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. 2014 Dec;32(4):389–394. doi: 10.1016/j.rpped.2014.04.005
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Impact of a virtual reality-based intervention on motor performance and balance of a child with cerebral palsy: a case study

Silvia Leticia Pavão 1,*, Joice Luiza Bruno Arnoni 1, Alyne Kalyane Câmara de Oliveira 1, Nelci Adriana Cicuto Ferreira Rocha 1
PMCID: PMC4311794  PMID: 25511004

Abstract

OBJECTIVE:

To verify the effect of an intervention protocol using virtual reality (VR) on the motor performance and balance of a child with cerebral palsy (CP).

CASE DESCRIPTION:

To comply with the proposed objectives, a 7-year old child with spastic hemiplegic cerebral palsy (CP), GMFCS level I, was submitted to a physiotherapy intervention protocol of 12 45-minute sessions, twice a week, using virtual reality-based therapy. The protocol used a commercially-available console (XBOX(r)360 Kinect(r)) able to track and reproduce body movements on a screen. Prior to the intervention protocol, the child was evaluated using the Motor Development Scale (MDS) and the Pediatric Balance Scale (PBS) in order to assess motor development and balance, respectively. Two baseline assessments with a 2-week interval between each other were carried out for each tool. Then, the child was re-evaluated after the twelfth session. The results showed no changes in the two baseline scores. After the intervention protocol, the child improved his scores in both tools used: the PBS score increased by 3 points, reaching the maximal score, and the MDS increased from a much inferior motor performance to just an inferior motor performance.

COMMENTS:

The evidence presented in this case supports the use of virtual reality as a promising tool to be incorporated into the rehabilitation process of patients with neuromotor dysfunction.

Keywords: Cerebral palsy, Children, Postural balance, Psychomotor performance, Rehabilitation, Virtual reality exposure therapy

Introduction

Acquired brain injuries, such as hypoxic-ischemic lesions up to the age of three, are among the ten main causes of spastic hemiplegic cerebral palsy (CP).1 - 2 Although it does not severely impair functionality in children, hemiplegic motor impairment produces neuromotor alterations that cause precision deficits in movement performance and deficits in postural control, which is responsible for the stability and alignment between the body segments during the performance of activities.3 Thus, the rehabilitation of children with mild motor impairment of the hemiplegic type may prove to be especially challenging to therapists, requiring profound technical knowledge and creativity.4 - 5

The presence of neuromotor impairments in hemiplegic CP and its high incidence in the pediatric age range5 justify the development of studies assessing the effect of therapeutic interventions on the balance and quality of postural responses in these children,6 - 8 aiming to determine the most effective approaches in functional recovery. In this sense, virtual reality (VR)-based therapy is an increasingly acknowledged interactive tool used for patient immersion in a virtual environment.9 - 11

VR provides patients with simplified feedback about the position of their bodies in space12 and allows them to interact with virtual components in real time,13 stimulating the learning of adaptive motor control strategies in response to stimuli.8 , 14 The motivation and the ability to customize the therapy provided by the contact with the virtual environment15 , 16 make VR an important rehabilitation tool, which offers sensorimotor experiences that are otherwise unfeasible in common therapies.

Studies have shown improvement in manual function and cortical organization in children with CP after VR-based therapies;17 - 18 however, although there are studies using VR-based therapy in children with CP, most of them use interfaces with the virtual environment through gloves17 or controls with accelerometers.18 - 20 Few studies have used VR in the rehabilitation of children with CP through the use of commercial body movement tracking systems.21 - 23

Commercial body movement tracking systems such as the XBOX(r)360 Kinect(r) (Microsoft(r), New York, United States) contain sensors that capture the child's movements in three dimensions, creating images that can be viewed by the individual on a TV screen. This projection allows interaction with the virtual environment through body movement. This is an interesting feature, considering the upper limb impairment seen in children with CP, which could prevent the use of gloves and remote controls in their treatment. Chang et al 22 observed the effect of VR-based therapy using the XBOX(r)360 Kinect(r) on hand function of children with CP. The authors used specific movements for the upper limbs, checking positive effects of this treatment modality in children with moderate motor impairment. Luna-Oliva et al 23 also found positive effects of using the Kinect as an adjunct therapeutic tool on motor function in children with mild and moderate motor impairment.

However, although these studies have demonstrated the benefits of using video games with body motion tracking as a therapeutic adjuvant,22 - 23 the evidence found is still limited, especially regarding its use in children with low functional impairment. According to Campos et al,4 the lower the motor impairment observed in children with CP, the more difficult it is to obtain therapeutic gains in the rehabilitation process. Therefore, the progression of the therapy in these children is often compromised by the difficulty in finding tasks that motivate them, while at the same time showing therapeutic efficacy. Considering all these factors, we report a case that evaluated the effect of an intervention using VR through the commercially available XBOX(r)360 Kinect(r) console (Microsoft(r), New York, United States) on the motor performance and functional balance of a child with mild motor impairment CP. Although this is a preliminary assessment, it is believed that the immersion afforded by the contact with the virtual environment, together with motivation arising from the contact with the game, allow the child with mild motor impairment and high levels of functionality to perform tasks close to those performed in their daily routine, facilitating the transposition of the motor learning generated during therapy and leading to measurable functional gains, increasing the social integration to the environment that surrounds them.14 , 24

Case report

M.N.S., seven years old, male, has right spastic hemiplegic CP, level I, according to the Gross Motor Function Classification System (GMFCS),25 caused by a hypoxic-ischemic injury at two years old. The child has participated in a physical therapy intervention program based on the Bobath Neuroevolutive Concept twice a week for four years. His main complaint is the difficulty in participating in games that include jumping and overcoming obstacles at school with his friends.

