仮想修正ボックスおよびブロックテスト中の運動と筋肉活動の定量的評価のためのセットアップ

要約

ここで説明するプロトコルは、上肢欠損の定量的評価を強化することを目的としており、クリニックと自宅の両方でリモート評価のための追加技術を開発することを目的としています。バーチャルリアリティとバイオセンサー技術を標準的な臨床技術と組み合わせて、神経筋系の機能に関する洞察を提供します。

要約

動く能力は、私たちが世界と対話することを可能にします。この能力が損なわれると、生活の質と自立性が大幅に低下し、合併症を引き起こす可能性があります。最近では、対面式サービスへのアクセスが限られているため、遠隔での患者の評価とリハビリテーションの重要性が高まっています。例えば、COVID-19のパンデミックにより、予期せぬ規制が厳しくなり、緊急性のない医療サービスへのアクセスが減少しました。さらに、リモートケアは、サービスへのアクセスが限られている農村部、サービスの行き届いていない地域、低所得地域の医療格差に対処する機会を提供します。

遠隔医療の選択肢を通じてアクセシビリティを向上させることで、病院や専門家の訪問回数が制限され、日常的なケアがより手頃な価格で利用できるようになります。最後に、すぐに入手できる市販の家電製品を在宅医療に使用すると、症状、治療効果、および治療投与量の定量的観察が改善されるため、患者の転帰を向上させることができます。遠隔医療はこれらの問題に対処するための有望な手段ですが、そのようなアプリケーションでは、運動障害を定量的に特徴付けることが非常に重要です。次のプロトコルは、この知識のギャップに対処して、臨床医や研究者が複雑な動きと根底にある筋肉活動に関する高解像度のデータを取得できるようにすることを目指しています。最終的な目標は、機能的な臨床検査の遠隔投与のためのプロトコルを開発することです。

ここでは、参加者は、手の機能を評価するために頻繁に使用される医学的なボックスアンドブロックタスク(BBT)を実行するように指示されました。このタスクでは、被験者はバリアで区切られた2つのコンパートメント間で標準化されたキューブを輸送する必要があります。私たちは、リモート評価プロトコルの開発の可能性を実証するために、仮想現実に修正されたBBTを実装しました。筋肉の活性化は、表面筋電図法を使用して各被験者についてキャプチャされました。このプロトコルにより、運動障害を詳細かつ定量的に特徴付けるための高品質なデータを取得することができました。最終的には、これらのデータは、仮想リハビリテーションや遠隔患者モニタリングのプロトコルの開発に使用される可能性があります。

概要

動きとは、私たちが世界とどのように相互作用するかです。コップ一杯の水を拾ったり、歩いて通勤したりするなどの日常的な活動は簡単に思えるかもしれませんが、これらの動きでさえ、中枢神経系、筋肉、手足の間の複雑なシグナル伝達に依存しています¹。そのため、個人の自立と生活の質は、個人の四肢機能のレベルと高い相関関係があります^2,3。脊髄損傷(SCI)や末梢神経損傷のような神経学的損傷は、永続的な運動障害を引き起こし、それによって日常生活の単純な活動さえも実行する能力を低下させる可能性があります^4,5。国立神経疾患・脳卒中研究所によると、米国では1億人以上が運動障害を経験しており、脳卒中が主な原因の1つとなっています^6,7,8。これらの怪我の性質上、患者はしばしば長期のケアを必要とし、定量的な運動評価と遠隔治療が有益である可能性があります。

運動障害を治療するための現在の実践では、理学療法士や作業療法士などの訓練を受けた専門....

プロトコル

実験手順は、ウェストバージニア大学の治験審査委員会(IRB)のプロトコル#1311129283によって承認され、ヘルシンキ宣言の原則に準拠していました。このプロトコルによるリスクは軽微ですが、すべての手順と潜在的なリスクを参加者に説明する必要があり、機関の倫理審査委員会によって承認された文書とともに書面によるインフォームドコンセントが取得されました。

1. システム特性と設計

注:このプロトコルのセットアップは、(1)EMGセンサーとベース、(2)EMGデータ収集(DAQ)ソフトウェア、(3)モーションキャプチャシステム、および(4)対応するソフトウェアを備えたVRヘッドセットの要素で構成されています。これらのコンポーネントを 図1に示します。

1. システムコンポーネントのセットアップ
   1. EMGシステムを接続します。
      1. EMGベースステーションを接続して電源を入れます。
      2. EMGベースステーションを、DAQスクリプトを含む専用コンピュータ(図1C)に接続します。
         注: スクリプトの例は、https://www.dropbox.com/sh/7se5lih4noxj584/AACqFDZytpDm-L8j....

ディスカッション

EMGシステム
EMGシステムのハードウェアは、筋肉の活性化データを取得するために使用される15個のEMGセンサーで構成されています。市販のアプリケーションプログラミングインターフェイス(API)を使用して、カスタムEMG記録ソフトウェアを生成しました。VRシステムハードウェアは、没入型VR環境を表示するためのバーチャルリアリティヘッドセットと、バーチャル評価タスク?.......

資料

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