DOI: https://doi.org/10.1186/s12877-024-05188-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38977995
تاريخ النشر: 2024-07-08
المؤلف: Shichun He وآخرون
الموضوع الرئيسي: التوازن، والمشي، والوقاية من السقوط
نظرة عامة
هدفت هذه الدراسة إلى تقييم فعالية برنامج تدريب عن بُعد يعتمد على الذكاء الاصطناعي باستخدام تقنية تقدير وضعية الإنسان ثلاثية الأبعاد القائمة على التعلم العميق مقارنة بالتدريب التقليدي وجهًا لوجه ونهج التدريب عن بُعد العام بين كبار السن الذين يعانون من الساركوبينيا. تم توزيع 75 مشاركًا تتراوح أعمارهم بين 60-75 عامًا عشوائيًا على ثلاث مجموعات: مجموعة التدريب التقليدي (TRHG)، مجموعة التدريب عن بُعد العامة (GTHG)، ومجموعة التدريب عن بُعد المعتمدة على الذكاء الاصطناعي (AITHG). على مدار فترة 3 أشهر، شاركت جميع المجموعات في تمارين تاي تشي ذات 24 شكلًا، مع إجراء تقييمات على مقاييس مختلفة بما في ذلك مؤشر كتلة العضلات الهيكلية الطرفية (ASMI)، قوة القبضة، سرعة المشي، اختبار التوقيت للقيام والذهاب (TUGT)، وجودة الحياة (QoL) في نقاط زمنية متعددة.
أشارت النتائج إلى أن جميع المجموعات شهدت تحسينات كبيرة في مقاييس مختلفة. على وجه الخصوص، أظهرت مجموعة TRHG تحسينات كبيرة في ASMI، وسرعة المشي، وجودة الحياة، بينما أظهرت مجموعتا GTHG وAITHG تحسينات كبيرة للغاية في مقاييس مماثلة. ومن الجدير بالذكر أن مجموعة AITHG أظهرت تأثيرات تعافي مشابهة لمجموعة TRHG، دون وجود اختلافات كبيرة في جودة العضلات، أو النشاط البدني، أو نتائج جودة الحياة بعد التجربة. تشير النتائج إلى أن التدريب عن بُعد المعتمد على الذكاء الاصطناعي فعال مثل طرق إعادة التأهيل التقليدية في تحسين جودة العضلات والوظائف العامة لدى كبار السن الذين يعانون من الساركوبينيا.
مقدمة
تتناول مقدمة هذه الورقة البحثية الساركوبينيا، وهي حالة مرتبطة بالعمر تتميز بانخفاض كتلة العضلات الهيكلية ووظيفتها، مما يؤثر على نسبة كبيرة من كبار السن على مستوى العالم. توصي الإرشادات الحالية بتدريب التمارين كالتدخل الأساسي لإدارة الساركوبينيا، مع وجود أدلة تشير إلى أن برامج التمارين المنظمة يمكن أن تعكس آثارها بشكل فعال. ومع ذلك، فإن الالتزام بمثل هذه البرامج بين كبار السن الذين يعانون من حالات عضلية هيكلية مزمنة منخفض بشكل ملحوظ بسبب حواجز مختلفة، بما في ذلك الوصول المحدود إلى الموارد، ونقص المعرفة المهنية، والتحديات اللوجستية.
لمعالجة هذه القضايا، تستكشف الورقة إمكانيات إعادة التأهيل عن بُعد، التي تستخدم تقنيات الاتصال الإلكترونية لتقديم خدمات إعادة التأهيل عن بُعد. لقد أظهرت إعادة التأهيل عن بُعد وعدًا في تعزيز الوظيفة البدنية وجودة الحياة لمرضى الساركوبينيا. يقترح المؤلفون دمج الذكاء الاصطناعي (AI) في إعادة التأهيل عن بُعد، تحديدًا من خلال تقدير الوضعية ثلاثية الأبعاد، لتحسين دقة وفعالية إشراف التمارين عن بُعد. يهدف هذا النهج إلى تقديم ملاحظات في الوقت الحقيقي حول حركات المرضى، مما يقلل من خطر الإصابة ويعزز نتائج إعادة التأهيل. تفترض الدراسة أن هذا البرنامج الجديد لإعادة التأهيل عن بُعد سيكون فعالًا مثل الطرق التقليدية في تحسين جودة العضلات، والقوة، والوظائف لدى كبار السن الذين يعانون من الساركوبينيا على مدار فترة 12 أسبوعًا.