The proposed intervention was approved by the Ethics Committee on Human Research of the institution where the research took place (Case N. 190 903), in accordance with Resolution 196/96 of the National Health Council. The child's guardian authorized his participation in the study by signing the Free and Informed Consent form.

The study involved the use of multiple repeated measures in a single subject, according to the A-B-A model.21 - 23 A trained physical therapist, blinded to the study, performed all assessments during the three phases of the study: baseline 1 (B1), two weeks prior to the trial; baseline 2 (B2), on the day immediately prior to the intervention period; baseline 3 (B3), on the day after the intervention was finished. Assessments of the child's motor performance through the Motor Development Scale (MDS),26 and of the functional balance through the Pediatric Balance Scale (PBS) were performed27.

The MDS tool assesses the following areas of development: fine motor skills (MA1), gross motor skills (MA2), balance (MA3), body schema (MA4), spatial organization (MA5), temporal organization (MA6) and laterality. With the exception of laterality, the other areas are evaluated by ten tasks each, distributed in progressive difficulty, between the ages of 2 and 11 years. The child should start with the tasks related to the age immediately below theirs. Each successfully completed task determines one point in the correspondent Motor Age (MA). Based on the calculation of the motor ages in each area, the calculation of the General Motor Quotient (GMQ) is carried out. The values ​​of GMQ are quantified and categorized, allowing the classification of analyzed skills as: much superior (130 or more), superior (120-129), high-normal (110-119), medium-normal (90-109), low-normal (80-89), inferior (70-79), and much inferior (69 or less).

The PBS questionnaire, adapted from the Berg Balance Scale, assesses the balance in children with neuromotor dysfunction.27 It consists of 14 activities, scored from zero to four, with zero indicating maximum or full assistance to perform the activity, and four indicating the independent performance of a task. The total score is the sum of all the scores, ranging from zero to 56, with higher scores indicating better skills in balance control.

The intervention program using VR-based therapy consisted of 12 sessions of 45 minutes each, with two sessions a week. During the intervention period, the child underwent normal physical therapy sessions. The child attended all sessions. At each therapy session, the child had contact with two distinct games for a period of 20 minutes each, with a resting interval of five minutes between them. The two games used for the protocol were: a) A game in which the child saw himself projected inside an aquarium, which contained holes that had to be stopped using the upper or lower limbs; and b) A game in which the child, on top of a moving trailer, had to overcome obstacles by jumping, squatting and performing side-to-side movements of the body.

Results

Regarding baseline measures 1 and 2 (B1 and B2), the score values ​​in the tools used for the assessment remained the same. At the end of the intervention protocol, at baseline 3 (B3), an increase in the PBS score was observed, reaching the maximum score, as well as an increase in the MDS score, by increasing the general motor quotient (with the child going from a much inferior motor development to an inferior motor development). The areas of motor performance which showed an increase were: fine motor skills, overall motor function, balance, body schema and temporal organization. The data on the performance in each of the three assessments are shown in Table 1.

Table 1. Score of the child MNS in each of the evaluations carried out using the MDS (Motor Development Scale) and PBS (Pediatric Balance Scale) tools.

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Discussion

It was observed that the intervention protocol using VR resulted in gains on motor performance and functional balance in a child with CP and mild motor impairment. The increase in motor performance, verified through the MDS scale, promoted gains in all areas assessed by the tool, except spatial organization. This assessment also showed increased scores on the PBS tool, which after the intervention, reached the maximum score.

Authors have verified improvement in balance and mobility in children with CP after VR-based therapies18 , 21 in tools such as the Community Balance and Mobility Scale21 and the Posture Scale Analyzer.18 Brien and Sveistrup21 used an intensive protocol of five consecutive days of contact with the VR-based therapy, noting improvements in balance after its use. However, VR is an adjuvant therapy,11 and therefore must have its effects evaluated on a weekly session program, which can be included in the routine treatment of patients and do not interfere with conventional therapy sessions.

The present intervention used as a therapeutic resource a commercially available body scanning system, XBOX(r)360 Kinect(r) (Microsoft(r), New York, United States). The motion sensor in the system can detect a comprehensive and accurate amount of movement in three dimensions and create a virtual image of the patient, which is projected on a screen.12 This projection provides real-time visual feedback of the performed movements,13 which allows the patient to see a representation of his movement pattern projected on the screen in real-time and correct compensatory movement patterns. This visual feedback, associated with verbal commands by the therapist, may have facilitated the adoption of postures with greater biomechanical alignment while performing the tasks. Thus, the constant repetition of tasks performed with continuous postural correction may have improved the child's postural pattern during games' playing, resulting in improved functional balance and gross motor performance.

