Name: measuring the kinematics of daily living movements with motion capture systems in virtual reality
Uploaded: 2018-04-05T14:00:00
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K.S. y A.L. contribuyen igualmente. Esta investigación fue apoyada por el programa de investigación de ciencia básica a través de la nacional investigación Fundación de Corea (NRF) financiado por el Ministerio de ciencia, TIC y planeación de futuro (NRF-2016R1D1A1B03931389).

Todos los procedimientos experimentales descritos aquí fueron aprobados por el institucional de Junta de la Universidad de Hanyang, según la declaración de Helsinki (HYI-15-029-2). 6 controles sanos (4 machos y 2 hembras) y 6 pacientes MCI (3 machos y 3 hembras) fueron reclutados de un centro médico terciario, Hospital de la Universidad de Hanyang.
1. reclutar a los participantes
<ol><li>Reclutar pacientes MCI (es decir, deterioro de las capacidades de AIVD) y controles sanos (<...

<ol>
	<li>Reppermund, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impairment+in+instrumental+activities+of+daily+living+with+high+cognitive+demand+is+an+early+marker+of+mild+cognitive+impairment:+the+Sydney+Memory+and+Ageing+Study.">Impairment in instrumental activities of daily living with high cognitive demand is an early marker of mild cognitive impairment: the Sydney Memory and Ageing Study.</a> Psychol. Med. 43 (11), 2437-2445 (2013).</li><li>Graf, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Lawton+instrumental+activities+of+daily+living+scale.">The Lawton instrumental activities of daily living scale.</a> Am. J. Nurs. 108 (4), 52-62 (2008).</li><li>Gold, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+examination+of+instrumental+activities+of+daily+living+assessment+in+older+adults+and+mild+cognitive+impairment.">An examination of instrumental activities of daily living assessment in older adults and mild cognitive impairment.</a> J. Clin. Exp. Neuropsychol. 34 (1), 11-34 (2012).</li><li>Jekel, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mild+cognitive+impairment+and+deficits+in+instrumental+activities+of+daily+living:+a+systematic+review.">Mild cognitive impairment and deficits in instrumental activities of daily living: a systematic review.</a> Alzheimers. Res. Ther. 7 (1), 17 (2015).</li><li>Suchy, Y., Kraybill, M. L., Franchow, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Instrumental+activities+of+daily+living+among+community-dwelling+older+adults:+discrepancies+between+self-report+and+performance+are+mediated+by+cognitive+reserve.">Instrumental activities of daily living among community-dwelling older adults: discrepancies between self-report and performance are mediated by cognitive reserve.</a> J. Clin. Exp. Neuropsychol. 33 (1), 92-100 (2011).</li><li>Desai, A. K., Grossberg, G. T., Sheth, D. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Activities+of+Daily+Living+in+patients+with+Dementia.">Activities of Daily Living in patients with Dementia.</a> CNS drugs. 18 (13), 853-875 (2004).</li><li>Ma, M., Jain, L. C., Anderson, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Virtual, augmented reality and serious games for healthcare 1. 68, (2014).</li><li>Allain, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detecting+everyday+action+deficits+in+Alzheimer's+disease+using+a+nonimmersive+virtual+reality+kitchen.">Detecting everyday action deficits in Alzheimer's disease using a nonimmersive virtual reality kitchen.</a> J. Int. Neuropsychol. Soc. 20 (5), 468-477 (2014).</li><li>Klinger, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=AGATHE:+A+tool+for+personalized+rehabilitation+of+cognitive+functions+based+on+simulated+activities+of+daily+living.">AGATHE: A tool for personalized rehabilitation of cognitive functions based on simulated activities of daily living.