Uuden instrumenttitehtävän validointi yläraajan arvioimiseksi

Liikehäiriöissä, kuten multippeliskleroosissa, esiintyy yleisesti tavoitteellisten yläraajan liikkeiden sensorimotorisen ohjauksen heikkenemistä, mikä johtaa heikentyneeseen kykyyn suorittaa päivittäisiä toimintoja ja lisääntyneeseen riippuvuuteen hoitajista. Yläraajojen vajaatoiminnan vammautumisen vuoksi ne ovat usein huomion kohteena liikehäiriöistä kärsivien henkilöiden neurorehabilitaatioprosessissa. Tämä prosessi perustuu sensomotoristen häiriöiden esiintymisen ja vakavuuden tarkkaan kuvaukseen niin kutsuttujen arvioiden avulla. Erityisesti nämä arvioinnit ovat välttämättömiä terapeuttisten interventioiden yksilöimiseksi, lisähoidon perusteena olevien vakuutusten dokumentoimiseksi ja heikentymisen taustalla olevien usein tuntemattomien mekanismien ja niiden ajallisen kehityksen valottamiseksi.

Teknologiaavusteiset arvioinnit voivat tarjota yksityiskohtaisia ​​liike- (kinemaattisia) ja pitovoimatietoja (kineettisiä) tietoja, jotka mahdollistavat objektiivisen ja jäljitettävän kuvauksen yläraajojen käyttäytymisestä. Tämä tarjoaa mahdollisuuden karakterisoida herkästi sensorimotorisia häiriöitä ja auttaa vähentämään merkittävästi resursseja vaativissa kliinisissä tutkimuksissa vaadittavia näytteitä. Tällaiset teknologia-avusteiset arvioinnit koostuvat tyypillisesti robottikäyttöliittymästä (esim. eksoskeleton tai end-efector), joka toimii ohjaussauvana ja virtuaalitodellisuusympäristöstä, jossa on tavoitteellinen manipulointitehtävä, joka esitetään robotin vieressä sijaitsevalla 2D-tietokonenäytöllä. käyttöliittymä. Vaikka näitä lähestymistapoja käytetään laajalti tutkimustarkoituksiin ja ne osoittivat lupaavia tuloksia sensorimotoristen häiriöiden havaitsemisessa, tietyillä koehenkilöillä havaittiin epätyypillisiä liikekuvioita ja suurta vaihtelua suoritettaessa arviointitehtävää toistuvasti (suuri koehenkilöiden välinen vaihtelu). Nämä artefaktit voivat johtua epäintuitiivisesta syvyyden havaitsemisesta 2D-näytöllä ja puuttuvasta visuomotorisesta yhteissijoituksesta, mikä voi aiheuttaa harhaa arvioinnin tulosmittauksissa ja heikentää arvioinnin kykyä kaapata pitkittäisiä muutoksia (luotettavuus ja herkkyys). Näiden haasteiden voittamiseksi on ehdotettu arviointitehtäviä, jotka perustuvat virtuaaliseen yhteissijoitettuun visuomotoriseen palautteeseen tai uppoutuviin päähän kiinnitettyihin näyttöihin. Virtuaalisella yhteissijoitetulla visuomotorisella palautteella on kuitenkin edelleen rajoituksensa, varsinkin kun koehenkilöiden oletetaan olevan vuorovaikutuksessa virtuaalisten objektien kanssa, kuten 3D-objektien käsittelytehtävissä, joita tyypillisesti käytetään kliinisissä olosuhteissa. Lisäksi päähän kiinnitettävällä näytöllä odotetaan olevan kliininen käyttökelpoisuus rajoitetusti henkilöillä, jotka eivät ole naiivia teknologian suhteen tai joilla on kognitiivisia vammoja.

Tämän yhteistyöprojektin tavoitteena ETH Zürichin (Prof. Dr. Gassert, tohtori Lambercy, tohtori Kanzler) ja Kliniken Valens (Dr. med. Dr. sc. nat. Roman Gonzenbach, Ramona Sylvester) on validoimassa käsitettä yläraajojen sensorimotoristen häiriöiden arvioinnista robottirajapinnalla, joka on upotettu uuteen fyysiseen 3D-objektien manipulointitehtävään, Physical Peg Insertion Test (PPIT), ja verrata sitä olemassa olevaan virtuaaliseen arviointitapaan. Tarkemmin sanottuna tavoitteena on tehdä pitkittäistutkimus PPIT:llä ja sen aiemmin validoidulla virtuaaliriippuvalla Virtual Peg Insertion Test (VPIT) -testillä liikehäiriöistä kärsivillä henkilöillä. Näin voidaan verrata sekä fyysisten että virtuaalisten instrumentoitujen arviointien toteutettavuutta, validiteettia, luotettavuutta ja herkkyyttä. Molemmat lähestymistavat perustuvat CE-sertifioituun haptiseen päätelaitelaitteeseen (Geomagic Touch, 3D Systems) ja instrumentoituun kahvaan. PPIT:tä varten sähkömagneetti, jota voidaan ohjata kohdistettujen pitovoimien avulla, on kiinnitetty päätelaitteeseen ja jota tarvitaan poimimaan fyysisiä magneettitappeja fyysisessä pegboard-tehtävässä. VPIT:lle henkilökohtainen tietokone muodostaa virtuaalitodellisuusympäristön virtuaalisilla tapeilla, jotka on siirrettävä virtuaalisiin reikiin. Nämä lähestymistavat on kehitetty ETH Zürichin kuntoutustekniikan laboratoriossa, ja ne on osoitettu toteuttamiskelpoisiksi, turvallisiksi ja aikatehokkaiksi (5 toistoa tehtävästä, kesto noin 15 minuuttia per kehon puoli) toimintakykyisissä kontrolleissa ja henkilöissä. aivohalvaus, multippeliskleroosi tai pikkuaivojen ataksia, joilla on lievä tai kohtalainen vammaisuus. Vaikka PPIT on kehitetty vasta melko hiljattain, VPIT:tä on jo käytetty laajasti kliinisissä tutkimuksissa maailmanlaajuisesti. Mikä tärkeintä, VPIT on jo onnistuneesti vakiinnutettu kliiniseksi rutiiniarvioitavaksi kaikille Kliniken Valensiin otetuille multippeliskleroosia sairastaville ja siksi klinikan hyvin tuntemalle henkilölle, mikä luo pohjan suunnitellun projektin sujuvalle toteuttamiselle. Näillä ja muilla aikaisemmilla testeillä pystyttiin jo tallentamaan anturidataa 120:lta normatiivisena tietokannana toimivalta henkilöltä ja yli 200:lta liikehäiriöistä kärsivältä. Kerätty raaka kinemaattinen ja kineettinen data muunnetaan tyypillisesti signaalinkäsittelykehyksen kautta 10 anturipohjaiseksi mittariksi, jotka tarjoavat tietoa tehtävien suorittamisen eri puolista, mukaan lukien esimerkiksi liikkeen sujuvuus, tarkkuus ja nopeus. Koska PPIT tarjoaa saman anturidatan kuin VPIT, VPIT:n signaalinkäsittelykehystä voidaan soveltaa myös PPIT:n avulla kerättyyn dataan, mikä mahdollistaa 10 anturipohjaisen metriikan poimimisen molemmissa skenaarioissa ja toimii perustana heidän vertailunsa.