Het meten van de kinematica van dagelijkse leven bewegingen met Motion Capture systemen in Virtual Reality
Summary
We ontwierpen een virtuele realiteit test om te beoordelen van instrumentele activiteiten van het dagelijks leven (IADL) met een motie-vangst systeem. Verschillende bewegingen, met inbegrip van traject, bewegende afstand en tijd om de voltooiing te evalueren IADL mogelijkheden stellen wij een gedetailleerde Kinematische analyse om te interpreteren van de deelnemer.
Abstract
Het onvermogen instrumentele activiteiten van het dagelijks leven (IADL) te voltooien is een voorloper van verschillende neuropsychologische aandoeningen. Vragenlijst gebaseerde beoordeling van de IADL zijn makkelijk te gebruiken, maar gevoelig voor subjectieve partijdigheid. Hier beschrijven we een roman virtual reality (VR)-test om te beoordelen van de twee complexe IADL-taken: afhandelen van financiële transacties en met het openbaar vervoer. Terwijl een deelnemer voert de taken in een VR omgeving, een beweging vastleggen systeem sporen de positie en oriëntatie van de dominante hand en hoofd in een driedimensionale Cartesisch coördinatenstelsel. Kinematische ruwe gegevens worden verzameld en omgezet in ‘kinematische prestatiemaatstaven,” d.w.z., bewegings-traject, bewegende afstand en tijd tot voltooiing. Motie traject is het pad van een bepaald lichaamsdeel (bijvoorbeeld, dominante hand of hoofd) in de ruimte. Verplaatsen afstand verwijst naar de totale afstand van het traject, en tijd voor de voltooiing is hoe lang het duurde om een IADL-taak te voltooien. Deze kinematische maatregelen kon het discrimineren van patiënten met cognitieve stoornissen van gezonde controles. De ontwikkeling van dit kinematische meten protocol maakt de ontdekking van vroege IADL-gerelateerde cognitieve beperkingen.
Introduction
Instrumentele activiteiten van het dagelijks leven (IADL), zoals het afhandelen van financiële transacties, met het openbaar vervoer en koken, zijn medische markeringen aangezien zij meerdere neuropsychologische functies1 vereisen. Verminderde IADL vermogens worden daarom beschouwd als voorlopers van neurologische aandoeningen, zoals milde cognitieve stoornissen (MCI) en dementie2. Gold’s alomvattende evaluatie wijden aan IADL taken3 aangegeven dat meer cognitief veeleisende taken, zoals het beheer van Financiën en met het openbaar vervoer, de vroegste voorspeller van MCI en dementie waren.
Tot op heden, zijn de meest gebruikte evaluaties van IADL zelfgerapporteerde vragenlijsten, vragenlijsten informant gebaseerde en prestaties gebaseerde evaluaties4. Vragenlijst gebaseerde beoordeling van de IADL zijn kosteneffectief en gemakkelijk te gebruiken, maar zijn gevoelig voor subjectieve partijdigheid. Bijvoorbeeld, wanneer zelf rapportage, patiënten de neiging om over – of onder – estimate hun IADL mogelijkheden5. Evenzo miskennen informanten IADL mogelijkheden als gevolg van de waarnemer misvattingen of kennis lacunes4. Dus, zijn prestaties gebaseerde evaluaties, die vragen van patiënten specifieke IADL-taken uit te voeren de voorkeur, hoewel veel van de taken niet geschikt voor een algemene klinische setting6 zijn.
Onlangs, virtual reality (VR) studies hebben aangetoond dat deze technologie zou kunnen hebben belangrijke toepassingen in geneeskunde en gezondheidszorg, die alles van training aan herstel naar medische beoordeling7omvat. Alle deelnemers kunnen worden getest onder dezelfde VR voorwaarden, die de echte wereld na te bootsen. Bijvoorbeeld, Allain et al. 8 een virtuele koffie te taak ontwikkeld en toonde aan dat patiënten met cognitieve stoornissen de taak slecht uitgevoerd. Klinger et al. 9 bouwde een andere VR omgeving voor mailing en winkelen taken en een zinvolle relatie tussen taak voltooiingstijd in VR en neuropsychologische testresultaten gevonden. Eerdere VR studies van IADL beoordeling hebben meestal gericht op prestaties van eenvoudige maatregelen zoals reactietijd of nauwkeurigheid bij het gebruik van conventionele invoerapparaten zoals een muis en toetsenbord8,–9. Meer gedetailleerde prestatiegegevens over IADL is dus nodig om efficiënt scherm voor patiënten met MCI4.