</a> IRBM. 34 (2), 113-118 (2013).</li><li>White, D., Burdick, K., Fulk, G., Searleman, J., Carroll, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+virtual+reality+application+for+stroke+patient+rehabilitation.">A virtual reality application for stroke patient rehabilitation.</a> ICMA. 2, 1081-1086 (2005).</li><li>Dimbwadyo-Terrer, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Activities+of+daily+living+assessment+in+spinal+cord+injury+using+the+virtual+reality+system+Toyra:+functional+and+kinematic+correlations.">Activities of daily living assessment in spinal cord injury using the virtual reality system Toyra: functional and kinematic correlations.</a> Virtual Real. 20 (1), 17-26 (2016).</li><li>Preische, O., Heymann, P., Elbing, U., Laske, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diagnostic+value+of+a+tablet-based+drawing+task+for+discrimination+of+patients+in+the+early+course+of+Alzheimer's+disease+from+healthy+individuals.">Diagnostic value of a tablet-based drawing task for discrimination of patients in the early course of Alzheimer's disease from healthy individuals.</a> J. Alzheimers. Dis. 55 (4), 1463-1469 (2017).</li><li>Seo, K., Kim, J. K., Oh, D. H., Ryu, H., Choi, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Virtual+daily+living+test+to+screen+for+mild+cognitive+impairment+using+kinematic+movement+analysis.">Virtual daily living test to screen for mild cognitive impairment using kinematic movement analysis.</a> PLOS ONE. 12 (7), e0181883 (2017).</li><li>Albert, M. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+diagnosis+of+mild+cognitive+impairment+due+to+Alzheimer's+disease:+Recommendations+from+the+National+Institute+on+Aging-Alzheimer's+Association+workgroups+on+diagnostic+guidelines+for+Alzheimer's+disease.">The diagnosis of mild cognitive impairment due to Alzheimer's disease: Recommendations from the National Institute on Aging-Alzheimer's Association workgroups on diagnostic guidelines for Alzheimer's disease.</a> Alzheimers. Dement. 7 (3), 270-279 (2011).</li><li>. Motive Quick Start Guide Available from: <a target="_blank" href="https://optitrack.com/public/documents/motive-quick-start-guide-v1.10.0.pdf">https://optitrack.com/public/documents/motive-quick-start-guide-v1.10.0.pdf</a> (2017)</li><li>Kennedy, R. S., Lane, N. E., Berbaum, K. S., Lilienthal, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simulator+sickness+questionnaire:+An+enhanced+method+for+quantifying+simulator+sickness.">Simulator sickness questionnaire: An enhanced method for quantifying simulator sickness.</a> Int. J. Aviat. Psychol. 3 (3), 203-220 (1993).</li><li>Singh, N. B., Baumann, C. R., Taylor, W. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Can+Gait+Signatures+Provide+Quantitative+Measures+for+Aiding+Clinical+Decision-Making?+A+Systematic+Meta-Analysis+of+Gait+Variability+Behavior+in+Patients+with+Parkinson's+Disease.">Can Gait Signatures Provide Quantitative Measures for Aiding Clinical Decision-Making? A Systematic Meta-Analysis of Gait Variability Behavior in Patients with Parkinson's Disease.</a> Front. Hum. Neurosci. 10, 319 (2016).</li><li>Hernandez, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Six+degree-of-freedom+measurements+of+human+mild+traumatic+brain+injury.">Six degree-of-freedom measurements of human mild traumatic brain injury.</a> Ann. Biomed. Eng. 43 (8), 1918-1934 (2015).</li><li>Gamito, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cognitive+training+on+stroke+patients+via+virtual+reality-based+serious+games.">Cognitive training on stroke patients via virtual reality-based serious games.</a> Disabil. Rehabil. 39 (4), 385-388 (2017).</li></ol>