الطرق
استخدمت هذه الدراسة تصميم تجربة عشوائية محكومة غير مقنعة في مركز واحد لتقييم برنامج شامل هجين لإعادة التأهيل عن بُعد للمرضى المسنين الذين يعانون من الساركوبينيا، تم إجراؤه من مايو إلى أغسطس 2023. تمت الموافقة على التجربة من قبل لجنة الأخلاقيات في جامعة نورث إيست نورمال وتم تسجيلها على ClinicalTrials.gov، وشملت المشاركين الذين قدموا موافقة مستنيرة. أظهرت تقييمات الجدوى عدم وجود اختلافات كبيرة في الخصائص الأساسية بين المجموعات التدريبية الثلاث، مما يؤكد قوة تصميم التجربة.
شملت التدخلات نظامًا مدته 3 أشهر من ممارسة تاي تشي ذات 24 شكلًا ثلاث مرات أسبوعيًا، مما أدى إلى تحسين كبير في مؤشرات كتلة العضلات، خاصة في مجموعة تدريب تاي تشي (TRHG) ومجموعة التدريب المعتمدة على الذكاء الاصطناعي (AITHG)، كما تم قياسه بواسطة مؤشر كتلة العضلات الهيكلية الطرفية (ASMI). بينما لم تظهر قوة القبضة أي تحسين كبير عبر المجموعات، كانت تاي تشي فعالة في تعزيز قوة العضلات في الأطراف السفلية والحركة البدنية، كما يتضح من التحسينات في سرعة المشي لمسافة 6 أمتار وأداء اختبار التوقيت للقيام والذهاب (TUGT). بالإضافة إلى ذلك، أفادت جميع المجموعات بتحسينات كبيرة في درجات جودة الحياة (QoL)، حيث حققت مجموعة AITHG نتائج مماثلة لطرق التدريب التقليدية. تسلط الدراسة الضوء على إمكانيات تاي تشي وإعادة التأهيل المدعوم بالذكاء الاصطناعي في تحسين جودة العضلات والرفاهية العامة لدى كبار السن الذين يعانون من الساركوبينيا، على الرغم من أنها تعترف بالقيود المتعلقة بالمدة القصيرة للتدخل وتقترح مزيدًا من البحث لاستكشاف الآثار طويلة الأمد.
النتائج
شملت الدراسة 75 مشاركًا مؤهلًا تم توزيعهم عشوائيًا على ثلاث مجموعات: TRHG، GTHG، وAITHG. بعد احتساب الانسحابات، أكمل 70 مشاركًا التدخل. ظهرت نتائج مهمة تتعلق بمؤشر كتلة العضلات الهيكلية الطرفية (ASMI)، حيث أظهرت مجموعة TRHG زيادة ملحوظة قدرها 0.327 كجم/م² (95% CI: 0.176، 0.479) بعد 12 أسبوعًا مقارنة بالخط الأساسي (p < 0.01). كما أظهرت مجموعتا GTHG وAITHG أيضًا زيادات كبيرة في ASMI بعد 12 أسبوعًا، بقيم قدرها 0.179 كجم/م² (95% CI: 0.027، 0.330) و0.367 كجم/م² (95% CI: 0.218، 0.515) على التوالي (p < 0.05 وp < 0.01). ومع ذلك، كشفت المقارنات بين المجموعات عدم وجود اختلافات ذات دلالة إحصائية في مستويات ASMI بين المجموعات في كل من منتصف ونهاية فترة التدخل. فيما يتعلق بقوة القبضة، لم تُلاحظ أي اختلافات كبيرة عبر المجموعات أو داخل المجموعات خلال فترة التدخل. وبالمثل، أظهرت نتائج سرعة المشي لمسافة 6 أمتار واختبار التوقيت للقيام والذهاب (TUGT) تحسينات داخل المجموعات ولكنها افتقرت إلى اختلافات ذات دلالة إحصائية بين المجموعات. ومن الجدير بالذكر أن مجموعة TRHG أظهرت تحسينات كبيرة في توقيت TUGT بعد 12 أسبوعًا (1.00 ثانية، 95% CI: -1.534، -0.468، p < 0.01). زادت درجات جودة الحياة (QoL)، المقاسة بواسطة SF-36، بشكل كبير داخل جميع المجموعات في نقاط زمنية مختلفة، ومع ذلك لم تسفر المقارنات بين المجموعات عن اختلافات ذات دلالة إحصائية. بشكل عام، بينما أدى التدخل إلى تحسينات في ASMI، وTUGT، وQoL داخل المجموعات، فإن عدم وجود اختلافات ذات دلالة إحصائية بين المجموعات يشير إلى أن التأثيرات قد تكون مشابهة عبر أنواع التدخل المختلفة.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم تجنيد عينة من 75 مشاركًا تتراوح أعمارهم بين 60-75 عامًا لتقييم فعالية ثلاث طرق تدريب تاي تشي مختلفة – التدريب التقليدي وجهًا لوجه، التدريب عن بُعد العام، والتدريب عن بُعد المعتمد على الذكاء الاصطناعي – على الساركوبينيا. تم تحديد حجم العينة باستخدام G*Power، مما يضمن قوة إحصائية كافية من خلال احتساب الانسحابات المحتملة. تم تصنيف المشاركين حسب الجنس وتوزيعهم عشوائيًا على واحدة من المجموعات الثلاث، حيث شاركت جميع المجموعات في برنامج تاي تشي منظم لمدة 3 أشهر. تم تقسيم التدخل إلى مرحلتين: مرحلة تعلم أساسية تلتها مرحلة ممارسة مكثفة، مع إجراء تقييمات عند الخط الأساسي، ومنتصف التدخل (8 أسابيع)، وبعد التدخل.