Studies using functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) found that contact with the virtual environment provided by VR has the ability to increase blood perfusion in areas such as the superior temporal gyrus,28 which is responsible for balance, and activation in the primary motor cortex,29 which is responsible for motor performance. Thus, by increasing the activation of specific brain areas responsible for movement control, VR-based therapy produces cortical neuroplastic changes that are reflected in the child's motor gain in their daily activities.29

You et al,29 after four weeks of intensive therapy using VR in a hemiparetic child, verified cortical reorganization, with increased activation of bilateral brain areas responsible for performing motor gestures, such as the primary motor cortex and the sensory motor cortex.

The capacity to activate brain motor areas important for movement control,28 associated with the child's immersion in the virtual environment through visual feedback, may have contributed to cortical reorganization after therapy. This potential reorganization may have determined the gains observed in global movement, balance, body schema and temporal organization in this case. Immersion in the virtual environment, combined with visual feedback, gave the child a better exploration of his body positioning in space, which resulted in the observed motor gains in his body schema.

We also observed gains in the child's fine motor skills, possibly resulting from the consecutive repetition of movements of the upper limbs to meet the goals of the games selected for the therapy. One of the games required from the patient motor coordination and activation of the extensor and supinator muscles of the wrist to properly position his hand to stop the leaky points on the aquarium wall. The activation of these muscle groups can be especially difficult for children with hemiplegia, who have a flexion-pronation pattern of the upper limbs. Thus, the constant repetition of the movement, associated with the visual feedback of the video game and the therapist's verbal commands, enabled the patient to analyze and correct movement errors during the games, which may have reflected in his fine motor coordination.

The repetition of motor gestures throughout the sessions may have promoted the transition from poorly coordinated actions and high cognitive demand to more effective actions, with the use of more functional patterns of movement (wrist in a neutral position without flexion of the fingers). According to the motor control theory, practice and feedback are important components for motor gains.9 Thus, the continuous repetition of motor gestures during the games throughout the intervention protocol therapy may have been responsible for the construction and coordination of new muscle synergies21 that influenced motor performance at the time of reassessment (B3). Furthermore, the demands of the tasks offered by the game required enhancement of temporal organization, through the need to perform motor gestures in time to meet the tasks proposed by the games and to be successful in them.

The results showed no gains in spatial organization with the application of the VR-based protocol. Conceptually, spatial organization involves knowledge of the body dimensions and the space surrounding the body, including the ability to accurately assess the relationship between body and environment.26 The videogame works with components of the space-time notion;. however, at the end of the intervention, the child showed lower scores in this domain. Therefore, it can be considered that the contact with the videogame and the virtual environment was not sufficient to modify the schema of spatial organization assessed by the scale used in the study. The tasks evaluated in this domain of the scale involved some cognitive aspects, such as a test of fitting shapes into a board, comparing sticks of different sizes, and creating a rectangle with two triangles, tasks which are not specifically addressed by the games and require longer assimilation time than that of the intervention.26 It is also worth remembering that, compared to the gains obtained ​​in other dimensions, the score reduction was small and could be justified by a variation in the performance, which is not yet fully refined in a child aged seven.

In this case, the choice of games used in the protocol and the specific demands of each may have contributed to the results. The games chosen for the intervention required the performance of diagonal movements of arms and legs, skill training to achieve specific targets, large range of motion movements, requiring the use of the trunk to generate weight transfers, squats and jumps. This interaction with the games chosen for the intervention challenged the child's motor repertoire, favoring his improvement both in relation to his overall balance and motor skills, as well as to his fine motor skills.

The main limitations are related to the fact that this is a study of only one patient, with an intervention duration of only 12 sessions. Nevertheless, it can be concluded that the use of the VR-based therapy with a body scanning device resulted in positive effects on motor performance and functional balance of the analyzed child, who has CP with mild functional impairment. Thus, VR seems to be a promising tool to be incorporated into the rehabilitation process of CP. However, controlled studies in a group of patients and the assessment of the intervention efficacy, associated with image tests such as fNIRS are necessary, so that we can better understand the effects of VR-based therapy, especially on cortical organization.

Footnotes

Study conducted at the Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, SP, Brazil.

