Une mesure objective des fonctions musculaires est un défi, surtout chez les enfants. Basé sur un capteur 3D numérique disponible dans le commerce, un test de jeux adaptés aux enfants a été développé pour évaluer la fonction du membre supérieur pour les essais cliniques.
Atrophie musculaire progressive et irréversible caractérise l’amyotrophie spinale (As) et autres maladies similaires de troubles musculaires. Une évaluation objective des fonctions musculaires est essentielle et importante, bien que difficile, condition sine qua non pour essais cliniques couronnés de succès. Les échelles d’évaluation clinique actuelle empêcher les anomalies de mouvement à certains éléments individuels à grain grossier prédéfinis. Le capteur 3D Kinect est devenue un technologie utilisée pour la capture et voie populaire mouvement dans beaucoup de médical et champs de recherche de capteurs de mouvement à faible coût et portable. Une nouvelle approche à l’aide de ce capteur 3D a été développée et un test ludique a été conçu pour mesurer objectivement la fonction du membre supérieur des patients atteints de SMA. L’essai de prototype ciblé capacité de mouvement articulaire. Tout en se reposant dans une scène virtuelle, le patient devait s’étendre, flex et soulevez le bras entier afin d’atteindre et de placer certains objets. Les deux caractéristiques cinématiques et spatio-temporelle du mouvement des membres supérieurs ont été extraites et analysées, par exemple, extension du coude et des angles de flexion, main de vitesse et accélération. La première étude comprenait une petite cohorte de 18 patients de SMA ambulants et 19 témoins sains appariés selon l’âge et le sexe. Une analyse complète du mouvement du bras a été atteint ; Cependant, aucune différence significative entre les groupes ont été trouvés en raison de l’inadéquation des capacités du patient et la difficulté de l’épreuve. Après cette expérience, une deuxième version du test consistant en une version modifiée du premier jeu avec difficultés accrues et un deuxième match ciblant l’endurance musculaire ont été conçus et mis en œuvre. Le nouveau test n’a pas encore été effectué dans des groupes de patients. Notre travail a démontré la capacité potentielle du capteur 3D dans l’évaluation des fonctions musculaires et a proposé une approche objective afin de compléter les échelles d’évaluation clinique.
L’évaluation globale de la fonction musculaire est une évaluation critique dans de nombreuses maladies neuromusculaires et une condition importante pour les essais cliniques couronnés de succès. Échelles d’évaluation clinique sont utilisés de plus en plus comme un outil d’évaluation standardisé et comme un résultat bien établi de la mesure1. Cependant, ils s’appuient fortement sur le jugement subjectif des cliniciens et pourraient entraîner des variations importantes menant à inter – et intra-évaluateur incohérence2 ou généré des nombres qui ne remplissent pas les critères pour des mesures précises,1. En outre, beaucoup de maladies neuromusculaires en grande partie affecte les enfants et la plupart de ces échelles de cotation sont longs et ennuyeux, qui imposent des défis supplémentaires. Amyotrophie spinale (As), qui est une maladie neuromusculaire mortelle caractérisée par la faiblesse de muscle progressive3en est un exemple d’une maladie neuromusculaire. Selon les phénotypes cliniques, certains patients vivent avec un fauteuil roulant (type 2), et certains peuvent lever et de marcher sans aide (type 3)4. Il y a une demande croissante pour un outil d’évaluation plus objective et sensible pour mesurer la fonction musculaire en ce qui concerne la gamme de mouvement articulaire, force musculaire, la fatigue musculaire et ainsi de suite, afin de suivre la progression de la maladie et l’efficacité du médicament.