أشارت النتائج إلى عدم وجود اختلافات كبيرة في تأثيرات التعافي على جودة العضلات، وقدرة النشاط البدني، وجودة الحياة بين مجموعة التدريب عن بُعد المعتمدة على الذكاء الاصطناعي ومجموعة التدريب التقليدية بعد التجربة. وهذا يشير إلى أن نهج إعادة التأهيل المعتمد على الذكاء الاصطناعي، الذي يستخدم تقدير الوضعية ثلاثية الأبعاد لتقديم ملاحظات في الوقت الحقيقي، فعال مثل الطرق التقليدية في تحسين النتائج لكبار السن الذين يعانون من الساركوبينيا. تؤكد الدراسة على إمكانيات دمج التكنولوجيا في ممارسات إعادة التأهيل، مما يوفر بديلاً قابلاً للتطبيق للتدريب التقليدي وجهًا لوجه.
DOI: https://doi.org/10.1186/s12877-024-05188-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38977995
Publication Date: 2024-07-08
Author(s): Shichun He et al.
Primary Topic: Balance, Gait, and Falls Prevention
Overview
This study aimed to evaluate the effectiveness of an AI-based remote training program utilizing deep learning-based 3D human pose estimation technology in comparison to traditional face-to-face training and a general remote training approach among older adults with sarcopenia. A total of 75 participants aged 60-75 were randomly assigned to three groups: a traditional training group (TRHG), a general remote training group (GTHG), and an AI-based remote training group (AITHG). Over a 3-month period, all groups engaged in 24-form Taichi exercises, with assessments conducted on various metrics including Appendicular Skeletal Muscle Mass Index (ASMI), grip strength, walking pace, Timed Up and Go test (TUGT), and quality of life (QoL) at multiple time points.
Results indicated that all groups experienced significant improvements in various measures. Specifically, TRHG showed significant enhancements in ASMI, walking pace, and QoL, while GTHG and AITHG demonstrated extremely significant improvements in similar metrics. Notably, the AITHG exhibited comparable recovery effects to TRHG, with no significant differences in muscle quality, physical activity, or quality of life outcomes post-experiment. The findings suggest that AI-based remote training is as effective as traditional rehabilitation methods in improving muscle quality and overall functionality in older adults with sarcopenia.
Introduction
The introduction of this research paper addresses sarcopenia, an age-related condition characterized by the decline of skeletal muscle mass and function, affecting a significant percentage of older adults globally. Current guidelines advocate for exercise training as the primary intervention for managing sarcopenia, with evidence indicating that structured exercise programs can effectively reverse its effects. However, adherence to such programs among older adults with chronic musculoskeletal conditions is notably low due to various barriers, including limited access to resources, inadequate professional knowledge, and logistical challenges.