References

  • 1.Gordon AL, di Maggio A. Rehabilitation for children after acquired brain injury: current and emerging approaches. Pediatr Neurol. 2012;46:339–344. doi: 10.1016/j.pediatrneurol.2012.02.029. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 2.Rodrigues SD, Ciasca SM, Guimarães IE, Elias KM, Oliveira CC, Moura-Ribeiro MV. Does stroke impair learning in children? Stroke Res Treat [serial on the Internet]. 2011;2011:1–6. doi: 10.4061/2011/369836. http://www.hindawi.com/journals/srt/2011/369836/cta/ [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 3.Barela JA, Focks GM, Hilgeholt T, Barela AM, Carvalho R de P, Savelsbergh GJ. Perception-action and adaptation in postural control of children and adolescents with cerebral palsy. Res Dev Disabil. 2011;32:2075–2083. doi: 10.1016/j.ridd.2011.08.018. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 4.De Campos AC, da Costa CS, Rocha NA. Measuring changes in functional mobility in children with mild cerebral palsy. Devel Neurorehabil. 2011;14:140–144. doi: 10.3109/17518423.2011.557611. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 5.Prosser LA, Lee SC, Barbe MF, VanSant AF, Lauer RT. Trunk and hip muscle activity in early walkers with and without cerebral palsy - a frequency analysis. J Electromyogr Kinesiol. 2010;20:851–859. doi: 10.1016/j.jelekin.2010.04.005. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 6.Rosa GK, Marques I, Medina-Papst J, Gobbi LT. Motor development of children with cerebral palsy: assessment and intervention. Rev Bras Ed Esp. 2008;14:163–176. [Google Scholar]
  • 7.Cardoso de Sá CS, Santos FH, Xavier GF. Motor, sensorial and cognitive changes in children spastic diparetic cerebral palsy submitted to Kabat and Bobath pshyiotherapy approaches. Rev Fisioter Univ Sao Paulo. 2004;11:56–65. [Google Scholar]
  • 8.Schindl MR, Forstner C, Kern H, Hesse S. Treadmill training with partial body weight support in nonambulatory patients with cerebral palsy. Arch Phys Med Rehabil. 2000;81:301–306. doi: 10.1016/s0003-9993(00)90075-3. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 9.Mitchell L, Ziviani J, Oftedal S, Boyd R. The effect of virtual reality interventions on physical activity in children and adolescents with early brain injuries including cerebral palsy. Dev Med Child Neurol. 2012;54:667–671. doi: 10.1111/j.1469-8749.2011.04199.x. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 10.Snider L, Majnemer A, Darsaklis V. Virtual reality as a therapeutic modality for children with cerebral palsy. Dev Neurorehabil. 2010;13:120–128. doi: 10.3109/17518420903357753. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 11.Levac DE, Galvin J. When is virtual reality "therapy". Arch Phys Med Rehabil. 2013;94:795–798. doi: 10.1016/j.apmr.2012.10.021. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 12.Monteiro CB. Realidade virtual na paralisia cerebral. São Paulo: Plêiade; 2011. [Google Scholar]
  • 13.Tori R, Kirner C, Siscouto R. Fundamentos e tecnologia de realidade virtual e aumentada. Porto Alegre: SBC; 2006. [Google Scholar]
  • 14.Michalski A, Glazebrook CM, Martin AJ, Wonga WW, Kim AJ, Moody KD, et al. Assessment of the postural control strategies used to play two Wii FitTM videogames. Gait Posture. 2012;6:449–453. doi: 10.1016/j.gaitpost.2012.04.005. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 15.Harris K, Reid D. The influence of virtual reality play on children's motivation. Can J Occup Ther. 2005;72:21–29. doi: 10.1177/000841740507200107. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 16.Rahman SA. Efficacy of virtual reality-based therapy on balance in children with Down syndrome. World Appl Sci J. 2010;10:254–261. [Google Scholar]
  • 17.Golomb MR, McDonald BC, Warden SJ, Yonkman J, Saykin AJ, Shirley B, et al. In-home virtual reality videogame telerehabilitation in adolescents with hemiplegic cerebral palsy. Arch Phys Med Rehabil. 2010;91:1–8. doi: 10.1016/j.apmr.2009.08.153. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 18.Deutsch JE, Borbely M, Filler J, Huhn K, Guarrera-Bowlby P. Use of a low-cost, commercially available gaming console (Wii) for rehabilitation of an adolescent with cerebral palsy. Phys Ther. 2008;88:1196–1207. doi: 10.2522/ptj.20080062. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 19.Deutsch JE, Robbins D, Morrison J, Guarrera-Bowlby F. Wii-based compared to standard of care balance and mobility rehabilitation for two individuals poststroke; Virtual Rehabilitation International Conference   ; 2009 Jun 29- July 2; Haifa, Israel. 2009. pp. 117–120. [Google Scholar]
  • 20.Wuang YP, Chiang CS, Su CY, Wang CC. Effectiveness of virtual reality using Wii gaming technology in children with Down syndrome. Res Dev Disabil. 2011;32:312–321. doi: 10.1016/j.ridd.2010.10.002. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 21.Brien M, Sveistrup H. An intensive virtual reality program improves functional balance and mobility of adolescents with cerebral palsy. Pediatr Phys Ther. 2011;23:258–266. doi: 10.1097/PEP.0b013e318227ca0f. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 22.Chang YJ, Han WY, Tsai YC. A Kinect-based upper limb rehabilitation system to assist people with cerebral palsy. Res Dev Disabil. 2013;34:3654–3659. doi: 10.1016/j.ridd.2013.08.021. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 23.Luna-Oliva L, Ortiz-Gutiérrez RM, Cano-de la Cuerda R, Piédrola RM, Alguacil-Diego IM, Sánchez-Camarero C, et al. Kinect Xbox 360 as a therapeutic modality for children with cerebral palsy in a school environment: a preliminary study. NeuroRehabilitation. 2013;33:513–521. doi: 10.3233/NRE-131001. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 24.DePriest D, Barilovits K. LIVE: Xbox Kinect(c)s virtual realities to learning games. TCC. 2011:48–54. [Google Scholar]
  • 25.Palisano R, Rosembaum P, Walter S, Russell D, Wood E, Galuppi B. Development and reliability of a system to classify gross motor function in children with cerebral palsy. Dev Med Child Neurol. 1997;39:214–223. doi: 10.1111/j.1469-8749.1997.tb07414.x. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 26.Rosa F, Neto, dos Santos AP, Xavier RF, Amaro KN. Importance of motor assessment in school children: analysis of the reliability of the motor development scale. Rev Bras Cineantropom Desempenho Hum. 2010;12:422–427. [Google Scholar]
  • 27.Franjoine MR, Gunther JS, Taylor MJ. Pediatric balance scale: a modified version of the berg balance scale for the school-age child with mild to moderate motor impairment. Pediatr Phys Ther. 2003;15:114–128. doi: 10.1097/01.PEP.0000068117.48023.18. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 28.Karim H, Schmidt B, Dart D, Beluk N, Huppert T. Functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) of brain function during active balancing using a video game system. Gait Posture. 2012;35:367–372. doi: 10.1016/j.gaitpost.2011.10.007. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 29.You SH, Jang SH, Kim YH, Kwon YH, Barrow I, Hallett M. Cortical reorganization induced by virtual reality therapy in a child with hemiparetic cerebral palsy. Dev Med Child Neurol. 2005;47:628–635. [PubMed] [Google Scholar]
Rev Paul Pediatr. 2014 Dec;32(4):389–394. [Article in Portuguese]

