Validatie van een nieuwe instrumenttaak voor het beoordelen van de bovenste ledematen

Bij bewegingsstoornissen, zoals multiple sclerose, zijn vaak stoornissen in de sensomotorische controle van doelgerichte bewegingen van de bovenste ledematen aanwezig, wat leidt tot een verminderd vermogen om dagelijkse activiteiten uit te voeren en een grotere afhankelijkheid van zorgverleners. Vanwege de invaliderende aard van stoornissen aan de bovenste ledematen, staan ​​ze vaak centraal tijdens het neurorevalidatieproces van personen met bewegingsstoornissen. Dit proces is gebaseerd op een nauwkeurige beschrijving van de aanwezigheid en ernst van sensomotorische stoornissen door middel van zogenaamde assessments. Deze beoordelingen zijn met name essentieel om therapeutische interventies te individualiseren, om documentatie te verstrekken voor verzekeringen die verdere therapie rechtvaardigen, en om licht te werpen op de vaak onbekende mechanismen die ten grondslag liggen aan de stoornissen en hun evolutie in de tijd.

Door technologie ondersteunde beoordelingen kunnen gedetailleerde bewegings- (kinematische) en grijpkracht- (kinetische) gegevens opleveren die een objectieve en traceerbare beschrijving van het gedrag van de bovenste ledematen mogelijk maken. Dit biedt de mogelijkheid om sensomotorische stoornissen gevoelig te karakteriseren en zou kunnen helpen de steekproefomvang die nodig is in veeleisende klinische onderzoeken aanzienlijk te verminderen. Dergelijke door technologie ondersteunde beoordelingen bestaan ​​doorgaans uit een robotinterface (bijv. koppel. Hoewel deze benaderingen op grote schaal worden gebruikt voor onderzoeksdoeleinden en veelbelovende resultaten lieten zien bij het opsporen van sensomotorische stoornissen, werd waargenomen dat bepaalde proefpersonen atypische bewegingspatronen en hoge variabiliteit vertoonden bij het herhaaldelijk uitvoeren van de beoordelingstaak (hoge intra-subject variabiliteit). Deze artefacten kunnen het gevolg zijn van een niet-intuïtieve perceptie van diepte op het 2D-scherm en ontbrekende visuomotorische collocatie, wat een vertekening kan veroorzaken in de uitkomstmaten van de beoordeling en het vermogen van de beoordeling om longitudinale veranderingen (betrouwbaarheid en gevoeligheid) vast te leggen, kan verminderen. Om deze uitdagingen het hoofd te bieden, zijn beoordelingstaken voorgesteld die berusten op virtuele collocated visuomotorische feedback of meeslepende op het hoofd gemonteerde displays. De virtueel gecolloceerde visuomotorische feedback heeft echter nog steeds zijn beperkingen, vooral wanneer proefpersonen verondersteld worden interactie te hebben met de virtuele objecten, zoals bij taken voor het manipuleren van 3D-objecten die doorgaans in klinische omgevingen worden gebruikt. Bovendien wordt verwacht dat op het hoofd gemonteerde beeldschermen beperkte klinische haalbaarheid hebben bij personen die naïef zijn met technologieën of cognitieve stoornissen hebben.

Het doel van dit samenwerkingsproject tussen ETH Zürich (Prof. Dr. Gassert, Dr. Lambercy, Dr. Kanzler) en de Kliniken Valens (Dr. med. dr. sc. nat. Roman Gonzenbach, Ramona Sylvester) is bedoeld om het concept van het beoordelen van sensomotorische stoornissen van de bovenste ledematen te valideren met een robotinterface ingebed in een nieuwe fysieke 3D-objectmanipulatietaak, de Physical Peg Insertion Test (PPIT), en deze te vergelijken met een bestaande virtuele beoordelingsbenadering. Meer in detail is het de bedoeling een longitudinaal onderzoek uit te voeren met de PPIT en zijn eerder gevalideerde virtuele pendent, de Virtual Peg Insertion Test (VPIT), bij personen met bewegingsstoornissen. Dit zal het mogelijk maken om de haalbaarheid, validiteit, betrouwbaarheid en gevoeligheid van zowel fysiek als virtueel geïnstrumenteerde beoordelingen te vergelijken. Beide benaderingen zijn gebaseerd op een CE-gecertificeerd haptisch eindeffectorapparaat (Geomagic Touch, 3D Systems) en een geïnstrumenteerde handgreep. Voor de PPIT is een elektromagneet die kan worden bestuurd door de toegepaste grijpkrachten bevestigd aan de eindeffector en is vereist om fysieke magnetische pinnen op te pakken in een fysieke pegboard-taak. Voor de VPIT maakt een personal computer een virtual reality-omgeving met virtuele pinnen die in virtuele gaten moeten worden getransporteerd. Deze benaderingen zijn ontwikkeld in het Rehabilitation Engineering Laboratory van ETH Zürich en er is aangetoond dat ze haalbaar, veilig en tijdbesparend zijn (5 herhalingen van de taak, duur van ongeveer 15 minuten per lichaamszijde) bij valide controles en personen met een beroerte, multiple sclerose of cerebellaire ataxie met milde tot matige handicaps. Hoewel de PPIT pas vrij recent is ontwikkeld, wordt de VPIT al op grote schaal gebruikt in klinische studies over de hele wereld. Het belangrijkste is dat de VPIT al met succes is ingevoerd als een klinische routinebeoordeling voor alle personen met multiple sclerose die zijn opgenomen in de Kliniken Valens en daarom goed bekend is bij de kliniek, wat de basis vormt voor een soepele uitvoering van het geplande project. Door deze en andere eerdere tests konden al sensorgegevens van 120 valide proefpersonen, die als normatieve database dienen, en meer dan 200 personen met bewegingsstoornissen worden geregistreerd. De verzamelde onbewerkte kinematische en kinetische gegevens worden typisch getransformeerd via een raamwerk voor signaalverwerking in 10 op sensoren gebaseerde statistieken die informatie verschaffen over verschillende aspecten van taakuitvoering, waaronder bijvoorbeeld soepelheid, nauwkeurigheid en snelheid van bewegingen. Aangezien de PPIT dezelfde sensorgegevens levert als de VPIT, kan het raamwerk voor signaalverwerking van de VPIT ook worden toegepast op de gegevens die met de PPIT worden verzameld, waardoor de 10 op sensoren gebaseerde metrieken in beide scenario's kunnen worden geëxtraheerd. hun vergelijking.