Validace úlohy nového nástroje pro hodnocení horní končetiny

U pohybových poruch, jako je roztroušená skleróza, jsou běžně přítomny poruchy senzomotorické kontroly cílených pohybů horních končetin, což vede ke snížené schopnosti vykonávat každodenní činnosti a ke zvýšené závislosti na pečovatelích. Vzhledem k invalidizujícímu charakteru postižení horních končetin jsou často středobodem neurorehabilitačního procesu osob s poruchami hybnosti. Tento proces se opírá o přesný popis přítomnosti a závažnosti senzomotorického postižení prostřednictvím tzv. hodnocení. Konkrétně jsou tato hodnocení nezbytná pro individualizaci terapeutických intervencí, pro poskytnutí dokumentace pro pojištění odůvodňující další terapii a pro osvětlení často neznámých mechanismů, které jsou základem postižení a jejich časového vývoje.

Technologicky podporovaná hodnocení mohou poskytnout podrobné údaje o pohybu (kinematické) a síle úchopu (kinetické), které umožňují objektivní a sledovatelný popis chování horních končetin. To nabízí potenciál citlivě charakterizovat senzomotorická postižení a mohlo by to pomoci významně snížit velikost vzorku vyžadovanou v klinických studiích náročných na zdroje. Tato technologicky podporovaná hodnocení se obvykle skládají z robotického rozhraní (např. rozhraní. Zatímco tyto přístupy jsou široce používány pro výzkumné účely a ukázaly slibné výsledky při odhalování senzomotorických poruch, u některých subjektů bylo pozorováno, že mají atypické pohybové vzorce a vysokou variabilitu při opakovaném provádění hodnotícího úkolu (vysoká vnitrosubjektová variabilita). Tyto artefakty mohou vyplývat z neintuitivního vnímání hloubky na 2D obrazovce a chybějící vizuomotorické kolokace, což může vyvolat zkreslení ve výsledných měřeních hodnocení a snížit schopnost hodnocení zachytit podélné změny (spolehlivost a citlivost). K překonání těchto problémů byly navrženy hodnotící úlohy, které se opírají o virtuální společnou vizuomotorickou zpětnou vazbu nebo imerzivní displeje namontované na hlavě. Virtuální sdružená vizuomotorická zpětná vazba má však stále svá omezení, zvláště když se předpokládá, že subjekty interagují s virtuálními objekty, jako jsou úlohy manipulace s 3D objekty, které se obvykle používají v klinických podmínkách. Kromě toho se očekává, že displej namontovaný na hlavě bude mít omezenou klinickou proveditelnost u osob, které jsou naivní v technologiích nebo mají kognitivní poruchy.

Cílem tohoto společného projektu mezi ETH Zurich (Prof. Dr. Gassert, Dr. Lambercy, Dr. Kanzler) a Kliniken Valens (Dr. med. Dr. sc. nat. Roman Gonzenbach, Ramona Sylvester) je ověřit koncept hodnocení senzomotorických poruch horních končetin pomocí robotického rozhraní zabudovaného do nové úlohy manipulace s fyzickým 3D objektem, fyzického testu vložení kolíku (PPIT), a porovnat jej se stávajícím přístupem virtuálního hodnocení. Podrobněji je cílem provést longitudinální studii s PPIT a jeho dříve ověřeným virtuálním přívěskem, Virtual Peg Insertion Test (VPIT), u osob s poruchami hybnosti. To umožní porovnat proveditelnost, validitu, spolehlivost a citlivost fyzických i virtuálních přístrojových hodnocení. Oba přístupy se opírají o zařízení s haptickým koncovým efektorem s certifikací CE (Geomagic Touch, 3D Systems) a instrumentovanou rukojeť. U PPIT je ke koncovému efektoru připojen elektromagnet, který lze ovládat pomocí aplikovaných sil uchopení a je nutný k vyzvednutí fyzických magnetických kolíků při fyzické úloze pegboardu. Pro VPIT osobní počítač vykresluje prostředí virtuální reality s virtuálními kolíky, které je třeba přenést do virtuálních děr. Tyto přístupy byly vyvinuty v Rehabilitation Engineering Laboratory na ETH Zurich a ukázalo se, že jsou proveditelné, bezpečné a časově efektivní (5 opakování úkolu, přibližně 15 minut trvání na stranu těla) u tělesně zdatných kontrol a osob. s mozkovou mrtvicí, roztroušenou sklerózou nebo cerebelární ataxií, které mají mírnou až střední úroveň postižení. Zatímco PPIT byl vyvinut teprve nedávno, VPIT byl již široce používán v klinických studiích po celém světě. Nejdůležitější je, že VPIT již bylo úspěšně zavedeno jako klinické rutinní vyšetření pro všechny osoby s roztroušenou sklerózou, které jsou přijaty do Kliniken Valens, a je tedy na klinice dobře známé, což poskytuje základ pro bezproblémovou realizaci plánovaného projektu. Prostřednictvím těchto a dalších předchozích testů již bylo možné zaznamenat senzorová data od 120 tělesně zdatných subjektů, které slouží jako normativní databáze, a více než 200 osob s poruchami hybnosti. Shromážděná nezpracovaná kinematická a kinetická data jsou typicky transformována prostřednictvím rámce zpracování signálu do 10 senzorových metrik, které poskytují informace o různých aspektech plnění úkolů, včetně například plynulosti pohybu, přesnosti a rychlosti. Vzhledem k tomu, že PPIT poskytuje stejná data ze senzorů jako VPIT, lze rámec zpracování signálu VPIT použít také na data shromážděná pomocí PPIT, což umožňuje extrahovat 10 metrik založených na senzorech v obou scénářích a slouží jako základ pro jejich srovnání.