Virtual Modified Box and Block Test 중 동작 및 근육 활동의 정량적 평가를 위한 설정

요약

여기에 설명된 프로토콜은 상지 결손의 정량적 평가를 강화하는 것을 목표로 하며, 클리닉과 가정에서 원격 평가를 위한 추가 기술을 개발하는 것을 목표로 합니다. 가상 현실 및 바이오 센서 기술은 신경근 시스템의 기능에 대한 통찰력을 제공하기 위해 표준 임상 기술과 결합됩니다.

초록

움직일 수 있는 능력은 우리가 세상과 상호 작용할 수 있게 해줍니다. 이 능력이 손상되면 삶의 질과 독립성을 크게 떨어뜨리고 합병증으로 이어질 수 있습니다. 원격 환자 평가 및 재활의 중요성은 최근 대면 서비스에 대한 접근이 제한됨에 따라 증가했습니다. 예를 들어, COVID-19 팬데믹으로 인해 예기치 않게 엄격한 규제가 발생하여 비응급 의료 서비스에 대한 접근성이 감소했습니다. 또한 원격 진료는 서비스에 대한 접근이 제한된 농촌, 소외된 지역 및 저소득 지역의 의료 격차를 해결할 수 있는 기회를 제공합니다.

원격 진료 옵션을 통해 접근성을 개선하면 병원 또는 전문의 방문 횟수가 제한되고 일상적인 진료를 보다 저렴하게 이용할 수 있습니다. 마지막으로, 가정 간호를 위해 쉽게 구할 수 있는 상업용 소비자 전자 제품을 사용하면 증상, 치료 효능 및 치료 용량에 대한 정량적 관찰이 향상되어 환자 결과를 향상시킬 수 있습니다. 원격 치료는 이러한 문제를 해결할 수 있는 유망한 수단이지만, 이러한 응용 분야에서 운동 장애를 정량적으로 특성화해야 할 필요성이 있습니다. 다음 프로토콜은 임상의와 연구원이 복잡한 움직임 및 기본 근육 활동에 대한 고해상도 데이터를 얻을 수 있도록 이러한 지식 격차를 해결하고자 합니다. 궁극적인 목표는 기능적 임상 시험의 원격 관리를 위한 프로토콜을 개발하는 것입니다.

여기에서 참가자들은 손 기능을 평가하는 데 자주 사용되는 의학적으로 영감을 받은 BBT(Box and Block task)를 수행하도록 지시받았습니다. 이 과제는 피험자들이 장벽으로 분리된 두 구획 사이에서 표준화된 큐브를 운반하도록 요구한다. 우리는 원격 평가 프로토콜 개발의 잠재력을 보여주기 위해 가상 현실에서 수정된 BBT를 구현했습니다. 근육 활성화는 표면 근전도를 사용하여 각 피험자에 대해 캡처되었습니다. 이 프로토콜을 통해 고품질 데이터를 획득하여 상세하고 정량적인 방식으로 운동 장애를 더 잘 특성화할 수 있었습니다. 궁극적으로 이러한 데이터는 가상 재활 및 원격 환자 모니터링을 위한 프로토콜을 개발하는 데 사용될 수 있습니다.

서문

움직임은 우리가 세상과 상호 작용하는 방식입니다. 물 한 잔을 줍거나 걸어서 출근하는 것과 같은 일상 활동은 단순해 보일 수 있지만, 이러한 움직임조차도 중추 신경계, 근육 및 팔다리 사이의 복잡한 신호 전달에 의존합니다¹. 따라서 개인의 독립성과 삶의 질은 개인의 사지 기능 수준과 높은 상관관계가 있습니다 ^2,3. 척수 손상(SCI) 또는 말초 신경 손상과 같은 신경 손상은 영구적인 운동 결손을 초래할 수 있으며, 이로 인해 일상 생활의 간단한 활동조차 수행할 수 있는 능력을 감소시킬 수 있습니다 ^4,5. 미국 국립 신경 장애 및 뇌졸중 연구소(National Institute of Neurological Disorders and Stroke)에 따르면 미국에서 1억 명 이상의 사람들이 운동 장애를 겪고 있으며, 뇌졸중은 주요 원인^{중 하나입니다 6,7,8}. 이러한 부상의 특성....

프로토콜

실험 절차는 웨스트 버지니아 대학교 기관 검토 위원회(IRB), 프로토콜 # 1311129283에 의해 승인되었으며 헬싱키 선언의 원칙을 준수했습니다. 이 프로토콜의 위험은 경미하지만 참가자에게 모든 절차와 잠재적 위험을 설명해야 하며 기관 윤리 검토 위원회에서 승인한 문서와 함께 서면 동의를 획득했습니다.

1. 시스템 특성 및 설계

참고: 이 프로토콜의 설정은 (1) EMG 센서 및 베이스, (2) EMG 데이터 수집(DAQ) 소프트웨어, (3) 모션 캡처 시스템, (4) 해당 소프트웨어가 있는 VR 헤드셋 요소로 구성됩니다. 이러한 구성 요소는 그림 1에 시각화되어 있습니다.

1. 시스템 구성 요소 설정
   1. EMG 시스템을 연결합니다.
      1. EMG 베이스 스테이션을 연결하여 전원을 공급합니다.
      2. EMG 기지국을 DAQ 스크립트가 들어있는 전용 컴퓨터 (그림 1C)에 연결합니다.
         참고: 예제 스크립트는 다음에서 찾을 수 있습니다: https://www.dropbox.com/sh/7se5lih4noxj58....

토론

근전도 시스템
EMG 시스템의 하드웨어는 근육 활성화 데이터를 얻는 데 사용되는 15개의 EMG 센서로 구성됩니다. 상용 API(Application Programming Interface)를 사용하여 맞춤형 EMG 기록 소프트웨어를 생성했습니다. VR 시스템 하드웨어는 몰입형 VR 환경을 표시하는 데 사용되는 가상 현실 헤드셋과 헤드셋을 가상 평가 작업이 저장된 전용 컴퓨터에 연결하는 케이블로 구성됩니다. 이 소프트웨?.......

자료

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