Ambienti virtuali per la riabilitazione vestibolare

Sistema: la piattaforma di test funziona a 120 frame al secondo con HTC Vive o Oculus Rift, su un laptop Windows 10 con 8 GB di RAM, CPU Intel i7-7820HK, GPU Nvidia GTX 1080 Max-Q e cuffie Bose SoundTrue around-ear II . Il software è stato sviluppato in C# con Unity3D 2018.2.0f1(64-bit) (Unity Technologies, San Francisco, California). Il sistema utilizza SteamVR. Oculus Rift e HTC Vive funzionano entrambi con una frequenza di aggiornamento di 90 Hz, un campo visivo di 110 gradi e un video ad alta definizione con risoluzione 1080x1200 per ciascun occhio. La grafica della stazione della metropolitana, dell'edificio del terminal dell'aeroporto e dei treni della metropolitana è modellata in Maya e importata in Unity3D. Il resto degli oggetti 3D sono modellati in Unity3D. Il modello della stazione della metropolitana e il modello dell'aeroporto replicano una vera stazione della metropolitana a New York City e un vero terminal aeroportuale negli Stati Uniti. I contenuti nel sistema sono completamente controllabili dall'interfaccia utente (vedi Figura 3). I suoni tridimensionali sono stati implementati utilizzando il middleware Wwise e il plug-in audio Google Resonance. Utilizzando i dati di tracciamento della testa, l'audio viene modulato in base alla posizione della testa dell'ascoltatore. La tecnologia consente la creazione di un ricco paesaggio sonoro in tutte le direzioni intorno all'ascoltatore. Le risorse audio utilizzate nel sistema sono divise in due gruppi principali: oggetti sonori e ambienti. Gli oggetti sonori sono collegati agli oggetti visivi nella scena e la loro posizione cambia di conseguenza. I suoni includono: passi, treni, annunci, automobili, palloni, aeroplani, ecc. Gli ambienti sono creati da registrazioni originali provenienti da diverse località di New York. Questi includono diversi suoni di sottofondo, ad esempio suoni del chiacchiericcio della folla, treni lontani, vento, uccelli, traffico e tono generale della stanza di ciascuno degli spazi. Tutti i suoni utilizzati nel sistema sono assegnati a tre diversi livelli di intensità che si riferiscono alla crescente complessità del paesaggio sonoro.

Raccolta dati: la prima sessione di valutazione includerà una valutazione del controllo posturale ben consolidata che gli investigatori avevano tradotto in un paradigma HMD e aggiunto uno strato uditivo. Il protocollo includerà tutte le possibili combinazioni di quanto segue: 2 livelli di perturbazione visiva (stelle statiche; stelle che si muovono nella direzione AP, 0,2 Hz, 0,032 m); 2 livelli di perturbazione uditiva (stanza silenziosa; rumore bianco che passa da 0 a 1 dB a 0,3 Hz) e 2 livelli di superficie di appoggio (pavimento; memory foam). Ogni scena durerà 60 secondi, ci sono 8 combinazioni, e ciascuna sarà ripetuta 3 volte per un totale di 24 prove. La densità spettrale di potenza (PSD) dell'oscillazione in 3 segmenti di frequenza sarà derivata da una piastra di forza di laboratorio e servirà per esplorare il meccanismo di integrazione sensoriale. I partecipanti completeranno anche FGA (primario), VVAS (primario), ABC (descrittivo) e DHI (descrittivo).

I partecipanti completeranno la valutazione di base due volte, a una settimana di distanza, per garantire la stabilità delle misure. Dopo le valutazioni di base, i partecipanti saranno randomizzati a un C.S.I. gruppo sperimentale (EG, n = 14) o un gruppo di controllo riabilitativo standard (CG, n = 14). I partecipanti inizieranno il programma di intervento entro una settimana dalla seconda valutazione. L'ambientazione sarà una clinica di riabilitazione vestibolare presso la New York Eye and Ear Infirmary del Mount Sinai.

Entrambi i gruppi: Ai partecipanti idonei verrà fornita l'educazione del paziente e un programma di base di esercizi a casa (andatura, equilibrio, nessun esercizio con gli occhi chiusi) mentre stanno prendendo in considerazione la partecipazione allo studio.

