Messung der Kinematik des täglichen Lebens Bewegungen mit Motion-Capture-Systeme in der virtuellen Realität

Summary

Wir entwarfen einen virtual-Reality-Test, instrumentelle Aktivitäten des täglichen Lebens (Pertrochanterer) mit einem Motion-Capture-System prüfen. Wir schlagen eine detaillierte kinematische Analyse des Teilnehmers zu interpretieren verschiedene Bewegungen, einschließlich Flugbahn, bewegliche Abstand und Zeit bis zur Fertigstellung, Pertrochanterer Fähigkeiten zu bewerten.

Abstract

Die Unfähigkeit, instrumentelle Aktivitäten des täglichen Lebens (Pertrochanterer) abzuschließen ist ein Vorläufer zu verschiedenen neuropsychologischen Erkrankungen. Fragebogen-Bewertungen des Pertrochanterer sind einfach zu bedienen, aber anfällig für subjektive Voreingenommenheit. Hier beschreiben wir einen neuartige virtuelle Realität (VR)-Test, um zwei komplexe Pertrochanterer Aufgaben zu bewerten: Umgang mit finanziellen Transaktionen und mit den öffentlichen Verkehrsmitteln. Während ein Teilnehmer die Aufgaben in einer VR-Umgebung ausgeführt werden, eine Bewegung erfassen System Spuren, die Position und Ausrichtung der dominanten Hand und Kopf in ein dreidimensionales kartesisches Koordinatensystem. Kinematische raw-Daten werden gesammelt und umgewandelt in “kinematische Leistung Maßnahmen,” d.h., Bewegung, Flugbahn, bewegliche Abstand und Zeit bis zur Fertigstellung. Bewegung Flugbahn ist der Weg eines bestimmten Körperteils (z.B., dominante Hand oder Kopf) im Raum. Umzug Abstand bezieht sich auf die gesamte Strecke der Bahn, und Zeit bis zur Fertigstellung ist wie lange es dauerte, um eine Pertrochanterer Aufgabe abzuschließen. Diese kinematischen Maßnahmen könnten Patienten mit kognitiver Beeinträchtigung von gesunden Kontrollpersonen unterscheiden. Die Entwicklung dieses kinematische Messung Protokolls ermöglicht die Erkennung von frühen Pertrochanterer im Zusammenhang mit kognitiven Beeinträchtigungen.

Introduction

Instrumentelle Aktivitäten des täglichen Lebens (Pertrochanterer), wie z. B. Umgang mit finanziellen Transaktionen, mit den öffentlichen Verkehrsmitteln und zum Kochen, medizinische Marker sind, da sie mehrere neuropsychologische Funktionen¹erfordern. Beeinträchtigte Pertrochanterer Funktionen gelten somit Vorstufen zu neurologischen Erkrankungen, wie leichten kognitiven Beeinträchtigung (MCI) und Demenz². Golds umfassende Überprüfung von Pertrochanterer Aufgaben³ zeigten mehr kognitiv anspruchsvolle Aufgaben, wie z. B. Finanzen verwalten und mit den öffentlichen Verkehrsmitteln der frühesten Prädiktor für MCI und Demenzerkrankungen.

Bisher sind die am häufigsten verwendeten Auswertungen der Pertrochanterer Selbstauskünften Fragebögen, Informant-basierte Fragebögen und leistungsgerechte Bewertungen⁴. Fragebogen-Bewertungen des Pertrochanterer sind kostengünstig und einfach zu bedienen, sondern sind subjektive Verzerrungen anfällig. Zum Beispiel sind in der Regel bei der Selbstauskunft, Patienten, über oder unter estimate ihre Pertrochanterer Fähigkeiten⁵. In ähnlicher Weise verkennen Informanten Pertrochanterer Fähigkeiten aufgrund von Fehleinschätzungen oder wissen Lücken⁴des Beobachters. So wurden leistungsgerechte Bewertungen, die Patienten zur Durchführung Pertrochanterer Aufgaben stellen bevorzugt, obwohl viele der Aufgaben für eine allgemeine klinische Einstellung⁶ungeeignet sind.

Vor kurzem haben virtuelle Realität (VR) Studien gezeigt, dass diese Technologie wichtige Anwendungen in Medizin und Gesundheitswesen, umfasst alles von der Ausbildung bis zur Rehabilitation, medizinische Beurteilung⁷haben könnte. Alle Teilnehmer können unter den gleichen Bedingungen der VR, getestet werden, die die reale Welt imitieren. Zum Beispiel Allain Et al. ⁸ eine virtuelle Kaffeezubereitung Aufgabe entwickelt und zeigte, dass Patienten mit kognitiver Beeinträchtigung der Aufgabe schlecht ausgeführt. Klinger Et al. ⁹ ein weiteres VR-Umgebung für mailing und shopping Aufgaben entwickelt und eine ernsthafte Beziehung zwischen Aufgabe Fertigstellungszeit in VR und neuropsychologischen Testergebnisse gefunden. Vorgängerstudien VR Pertrochanterer Bewertung konzentrierten sich vor allem auf einfache Performance-Maßnahmen wie Reaktionszeit oder Genauigkeit bei der Verwendung von herkömmlichen Eingabegeräten wie Maus und Tastatur^8,9. Weitere detaillierte Leistungsdaten über Pertrochanterer ist daher erforderlich, um effizient für Patienten mit MCI⁴Bildschirm.

