Sanal gerçeklik içinde günlük yaşam hareketleri hareket yakalama sistemleri ile kinematik ölçme
Summary
Günlük yaşam (IADL) enstrümantal faaliyetleri bir hareket yakalama sistemiyle değerlendirmek için bir sanal gerçeklik test dizayn ettik. Yörünge, hareketli mesafe ve zaman IADL yeteneklerini değerlendirmek için tamamlanması için dahil olmak üzere çeşitli hareketler katılımcının yorumlamak için detaylı bir kinematik analiz öneriyorum.
Abstract
Günlük yaşam (IADL) enstrümantal etkinliklerini tamamlamak için yetersizlik çeşitli nöropsikolojik hastalıkların habercisi. Soru formu temelli Değerlendirmeler IADL, kolay ama öznel önyargı eğilimli. Burada, biz iki karmaşık IADL görevleri değerlendirmek için bir roman sanal gerçeklik (VR) test tarif: mali işlemleri işleme ve toplu taşıma kullanarak. Katılımcı bir VR ortamda görevleri gerçekleştirirken, bir hareket yakalama sistem izlemeler konumunu ve yönünü dominant el ve kafa üç boyutlu kartezyen koordinat sisteminde. Kinematik ham veriler toplanır ve ‘ kinematik performans ölçüleri,’ Yani, dönüştürülmüş yörünge, hareketli mesafe ve zaman tamamlanması için hareket. Hareket yörünge uzayda belirli vücut parçası (örneğin, dominant el veya baş) yoludur. Yörünge toplam Uzaklik mesafe hareket anlamına gelir ve tamamlanma zamanı bir IADL görevi tamamlamak için ne kadar sürdüğü. Kinematik gittiyseniz, sağlıklı kontrollerinden kognitif bozukluk olan hastalar ayrımcılık. Bu kinematik ölçme Protokolü gelişimi IADL ile ilgili erken bilişsel bozukluklar olarak algılanmasını sağlar.
Introduction
Onlar birden fazla nöropsikolojik işlevler1gerektiren bu yana mali işlemleri işleme, toplu taşıma kullanarak ve yemek, tıbbi işaretleri gibi (IADL), yaşayan her gün enstrümantal faaliyetleri. Engelli IADL yetenekleri böylece öncüleri hafif kognitif bozukluk (MCI) ve demans2gibi nörolojik hastalıklar için kabul edilir. IADL görevleri3 altın’ın kapsamlı inceleme daha bilişsel zorlu görevleri yönetmek Maliye ve toplu taşıma kullanarak gibi MCI ve demans en erken tahmin olduğunu belirtti.
Bugüne kadar kendi kendine bildirilen soru formları, muhbir tabanlı anketler ve performansa dayalı değerlendirme4IADL ilişkin en sık kullanılan Değerlendirmeler vardır. Soru formu temelli Değerlendirmeler IADL, düşük maliyetli ve kolay, ama öznel önyargı yatkındır. Örneğin, otomatik olarak bildirilirken, hastalar bitti – veya altında – estimate için onların IADL yetenekleri5eğilimindedir. Benzer şekilde, muhbirler IADL yetenekleri nedeniyle gözlemcinin yanlış algılamalar veya bilgi boşlukları4yanlış değerlendirmek. Böylece, birçok görev için genel klinik ayarı6uygunsuz olmasına rağmen hasta belirli IADL görevleri gerçekleştirmek için sormak performansa dayalı değerlendirme sistemleri tercih edilen, olmuştur.