Impacto de intervenção baseada em realidade virtual sobre o desempenho motor e equilíbrio de uma criança com paralisia cerebral: estudo de caso

Silvia Leticia Pavão 1,*, Joice Luiza Bruno Arnoni 1, Alyne Kalyane Câmara de Oliveira 1, Nelci Adriana Cicuto Ferreira Rocha 1

Abstract

OBJETIVO:

O estudo buscou verificar o efeito de um protocolo terapêutico baseado em realidade virtual (RV) sobre o desempenho motor e o equilíbrio funcional de uma criança com paralisia cerebral (PC).

DESCRIÇÃO DO CASO:

Uma criança com PC hemiplégica espástica de 7 anos, nível de GMFCS I, foi submetida a um protocolo de intervenção fisioterapêutica de 12 sessões de 45 minutos, numa frequência de duas vezes semanais, com o uso de terapia baseada em RV. Utilizou-se um console comercialmente disponível (XBOX(r)360 Kinect(r)) capaz de rastrear a movimentação corporal, reproduzindo-a em uma tela. Anteriormente à intervenção, foram realizadas avaliações de seu desenvolvimento motor e equilíbrio por meio dos instrumentos: Escala de desenvolvimento Motor (EDM) e Pediatric Balance Scale (PBS), respectivamente. Foram realizadas duas avaliações com espaço de uma semana como linha de base e uma reavaliação após as 12 sessões. Não foram observadas diferenças nos escores dos instrumentos nas duas avaliações iniciais. Depois do protocolo de intervenção, o paciente aumentou o escore do instrumento PBS em três pontos, atingindo o teto da escala e, no instrumento EDM, passou de um desempenho motor muito inferior para apenas inferior.

COMENTÁRIOS:

As evidências apresentadas pelo presente relato apoiam o uso da RV como uma promissora ferramenta a ser incorporada no processo de reabilitação de paciente com disfunções neuromotoras.

Keywords: Paralisia cerebral, Criança, Equilíbrio postural, Desempenho psicomotor, Reabilitação, Terapia de exposição à realidade virtual

Introdução

As lesões encefálicas adquiridas, como as lesões hipóxico-isquêmicas até os três anos de idade estão entre as dez principais causas da paralisia cerebral (PC) hemiplégica espástica.1 - 2 O comprometimento motor do tipo hemiplegia, embora não comprometa de forma grave a funcionalidade da criança, produz alterações neuromotoras que acarretam déficits de precisão na realização de movimentos e déficits de controle postural, responsável pela estabilidade e o alinhamento entre os segmentos corporais durante a execução de atividades.3 Desta forma, a reabilitação de crianças com comprometimento motor leve, do tipo hemiplégico, pode mostrar-se especialmente desafiador aos terapeutas, exigindo conhecimento técnico profundo e criatividade.4 - 5

A presença de comprometimentos neuromotores na PC do tipo hemiplégica e sua elevada incidência na população infantil5 justificam o desenvolvimento de estudos que avaliem o efeito de intervenções terapêuticas sobre o equilíbrio e qualidade das respostas posturais destas crianças,6 - 8 com o objetivo de determinar as abordagens mais efetivas em sua recuperação funcional. Neste sentido, a terapia baseada na realidade virtual (RV) é uma ferramenta interativa de imersão dos pacientes em ambiente virtual que tem recebido destaque.9 - 11

A RV proporciona ao paciente feedback simplificado sobre a posição de seu corpo no espaço12 e lhe permite interatuar com os componentes virtuais em tempo real,13 estimulando a aprendizagem de estratégias de controle motor adaptativo em resposta a estímulos.8 , 14 A motivação e possibilidade de personalização da terapia proporcionada pelo contato com o ambiente virtual15 , 16 tornam-na uma importante ferramenta de reabilitação, que oferece experiências sensoriomotoras inviáveis em terapias comuns.