Kinematische Analyse der Echtzeit-Motion-Capture-Daten ist ein leistungsfähiger Ansatz quantitativ dokumentieren detaillierte Leistungsdaten Pertrochanterer Aufgaben zugeordnet. Zum Beispiel weiße Et al. ¹⁰ entwickelt eine virtuelle Küche, die Gelenkwinkel Daten des Teilnehmers während der täglichen Lebens Aufgaben erfasst und erfasste Daten verwendet, um die Wirksamkeit der Physiotherapie quantitativ zu bewerten. Dimbwadyo-Terrer Et al. ¹¹ eine immersive VR-Umgebung um oberen Extremität Leistung zu bewerten, bei der Durchführung von täglichen Leben Grundaufgaben entwickelt und zeigte, dass in einer VR-Umgebung stark korreliert mit funktionalen Schuppen der oberen Extremität kinematische Daten erfasst. Diese kinematischen Analysen mit Motion-Capture-Systeme könnten weitere Möglichkeit, schnell einen Patienten kognitive Beeinträchtigung¹²zu bewerten. Einbeziehung der detaillierte kinematischen Daten im Screening für Patienten mit MCI verbessert deutlich die Einstufung der Patienten im Vergleich zu gesunden Kontrollpersonen¹³.

Hier beschreiben wir ein Protokoll, um die Kinematik des täglichen Lebens Bewegungen mit Motion-Capture-Systemen in eine immersive VR-Umgebung zu bewerten. Das Protokoll umfasst zwei komplexe Pertrochanterer Aufgaben: “Aufgabe 1: Geld abheben” (Umgang mit finanzielle Transaktionen) und “Aufgabe 2: nehmen Sie einen Bus” (mit den öffentlichen Verkehrsmitteln). Während die Aufgaben durchgeführt wurden, verfolgt ein Motion-Capture-System die Position und Ausrichtung der dominanten Hand und Kopf. Nach Abschluss der Aufgabe 1, sammelten dominante Hand Flugbahn, bewegliche Abstand und Zeit bis zur Fertigstellung. In Aufgabe 2 sammelten Kopf Flugbahn, bewegliche Abstand und Zeit bis zur Fertigstellung. Die Vertreter ergebnisteil in diesem Artikel beschreibt die Vorprüfung von Patienten mit MCI (d.h., Pertrochanterer Fähigkeiten sind beeinträchtigt) im Vergleich zu gesunden Kontrollpersonen (d.h., Pertrochanterer Funktionen sind intakt).

Protocol

Alle hier beschriebenen Versuchsverfahren stimmten mit der institutionellen Review Board der Hanyang Universität, nach der Deklaration von Helsinki (HYI-15-029-2). 6 gesunden Kontrollpersonen (4 Rüden und 2 Hündinnen) und 6 MCI-Patienten (3 Rüden und 3 Hündinnen) rekrutierten sich aus einem tertiären Ärztehaus, Hanyang University Hospital. (1) Teilnehmer zu rekrutieren. MCI-Patienten (d.h. beeinträchtigt Pertrochanterer Fähigkeiten) und gesunden Kontrollpersonen (<e…

Representative Results

CSV-Dateien von “Aufgabe 1: Geld abheben” wurden analysiert mit der Statistiksoftware R um die dominante Hand Flugbahn, bewegliche Abstand und Zeit bis zur Fertigstellung zu berechnen. Die Flugbahn der dominanten Handbewegung visualisiert (Abbildung 6). Der bewegliche Abstand der dominanten Hand errechnet sich durch Addition der Gesamtstrecke zwischen sequentiellen Handpositionen während der Durchführung der Aufgabe 1. Der Abstand zwischen Positionen ist de…

Discussion

Wir detaillierte eine kinematische Messung Protokoll des täglichen Lebens Bewegungen mit Motion-Capture-Systemen in eine immersive VR-Umgebung. Erstens die experimentelle Einstellung geführt, wie Sie einrichten, vorbereiten und Teilnehmer mit dem immersive VR-Umgebung vertraut zu machen. Zweitens haben wir zwei standardisierte Pertrochanterer Aufgaben in der VR entwickelt. Drittens: Schritt 3 und Schritt 5 im Abschnitt Protokoll sind die wichtigsten Schritte zum VR-Krankheit zu minimieren. Wenn Sie die Motion-Capture-S…

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