Kinematische analyse van real-time beweging opnamegegevens is een krachtige aanpak van kwantitatief document gedetailleerde prestatiegegevens IADL taken zijn gekoppeld. Bijvoorbeeld witte et al. 10 ontwikkeld een virtuele keuken dat vangt de deelnemer gezamenlijke hoek gegevens tijdens dagelijkse leven taken en gebruikt van gegevensopname voor kwantitatief het evalueren van de doeltreffendheid van fysiotherapie. Dimbwadyo-Terrer et al. 11 een immersieve VR omgeving om te beoordelen van de prestaties van de bovenste extremiteit bij het uitvoeren van basistaken dagelijkse leven ontwikkeld en bleek dat de kinematische gegevens vastgelegd in een VR omgeving sterk gecorreleerd met functionele schubben van de bovenste extremiteit. Deze kinematische analyses met motion capture systemen kunnen nadere gelegenheid te snel beoordelen van een patiënt cognitieve stoornissen12. Opneming van de gedetailleerde kinematische gegevens inzake screening voor patiënten met MCI aanzienlijk verbeterd de classificatie van patiënten in vergelijking met gezonde controles,13.
Hier beschrijven we een protocol om te beoordelen van de kinematica van dagelijkse leven bewegingen met motion capture systemen in een immersieve VR omgeving. Het protocol bestaat uit twee complexe IADL-taken: “taak 1: geld” (handling financiële transacties) en “taak 2: een bus nemen” (met het openbaar vervoer). Terwijl de taken werden uitgevoerd, getraceerd een bewegingssysteem vangen de positie en oriëntatie van de dominante hand en hoofd. Na voltooiing van taak 1, werden dominante hand traject, bewegende afstand en tijd tot voltooiing verzameld. In taak 2, werden hoofd traject, bewegende afstand en tijd tot voltooiing verzameld. De resultaten van de vertegenwoordiger sectie in dit artikel details de oriënterende proef voor patiënten met MCI (d.w.z., IADL mogelijkheden zijn verminderde) in vergelijking met gezonde controles (dat wil zeggen, IADL mogelijkheden zijn intact).
Protocol
Representative Results
Discussion
We gedetailleerde een kinematische meten protocol van dagelijkse leven bewegingen met motion capture systemen in een immersieve VR omgeving. Ten eerste, de experimentele instelling geleid tot het instellen van, bereiden, en deelnemers vertrouwd te maken met de immersieve VR omgeving. Ten tweede, we ontwikkelden twee gestandaardiseerde IADL taken in VR. Ten derde, stap 3 en stap 5 in de sectie Protocol zijn de belangrijkste stappen om te minimaliseren van de VR-ziekte. Bij het instellen van de motion capture-systemen in h…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
K.S. en A.L. bijdragen even. Dit onderzoek werd gesteund door de fundamentele wetenschap Research Program via de nationale onderzoek Stichting van Korea (NRF) gefinancierd door het ministerie van wetenschap, ICT & toekomst Planning (NRF-2016R1D1A1B03931389).