Estudos evidenciam melhora na função manual e na organização cortical em crianças com PC decorrentes de terapias baseadas na RV.17 - 18 Entretanto, embora existam estudos utilizando a terapia baseada na RV para crianças com PC, a maioria utiliza interfaces com o ambiente virtual na por meio de luvas17 ou controles com acelerômetros.18 - 20 Poucos estudos utilizaram a RV na reabilitação de crianças com PC por meio do uso de equipamentos comerciais de rastreamento da movimentação corporal.21 - 23

Equipamentos comerciais de rastreamento corporal, como o XBOX(r)360 Kinect, contêm sensores que captam a movimentação da criança em três dimensões, criando imagens que podem ser visualizadas pelo indivíduo na tela do televisor. Esta projeção permite a interação com o ambiente virtual por meio da movimentação corporal. Um recurso interessante, em vista do comprometimento de membros superiores presentes em crianças com PC, que poderiam inviabilizar o uso de luvas e controles remotos em seu tratamento. Chang et al 22 verificaram o efeito da terapia baseada na RV com o uso do XBOX(r)360 Kinect sobre a função manual de crianças com PC. Os autores utilizaram movimentos específicos para membros superiores, verificando efeitos positivos dessa modalidade terapêutica em crianças com comprometimento motor moderado. Luna-Oliva et al 23 também encontraram efeitos positivos do uso do Kinect como coadjuvante terapêutico sobre a função motora de crianças com comprometimento motor leve e moderado.

Entretanto, embora estes estudos tenham demonstrando os benefícios da utilização de videogames com rastreamento da movimentação corporal como adjuvante terapêutico,22 - 23 as evidências encontradas ainda são limitadas, especialmente de sua utilização em crianças de baixo comprometimento funcional. De acordo com Campos et al,4 quanto menor o comprometimento motor observado em crianças com PC, mais difícil a obtenção de ganhos terapêuticos no processo de reabilitação. Desta forma, a progressão da terapia nestas crianças muitas vezes fica comprometida pela dificuldade em encontrar tarefas que as motivem e ao mesmo tempo apresentem eficácia terapêutica. Em vista disso, relata-se este caso clínico, no qual se avaliou o efeito de uma intervenção utilizando RV por meio do console comercialmente disponível XBOX(r)360 Kinect sobre o desempenho motor e o equilíbrio funcional de uma criança com PC de comprometimento motor leve. Embora se trate de uma avaliação preliminar, acredita-se que a imersão proporcionada pelo contato com ambiente virtual em conjunto com a motivação decorrente do contato com o videogame permitam à criança com comprometimento motor leve e altos níveis de funcionalidade desempenhar tarefas próximas às realizadas em sua rotina diária, facilitando a transposição do aprendizado motor gerado em terapia e levando a ganhos funcionais mensuráveis, aumentando sua inserção social no ambiente que a cerca.14 , 24

Descrição do caso

MNS, sete anos, do sexo masculino, apresenta PC hemiplégica espástica direita nível I de acordo com o Sistema de Classificação da Função Motora Grossa (GMFCS),25 decorrente de uma lesão hipóxico-isquêmica aos dois anos de idade. A criança participa de um programa de intervenção fisioterapêutica baseada no Conceito Neuroevolutivo Bobath duas vezes por semana há quatro anos. Sua principal queixa é a dificuldade de participar de brincadeiras com saltos e transposição de obstáculos na escola com seus amigos.

A intervençao proposta foi aprovada pelo Comitê de Ética em Pesquisas com Seres Humanos da instituição em que a pesquisa ocorreu (processo nº 190.903), se em conformidade com a resolução 196/96 do Conselho Nacional de Saúde. O responsável pela criança autorizou sua participação no estudo assinando o Termo de Consentimento Livre e Esclarecido.

O utilizado envolveu o uso de medidas repetidas múltiplas de um único sujeito de acordo com o modelo A-B-A.21 - 23 Um fisioterapeuta treinado, cego no estudo, realizou todas as avaliações durante as três fases do estudo: linha de base 1 (B1), duas semanas anteriormente ao estudo; linha de base 2 (B2), no dia imediatamente anterior ao período de intervenção; linha de base 3 (B3), no dia seguinte após o término da intervenção. Foi realizada a avaliação da performance motora da criança, por meio da Escala de Desenvolvimento Motor (EDM)26 e o equilíbrio funcional por meio do Pediatric Balance Scale (PBS).27

O instrumento EDM, avalia as seguintes áreas do desenvolvimento: motricidade fina (IM1), motricidade grossa (IM2), equilíbrio (IM3), esquema corporal (IM4), organização espacial (IM5), organização temporal (IM6) e lateralidade. Com exceção da lateralidade, as demais áreas são avaliadas por dez tarefas cada uma, distribuídas em grau progressivo de dificuldade, entre as idades de 2 e 11 anos. A criança deve iniciar as tarefas, a partir da idade imediatamente inferior à sua. Cada tarefa completada com sucesso determina um ponto na Idade Motora (IM) correspondente. A partir do cálculo das idades motoras em cada área, realiza-se o cálculo de seu Quociente Motor Geral (QMG). Os valores do QMG são quantificados e categorizados, permitindo classificar as habilidades analisadas em padrões: muito superior (130 ou mais), superior (120-129), normal alto (110-119), normal médio (90-109), normal baixo (80-89), inferior (70-79) e muito inferior (69 ou menos).