Nos detalla un protocolo de medición cinemático de movimientos diarios de vida con sistemas de captura de movimiento en un entorno inmersivo de VR. En primer lugar, el ajuste experimental dirigido a cómo programar, preparar y familiarizar a los participantes con el entorno inmersivo de VR. En segundo lugar, hemos desarrollado dos tareas estandarizadas de AIVD en VR. En tercer lugar, paso 3 y paso 5 en la sección de protocolo son los pasos más críticos para minimizar la enfermedad VR. Al instalar los sistemas de cap...

Actividades instrumentales del diario vivir (AIVD), tales como manejo de las transacciones financieras, usando el transporte público y cocina, son marcadores médicos puesto que requiere múltiples funciones neuropsicológicas1. Deterioro de las capacidades de AIVD así se consideran precursores de enfermedades neurológicas, como el deterioro cognitivo leve (DCL) y demencia2. Revisión exhaustiva del oro de AIVD las tareas3 indicó que cognitivamente más exigentes tareas, como la gestión de las finanzas y usando el transporte público, fueron el predictor más temprano de la MCI y la demencia.
Hasta la fecha, las evaluaciones más utilizadas de AIVD son cuestionarios autoinformados, informante basado en cuestionarios y evaluaciones basadas en el rendimiento4. Evaluaciones basadas en el cuestionario de AIVD son rentables y fáciles de usar, pero son propensas al sesgo subjetivo. Por ejemplo, cuando uno mismo-presentación de informes, los pacientes tienden a sobre o debajo estimate sus AIVD las capacidades5. Asimismo, los informantes misjudge funciones IADL debido a percepciones erróneas o lagunas de conocimiento4el observador. Por lo tanto, evaluaciones basadas en el rendimiento que piden los pacientes para llevar a cabo tareas específicas de AIVD han preferido, aunque muchas de las tareas son inadecuados para un ajuste clínico general6.
Recientemente, estudios de la realidad virtual (VR) han demostrado que esta tecnología podría tener aplicaciones importantes en medicina y salud, que incluye todo, desde capacitación para rehabilitación a evaluación médica7. Todos los participantes se pueden probar en las mismas condiciones VR, que imitan el mundo real. Por ejemplo, Allain et al. 8 había desarrollado una tarea de café virtual y demostró que los pacientes con deterioro cognitivo realizaron mal la tarea. Klinger et al. 9 desarrollado entorno VR otro correo y tareas de compras y encontró una relación significativa entre el tiempo de realización de tareas en VR y resultados de las pruebas neuropsicológicas. Estudios previos de VR de evaluación de las AIVD han centrado sobre todo en medidas simples tales como tiempo de reacción o exactitud al utilizar dispositivos de entrada convencionales como un ratón y el teclado8,9. Datos de rendimiento más detallados acerca de AIVD es así necesario para pantalla eficaz para los pacientes con MCI4.
Análisis cinemático de los datos de captura de movimiento en tiempo real es un enfoque poderoso para documentar cuantitativamente datos detallados de rendimiento asociados a tareas de AIVD. Por ejemplo, blanco et al. 10 desarrolló una cocina virtual que captura datos de ángulo común de los participantes durante las tareas diarias de la vida y utiliza datos capturados para evaluar cuantitativamente la eficacia de la terapia física. Terrer Dimbwadyo et al. 11 desarrolló un entorno inmersivo de VR para evaluar el rendimiento de la extremidad superior al llevar a cabo tareas básicas de la vida diaria y demostró que datos cinemáticos graban en un entorno de VR con escalas funcionales de la extremidad superior. Estos análisis cinemáticos con sistemas de captura de movimiento pueden ser más oportunidad para evaluar rápidamente de deterioro cognitivo del paciente12. Inserción de los datos detallados de la cinemáticos en el cribado de pacientes con MCI mejoró significativamente la clasificación de los pacientes respecto a controles sanos13.
Aquí, describimos un protocolo para evaluar la cinemática de los movimientos diarios de vida con sistemas de captura de movimiento en un entorno inmersivo de VR. El protocolo consta de dos tareas complejas de AIVD: "tarea 1: retirar dinero" (manejo de las transacciones financieras) y "tarea 2: tomar el autobús" (usando el transporte público). Mientras que las tareas se realizaron, un sistema de captura de movimiento rastrear la posición y orientación de la mano dominante y la cabeza. Después de completar la tarea 1, trayectoria de la mano dominante, distancia móvil y tiempo de finalización fueron recogidos. En la tarea 2, se recolectaron cabeza trayectoria, distancia móvil y tiempo de finalización. La sección de resultados de representante en el presente artículo detalla la prueba preliminar de pacientes con MCI (es decir, las capacidades de AIVD se deterioran) en comparación con controles sanos (es decir, las capacidades de AIVD están intactas).

