근육 기능의 객관적인 측정은 아이 들에서 특히 도전적 이다. 상업적으로 이용 가능한 디지털 3 차원 센서를 바탕으로, 어린이 친화적인 게임 테스트 임상 시험 상 지 기능을 평가 하기 위해 개발 되었다.
진보적이 고 돌이킬 수 없는 근육 위축 척수 근육 위축 증 (SMA) 및 기타 유사한 근육 장애 질병 특징. 근육 기능의 객관적인 평가 이며 에센셜은 중요 한, 까다로운, 성공적인 임상 실험을 위한 필수 조건. 현재 임상 등급 비늘 제 특정 미리 정의 된 단위 개별 항목에 운동 이상이 지. Kinect 3 차원 센서는 낮은 비용과 휴대용 모션 캡처 및 트랙 사람들의 운동에 많은 의료 및 연구 분야에 사용 하는 기술을 감지로 떠오르고 있다. 이 3 차원 센서를 사용 하 여 새로운 접근 방식을 개발 하 고 게임 같은 테스트 SMA 환자의 상 지 기능을 객관적으로 측정 하도록 설계 되었습니다. 프로토 타입 테스트 대상 공동 운동 능력. 앉아있는 동안 가상 장면에서 환자는 확장 하 고, 플렉스, 도달을 일부 개체를 배치할 팔 전체를 리프트 하 지시 했다. 두 상 지 운동의 운동학 및 spatiotemporal 특성 추출 되었고, 예를 들어, 분석 팔꿈치 확장 및 굴곡 각도, 손 속도, 가속. 첫 번째 연구 18 ambulant SMA 환자와 19의 나이 및 성별 일치 건강 한 컨트롤의 작은 코 호트를 포함 했다. 팔의 움직임에 대 한 포괄적인 분석을 달성 했다; 그러나, 그룹 간의 큰 차이 환자의 기능 및 테스트 어려움의 불일치로 인해 발견 됐다. 이 경험을 바탕으로, 어려움을 증가 함께 첫 번째 게임과 근육 지구력을 대상으로 두 번째 게임의 수정된 된 버전의 구성 테스트의 두 번째 버전 설계 되었고 구현. 새로운 테스트 되지 실시 되었습니다 환자 그룹에 아직. 우리의 작업 같은 근육 기능 평가 3 차원 센서의 잠재적인 능력을 시연 있으며 임상 등급 비늘을 보완 하기 위해 객관적인 접근을 제안 했다.
근육 기능의 포괄적인 평가 많은 신경 근육 학 질환과 성공적인 임상 시험에서 중요 한 필수 구성 요소에 중요 한 평가 이다. 임상 등급 비늘 점점 표준화 된 평가 도구를 사용 하 고 잘 설립 결과 측정1. 그러나, 그들은 임상의 주관적인 판단에 크게 의존 인테르-및 내부-평가자 불일치2 로 이어지는 실질적인 변형 될 수 있습니다 또는 정확한 측정1에 대 한 기준을 충족 하지 않는 번호를 생성. 또한, 많은 신경 근육 학 질병 자식에 크게 영향을 받습니다 그리고 이러한 평가의 대부분은 길고 지루한는 추가 과제를 부과. 신경 근육 학 질병의 예를 들어 척추 근육 위축 증 (SMA), 진보적인 근육 약점이3특징 치명적인 신경 근육 학 질병은 이다. 임상 고기에 따라 일부 환자 살 휠체어 (유형 2), 그리고 일부 수 서 걸어 남의 도움된 (유형 3)4. 약물 효능과 질병의 진행을 추적, 등 관절 운동 범위, 근 력, 근육 피로 근육 기능을 측정 하는 더 과민 하 고 객관적인 평가 도구에 대 한 증가 수요가 있다.