O instrumento PBS, adaptado da Escala de Equilíbrio de Berg, avalia o equilíbrio em crianças com disfunções neuromotoras.27 É composto por 14 atividades, pontuadas entre zero e quatro, com zero indicando assistência máxima ou total para realizar a atividade e, quatro, a realização da tarefa independente. O escore total da escala é a soma de todas as pontuações, podendo variar de zero a 56, com os maiores escores indicando melhores habilidades no controle do equilíbrio.

O programa de intervenção utilizando terapia baseada em RV foi composto por 12 sessões de 45 minutos cada uma, numa frequência de duas sessões semanais. Durante o período de intervenção, a criança permaneceu normalmente em atendimento fisioterapêutico. A criança compareceu a todas as sessões. A cada sessão de terapia a criança tinha contato com dois jogos distintos por um período de 20 minutos cada um e um intervalo de descanso de cinco minutos entre eles. Os dois jogos utilizados para o protocolo foram: a) Um jogo em que a criança via-se projetada no interior de um aquário, no qual surgem constantes furos que deverem ser tampados com o uso de seus membros superiores ou inferiores; b) Um jogo no qual a criança, em cima de um trailer em movimento, deveri transpor obstáculos por meio de saltos, agachamento e deslocamentos látero-laterais do corpo.

Resultados

Em relação às medidas da linha de base 1 e 2 (B1 e B2), os valores dos escores nos instrumentos utilizados para avalição permaneceram os mesmos. Ao término do protocolo de intervenção, na linha de base 3 (B3) foi observado aumento no escore do instrumento PBS, atingindo pontuação máxima, e um aumento na pontuação do instrumento EDM, por meio do aumento do quociente motor geral (com a criança passando de um desenvolvimento motor muito inferior a um desenvolvimento motor inferior). As áreas da performance motora em que foram observados aumentos foram: motricidade fina, motricidade global, equilíbrio, esquema corporal e organização temporal. Os dados de seu desempenho em cada uma das três avaliações encontram-se na tabela 1.

Tabela 1. Pontuação da criança MNS em cada uma das avaliações realizadas, por meio dos instrumentos EDM (Escala de Desenvolvimento Motor) e PBS (Pediatric Balance Scale).

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Discussão

Verificou-se que o protocolo de intervenção utilizando RV promoveu ganhos sobre o desempenho motor e o equilíbrio funcional na criança com PC de comprometimento motor leve. O aumento no desempenho motor, verificado por meio da escala EDM, promoveu ganhos em todas áreas avaliadas pelo instrumento, exceto organização espacial. Esta avaliação também permitiu observar o aumento da pontuação da criança no escore do instrumento PBS que, após a intervenção, atingiu a pontuação máxima.

Autores verificaram a melhora do equilíbrio e da mobilidade em crianças com PC após terapias baseadas em RV18 , 21 em instrumentos como Comunity Balnce and Mobility Scale 21 e o Posture Scale Analyzer. 18 Brien e Sveistrup21 utilizaram um protocolo intensivo de cinco dias consecutivos de contato com a terapia baseada em RV, observando melhoras no equilíbrio após o mesmo. Entretanto, a RV é uma ferramenta adjuvante à terapia11 e, portanto, necessita ter seus efeitos avaliados em um programa de sessões semanais, viáveis de serem inseridas na rotina de tratamento dos pacientes e que não atrapalhem sua terapia convencional.

A presente intervenção utilizou como recurso terapêutico um sistema comercialmente disponível de escaneamento corporal (XBOX (r) 360 Kinect(r)). O sensor de movimento neste sistema é capaz de detectar uma quantia abrangente e precisa de movimentos em três dimensões e criar uma imagem virtual do paciente projetada em tela.12 Esta projeção fornece feedback visual em tempo real dos movimentos realizados,13 o que permite ao paciente ver a representação do seu padrão de movimento projetada na tela em tempo real e corrigir padrões compensatórios de movimento. Este feedback visual, associado aos comandos verbais do terapeuta, pode ter facilitado a adoção de posturas com maior alinhamento biomecânico durante a realização das tarefas. Assim, a constante repetição de tarefas executadas com correção postural continua pode ter aprimorado o padrão postural da criança durante a execução dos jogos, refletindo-se em aprimoramento de seu equilíbrio funcional e seu desempenho motor grosseiro.

Estudos utilizando functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) verificaram que o contato com o ambiente virtual proporcionado pelas RV é capaz de aumentar a perfusão sanguínea em áreas, como giro temporal superior,28 responsável pelo equilíbrio, e a ativação em córtex motor primário,29 responsável pela performance motora. Assim, ao aumentar a ativação de áreas cerebrais específicas responsáveis pelo controle do movimento, a terapia baseada na RV produz alterações corticais neuroplásticas, que se refletem no ganho motor da criança em sua atividades diárias.29

You et al,29 após quatro semanas de terapia intensiva por RV numa criança hemiparética, verificaram uma reorganização cortical com maior ativação de áreas bilaterais do cérebro, responsáveis pela execução de gestos motores, como o córtex motor primário e o córtex sensório motor.

