. International Conference on Virtual Reality and Visualization (ICVRV), Hong Kong, China. 2019. p. 196–199. DOI: 10.1109/ICVRV47840.2019.00046.

18. Lupo A, Cinnera AM, Pucello A, Iosa M, Coiro P, Personeni S, Gimigliano F, Iolascon G, Paolucci S, Morone G. Effects on balance skills and patient compliance of biofeedback training with inertial measurement units and exergaming in subacute stroke: a pilot randomized controlled trial. Funct Neurol. 2018;33(3):131–136. PMID: 30457965.

19. Lupo A., Martino Cinnera A., Pucello A., Iosa M., Coiro P., Personeni S., Gimigliano F., Iolascon G., Paolucci S., Morone G. Effects on balance skills and patient compliance of biofeedback training with inertial measurement units and exergaming in subacute stroke: a pilot randomized controlled trial. Functional neurology. 2018;33:131–136. PMID: 30457965.

20. Miller Koop M, Rosenfeldt A.B., Owen K., Penko A.L., Streicher M.C., Albright A., Alberts J.L. The Microsoft HoloLens 2 provides accurate measures of gait, turning, and functional mobility in healthy adults. Sensors (Basel). 2022;22(5):2009. DOI: 10.3390/s22052009.

21. Günaydin T., Arslan R. B., LOWER-LIMB FOLLOW-UP: A surface electromyography based serious computer game and patient follow-up system for lower extremity muscle strengthening exercises in physiotherapy and rehabilitation. IEEE 32nd International Symposium on Computer-Based Medical Systems (CBMS), Cordoba, Spain. 2019. p. 507–512. DOI: 10.1109/CBMS.2019.00103.

22. Held J.P.O., Yu K., Pyles C., Veerbeek J.M., Bork F., Heining S.M., Navab N., Luft A.R. Augmented reality-based rehabilitation of gait impairments: case report. JMIR Mhealth Uhealth. 2020;8(5):e17804. DOI: 10.2196/17804.

23. Vinolo Gil M.J., Gonzalez-Medina G., Lucena-Anton D., Perez-Cabezas V., Ruiz-Molinero M.D.C., Martín-Valero R. Augmented reality in physical therapy: systematic review and meta-analysis. JMIR Serious Games. 2021;9(4):e30985. DOI: 10.2196/30985.

24. Guinet A.L., Neijib K., Otmane S., Bouyer G., Desailly E. Exploring visual feedback modalities in augmented reality to control the walking speed of children with cerebral palsy. Experimental design protocol. Gait & Posture. 2020;81:120–121. DOI: 10.1016/j.gaitpost.2020.07.094.

25. Abbruzzese G., Pelosin E. Rehabilitation of Parkinson’s disease. Advanced Technologies for the Rehabilitation of Gait and Balance Disorders. DOI: 10.1007/978-3-319-72736-3_10.

26. Enam N., Veerubhotla A., Ehrenberg N., Kirshblum S., Nolan K.J., Pilkar R. Augmented-reality guided treadmill training as a modality to improve functional mobility post-stroke: A proof-of-concept case series. Top Stroke Rehabil. 2021;28(8):624–630. DOI: 10.1080/10749357.2020.1864987.

27. Alberts J.L., Kaya R.D., Scelina K., Scelina L., Zimmerman E.M., Walter B.L., Rosenfeldt A.B. Digitizing a therapeutic: development of an augmented reality dual-task training platform for parkinson’s disease. Sensors. 2022;22(22):8756, DOI: 10.3390/s22228756.

28. Gulcan K., Guclu-Gunduz A., Yasar E., Ar U., Sucullu Karadag Y., Saygili F. The effects of augmented and virtual reality gait training on balance and gait in patients with Parkinson's disease. Acta Neurol Belg. 2022 Nov 28:1–9. DOI: 10.1007/s13760-022-02147-0.

29. Timmermans C., Roerdink M., Meskers C.G.M. et al. Walking-adaptability therapy after stroke: results of a randomized controlled trial. Trials. 2022;1:923. DOI: 10.1186/s13063-021-05742-3

30. Phan H.L., Le T.H., Lim J.M., Hwang C.H., Koo K.-i. Effectiveness of augmented reality in stroke rehabilitation: a meta-analysis. Appl. Sci. 2022;12:1848. DOI: 10.3390/app12041848.

31. Ulrich B., Pereira L.C., Jolles B.M., Favre J. Walking with shorter stride length could improve knee kinetics of patients with medial knee osteoarthritis. J Biomech. 2023;147:111449. DOI: 10.1016/j.jbiomech.2023.111449.

32. Chang H., Song Y., Cen X. Effectiveness of augmented reality for lower limb rehabilitation: a systematic review. Appl Bionics Biomech. 2022;2022:4047845. DOI: 10.1155/2022/4047845.

33. Hall C.D., Herdman S.J., Whitney S.L., Anson E.R., Carender W.J., Hoppes C.W., Cass S.P., Christy J.B., Cohen H.S., Fife T.D., Furman J.M., Shepard N.T., Clendaniel R.A., Dishman J.D., Goebel J.A., Meldrum D., Ryan C., Wallace R.L., Woodward N.J. Vestibular rehabilitation for peripheral vestibular hypofunction: an updated clinical practice guideline from the academy of neurologic physical therapy of the American Physical Therapy Association. J Neurol Phys Ther. 2022;46(2):118–177. DOI: 10.1097/NPT.0000000000000382.

34. Boerger T.F., Hyngstrom A.S., Furlan J.C., Kalsi-Ryan S., Curt A., Kwon B.K., Kurpad S.N., Fehlings M.G., Harrop J.S., Aarabi B., Rahimi-Movaghar V., Guest J.D., Wilson J.R., Davies B.M., Kotter M.R.N., Koljonen P.A. Developing peri-operative rehabilitation in degenerative cervical myelopathy. AO Spine RECODE-DCM Research Priority Number 6: An Unexplored Opportunity? Global Spine J. 2022;12(1_suppl):97S–108S. DOI: 10.1177/21925682211050925.