Validering af en ny instrumentopgave til vurdering af øvre lemmer

Ved bevægelsesforstyrrelser, såsom dissemineret sklerose, er svækkelser i sansemotorisk kontrol af målrettede bevægelser i overekstremiteterne almindeligvis til stede, hvilket fører til en nedsat evne til at udføre daglige livsaktiviteter og øget afhængighed af omsorgspersoner. På grund af den invaliderende karakter af svækkelse af øvre lemmer er de ofte et fokus under neurorehabiliteringsprocessen for personer med bevægelsesforstyrrelser. Denne proces bygger på en præcis beskrivelse af tilstedeværelsen og sværhedsgraden af ​​sansemotoriske svækkelser gennem såkaldte vurderinger. Specifikt er disse vurderinger væsentlige for at individualisere terapeutiske interventioner, for at tilvejebringe dokumentation for forsikringer, der retfærdiggør yderligere terapi, og for at kaste lys over de ofte ukendte mekanismer, der ligger til grund for svækkelsen og deres tidsmæssige udvikling.

Teknologistøttede vurderinger kan give detaljerede bevægelses- (kinematisk) og grebskraft (kinetiske) data, der tillader en objektiv og sporbar beskrivelse af overekstremiteternes adfærd. Dette giver mulighed for følsomt at karakterisere sansemotoriske svækkelser og kan bidrage væsentligt til at reducere prøvestørrelser, der kræves i ressourcekrævende kliniske forsøg. Sådanne teknologistøttede vurderinger består typisk af en robotgrænseflade (f.eks. eksoskelet eller sluteffektor), der fungerer som et joystick og et virtual reality-miljø med en målstyret manipulationsopgave, der gengives på en 2D-computerskærm placeret ved siden af ​​robotten. interface. Mens disse tilgange er meget udbredt til forskningsformål og viste lovende resultater i påvisning af sensorimotoriske svækkelser, blev visse forsøgspersoner observeret at have atypiske bevægelsesmønstre og høj variabilitet, når de gentagne gange udførte vurderingsopgaven (høj intra-individ variabilitet). Disse artefakter kan skyldes en uintuitiv opfattelse af dybden på 2D-skærmen og manglende visuomotorisk samlokalisering, hvilket kan inducere en bias i vurderingens resultatmål og reducere vurderingens evne til at fange longitudinelle ændringer (pålidelighed og følsomhed). For at overvinde disse udfordringer er vurderingsopgaver baseret på virtuel samlokaliseret visuomotorisk feedback eller fordybende hovedmonterede skærme blevet foreslået. Den virtuelle samlokaliserede visuomotoriske feedback har dog stadig sine begrænsninger, især når forsøgspersoner formodes at interagere med de virtuelle objekter, såsom i 3D-objektmanipulationsopgaver, der typisk bruges i kliniske omgivelser. Derudover forventes hovedmonteret display at have begrænset klinisk gennemførlighed hos personer, der er naive over for teknologier eller har kognitive svækkelser.

Formålet med dette samarbejdsprojekt mellem ETH Zürich (Prof. Dr. Gassert, Dr. Lambercy, Dr. Kanzler) og Kliniken Valens (Dr. med. Dr. sc. nat. Roman Gonzenbach, Ramona Sylvester) skal validere konceptet med at vurdere sensorimotoriske svækkelser i øvre lemmer med en robotgrænseflade indlejret i en ny fysisk 3D-objektmanipulationsopgave, Physical Peg Insertion Test (PPIT), og sammenligne det med en eksisterende virtuel vurderingstilgang. Mere detaljeret er målet at udføre en longitudinel undersøgelse med PPIT og dens tidligere validerede virtuelle vedhæng, Virtual Peg Insertion Test (VPIT), hos personer med bevægelsesforstyrrelser. Dette vil gøre det muligt at sammenligne gennemførligheden, validiteten, pålideligheden og følsomheden af ​​både fysiske og virtuelle instrumenterede vurderinger. Begge tilgange er afhængige af en CE-certificeret haptisk sluteffektorenhed (Geomagic Touch, 3D Systems) og et instrumenteret håndtag. For PPIT er en elektromagnet, der kan styres gennem de påførte grebskræfter, fastgjort til sluteffektoren og er påkrævet for at opfange fysiske magnetiske pløkker i en fysisk pegboard-opgave. For VPIT'en gengiver en personlig computer et virtual reality-miljø med virtuelle pinde, der skal transporteres ind i virtuelle huller. Disse tilgange er udviklet på Rehabilitation Engineering Laboratory i ETH Zürich og har vist sig at være gennemførlige, sikre og tidseffektive (5 gentagelser af opgaven, ca. 15 minutters varighed pr. kropsside) i raske kontroller og personer med slagtilfælde, multipel sklerose eller cerebellar ataksi, der har milde til moderate handicapniveauer. Mens PPIT først er blevet udviklet ret for nylig, er VPIT allerede blevet flittigt brugt i kliniske undersøgelser over hele verden. Vigtigst er det, at VPIT allerede med succes er etableret som en klinisk rutinevurdering for alle personer med dissemineret sklerose, der er indlagt på Kliniken Valens og derfor er velkendt af klinikken, hvilket danner grundlag for en smidig gennemførelse af det planlagte projekt. Gennem disse og andre tidligere tests kunne sensordata fra 120 raske forsøgspersoner, der fungerer som en normativ database, og over 200 personer med bevægelsesforstyrrelser allerede registreres. De indsamlede rå kinematiske og kinetiske data transformeres typisk gennem en signalbehandlingsramme til 10 sensorbaserede metrikker, der giver information om forskellige aspekter af opgaveudførelse, herunder for eksempel bevægelsesglathed, nøjagtighed og hastighed. Da PPIT leverer de samme sensordata som VPIT, kan VPIT's signalbehandlingsramme også anvendes på de data, der indsamles med PPIT, hvilket gør det muligt at udtrække de 10 sensorbaserede metrikker i begge scenarier og tjener som grundlag for deres sammenligning.