A capacidade de ativação de áreas motoras cerebrais importantes ao controle do movimento,28 associada à imersão da criança no ambiente virtual por meio do feedback visual pode ter contribuído para uma reorganização cortical após a terapia. Esta potencial reorganização pode ter determinado os ganhos observados em movimentação global, equilíbrio, esquema corporal e organização temporal no presente caso. A imersão em ambiente virtual, associada ao feedback visual, proporcionaram à criança uma melhor exploração do posicionamento de seu corpo no espaço, o que repercutiu nos ganhos motores observados em seu esquema corporal.

Foram também observados ganhos na motricidade fina da criança, possivelmente decorrentes da consecutiva repetição de movimentos de membros superiores para cumprir com os objetivos dos jogos selecionados para terapia. Um dos jogos exigia do paciente coordenação motora e ativação da musculatura extensora e supinadora de punho, de forma a posicionar adequadamente sua mão ao encontro dos pontos de vazamento do aquário. A ativação destes grupos musculares pode ser especialmente difícil para crianças com hemiplegia, que apresentam um padrão de membros superiores em prono-flexão. Desta forma, a constante repetição do movimento, associada ao feedback visual do vídeo game e aos comandos verbais do terapeuta, possibilitaram ao paciente analisar e corrigir os erros de movimento durante os jogos, que pode ter se refletido em sua coordenação motora fina.

A repetição dos atos motores ao longo das sessões pode ter possibilitado a transição de ações mal coordenadas e de alta demanda cognitiva para ações mais efetivas, com o uso de padrões mais funcionais de movimento (punho em posição neutra, sem flexão dos dedos). De acordo com a teoria de controle motor, prática e feedback são componentes importantes para ganhos motores.9 Desta forma, a repetição contínua de gestos motores durante os jogos, ao longo das terapias do protocolo de intervenção, pode ter sido responsável pela construção e coordenação de novas sinergias musculares21 que influenciaram a performance motora no momento de reavaliação (B3). Além disso, as demandas de tarefas oferecidas pelo jogo exigiram aprimoramento da organização temporal, pela necessidade de execução dos gestos motores a tempo de cumprir as tarefas propostas pelos jogos e alcançar sucesso nas mesmas.

Os resultados encontrados não demonstraram ganhos na organização espacial com a aplicação do protocolo baseado em RV. Conceitualmente, organização espacial envolve o conhecimento das dimensões corporais e do espaço circundante ao corpo, incluindo a habilidade de avaliar com precisão a relação entre corpo e ambiente.26 O videogame trabalha componentes de noção espaço-temporal. Entretanto, ao final da intervenção, a criança apresentou menor pontuação neste domínio. Desta forma, pode-se considerar que o contato com o videogame e o ambiente virtual não foi suficiente para modificar o esquema de organização espacial avaliado pela escala utilizada. As tarefas avaliadas nesse domínio da escalas envolvem alguns aspectos cognitivos, tais como: prova de encaixar formas no tabuleiro, comparar palitos de diferentes tamanhos, montar um retângulo com dois triângulos, tarefas não trabalhadas especificamente pelos jogos e que requerem tempo superior aos da intervenção para assimilação.26 Vale lembrar ainda que, comparado aos ganhos apresentados nas demais dimensões, a redução do escore foi pequena, podendo justificar-se por uma variação de desempenho ainda não totalmente refinada em uma criança de sete anos.

No presente caso, a escolha dos jogos utilizados no protocolo e a demanda específica de cada um podem ter contribuído para os resultados encontrados. Os jogos escolhidos exigiam a realização da movimentação de membros superiores e inferiores na diagonal, treino de destreza para atingir alvos específicos, movimentos de grande amplitude de movimento, requerendo a utilização de tronco para gerar transferências de peso, agachamentos e saltos. Esta interação com os jogos escolhidos desafiou o repertório motor da criança, favorecendo seu aprimoramento tanto em relação ao seu equilíbrio e motricidade global, quanto à sua motricidade fina.

As principais limitações relacionam-se ao fato de se tratar de um estudo de apenas um paciente, bem como seu tempo de intervenção de apenas 12 sessões. De qualquer forma, pode-se concluir que o uso da terapia baseada em RV, com um dispositivo de escaneamento corporal, produziu efeitos positivos sobre a performance motora e o equilíbrio funcional da criança analisada, portadora de PC de comprometimento funcional leve. Assim, a RV parece ser uma promissora ferramenta a ser incorporada no processo de reabilitação da PC. Entretanto,são necessários estudos controlados em um grupo de pacientes e a avaliação da eficácia da intervenção associada a exames de imagens, como o fNIRS, para que se possa melhor compreender os efeitos da terapia baseada na RV, especialmente na organização cortical.

Footnotes

Estudo conduzido na Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, SP, Brasil.


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