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="961">
	<tbody>
		<tr height="357">
			<td height="357" style="height:357px;width:216px;">Computer</td>
			<td style="width:161px;">N/A</td>
			<td style="width:127px;">N/A</td>
			<td style="width:457px;">Computer requirements:&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160; - Single socket H3 (LGA 1150) supports 
			- Intel&#174; Xeon&#174; E3-1200 v3, 4th gen. Core i7/i5/i3 processors 
			- Intel&#174; C226 Express PCH 
			- Up to 32GB DDR3 ECC/non-ECC 1600MHz UDIMM in 4 sockets 
			- Dual Gigabit Ethernet LAN ports 
			- 8x SATA3 (6Gbps) 
			- 2x PCI-E 3.0 x16, 3x PCI-E 2.0 x1, and 2x PCI 5V 32-bit slots 
			- 6x USB 3.0 (2 rear + 4 via headers) 
			- 10x USB 2.0 (4 rear + 6 via headers) 
			- HD Audio 7.1 channel connector by Realtek ALC1150 
			- 1x DOM power connector and 1x SPDIF Out Header 
			- 800W High Efficiency Power Supply 
			- Intel Xeon E3-1230v3 
			- DDR3 PC12800 8GB ECC 
			- WD 1TB BLUE WD 10EZEX&#160; 3.5&#34; 
			- NVIDIA QUADRO K5000 &#38; SYNC</td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:216px;">Stereoscopic 3D Projector</td>
			<td style="width:161px;">Barco</td>
			<td style="width:127px;">F35 AS3D WUXGA&#160;</td>
			<td style="width:457px;">Resolution:&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160; - WQXGA (2,560 x 1,600)&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160; - Panorama (2,560 x 1,080)&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160; - WUXGA (1,920 x 1,200), 1080p (1,920 x 1,080)&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Stereoscopic Glasses</td>
			<td style="width:161px;">Volfoni&#160;</td>
			<td style="width:127px;">Edge 1.2</td>
			<td>For further information, visit http://volfoni.com/en/edge-1-2/</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Motion Capture Systems</td>
			<td style="width:161px;">NaturalPoint OptiTrack</td>
			<td style="width:127px;">17W</td>
			<td style="width:457px;">For further information, visit http://optitrack.com/products/prime-17w/</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">OptiTrack (Motion capture software)</td>
			<td style="width:161px;">NaturalPoint OptiTrack</td>
			<td style="width:127px;">Motive 2.0</td>
			<td style="width:457px;">For further information, visit https://optitrack.com/downloads/motive.html</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">MiddleVR (Middleware software)</td>
			<td style="width:161px;">MiddleVR</td>
			<td style="width:127px;">MiddleVR For Unity</td>
			<td style="width:457px;">For further information, visit http://www.middlevr.com/middlevr-for-unity/</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">VRDaemon (Middleware software)</td>
			<td style="width:161px;">MiddleVR</td>
			<td style="width:127px;">MiddleVR For Unity</td>
			<td style="width:457px;">For further information, visit http://www.middlevr.com/middlevr-for-unity/</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Unity3D (Game engine)</td>
			<td style="width:161px;">Unity Technologies</td>
			<td style="width:127px;">Personal</td>
			<td>For further information, visit https://unity3d.com/unity</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

measuring the kinematics of daily living movements with motion capture systems in virtual reality

La incapacidad para realizar actividades instrumentales de la vida diaria (AIVD) es un precursor de varias enfermedades neuropsicológicas. Cuestionario basado en las evaluaciones de AIVD son propensos al sesgo subjetivo pero fácil de usar. Aquí, describimos una prueba novedosa realidad virtual (VR) para evaluar dos tareas complejas de AIVD: manejo de las transacciones financieras y el uso de transporte público. Mientras un participante realiza las tareas en un entorno de VR, un movimiento capturar trazas de sistema la posición y orientación de la mano dominante y en un sistema de coordenadas cartesianas tridimensional. Datos cinemáticos son recogidos y convertido en 'cinemática medidas de desempeño,' es decir, movimiento de trayectoria, distancia móvil y tiempo de finalización. Trayectoria de movimiento es la ruta de acceso de una parte particular del cuerpo (por ejemplo, mano dominante o jefe) en el espacio. Distancia móvil se refiere a la distancia total de la trayectoria y tiempo de finalización es cuánto tiempo tomó para completar una tarea de AIVD. Estas medidas cinemáticas podrían discriminar a pacientes con deterioro cognitivo de los controles sanos. El desarrollo de este protocolo de medición cinemática permite la detección de tempranas debilitaciones cognoscitivas relacionadas con el AIVD.

CSV archivos de "tarea 1: retirar dinero" fueron analizados utilizando el software estadístico R para calcular la trayectoria de la mano dominante, distancia móvil y tiempo de finalización. Se visualiza la trayectoria del movimiento de la mano dominante (figura 6). La distancia de movimiento de la mano dominante se calcula mediante la suma de las distancias totales entre posiciones de las manos alternativamente mientras realiza la tarea 1. La distancia ent...

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Measuring the Kinematics of Daily Living Movements with Motion Capture Systems in Virtual Reality

Hemos diseñado una prueba de realidad virtual para evaluar las actividades instrumentales de la vida diaria (AIVD) con un sistema de captura de movimiento. Proponemos un análisis cinemático detallado para interpretar al participante varios movimientos, incluyendo la trayectoria, distancia móvil y hora de finalización para evaluar capacidades de AIVD.

Medición de la cinemática de los movimientos diarios de vida con sistemas de captura de movimiento en la realidad Virtual

The inability to complete instrumental activities of daily living (IADL) is a precursor to various neuropsychological diseases. Questionnaire-based ...

Research

JoVE Journal

Behavior

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Dos fotones de imágenes de calcio en ratones Recorriendo un entorno de realidad virtual

In recent years, two-photon imaging has become an invaluable tool in neuroscience, as it allows for chronic measurement of the activity of genetically ...

Investigación

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Desarrollo de una Evaluación de la Realidad Virtual de habilidades diarias de vida

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