Son zamanlarda, sanal gerçeklik (VR) çalışmalar bu teknoloji tıp ve sağlık, eğitim rehabilitasyon tıbbi değerlendirme7için her şeyi içerir önemli uygulamalar olabileceğini göstermiştir. Tüm katılımcılar gerçek dünya taklit aynı VR koşullar altında test edilebilir. Örneğin, Allain vd. 8 sanal kahve yapma görevi geliştirilen ve kognitif bozukluk olan hastalar görevi kötü gerçekleştirilen gösterdi. Klinger vd. 9 posta ve görevleri alışveriş için başka bir VR ortam geliştirilmiş ve VR içinde görev tamamlanma süresi ve nöropsikolojik test sonuçları arasında anlamlı bir ilişki bulunamadı. IADL değerlendirme önceki VR çalışmalar çoğunlukla basit performans ölçüleri reaksiyon süresi veya doğruluk gibi bir fare ve klavye8,9gibi geleneksel giriş aygıtları kullanırken odaklı olması. IADL hakkında daha ayrıntılı performans verilerini böylece verimli MCI4olan hastalar için ekran için gereklidir.
Gerçek zamanlı hareket yakalama veri kinematik analizi kantitatif belge IADL görevlerle ilgili ayrıntılı performans veri için güçlü bir yaklaşımdır. Örneğin, beyaz vd. 10 günlük yaşam görevleri sırasında katılımcının eklem açı verileri yakalar ve yakalanan verileri kantitatif fizik tedavi etkinliğini değerlendirmek için kullanılan sanal bir mutfak geliştirdi. Dimbwadyo-Terrer vd. 11 ne zaman temel günlük yaşam görevleri yürüten üst ekstremite performansını değerlendirmek için sürükleyici bir VR ortam geliştirilen ve kinematik veri son derece üst ekstremite fonksiyonel ölçekleri ile ilişkili bir VR ortamda kaydedilen gösterdi. Hareket yakalama sistemleri ile kinematik bu analizleri daha da hızlı bir şekilde bir hastanın bilişsel bozukluk12değerlendirme imkanı sağlayabilir. MCI olan hastalar için tarama ayrıntılı kinematik verilerde dahil sınıflandırma hastaların sağlıklı kontrol13ile karşılaştırıldığında önemli ölçüde geliştirilmiş.
Burada, günlük yaşam hareketleri sürükleyici VR ortamında hareket yakalama sistemler ile kinematik değerlendirmek için bir protokol açıklayın. Protokol iki karmaşık IADL görevleri oluşur: “Görev 1: para çekmek” (mali işlemleri işleme) ve “görev 2: bir otobüse” (toplu taşıma kullanarak). Görevleri gerçekleştirilen iken, bir hareket yakalama sistemi konumunu ve yönünü dominant el ve kafa kadar takip ettik. Görev 1 tamamladıktan sonra dominant el yörünge, hareketli mesafe ve zaman tamamlanması için toplanmıştır. Görev 2’de, baş yörünge, hareketli mesafe ve zaman tamamlanması için toplanmıştır. Bu makalede temsilcisi sonuçları bölümünde detayları MCI hastalarda ön test (Yani, IADL yetenekleri Engelli) sağlıklı kontrollere göre (örneğin, IADL yetenekleri olduğu gibi).
Protocol
Representative Results
Discussion
Biz bir kinematik ölçme Protokolü sürükleyici VR ortamında hareket yakalama sistemler ile günlük yaşam hareketlerinin ayrıntılı. İlk olarak, nasıl ayarlanacağı, güdümlü deneysel ayarı hazırlamak ve katılımcılar ile sürükleyici VR çevre hakkında bilgi edinin. İkinci olarak, iki standart IADL görev VR geliştirdik. Üçüncü olarak, adım 3 ve adım 5 Protokolü bölümünde VR hastalık en aza indirmek için en önemli adımlardır. Hareket yakalama sistemleri (Adım 3) sanal ortamda ayarlar…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
K.S. ve al aynı derecede katkıda bulunur. Bu araştırma temel bilim araştırma programı aracılığıyla Ulusal Araştırma Vakfı, Kore (Bilim Bakanlığı, ICT ve Gelecek Planlama (NMK-2016R1D1A1B03931389) tarafından finanse edilen NMG) tarafından desteklenmiştir.
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 |
References
- 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).
