Setup per la valutazione quantitativa del movimento e dell'attività muscolare durante un test virtuale di box e blocchi modificati

Riepilogo

Il protocollo qui descritto mira a migliorare la valutazione quantitativa dei deficit degli arti superiori, con l'obiettivo di sviluppare ulteriori tecnologie per la valutazione a distanza sia in clinica che a domicilio. La realtà virtuale e le tecnologie dei biosensori sono combinate con tecniche cliniche standard per fornire informazioni sul funzionamento del sistema neuromuscolare.

Abstract

La capacità di muoverci ci permette di interagire con il mondo. Quando questa capacità è compromessa, può ridurre significativamente la qualità della vita e l'indipendenza e può portare a complicazioni. L'importanza della valutazione e della riabilitazione dei pazienti a distanza è recentemente cresciuta a causa dell'accesso limitato ai servizi di persona. Ad esempio, la pandemia di COVID-19 ha inaspettatamente portato a normative severe, riducendo l'accesso ai servizi sanitari non urgenti. Inoltre, l'assistenza remota offre l'opportunità di affrontare le disparità sanitarie nelle aree rurali, scarsamente servite e a basso reddito in cui l'accesso ai servizi rimane limitato.

Migliorare l'accessibilità attraverso opzioni di assistenza remota limiterebbe il numero di visite ospedaliere o specialistiche e renderebbe le cure di routine più convenienti. Infine, l'uso di elettronica di consumo commerciale prontamente disponibile per l'assistenza domiciliare può migliorare i risultati dei pazienti grazie a una migliore osservazione quantitativa dei sintomi, dell'efficacia del trattamento e del dosaggio della terapia. Sebbene l'assistenza remota sia un mezzo promettente per affrontare questi problemi, è fondamentale caratterizzare quantitativamente la compromissione motoria per tali applicazioni. Il seguente protocollo cerca di colmare questa lacuna di conoscenza per consentire a medici e ricercatori di ottenere dati ad alta risoluzione sul movimento complesso e sull'attività muscolare sottostante. L'obiettivo finale è quello di sviluppare un protocollo per la somministrazione remota di test clinici funzionali.

Qui, i partecipanti sono stati istruiti a eseguire un compito Box and Block (BBT) di ispirazione medica, che viene spesso utilizzato per valutare la funzione della mano. Questo compito richiede ai soggetti di trasportare cubi standardizzati tra due compartimenti separati da una barriera. Abbiamo implementato una BBT modificata nella realtà virtuale per dimostrare il potenziale dello sviluppo di protocolli di valutazione remota. L'attivazione muscolare è stata catturata per ciascun soggetto utilizzando l'elettromiografia di superficie. Questo protocollo ha permesso l'acquisizione di dati di alta qualità per caratterizzare meglio la compromissione del movimento in modo dettagliato e quantitativo. In definitiva, questi dati hanno il potenziale per essere utilizzati per sviluppare protocolli per la riabilitazione virtuale e il monitoraggio remoto dei pazienti.

Introduzione

Il movimento è il modo in cui interagiamo con il mondo. Mentre le attività quotidiane come prendere un bicchiere d'acqua o camminare per andare al lavoro possono sembrare semplici, anche questi movimenti si basano su una segnalazione complessa tra il sistema nervoso centrale, i muscoli e gli arti. Pertanto, l'indipendenza personale e la qualità della vita sono altamente correlate al livello di funzione degli arti di un individuo ^2,3. Il danno neurologico, come la lesione del midollo spinale (SCI) o la lesione dei nervi periferici, può provocare deficit motori permanenti, diminuendo così....

Protocollo

Le procedure sperimentali sono state approvate dal West Virginia University Institutional Review Board (IRB), protocollo # 1311129283, e hanno aderito ai principi della Dichiarazione di Helsinki. I rischi derivanti da questo protocollo sono minori, ma è necessario spiegare tutte le procedure e i potenziali rischi ai partecipanti ed è stato acquisito il consenso informato scritto con la documentazione approvata dal comitato di revisione etica istituzionale.

1. Caratteristiche e design del sistema

NOTA: La configurazione di questo protocollo è costituita dai seguenti elementi: (1) sensori e base EMG,....

Discussione

Sistema EMG
L'hardware del sistema EMG è costituito da 15 sensori EMG utilizzati per ottenere i dati di attivazione muscolare. Un'API (Application Programming Interface) disponibile in commercio è stata utilizzata per generare un software di registrazione EMG personalizzato. L'hardware del sistema VR è costituito da un visore per realtà virtuale utilizzato per visualizzare l'ambiente VR immersivo e da un cavo per collegare il visore al computer dedicato in cui è memorizzata l'attività di valutaz.......

Materiali

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