모션 감지 기술에 있는 급속 한 진도 비교적 저렴 한 비용, 중 마커 무료 방법으로 전신 운동 캡처 3 차원 센서 (Kinect)의 가치는 널리 검사 운동 특성 분석 가능 했다. 통합된 적외선 센서와 알고리즘을 학습 하는 구현 된 기계를 사용 하 여 추적 된 사람의 시체 위치 20 해부학 적 랜드마크 라는 신체 관절 또는 포인트 머리, 목, 등의 3 차원 위치를 통해 유추 손, 손목, 팔꿈치, 어깨, 척추, 엉덩이, 무릎, 발목, 그리고 발5 임시 해결책은 최대 30 Hz, 떨림 등 일부 병 적인 모터 증상을 제외 하 고 대부분 실제 운동에 대 한 충분 한입니다. 3 차원 센서의 공간 정확도 지상 진실6 또는 마커 기반 3 차원 모션 분석 시스템7,,89,10 골드 표준을 광범위 하 게 검증 되었습니다. ,,1112. 좋은 동시 타당성 재현성 다른 테스트에 의해 공개, 특히는 정면에서 볼12 와 대 한 총 운동7. SMA 가진 아이 들을 위한 상 지 기능을 객관적으로 평가, 우리는 설계 및 공동 운동 능력을 측정 하는 3 차원 센서에 따라 게임 같은 테스트를 구현.
제안 된 Kinect 기반 평가 전통적인 임상 등급 비늘 또는 정교한 마커 기반 비디오 어린이 안심, 저렴 한 비용, 그리고 휴대용 솔루션을 제공 하면서 객관적이 고 포괄적인 운동 분석 제공 시스템입니다. 5 분 미만 지속 게임 테스트, 여러 신체 포인트는 동시에 집중적으로 조사 했다와 많은 spatiotemporal 및 운동학 적 특성 속도 등, 관절 각도, 높은 정확도로 분석 되었다. 전체 설치 및 훈련 노력 했다 또한 많은 등급 비늘 또는 비디오 시스템에 비해 덜 요구.
이 방법에서 가장 중요 한 단계는 테스트 디자인을 했다. 기본 운동 증상을 캡처하기 위해 설계 작업 해당 능력 스펙트럼을 커버 하 고 바닥이 나 천장 효과 방지 해야 합니다. 이 특정 표시의 예, SMA의 일반적인 신체적 증상 근육 약점, 관절 범위를 제한, 근육 경직, 피로과 포함 됩니다. 제안 된 테스트는 SMA 타입-2 환자에 대 한 일반적인 제한 된 공동 범위를 포함 하는 이러한 증상에 대 한 적절 한입니다. 불행히도, 프로토 타입만 SMA 유형 3 환자만을 채용 계획된 연구에서 첫 번째 시도로 시험 되었다. 때문에 그 환자의 기능 현재 테스트 이상 했다 (천장 효과)을 측정할 수 있는, 원하는 결과 얻을 수 없습니다. 이 ambulant 환자 그룹에 대 한 근육 피로 및 몸 전송 더 나은 측정 될 것 이다.
이 경험을 바탕으로, “옷장” 게임 추가 “보트 보트” 게임의 수정된 된 버전의 구성 테스트의 두 번째 버전을 설계 되었습니다. “옷장” 게임의 수정 된 버전은 3 개의 어려움 수준. 첫 번째 수준에서 개체 주제 완전히 팔, 어떤 대상만 휠체어에 앉을 수 있는 사람과 완전히 수 없습니다 약한 환자 그룹 확장 지원 없이 그들의 무기를 확장 하지 않아도 되도록 몸 가까이 배치 됩니다. 두 번째 수준에서 개체 전체 팔 길이, 리프트 하 고 어떤 지원도 없이 팔을 확장할 수 있는 환자 그룹을 대상의 거리에 배치 됩니다. 가장 어려운 수준에서 개체 배치 약간 팔 범위; 따라서, 주제 확장으로 상단 트렁크를 이동 해야 합니다. 세 번째 레벨 축 하 및 근 위 운동 측정 또한 ambulant 환자 그룹을 대상. 게임의 위치 단계 피사체의 팔 길이 자동으로 측정 하 고 다음 게임;에서 개체의 위치를 계산 하는 데 사용 따라서, 난이도 개인의 능력을 자동으로 조정 됩니다. 각 개인의 기능 제한에 도달 하 고 개체를 도달 하거나 배치 수 없습니다, 수준이 건너뜁니다 특정 시간 후에 자동으로 또는 수동으로 운영자에 의해 화면에 “건너뛰기” 버튼을 누르면. “보트 보트” 게임 목표 근육 지구력 그것은 1 분에 대 한 움직임을 가능한 한 빨리 압 연 팔을 반복을 필요 합니다. 미래 연구에서 두 번째 버전 SMA 타입-2 3, 때문에 전체 팔 기능 및 제한 된 축 운동 환자에 게 제한 된 팔 운동 능력을 가진 환자의 능력을 측정 하는 작업 입력에서 환자 스펙트럼을 커버 하기 위한 것입니다.
