Configuração para a avaliação quantitativa do movimento e da atividade muscular durante um teste virtual modificado de caixa e bloco

Summary

O protocolo aqui descrito visa aprimorar a avaliação quantitativa dos déficits dos membros superiores, com o objetivo de desenvolver tecnologia adicional para avaliação remota tanto na clínica quanto no domicílio. As tecnologias de realidade virtual e biossensores são combinadas com técnicas clínicas padrão para fornecer informações sobre o funcionamento do sistema neuromuscular.

Abstract

A capacidade de nos movermos nos permite interagir com o mundo. Quando essa habilidade é prejudicada, pode reduzir significativamente a qualidade de vida e a independência de uma pessoa e pode levar a complicações. A importância da avaliação e reabilitação remota de pacientes cresceu recentemente devido ao acesso limitado a serviços presenciais. Por exemplo, a pandemia de COVID-19 resultou inesperadamente em regulamentações rígidas, reduzindo o acesso a serviços de saúde não emergentes. Além disso, o atendimento remoto oferece uma oportunidade de abordar as disparidades de saúde em áreas rurais, carentes e de baixa renda, onde o acesso aos serviços permanece limitado.

Melhorar a acessibilidade por meio de opções de atendimento remoto limitaria o número de visitas hospitalares ou especializadas e tornaria os cuidados de rotina mais acessíveis. Finalmente, o uso de eletrônicos de consumo comerciais prontamente disponíveis para atendimento domiciliar pode melhorar os resultados dos pacientes devido à melhor observação quantitativa dos sintomas, eficácia do tratamento e dosagem da terapia. Embora o atendimento remoto seja um meio promissor de abordar essas questões, há uma necessidade crucial de caracterizar quantitativamente o comprometimento motor para tais aplicações. O protocolo a seguir procura abordar essa lacuna de conhecimento para permitir que médicos e pesquisadores obtenham dados de alta resolução sobre movimentos complexos e atividade muscular subjacente. O objetivo final é desenvolver um protocolo para administração remota de testes clínicos funcionais.

Aqui, os participantes foram instruídos a realizar uma tarefa Box and Block (BBT) de inspiração médica, que é frequentemente usada para avaliar a função da mão. Esta tarefa exige que os sujeitos transportem cubos padronizados entre dois compartimentos separados por uma barreira. Implementamos um BBT modificado em realidade virtual para demonstrar o potencial de desenvolvimento de protocolos de avaliação remota. A ativação muscular foi capturada para cada sujeito usando eletromiografia de superfície. Esse protocolo permitiu a aquisição de dados de alta qualidade para melhor caracterizar o comprometimento do movimento de maneira detalhada e quantitativa. Em última análise, esses dados têm o potencial de serem usados para desenvolver protocolos para reabilitação virtual e monitoramento remoto de pacientes.

Introduction

O movimento é como interagimos com o mundo. Embora as atividades cotidianas, como pegar um copo d'água ou caminhar para o trabalho, possam parecer simples, mesmo esses movimentos dependem de sinalização complexa entre o sistema nervoso central, músculos e^membros. Como tal, a independência pessoal e a qualidade de vida estão altamente correlacionadas ao nível de função dos membros de um indivíduo ^2,3. Danos neurológicos, como na lesão medular (LM) ou lesão de nervos periféricos, podem resultar em déficits motores permanentes, diminuindo assim a capacidade de executar até mesmo atividades....

Protocol

Os procedimentos experimentais foram aprovados pelo Conselho de Revisão Institucional da West Virginia University (IRB), protocolo # 1311129283, e aderiram aos princípios da Declaração de Helsinque. Os riscos deste protocolo são menores, mas é necessário explicar todos os procedimentos e riscos potenciais para os participantes e o consentimento informado por escrito foi adquirido com documentação aprovada pelo conselho de ética institucional.

1. Características e design do sis.......

Discussion

Sistema EMG
O hardware do sistema EMG consiste em 15 sensores EMG usados para obter dados de ativação muscular. Uma Interface de Programação de Aplicativos (API) disponível comercialmente foi usada para gerar um software de gravação EMG personalizado. O hardware do sistema de RV consiste em um fone de ouvido de realidade virtual usado para exibir o ambiente imersivo de RV e um cabo para conectar o fone de ouvido ao computador dedicado onde a tarefa de avaliação virtual está armazenada. O sof.......

Materials

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