Les progrès rapides dans la technologie de détection de mouvement a permis d’analyser les caractéristiques du mouvement à des coûts relativement faibles, parmi lesquels la valeur du capteur 3D (Kinect) dans la capture de mouvement du corps entier dans un moyen sans marqueur a été largement examinée. En utilisant le détecteur infrarouge intégré et la machine mise en oeuvre des algorithmes d’apprentissage, les emplacements des corps des personnes suivies sont déduits les positions 3-dimensionnelle de 20 repères anatomiques appelé points y compris la tête, le cou, ou les articulations du corps mains, poignets, coudes, épaules, dos, hanches, genoux, chevilles et pieds5. La résolution temporelle est jusqu’à 30 Hz, qui est suffisant pour des mouvements plus physiques à l’exception de certains symptômes moteurs pathologiques tels que des tremblements. La précision spatiale du capteur 3D a été validée largement avec la vérité de terrain6 ou de l’étalon-or, qui est axée sur le marqueur 3-dimensional motion analyse système7,8,9,10 ,11,12. Reproductibilité et validité concourante bonne ont été révélées par des tests différents, en particulier dans la frontale vue12 et pour brute mouvements7. Afin d’évaluer objectivement la fonction du membre supérieur pour les enfants avec SMA, nous avons conçu et mis en place un test ludique basé sur un capteur 3D pour mesurer la capacité de mouvement articulaire.
L’évaluation proposée Kinect a fourni une analyse objective et complète de mouvement tout en offrant une solution adaptée aux enfants, peu coûteux et portable en ce qui concerne les échelles d’évaluation clinique traditionnelle ou sophistiquée axée sur le marqueur vidéo systèmes. Avec un test de jeu qui a duré moins de 5 minutes, plusieurs points de l’organisme ont été intensivement examinés en même temps, et de nombreuses caractéristiques spatio-temporelles et cinématiques ont été analysés avec une grande précision, y compris la vitesse, angles articulaires et ainsi de suite. L’installation entière et les efforts de formation étaient aussi beaucoup moins exigeant par rapport aux échelles de cotation ou systèmes vidéo.
L’étape la plus critique de cette approche a été la conception de l’essai. Afin de capturer les symptômes de mouvement sous-jacent, la tâche conçue devrait couvrir le spectre de capacité correspondant et éviter plancher ou effets de plafond. Dans l’exemple de cette indication spécifique, les symptômes physiques courants de SMA incluent une faiblesse musculaire, amplitude articulaire limitée, raideur musculaire, fatigue et ainsi de suite. Le critère proposé est approprié pour ces symptômes impliquant l’amplitude articulaire limitée, qui est typique pour les patients de type 2 de SMA. Malheureusement, le prototype n’a été testé que comme une première tentative dans une étude prévue qui recrute uniquement des patients de type 3 de SMA. Étant donné que la capacité de ces patients étaient supérieures à ce que le test actuel pourrait mesurer (effet de plafond), les résultats escomptés ne pourraient pas être atteint. Pour ce groupe de patients ambulant, transfert de corps et de la fatigue musculaire est une meilleure mesure.
Après cette expérience, une deuxième version du test consistant en une version modifiée du jeu « Armoire » et un jeu supplémentaire de « Bateau d’aviron » ont été conçus. La version modifiée du jeu « Armoire » a trois niveaux de difficulté. Dans le premier niveau, les objets sont placés près du corps afin que le sujet n’a pas besoin d’étendre complètement le bras, qui vise le groupe de patients faible, qui peut seulement s’asseoir dans le fauteuil roulant et ne peut pas complètement étendre leurs bras sans soutien. Dans le deuxième niveau, les objets sont placés à une distance de toute dépendance, qui cible le groupe de patients qui peut soulever et étendre les bras sans aucun soutien. Dans le niveau plus difficile, les objets sont placés légèrement hors de la portée du bras ; par conséquent, le sujet doit déplacer la partie supérieure du tronc comme une extension. Le troisième niveau cible le groupe de patient ambulant où le mouvement axial et proximal est également mesuré. Au cours de la phase de positionnement du jeu, la dépendance du sujet est automatiquement mesurée et ensuite utilisé pour calculer l’emplacement des objets dans le jeu suivant. par conséquent, les niveaux de Difficulté sont automatiquement ajustés à la capacité de l’individu. Lorsque la limite de la capacité de chaque individu est atteinte et les objets ne peut pas être atteint ou placés, le niveau sera ignoré soit automatiquement après un certain temps, soit manuellement par l’opérateur en appuyant sur le bouton « SKIP » sur l’écran. L’endurance des muscles « Bateau d’aviron » jeu de cibles et il nécessite le sujet à répéter un bras en mouvement de roulement aussi vite que possible pendant une minute. Dans une étude ultérieure, la deuxième version est destinée à couvrir le spectre patient de SMA de type 2 à type 3, puisque les tâches de mesurer la capacité des patients avec capacité de mouvement de bras limitée aux patients avec fonction bras complet et le mouvement axial limité.
