Die Auswirkung der Manipulation der Geschwindigkeit des optischen Flusses und des Immersionsgrads auf das Gangmuster bei Menschen nach einem Schlaganfall

STUDIENDESIGN

Diese Studie ist eine experimentelle, multizentrische Studie mit 2 Gruppen, in der Personen nach einem Schlaganfall und gesunde Personen 2 verschiedene Sitzungen auf dem Laufband absolvieren. Die 2 Sitzungen werden an 2 verschiedenen Tagen innerhalb von 10 Tagen durchgeführt. Beide Sitzungen sind identisch, nur das VR-System, das zur Manipulation der optischen Flussgeschwindigkeit verwendet wird, unterscheidet sich. Die Reihenfolge der 2 Sitzungen und die Manipulation der Geschwindigkeit des optischen Flusses werden randomisiert.

MATERIALIEN

GRAIL-System: Das Gait Real-time Interactive Lab (GRAIL) ist ein integratives Bewegungserfassungssystem, das aus 10 optischen Bewegungskameras (Vicon Inc., Oxford, UK), einem Laufband mit zwei Riemen und integrierten Kraftmessplatten und einer 180-Grad-Zylinderprojektion besteht Bildschirmsystem und D-Flow-Software (Motekforce Link, Amsterdam, Niederlande). Das Laufband des GRAIL-Systems hat zwei Modi: feste Gehgeschwindigkeit oder selbstgesteuertes Tempo. Für diese Studie wird das Laufband selbstgesteuert sein, was bedeutet, dass der Patient die Kontrolle hat und die Gehgeschwindigkeit wählen kann. Das Laufband folgt der Gehgeschwindigkeit des Patienten, wodurch der Patient nach Belieben starten, stoppen und die Geschwindigkeit ändern kann. Die Projektionswand des GRAIL-Systems wird eine semi-immersive virtuelle Umgebung gewährleisten. Das GRAIL-System befindet sich im Smart Space Lab (UZ Gent) und wird den Forschern des VUB/UZ Brüssel zur Verfügung gestellt.

Head-Mounted Display (HMD): Das HMD-VR-System „Oculus Rift S“ (Oculus, LLS, US) ist ein kostengünstiges HMD, das den Benutzer vollständig in die virtuelle Umgebung integriert, indem es die Wahrnehmung der realen Welt ausblendet. Das „Oculus Rift S“ wird eine vollständig immersive virtuelle Umgebung gewährleisten. Die Forscher des VUB/UZ Brüssel haben das HMD „Oculus Rift S“ in ihrem Besitz und werden es für die Studie zur Verfügung stellen.

VERFAHREN

Beide Sitzungen werden im Smart Space-Labor des Universitätskrankenhauses Gent (Corneel Heymanslaan 10, 9000 Gent) durchgeführt, wo sich das GRAIL-System befindet.

Vor Beginn beider Sitzungen müssen einige Vorbereitungen hinsichtlich der Ergebnismessungen getroffen werden:

• Die Patienten werden gebeten, einen Fragebogen (Simulator Sickness Questionnaire-Pre) auszufüllen.
• Oberflächenelektroden werden bilateral am M. rectus femoris, M. vastus lateralis, M. biceps femoris, M. tibialis anterior, M. gastrocnemius medialis, M. deltoideus anterior part, M. deltoideus posterior part, M. latissimus dorsi platziert. Die Elektrodenplatzierung folgt den SENIAM-Richtlinien. Die Haut unter der Elektrode wird rasiert und mit Alkohol gereinigt, um den Elektroden-Haut-Kontakt zu verbessern und die Impedanz zu verringern.
• Reflektierende Markierungen werden an festen Punkten der unteren und oberen Gliedmaßen des Patienten angebracht. Die Markierungsplatzierung folgt dem Plug-in Gait Ganzkörpermodell (VICON). Für dieses Modell muss der Ermittler vorab folgende Dinge messen: Körperlänge, Körpergewicht, Beinlänge, Kniebreite, Knöchelbreite, Schulterkröpfung, Ellbogenbreite, Handgelenkbreite, Handdicke.

Nach diesen Vorbereitungen beginnen die Patienten, auf dem Laufband mit eigenem Tempo des GRAIL-Systems zu gehen. Nur aus Sicherheitsgründen werden die Patienten mit dem Sicherheitsgurt gehen. Die Patienten werden zunächst daran gewöhnt, 8 Minuten lang ohne jegliche Form von VR auf dem Laufband mit eigenem Tempo zu gehen. Patienten benötigen diese Gewöhnungsprobe, um sich an das selbstgesteuerte Laufbandsystem zu gewöhnen. Nach diesen 8 Minuten wird das Laufband angehalten und die Patienten werden für eine 5-minütige Ruhephase sitzen. Während der Ruhezeit werden die Patienten gebeten, zwei kurze Fragebögen auszufüllen (Simulator Sickness Questionnaire-1, VAS-Skalen).