Materials
| Computer | N/A | N/A | Computer requirements: – Single socket H3 (LGA 1150) supports – Intel® Xeon® E3-1200 v3, 4th gen. Core i7/i5/i3 processors – Intel® 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 3.5" – NVIDIA QUADRO K5000 & SYNC |
| Stereoscopic 3D Projector | Barco | F35 AS3D WUXGA | Resolution: – WQXGA (2,560 x 1,600) – Panorama (2,560 x 1,080) – WUXGA (1,920 x 1,200), 1080p (1,920 x 1,080) |
| Stereoscopic Glasses | Volfoni | Edge 1.2 | For further information, visit http://volfoni.com/en/edge-1-2/ |
| Motion Capture Systems | NaturalPoint OptiTrack | 17W | For further information, visit http://optitrack.com/products/prime-17w/ |
| OptiTrack (Motion capture software) | NaturalPoint OptiTrack | Motive 2.0 | For further information, visit https://optitrack.com/downloads/motive.html |
| MiddleVR (Middleware software) | MiddleVR | MiddleVR For Unity | For further information, visit http://www.middlevr.com/middlevr-for-unity/ |
| VRDaemon (Middleware software) | MiddleVR | MiddleVR For Unity | For further information, visit http://www.middlevr.com/middlevr-for-unity/ |
| Unity3D (Game engine) | Unity Technologies | Personal | For further information, visit https://unity3d.com/unity |
Riferimenti
- Reppermund, S., et al. 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. Psychol. Med. 43 (11), 2437-2445 (2013).
- Graf, C. The Lawton instrumental activities of daily living scale. Am. J. Nurs. 108 (4), 52-62 (2008).
- Gold, D. A. An examination of instrumental activities of daily living assessment in older adults and mild cognitive impairment. J. Clin. Exp. Neuropsychol. 34 (1), 11-34 (2012).
- Jekel, K., et al. Mild cognitive impairment and deficits in instrumental activities of daily living: a systematic review. Alzheimers. Res. Ther. 7 (1), 17 (2015).
- Suchy, Y., Kraybill, M. L., Franchow, E. Instrumental activities of daily living among community-dwelling older adults: discrepancies between self-report and performance are mediated by cognitive reserve. J. Clin. Exp. Neuropsychol. 33 (1), 92-100 (2011).
- Desai, A. K., Grossberg, G. T., Sheth, D. N. Activities of Daily Living in patients with Dementia. CNS drugs. 18 (13), 853-875 (2004).
- Ma, M., Jain, L. C., Anderson, P. . Virtual, augmented reality and serious games for healthcare 1. 68, (2014).
- Allain, P., et al. Detecting everyday action deficits in Alzheimer’s disease using a nonimmersive virtual reality kitchen. J. Int. Neuropsychol. Soc. 20 (5), 468-477 (2014).
- Klinger, E., et al. AGATHE: A tool for personalized rehabilitation of cognitive functions based on simulated activities of daily living. IRBM. 34 (2), 113-118 (2013).
- White, D., Burdick, K., Fulk, G., Searleman, J., Carroll, J. A virtual reality application for stroke patient rehabilitation. ICMA. 2, 1081-1086 (2005).
- Dimbwadyo-Terrer, I., et al. Activities of daily living assessment in spinal cord injury using the virtual reality system Toyra: functional and kinematic correlations. Virtual Real. 20 (1), 17-26 (2016).
- Preische, O., Heymann, P., Elbing, U., Laske, C. Diagnostic value of a tablet-based drawing task for discrimination of patients in the early course of Alzheimer’s disease from healthy individuals. J. Alzheimers. Dis. 55 (4), 1463-1469 (2017).
- Seo, K., Kim, J. K., Oh, D. H., Ryu, H., Choi, H. Virtual daily living test to screen for mild cognitive impairment using kinematic movement analysis. PLOS ONE. 12 (7), e0181883 (2017).
- Albert, M. S., et al. 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. Alzheimers. Dement. 7 (3), 270-279 (2011).
- . Motive Quick Start Guide Available from: https://optitrack.com/public/documents/motive-quick-start-guide-v1.10.0.pdf (2017)
- Kennedy, R. S., Lane, N. E., Berbaum, K. S., Lilienthal, M. G. Simulator sickness questionnaire: An enhanced method for quantifying simulator sickness. Int. J. Aviat. Psychol. 3 (3), 203-220 (1993).
- Singh, N. B., Baumann, C. R., Taylor, W. R. 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. Front. Hum. Neurosci. 10, 319 (2016).
- Hernandez, F., et al. Six degree-of-freedom measurements of human mild traumatic brain injury. Ann. Biomed. Eng. 43 (8), 1918-1934 (2015).
- Gamito, P., et al. Cognitive training on stroke patients via virtual reality-based serious games. Disabil. Rehabil. 39 (4), 385-388 (2017).