L’autre côté de la conception de l’essai est l’examen de l’effet de sol. En raison de la résolution spatiale et temporelle limitée, le capteur 3D n’est capable de capturer les mouvements avec précision brutes comme la marche, agitant les bras et ainsi de suite. Pour fine mouvement détection, y compris la figure main ou taraudage tournage, appareils numériques plus sensibles tels que les téléphones mobiles ou portatifs de poignet est. Tel que discuté, la clé du succès d’une telle demande doit accumuler la correspondance exacte entre les symptômes de la maladie sous-jacente, les fonctionnalités de l’appareil et les tâches conçu.
Quelques autres considérations lors de la conception de test incluent le groupe d’âge, effet de l’apprentissage, langues et ainsi de suite. Depuis SMA affecte principalement les enfants, le critère devrait être aussi simple et clair que possible tout en conservant un caractère attrayant gamification. Dans notre conception, personnages de dessins animés et des objets dessinés à la main ont été utilisés. La tâche a imité le comportement automatique de vinaigrette qui est généralement acquise par les enfants après deux ou trois ans. Les mouvements ont été gardés simples tels que les sujets pouvaient comprendre et effectuer le test après une phase de formation de courte durée et les effets d’apprentissage ont été évitées, qui a été mesuré et discuté dans notre précédente publication13.
Lors de l’exécution du protocole de test et l’analyse des données, certains problèmes peuvent survenir de même dans d’autres applications de capteur 3D. Ces questions incluent interférence soleil, vêtements spéciaux, plus d’un sujet dans le champ de vision et le temps d’échantillonnage irrégulier. Nous avons trouvé un cas où un sujet en vêtements noirs ne était pas détecté par le capteur 3D dans une salle ensoleillée, même lorsque le sujet n’était pas directement au soleil. Lorsque plus d’un sujet apparaît et disparaît du champ de vue, l’attribution des numéros d’ID pour détecté squelettes pourrait sauter, quelles charges l’analyse. Même si le capteur 3D renvoie le signal à une fréquence de 30 Hz en théorie, la production réelle peut avoir des lacunes de Mme jusqu’à cent c’est pourquoi, il est important de suivre et d’exporter l’horodatage.
Notre premier essai a été effectué sur la première version du capteur 3D, qui actuellement a été remplacée par une deuxième version, et notre version modifiée soit implémentée selon cette seconde version. Entre les versions, les facteurs sous-jacents sont différents, et aussi l’interface d’application (API) a changé. Il n’y a aucune autre différence significative lors de la migration de l’application. Étant donné que les deux versions de l’application peuvent être librement fournies sur demande par les auteurs et les pilotes du capteur peuvent être téléchargés depuis le site Web de Kinect, il s’agit d’aucun intérêt pour l’utilisateur.
En utilisant le capteur 3D, nous avons développé un outil d’évaluation de fonction membre supérieur innovante, quantitative et objective intégrant la technologie ludique adaptés aux enfants. La faisabilité a été explorée et analysée. Nos travaux ont démontré le pouvoir potentiel du capteur 3D comme approche alternative et complémentaire à l’évaluation de la circulation.
The authors have nothing to disclose.
Nous remercions Strahm Bastian pour avoir participé à l’essai de démonstration et Laura Aguiar pour la relecture de ce manuscrit.
Microsoft Kinect for Windows v1 sensor | Microsoft | N/A | The first version of the test was developed on Kinect sensor v1 which is not sold any more. But the second version was developed on the Kinect sensor v2 which can be tested in a similar way by using Microsoft Kinect for Windows v2 sensor (GT3-00003) together with Microsoft Kinect Adapter (9J7-00009) |
DELL XPS 2720 All-In-One PC with windows 8 operating system, 16G RAM, Intel Core i7 and 64-bits | DELL | N/A | In our setup, a All-in-one computer was used, but in fact any laptop or computer which fullfills the following requirements and a big screen for the subjects to see will work: windows 8 or higher operating system; 64-bit processor; dual-core 3.2 GHz or faster processor; dedicated USB 3.0 bus; 2 GB RAM |