GRAIL-Sitzung: Nach der 5-minütigen Ruhephase gehen die Patienten weitere 3 mal 8 Minuten mit dem VR. Die Patienten gehen jetzt, während sie auf eine virtuelle Umgebung blicken, die auf die Projektionsfläche des GRAIL-Geräts projiziert wird (semi-immersiv). Der optische Fluss ist bei jedem 8-minütigen Spaziergang anders. Zwischen jedem Spaziergang ruhen sich die Patienten 5 Minuten aus und während jeder Ruhephase werden die Patienten gebeten, einen kurzen Fragebogen auszufüllen (den Simulator-Krankheitsfragebogen-2,-3).

HMD-Sitzung: Nach der 5-minütigen Ruhephase gehen die Patienten weitere 3 mal 8 Minuten mit der VR. Die Patienten gehen jetzt beim Tragen des HMD „Oculus Rift“ und tauchen vollständig in eine virtuelle Umgebung ein (vollständig immersiv). Der optische Fluss ist bei jedem 8-minütigen Spaziergang anders. Zwischen jedem Spaziergang ruhen sich die Patienten 5 Minuten aus und während jeder Ruhephase werden die Patienten gebeten, einen kurzen Fragebogen auszufüllen (Simulator Sickness Questionnaire-2,-3).

Zum Abschluss beider Sitzungen werden die Teilnehmer gebeten, 3 Fragebögen auszufüllen (den Simulator-Krankheitsfragebogen-Post, die VAS-Skalen und den Igroup-Anwesenheitsfragebogen).

RANDOMISIERUNG

Zuerst wird die Art der Sitzung mit 2 möglichen Optionen randomisiert: GRAIL - HMD oder HMD - GRAIL. Zweitens wird die Manipulation der Geschwindigkeit des optischen Flusses (angepasst, langsam, schnell) innerhalb der Sitzung randomisiert. Die Reihenfolge der Manipulation ist in beiden Sitzungen gleich. Die ersten 8 Minuten jeder Sitzung sind immer die ohne VR. Danach wird die optische Flussgeschwindigkeit manipuliert. Es gibt 6 mögliche Optionen für die Randomisierung der Geschwindigkeitsmanipulation des optischen Flusses: angepasst - langsam - schnell / angepasst - schnell - langsam / langsam - schnell - angepasst / langsam - angepasst - schnell / schnell - langsam - angepasst / schnell - angepasst - langsam . Die Randomisierungen werden durch Block-Randomisierung in Microsoft Excel® durchgeführt.

STUDIENANALYSE

Diese Studie untersucht (1) den Effekt der Manipulation der optischen Flussgeschwindigkeit und (2) den Effekt des Immersionsniveaus (semi-immersives GRAIL-System mit voll-immersivem HMD).

Der Einfluss der optischen Flussgeschwindigkeit auf die raumzeitlichen Gangparameter, Kinematik, Kinetik und Muskelaktivität wird mit dem Gehen ohne VR verglichen. In einer ersten Phase werden die Daten mithilfe von LO(W)ESS-Glättung (lokal gewichtete Scatterplot-Glättung) visualisiert, um die beobachteten Effekte im Laufe der Zeit (pro Bedingung und Ergebnis) zu untersuchen, was Flexibilität mit diesem quasi-parametrischen Ansatz ermöglicht. Als nächstes werden relevante Werte extrahiert, die den Beginn, das Ausmaß und die Dauer des Effekts ausdrücken:

• Beginn: Zeitpunkt(e), zu dem/denen die minimale klinisch relevante Differenz (MCID) überschritten wird. Falls MCID unbekannt ist, wird ein Schwellenwert von 10 % verwendet
• Größe: Größe des Maximums (oder der Maxima) und Zeitpunkt(e), zu dem/denen das Maximum erreicht wird
• Dauer: Zeit zwischen Beginn und dem Zeitpunkt, an dem die MCID (oder 10 %-Schwelle) nicht mehr überschritten wird

Diese Werte werden zwischen den Bedingungen in einer Zweiweg-ANOVA mit wiederholten Messungen (optische Flussgeschwindigkeit * Gerät) verglichen. Gegebenenfalls (basierend auf den explorativen Analysen) werden unter Anleitung des Instituts für Statistik und Datenanalyse unserer Universität zusätzliche vertiefende Statistiken, wie z. B. funktionale Datenanalysen, durchgeführt.