To address these issues, the paper explores the potential of tele-rehabilitation, which utilizes electronic communication technologies to deliver rehabilitation services remotely. Tele-rehabilitation has shown promise in enhancing physical function and quality of life for sarcopenia patients. The authors propose integrating artificial intelligence (AI) into tele-rehabilitation, specifically through 3D pose estimation, to improve the accuracy and effectiveness of remote exercise supervision. This approach aims to provide real-time feedback on patients’ movements, thereby minimizing the risk of injury and enhancing rehabilitation outcomes. The study hypothesizes that this novel tele-rehabilitation program will be as effective as traditional methods in improving muscle quality, strength, and functionality in older adults with sarcopenia over a 12-week period.
Methods
This study employed a single-center, prospective, unmasked randomized controlled trial design to evaluate a hybrid comprehensive tele-rehabilitation program for elderly patients with sarcopenia, conducted from May to August 2023. The trial, approved by the Ethics Committee of Northeast Normal University and registered on ClinicalTrials.gov, involved participants who provided informed consent. The feasibility assessment indicated no significant differences in baseline characteristics among the three training groups, confirming the experimental design’s robustness.
The intervention included a 3-month regimen of 24-form Tai Chi practiced three times weekly, which significantly improved muscle mass indicators, particularly in the Tai Chi training group (TRHG) and the AI training group (AITHG), as measured by the appendicular skeletal muscle mass index (ASMI). While grip strength showed no significant improvement across groups, Tai Chi was effective in enhancing lower limb muscle strength and physical mobility, as evidenced by improvements in the 6-meter walking pace and Timed Up and Go Test (TUGT) performance. Additionally, all groups reported significant enhancements in quality of life (QoL) scores, with the AITHG achieving comparable results to traditional training methods. The study highlights the potential of Tai Chi and AI-assisted rehabilitation in improving muscle quality and overall well-being in older adults with sarcopenia, although it acknowledges limitations related to the short duration of the intervention and suggests further research to explore long-term effects.
Results
The study involved 75 eligible participants who were randomly assigned to three groups: TRHG, GTHG, and AITHG. After accounting for withdrawals, 70 participants completed the intervention. Significant findings emerged regarding the Appendicular Skeletal Muscle Index (ASMI), where the TRHG group showed a notable increase of 0.327 kg/m² (95% CI: 0.176, 0.479) after 12 weeks compared to baseline (p < 0.01). The GTHG and AITHG groups also demonstrated significant increases in ASMI after 12 weeks, with values of 0.179 kg/m² (95% CI: 0.027, 0.330) and 0.367 kg/m² (95% CI: 0.218, 0.515), respectively (p < 0.05 and p < 0.01). However, inter-group comparisons revealed no statistically significant differences in ASMI levels among the groups at both the mid and end points of the intervention. In terms of grip strength, no significant differences were observed across groups or within groups over the intervention period. Similarly, the 6-meter walking pace and Timed Up and Go Test (TUGT) results showed improvements within groups but lacked significant inter-group differences. Notably, the TRHG group exhibited significant improvements in TUGT timing after 12 weeks (1.00 seconds, 95% CI: -1.534, -0.468, p < 0.01). Quality of Life (QoL) scores, measured by SF-36, increased significantly within all groups at various points, yet inter-group comparisons did not yield statistically significant differences. Overall, while the intervention led to improvements in ASMI, TUGT, and QoL within groups, the lack of significant inter-group differences suggests that the effects may be similar across the different intervention types.
Discussion
In this study, a sample size of 75 participants aged 60-75 was recruited to assess the efficacy of three different Taichi training modalities—face-to-face traditional training, general remote training, and AI-based remote training—on sarcopenia. The sample size was determined using G*Power, ensuring adequate statistical power by accounting for potential dropouts. Participants were stratified by gender and randomly assigned to one of the three groups, with all groups engaging in a structured 3-month Taichi program. The intervention was divided into two phases: a basic learning stage followed by an intensive practice stage, with assessments conducted at baseline, mid-intervention (8 weeks), and post-intervention.
The findings indicated that there were no significant differences in recovery effects on muscle quality, physical activity ability, and quality of life between the AI-based remote training group and the traditional training group post-experiment. This suggests that the AI-based rehabilitation approach, utilizing 3D pose estimation for real-time feedback, is as effective as conventional methods in improving outcomes for older adults with sarcopenia. The study underscores the potential of integrating technology into rehabilitation practices, offering a viable alternative to traditional face-to-face training.