Programma Dose: 8 settimane, 1 visita a settimana, durata 30 minuti EG: Allenamento immersivo progressivo con il C.S.I. applicazione; Scene: inizia dalla più saliente per il paziente, alla fine esegui tutte Durata: inizia a 60 secondi, aumenta nel tempo fino a 3 minuti per scena Complessità: inizia minima, aumenta gradualmente fino alla più complessa Compiti: stare in piedi con diverse basi di supporto (BOS ), giri di testa (avanzamento con velocità, aerei); stepping, turning CG: andatura progressiva, stabilità dello sguardo ed esercizi di equilibrio. Andatura: camminare con giri della testa, progressi con portata, velocità e piani di movimento della testa; cambio del modo di camminare BOS: ampio, normale, tandem Sguardo: concentrarsi su un bersaglio mentre si sposta la testa da un lato all'altro / dall'alto verso il basso. Progredisci con velocità, durata, background più intenso, da in piedi a camminare.

Equilibrio: compiti di equilibrio in piedi, progressi con BOS (da largo a stretto a tandem), superficie di appoggio, occhi chiusi, durata, giri della testa.

Regola di progressione / regressione di entrambi i gruppi: il livello più alto di sfida che può essere svolto per 60 secondi senza perdita di equilibrio (LOB); Non più di sintomi moderati in clinica sulla base del Simulator Sickness Questionnaire; Se i sintomi persistevano oltre 2 ore dopo la sessione, ridimensionare l'intensità la volta successiva. Se i sintomi migliorano immediatamente, ripetere l'attività con la stessa intensità e durata.

Programma a casa per entrambi i gruppi: 8 settimane, 6 volte a settimana, due volte al giorno, della durata di 10 minuti, massimo livello di sfida sicuro (nessun LOB, nessun aumento dei sintomi) per 60 secondi per compito Home EG: esercizi di deambulazione ed equilibrio, Nessun esercizio ad occhi chiusi Home CG: Esercizi di andatura, stabilità dello sguardo ed equilibrio, inclusi esercizi ad occhi chiusi

Una post-valutazione, identica alla valutazione di base, sarà condotta entro una settimana dal completamento dell'ottava sessione di intervento.

Dimensione del campione: per l'obiettivo 1, gli investigatori recluteranno 28 pazienti e 28 controlli abbinati per età e sesso. Per gli obiettivi 2 e 3, i 28 pazienti saranno randomizzati in un gruppo sperimentale (N=14) e di controllo (N=14). Supponendo un attrito di circa il 20% durante il corso dell'intervento, si prevede di avere 11-12 partecipanti per gruppo di intervento. Data la nostra storia di assunzioni, questo numero è fattibile per la durata e le risorse della borsa pilota di 12 mesi. Con ciò gli investigatori determineranno la dimensione del campione necessaria per uno studio futuro, adeguatamente potenziato, come descritto di seguito.

Validità interna: per evitare pregiudizi di selezione e bilanciare potenziali fattori confondenti, i ricercatori utilizzeranno la strategia di randomizzazione a blocchi per i partecipanti che utilizzano il pacchetto blockrand in R.21 Questa procedura utilizza un processo in due fasi: in primo luogo, la dimensione del blocco viene selezionata per 2, 4, 6 o 8; successivamente, viene generato un blocco di quella dimensione. Pertanto, nessun ricercatore sarà in grado di prevedere a quale gruppo verrà assegnato un partecipante o modificare tale assegnazione (ad es. occultamento dell'allocazione). I partecipanti saranno randomizzati in gruppi solo dopo che la valutazione di base e il consenso a partecipare allo studio sono stati completati. Sebbene, a causa della natura dell'intervento, i partecipanti e i medici curanti non possano essere ciechi rispetto all'assegnazione di gruppo, i pregiudizi saranno ridotti al minimo accecando i valutatori post-trattamento sullo stato del trattamento. Per controllare il bias di attrito, oltre a un approccio intent-to-treat, gli investigatori accerteranno se esistono predittori di mancanza. In tal caso, gli investigatori utilizzeranno un modello misto di pattern per moltiplicare l'imputazione (5 repliche) di eventuali risposte mancanti.