테스트 디자인의 다른 측면은 지 면 효과의 고려. 제한 된 공간과 시간 해상도 때문 3 차원 센서 같은 걷기, 팔을 흔들며, 정확 하 게 총 움직임을 캡처 수만 있다. 미세한 움직임 감지, 그림 도청 또는 손으로, 휴대 전화 또는 손목 wearables 같은 더 민감한 디지털 장치 등이 필요 합니다. 앞에서 언급 했 듯이, 이러한 응용 프로그램의 성공에 대 한 키 기본 질병 증상, 장치 기능 및 디자인된 작업 간의 올바른 일치를 구축 하는 것입니다.
테스트 디자인 중 일부 다른 고려 사항 연령 집단, 학습 효과, 언어, 및에 포함 됩니다. SMA에 주로 아이 들에 영향을 미치는, 이후 테스트 한 매력적인 gamification 특징을 유지 하면서 간단 하 고 명확한 가능한 이어야 한다. 우리의 디자인에 만화 인물 및 손으로 그린 개체 사용 되었다. 작업은 일반적으로 아이 들 나이의 2 ~ 3 년 후 인수는 자체 탈 동작 모방. 과목 수 이해 하 고 짧은 훈련 단계 후 테스트 수행 및 학습 효과 측정 하 고 우리의 이전 게시13에서 설명 되었다, 피할 했다 그런 움직임은 간단한 유지 했다.
테스트 프로토콜 및 데이터 분석을 수행할 때 몇 가지 문제가 다른 3 차원 센서 응용 프로그램 마찬가지로 발생할 수 있습니다. 이 문제는 필드 볼, 그리고 불규칙 한 샘플링 시간에 일조 방해, 특별 한 옷, 하나 이상의 주제 포함 됩니다. 우리가 발견 한 경우 어디 검은 옷에 주제 인식 되지, 햇볕이 잘 드는 방에서 3 차원 센서에 의해 주제는 햇빛에서 직접 되지 않았습니다 경우에. 때 하나 이상의 주제 나타나고 분석 보기의 필드, 해골 점프 수 있습니다, 어떤 부담을 감지 ID 번호의 할당에서 사라집니다. 실제 출력 간격을 할 수 있습니다 비록 3 차원 센서 이론에서 30 Hz의 주파수에 신호를 출력, 최대 1 백 양 그러므로, 그것은 추적 하 고 타임 스탬프를 수출 하는 것이 중요.
우리의 첫 번째 테스트는 두 번째 버전으로 대체 되었습니다 현재, 3 차원 센서의 첫 번째 버전에서 수행 하며 우리의 수정된 버전이 두 번째 버전에 따라 구현 됩니다. 버전, 기본 드라이버는 서로 다른, 그리고 응용 프로그램 인터페이스 (API) 또한 변경 되었습니다. 응용 프로그램을 마이그레이션할 때 다른 중요 한 차이가 있다. 두 응용 프로그램 버전 제공 될 수 있다 자유롭게 요청 시 저자에 의해 센서 드라이버 Kinect 웹사이트에서 다운로드 될 수 있다 때문에,이 사용자에 게 우려입니다.
3 차원 센서를 사용 하 여, 우리 아이 친화적인 게임 같은 기술을 혁신적이 고 정량적, 객관적 상부 말단 기능 평가 도구를 개발 했다. 타당성은 탐색 하 고 분석 했다. 우리의 작업 운동 평가를 대체 하 고 상호 보완적인 방식으로 3 차원 센서의 잠재적인 힘을 보여주었다.
The authors have nothing to disclose.
우리는이 원고를 교정에 대 한로 라 Aguiar 테스트 데모에 참여에 대 한 바스 티 Strahm 감사 합니다.
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 |