Configuration pour l’évaluation quantitative du mouvement et de l’activité musculaire lors d’un test virtuel modifié en boîte et en bloc

Résumé

Le protocole décrit ici vise à améliorer l’évaluation quantitative des déficits des membres supérieurs, dans le but de développer une technologie supplémentaire pour l’évaluation à distance à la fois en clinique et à domicile. Les technologies de réalité virtuelle et de biocapteurs sont combinées à des techniques cliniques standard pour fournir des informations sur le fonctionnement du système neuromusculaire.

Résumé

La capacité de bouger nous permet d’interagir avec le monde. Lorsque cette capacité est altérée, elle peut réduire considérablement la qualité de vie et l’indépendance d’une personne et peut entraîner des complications. L’importance de l’évaluation et de la réadaptation à distance des patients s’est récemment accrue en raison de l’accès limité aux services en personne. Par exemple, la pandémie de COVID-19 a entraîné de manière inattendue une réglementation stricte, réduisant l’accès aux services de santé non urgents. De plus, les soins à distance offrent la possibilité de remédier aux disparités en matière de soins de santé dans les zones rurales, mal desservies et à faible revenu où l’accès aux services reste limité.

L’amélioration de l’accessibilité grâce à des options de soins à distance limiterait le nombre de visites à l’hôpital ou chez les spécialistes et rendrait les soins de routine plus abordables. Enfin, l’utilisation d’appareils électroniques grand public commerciaux facilement disponibles pour les soins à domicile peut améliorer les résultats pour les patients en raison d’une meilleure observation quantitative des symptômes, de l’efficacité du traitement et de la posologie du traitement. Bien que les soins à distance soient un moyen prometteur de résoudre ces problèmes, il est crucial de caractériser quantitativement la déficience motrice pour de telles applications. Le protocole suivant vise à combler cette lacune dans les connaissances afin de permettre aux cliniciens et aux chercheurs d’obtenir des données à haute résolution sur les mouvements complexes et l’activité musculaire sous-jacente. L’objectif ultime est de développer un protocole d’administration à distance de tests cliniques fonctionnels.

Ici, les participants ont été invités à effectuer une tâche Box and Block (BBT) d’inspiration médicale, qui est fréquemment utilisée pour évaluer la fonction de la main. Cette tâche exige que les sujets transportent des cubes normalisés entre deux compartiments séparés par une barrière. Nous avons mis en œuvre une BBT modifiée en réalité virtuelle pour démontrer le potentiel de développement de protocoles d’évaluation à distance. L’activation musculaire a été capturée pour chaque sujet à l’aide de l’électromyographie de surface. Ce protocole a permis d’acquérir des données de haute qualité pour mieux caractériser les troubles du mouvement de manière détaillée et quantitative. À terme, ces données ont le potentiel d’être utilisées pour développer des protocoles de réadaptation virtuelle et de surveillance à distance des patients.

Introduction

Le mouvement est la façon dont nous interagissons avec le monde. Bien que les activités quotidiennes telles que prendre un verre d’eau ou se rendre au travail à pied puissent sembler simples, même ces mouvements reposent sur une signalisation complexe entre le système nerveux central, les muscles et les membres¹. En tant que tels, l’indépendance personnelle et la qualité de vie sont fortement corrélées au niveau de la fonction des membres^{d’un individu 2,3}. Les lésions neurologiques, comme les lésions de la moelle épinière (LME) ou les lésions des nerfs périphériques, peuvent entraîner d....

Protocole

Les procédures expérimentales ont été approuvées par le Conseil d’examen institutionnel (IRB) de l’Université de Virginie-Occidentale, protocole # 1311129283, et ont adhéré aux principes de la Déclaration d’Helsinki. Les risques liés à ce protocole sont mineurs, mais il est nécessaire d’expliquer toutes les procédures et les risques potentiels aux participants, et un consentement écrit et éclairé a été obtenu avec une documentation approuvée par le comité d’éthique de l’établissement.

1. Caractéristiques et conception du système

REMARQUE : La configuration de ce protocole se compose des éléments su....

Discussion

Système EMG
Le matériel du système EMG se compose de 15 capteurs EMG utilisés pour obtenir des données d’activation musculaire. Une interface de programmation d’application (API) disponible dans le commerce a été utilisée pour générer un logiciel d’enregistrement EMG personnalisé. Le matériel du système VR se compose d’un casque de réalité virtuelle utilisé pour afficher l’environnement VR immersif et d’un câble pour relier le casque à l’ordinateur dédié où la tâche.......

matériels

Name	Company	Catalog Number	Comments
Armless Chair	N/A		A chair for subjects to sit in should be armless so that their arms are not interfered with.
Computer	Dell Technologies		Three computers were used to accompany the data acquisition equipment.
Leap Motion Controller	Ultraleap		Optical hand tracking module that captures the hand and finger movement. The controller has two 640 x 240-pixel near-infrared cameras (120 Hz), which are capable of tracking movement up to 60 cm from the device and in a 140 x 120° field of view. This device was attached to the VR headset or secured above the head during movement.
MATLAB	MathWorks, Inc.		Programming platform used to develop custom data acquisition software
Oculus Quest 2	Meta		Immersive virtual reality headset equipped with hand tracking ability through 4 infrared build-in cameras (72-120 Hz). Can be substituted with other similar devices (ex. HTC Vive, HP Reverb, Playstation VR).
Oculus Quest 2 Link cable	Meta		Used to connect the headset to the computer where the VR game was stored
PhaseSpace Motion Capture	PhaseSpace, Inc.		Markered motion capture system, consisting of a server, cameras with 60° field of view, red light emitting diode (LED) as markers, and a calibration object
Trigno Wireless System	Delsys, Inc.		By Delsys Inc., includes EMG, accelerometer, force sensors, a base station, and collection software. The Trigno-MATLAB Application Programming Interface (API) was used to develop custom recording software.
UnReal Engine 4	Epic Games		Software used to create and run the modified Box and Block Task in VR