Considerazione delle variabili biologiche rilevanti: i criteri di ammissibilità sopra specificati rappresentano individui adulti con ipofunzione vestibolare unilaterale di entrambi i sessi e di diversa fascia di età. Il gruppo di controllo sarà abbinato per età e sesso con il gruppo vestibolare. Verrà reclutata un'ampia fascia di età (dai 18 anni in su). È noto che l'obesità influisce sulla postura e potrebbe alterare le strategie di controllo posturale. Se il campione include individui in sovrappeso, il modello verrà testato durante l'aggiustamento per il peso. Poiché il campione includerà individui anziani, gli investigatori prevedono ulteriori condizioni di salute che saranno simili tra i gruppi, ad esempio la perdita dell'udito legata all'età. I criteri di esclusione elimineranno le condizioni di salute critiche per il controllo posturale, come: disabilità visiva, neuropatia periferica e altre condizioni neurologiche.

Analisi dei dati: Obiettivo 1: per ciascuna delle quattro misure di interesse (PSD 1-3 e PSD generale), i ricercatori adatteranno un modello di effetti misti lineare per confrontare i controlli di pari età con i pazienti con ipofunzione vestibolare tenendo conto dell'inerente disegno di studio multilivello (persona, condizioni, ripetizioni). I modelli includeranno i principali effetti del gruppo, la condizione visiva, la condizione uditiva, la condizione della superficie, nonché le loro interazioni, adattandosi all'età. I P-value per gli effetti fissi saranno calcolati attraverso l'approssimazione di Satterthwaite per i gradi di libertà della distribuzione T. L'analisi verrà ripetuta dopo l'intervento, aggiustando per l'assegnazione del gruppo e per i valori pre-intervento. ABC e DHI saranno usati per descrivere il campione.

Obiettivo 2: nessuna analisi statistica necessaria. Obiettivo 3: in primo luogo, seguendo il principio intent-to-treat, un modello di regressione lineare sarà adattato con VVAS e FGA come variabile dipendente primaria, sul gruppo di trattamento, controllando le covariate al basale (età e altre misure del questionario auto-riferite) per migliorare la precisione della stima dell'effetto del trattamento, così come i punteggi pre-test. La potenziale efficacia dell'intervento sarà valutata sulla base di un coefficiente significativo per lo stato del trattamento. In secondo luogo, come descritto sopra, gli investigatori adatteranno un modello misto di pattern per moltiplicare l'imputazione di eventuali valori mancanti e utilizzeranno le regole di Rubin per mettere in comune i coefficienti e i loro errori standard dai modelli di regressione adattati a ciascun set di dati imputato. I dati generati da questo studio pilota randomizzato saranno utilizzati per calcolare la dimensione del campione necessaria per futuri studi controllati randomizzati, adeguatamente potenziati, stimando la differenza nelle medie per i gruppi di trattamento (ovvero una dimensione dell'effetto attesa futura) nonché la varianza del risultati primari e i valori di altri parametri necessari per calcolare la funzione di potenza.

Sicurezza e segnalazione: il lavoro preliminare ha mostrato una malattia informatica minima o assente e nessuna caduta o reazione avversa alla formazione sulla realtà virtuale. Solo 1 paziente ha abbandonato a causa della preoccupazione per i sintomi. Altri hanno abbandonato a causa di ansia, richiesta del medico, interruzione della terapia o altre lesioni ortopediche verificatesi dopo l'arruolamento. Nel presente studio, la dott.ssa Maura Cosetti, MD, fornirà la supervisione e il monitoraggio dello svolgimento del processo come DSMB preliminare. Ciò garantirà la sicurezza dei partecipanti e la validità e l'integrità dei dati. Il PI e il Dr. Kelly eseguiranno un monitoraggio continuo della sicurezza dei partecipanti (cadute, sintomi in ogni sessione) con frequenti rapporti al Dr. Cosetti. Gli investigatori seguiranno la lista di controllo e il diagramma del CONSORT (Consolidated Standards of Reporting Trials) del 2010 nel riferire i risultati dello studio.