מדידה קינמטיקה של תנועות החיים יומי עם מערכות לכידת תנועה במציאות וירטואלית
Summary
תיכננו בדיקת מציאות מדומה כדי להעריך פלייבק פעולות יומיומיות (IADL) עם מערכת לכידת תנועה. אנו מציעים ניתוח מפורט קנטית לפרש של המשתתף תנועות שונות, כולל מסלול, נע מרחק וזמן סיום כדי להעריך את היכולות IADL.
Abstract
חוסר היכולת להשלים פלייבק פעולות יומיומיות (IADL) הוא הקדמה שתלמידים מחלות שונות. מבוסס על שאלון הערכות של IADL הם קל לשימוש אך נוטה הטיה סובייקטיבית. כאן נתאר מבחן הרומן מציאות וירטואלית (VR) כדי להעריך את שתי משימות מורכבות IADL: טיפול עסקאות פיננסיות ושימוש בתחבורה ציבורית. בעוד משתתף מבצע את הפעילויות בסביבה VR, תנועה ללכוד עקבות מערכת המיקום והכיוון של תנועת היד הדומיננטית. הראש מערכת צירים קרטזית תלת מימדי. הנתונים הגולמיים קנטית נאספים ותנועה שהוסב ‘קנטית מדדי הביצוע,’ דהיינו, מסלול, נע, הזמן והמרחק עד לסיומו. מסלול תנועה הוא הנתיב של חלק גוף מסוים (למשל, יד דומיננטית או הראש) בחלל. עובר מרחק מתייחס המרחק הכולל של המסלול, ויש זמן לסיום הזמן שנדרש כדי להשלים משימה IADL. אמצעים אלה קנטית יכול להפלות חולים עם פגיעה קוגניטיבית מפני פקדי בריא. הפיתוח של פרוטוקול זה מדידה קנטית מאפשרת זיהוי ליקויים קוגניטיביים הקשורים IADL מוקדם.
Introduction
פעילות אינסטרומנטלית יומיומי חי (IADL), כגון טיפול עסקאות פיננסיות באמצעות תחבורה ציבורית, בישול, הם סימנים רפואיים מאז שהם דורשים פונקציות שתלמידים מספר1. יכולות IADL לקוי ולכן נחשבים המבשרות על מחלות נוירולוגיות, כגון ליקוי קוגנטיבי מתון (MCI) ודמנציה2. סקירה מקיפה של זהב של IADL משימות3 ציינו כי משימות תובעניות יותר קוגניטיבית, כגון לניהול כספים, באמצעות תחבורה ציבורית, היו כמנבא המוקדם של MCI, דמנציה.
עד כה, הערכותיו הנפוצות ביותר של IADL הם שאלוני דיווח עצמי, שאלונים מבוססי המודיע, המבוססת על ביצוע הערכות4. מבוסס על שאלון הערכות של IADL חסכונית, קל לשימוש, אך הם נוטים הטיה סובייקטיבית. למשל, כאשר דיווח עצמי, חולים נוטים ל over – או תחת – estimate שלהם יכולות IADL5. באופן דומה, מודיעים שהערכתי IADL יכולות של הצופה הסברות או פערי הידע4. לפיכך, הערכות מבוסס ביצועים לשאול חולים כדי לבצע משימות ספציפיות IADL כבר מועדף, למרות רבות מהמשימות אינם הולמים עבור בקביעת קליני כללי6.
לאחרונה, מציאות וירטואלית (VR) מחקרים הראו כי טכנולוגיה זו יכולה יש שימושים משמעותיים רפואה, בריאות, כולל הכל, החל להתאמן שיקום ההערכה הרפואית7. כל המשתתפים יכולים להיבדק בתנאים VR אותו, המחקות את העולם האמיתי. למשל, אלאין. et al. 8 פיתח פעילות קפה וירטואלי, הראה כי חולים עם פגיעה קוגניטיבית לבצע את המשימה בצורה גרועה. קלינגר. et al. 9 שפותחו בסביבת VR אחרת עבור דיוור וקניות משימות ומצא יחסים משמעותיים בין זמן השלמת פעילות ב- VR תוצאות הבדיקה שתלמידים. מחקרים קודמים VR של IADL ההערכה התמקדו בעיקר מדדי הביצוע פשוטים כגון זמן תגובה או הדיוק בעת שימוש בהתקני קלט קונבנציונליים, כגון בעכבר ובלוח המקשים8,9. נתוני ביצועים מפורט יותר אודות IADL ובכך צורך למסך בצורה יעילה עבור חולים עם MCI4.
קנטית ניתוח של נתוני לכידת תנועה בזמן אמת היא גישה רב-עוצמה לתעד באופן כמותי של נתוני ביצועים מפורט המשויכים לפעילויות IADL. לדוגמה, לבן ואח 10 פיתח מטבח הווירטואלי לוכד נתונים זווית משותפת של המשתתף במהלך משימות היומיום, ומשמש נתונים שנלכדו להעריך באופן כמותי את מידת היעילות של טיפול פיזיותרפי. . Dimbwadyo-Terrer et al. 11 פיתח סביבה VR מקיפה כדי להעריך את ביצועי הגפיים העליונות בעת ביצוע משימות היומיום הבסיסיים, הראה כי לצרוב נתונים קנטית בסביבת VR מאוד בקורלציה עם סולמות פונקציונלי של הגפיים העליונות. אלה ניתוחים קנטית במערכות לכידת תנועה יכול לספק עוד הזדמנות להעריך במהירות פגיעה קוגניטיבית של החולה12. הכללה של הנתונים קנטית מפורט סינון עבור חולים עם MCI לשפר באופן משמעותי את הסיווג של המטופלים לעומת פקדים בריא13.
כאן, אנו מתארים את פרוטוקול כדי להעריך את קינמטיקה של תנועות החיים יומי עם מערכות לכידת תנועה בסביבת VR מקיפה. הפרוטוקול כללה שתי משימות מורכבות IADL: “פעילות 1: למשוך כספים” (טיפול עסקאות פיננסיות) ו “משימה 2: סעו באוטובוס” (באמצעות תחבורה ציבורית). בזמן הפעילויות בוצעו, מערכת לכידת תנועה לאתר את המיקום והכיוון של היד הדומיננטית של הראש. לאחר השלמת משימה 1, שנאספו מסלול יד דומיננטית, נע, הזמן והמרחק עד לסיומו. פעילות 2, ראש המסלול, נע, הזמן והמרחק לסיום נאספו. המקטע נציג תוצאות במאמר זה מפרט את המבחן הראשוני של חולים עם MCI (קרי, יכולות IADL הם לקוי) לעומת שולט בריא (קרי, יכולות IADL שלמים).
Protocol
Representative Results
Discussion
אנחנו מפורט קנטית פרוטוקול מדידת תנועות החיים יומי עם מערכות לכידת תנועה בסביבת VR מקיפה. ראשית, ההגדרה ניסיוני מדריכים אותם כיצד להגדיר, להכין, להכיר את המשתתפים עם הסביבה VR מקיפה. שנית, פיתחנו שתי פעילויות IADL מתוקננת VR. שלישית, שלב 3, שלב 5 בסעיף פרוטוקול הם הצעדים הקריטיים ביותר למזער VR בחי?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
K.S., א. ל. לתרום באותה מידה. מחקר זה נתמך על-ידי התוכנית מחקר מדעי בסיסי דרך לאומי מחקר קרן של קוריאה (ב- NRF) במימון של משרד המדע, ICT ותכנון העתיד (ה-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 |
Referências
- 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).
