バーチャル ・ リアリティーのモーション キャプチャ システムで日常の生活動作の運動を測定
Summary
モーション キャプチャ システムで日常生活 (IADL) の活動を評価するために仮想現実のテストを考案しました。軌道、移動距離と IADL 機能の評価の完了までの時間を含む様々 な動き解釈参加者の詳細な運動解析を提案します。
Abstract
日常生活 (IADL) の活動を完了することができない様々 な神経心理学的疾患に前駆体であります。IADL のアンケート評価を使いやすいが、主観的なバイアスになりやすいです。ここでは、2 つの複雑な IADL タスクを評価するための新しいバーチャル ・ リアリティ (VR) テストについて述べる: 金融取引を処理し、公共交通機関を使用しています。参加者は、VR の設定で、タスクを実行、動きはシステム トレースをキャプチャして位置と利き手と三次元デカルト座標システムに頭の向き。運動学的生データ収集され、完了までの時間、移動距離、軌道運動 ‘運動学的指標、’すなわちに変換されます。運動は、空間内の特定の身体部分 (例えば、支配的な手または頭) のパスです。軌道の総距離は、移動距離と完了までの時間はそれが IADL タスクを完了するためにかかった。これらの運動学的施策は、健常者から認知機能障害患者を識別できます。この運動の測定プロトコルの開発は、IADL 関連認知障害の早期検出できます。
Introduction
日常生活 (IADL)、金融取引の処理、公共交通機関を使用して、調理、彼らは複数の神経心理学的機能1を必要とするので医療マーカーであるなどの活動。障害者の IADL 機能扱われます軽度認知障害 (MCI) と認知症2などの神経疾患の前駆体。金の IADL タスク3の包括的な見直しは、財政を管理するなど、公共交通機関を使用しての認知より要求の厳しいタスクが MCI 及び認知症の初期の予測でことを示した。
までに、IADL の最も一般的に使用される評価は自己申告アンケート、インフォー マント ベースのアンケート、パフォーマンス ベースの評価4。IADL のアンケート評価では主観的なバイアスになりやすいが、コスト効果の高い、使いやすいです。例えば、自己申告、患者傾向がある以上- または下-estimate の IADL 機能5。同様に、通報者は、観察者の誤認や知識のギャップ4による IADL 能力を見誤る。したがって、求める患者特定の IADL のタスクを実行するパフォーマンス ベースの評価はタスクの多くが一般臨床設定6のために適切が優先されています。
最近では、バーチャル ・ リアリティ (VR) の研究では、この技術が医学・医療、リハビリテーション医学の査定7にトレーニングに至るまでが含まれています重要なアプリケーションを持っていることを示しています。すべての参加者は、現実世界を模倣する同じ VR 条件の下でテストできます。例えば、アランら8仮想コーヒーのタスクを開発し、認知機能障害患者は不十分なタスクを実行することを示した。クリンガーら9は、メーリング リストやタスクのショッピングのための別の VR 環境を開発し、VR のタスク完了時間と神経心理学的テストの結果の意味のある関係を発見しました。IADL 評価以前の VR 研究が主にマウスとキーボードの8,9など従来の入力デバイスを使用して反応時間や精度などの単純な指標に注目します。IADL に関するより詳細なパフォーマンス データは効率的に MCI4患者のスクリーニング、したがって必要です。
リアルタイム モーション キャプチャ データのキネマティック解析は、定量的 IADL タスクに関連付けられている詳細なパフォーマンス データを文書化する強力なアプローチです。たとえば、白ら10は、日常生活のタスク中に参加者の関節角度データをキャプチャし、キャプチャしたデータ理学療法の有効性を定量的に評価するために使用する仮想キッチンを開発しました。Dimbwadyo Terrer et al.11は、日常生活の基本的なタスクを行うときに上肢の業績を評価するための没入型 VR 環境を開発し、上肢の機能の尺度と相関仮想環境における運動学的データが記録されたことを示した。モーション キャプチャ システムでこれらの運動学的解析はさらに患者の認知機能障害12を迅速に評価する機会を提供できます。MCI 患者のスクリーニングの詳細な運動データの包含は、健常者13と比較して患者の分類を大幅改善。
ここでは、没入型 VR 環境でのモーション キャプチャ システムで日常の生活動作の運動を評価するプロトコルについて述べる。プロトコルは、2 つの複雑な IADL タスクで構成されています:「タスク 1: お金を引き出す」(金融取引の処理) と「タスク 2: バス」(公共交通機関を使用して)。タスクが実行されますが、モーション キャプチャ システムは、位置と支配的な手と頭の向きをトレースします。作業 1 を完了すると、完了までの時間、移動距離、支配的な手の軌道が収集されました。作業 2 で、完了までの時間、移動距離、ヘッド軌道を集めました。MCI 患者の予備テストの詳細についてこの資料の代表結果説明 (すなわち、IADL 機能障害のある) 健常者と比較して (すなわち、IADL 機能はそのまま)。
Protocol
Representative Results
Discussion
没入型 VR 環境でのモーション キャプチャ システムで日常の生活動作の運動学的測定プロトコルを詳しく説明します。まず、実験の設定をセットアップする方法に誘導準備と没入型 VR 環境の理解します。第二に、VR の 2 つの標準化された IADL タスクを開発しました。第三に、ステップ 3 とステップ 5 プロトコル] セクションでは、VR 酔いを最小限に抑えるために最も重要な手順です。仮想環?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
K. s.、アダムローリーは均等に貢献します。この研究は、基本的な科学研究開発プログラムを通じて、国立研究財団の韓国 (NRF) 科学省 ICT ・将来計画 (NRF 2016R1D1A1B03931389) によって資金を供給によって支えられました。
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).
