Установка для количественной оценки движений и мышечной активности во время виртуального модифицированного бокс-теста и теста Block

Summary

Описанный здесь протокол направлен на улучшение количественной оценки дефицита верхних конечностей с целью разработки дополнительной технологии для дистанционной оценки как в клинике, так и в домашних условиях. Виртуальная реальность и биосенсорные технологии в сочетании со стандартными клиническими методами позволяют получить представление о функционировании нервно-мышечной системы.

Abstract

Способность двигаться позволяет нам взаимодействовать с миром. Когда эта способность нарушена, это может значительно снизить качество жизни и независимость и привести к осложнениям. Важность дистанционной оценки и реабилитации пациентов в последнее время возросла из-за ограниченного доступа к личным услугам. Например, пандемия COVID-19 неожиданно привела к введению строгих правил, сократив доступ к неэкстренным медицинским услугам. Кроме того, дистанционная помощь дает возможность устранить неравенство в здравоохранении в сельских, недостаточно обслуживаемых районах и районах с низким уровнем дохода, где доступ к услугам остается ограниченным.

Повышение доступности за счет вариантов дистанционной медицинской помощи ограничило бы количество посещений больниц или специалистов и сделало бы плановую помощь более доступной. Наконец, использование легкодоступной коммерческой бытовой электроники для ухода на дому может улучшить результаты лечения пациентов благодаря улучшенному количественному наблюдению за симптомами, эффективности лечения и дозировке терапии. Несмотря на то, что дистанционная помощь является многообещающим средством решения этих проблем, существует острая необходимость в количественной характеристике двигательных нарушений для таких приложений. Следующий протокол направлен на устранение этого пробела в знаниях, чтобы позволить клиницистам и исследователям получать данные с высоким разрешением о сложных движениях и лежащей в их основе мышечной активности. Конечной целью является разработка протокола дистанционного проведения функциональных клинических тестов.

Здесь участников проинструктировали выполнить задачу «Коробка и блок», вдохновленную медициной, которая часто используется для оценки функции руки. Для выполнения этой задачи испытуемым необходимо транспортировать стандартизированные кубики между двумя отсеками, разделенными барьером. Мы реализовали модифицированный ББТ в виртуальной реальности, чтобы продемонстрировать потенциал разработки протоколов удаленной оценки. Мышечная активация была зафиксирована для каждого субъекта с помощью поверхностной электромиографии. Этот протокол позволил получить высококачественные данные для лучшей характеристики двигательных нарушений в деталях и количественном отношении. В конечном счете, эти данные могут быть использованы для разработки протоколов виртуальной реабилитации и удаленного мониторинга пациентов.

Introduction

Движение – это то, как мы взаимодействуем с миром. В то время как повседневные действия, такие как поднятие стакана воды или прогулка на работу, могут показаться простыми, даже эти движения основаны на сложной передаче сигналов между центральной нервной системой,^{мышцами и} конечностями. Таким образом, личная независимость и качество жизни сильно коррелируют с уровнем функции конечностей человека ^2,3. Неврологические повреждения, такие как травма спинного мозга (ТСМ) или повреждение периферических нервов, могут привести к постоянному двигательному дефициту, тем самым снижая способность вы....

Protocol

Экспериментальные процедуры были одобрены Институциональным наблюдательным советом (IRB) Университета Западной Вирджинии, протокол # 1311129283, и соответствовали принципам Хельсинкской декларации. Риски, связанные с этим протоколом, незначительны, но необходимо объяснить участникам все п.......

Discussion

Система ЭМГ
Аппаратное обеспечение системы ЭМГ состоит из 15 датчиков ЭМГ, используемых для получения данных об активации мышц. Коммерчески доступный интерфейс прикладного программирования (API) был использован для создания специализированного программного обеспечения для ?.......

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