Validering av en ny instrumentoppgave for vurdering av øvre lemmer

Ved bevegelsesforstyrrelser, som multippel sklerose, er svekkelser i sansemotorisk kontroll av målrettede bevegelser i overekstremitetene ofte til stede, noe som fører til redusert evne til å utføre daglige aktiviteter og økt avhengighet av omsorgspersoner. På grunn av funksjonshemminger i øvre lemmer, er de ofte et fokus under nevrorehabiliteringsprosessen til personer med bevegelsesforstyrrelser. Denne prosessen er avhengig av en nøyaktig beskrivelse av tilstedeværelsen og alvorlighetsgraden av sansemotoriske svekkelser gjennom såkalte vurderinger. Spesielt er disse vurderingene avgjørende for å individualisere terapeutiske intervensjoner, for å gi dokumentasjon for forsikringer som rettferdiggjør videre terapi, og for å belyse de ofte ukjente mekanismene som ligger til grunn for funksjonsnedsettelsene og deres tidsmessige utvikling.

Teknologistøttede vurderinger kan gi detaljerte data om bevegelse (kinematisk) og gripekraft (kinetisk) som tillater en objektiv og sporbar beskrivelse av oppførsel i øvre ekstremiteter. Dette gir potensialet til å karakterisere sensorimotoriske svekkelser sensitivt og kan bidra til å redusere prøvestørrelser som kreves i ressurskrevende kliniske studier betydelig. Slike teknologistøttede vurderinger består typisk av et robotgrensesnitt (f.eks. eksoskjelett eller slutteffektor) som fungerer som en joystick og et virtuell virkelighetsmiljø med en målrettet manipulasjonsoppgave som gjengis på en 2D-dataskjerm plassert ved siden av roboten. grensesnitt. Selv om disse tilnærmingene er mye brukt i forskningsformål og viste lovende resultater for å oppdage sensorimotoriske svekkelser, ble enkelte personer observert å ha atypiske bevegelsesmønstre og høy variabilitet når de gjentatte ganger utførte vurderingsoppgaven (høy intra-individ variabilitet). Disse artefaktene kan være et resultat av unintuitiv oppfatning av dybde på 2D-skjermen og manglende visuomotorisk samlokalisering, noe som kan indusere en skjevhet i utfallsmålene for vurderingen og redusere vurderingens evne til å fange opp longitudinelle endringer (pålitelighet og sensitivitet). For å overvinne disse utfordringene, har vurderingsoppgaver som er avhengige av virtuell samlokalisert visuomotorisk tilbakemelding eller oppslukende hodemonterte skjermer blitt foreslått. Imidlertid har den virtuelle samlokaliserte visuomotoriske tilbakemeldingen fortsatt sine begrensninger, spesielt når forsøkspersoner skal samhandle med de virtuelle objektene, for eksempel i 3D-objektmanipulasjonsoppgaver som vanligvis brukes i kliniske omgivelser. I tillegg forventes hodemontert skjerm å ha begrenset klinisk gjennomførbarhet hos personer som er naive til teknologi eller har kognitive svekkelser.

Målet med dette samarbeidsprosjektet mellom ETH Zürich (Prof. Dr. Gassert, Dr. Lambercy, Dr. Kanzler) og Kliniken Valens (Dr. med. Dr. sc. nat. Roman Gonzenbach, Ramona Sylvester) skal validere konseptet med å vurdere sensorimotoriske svekkelser i øvre lemmer med et robotgrensesnitt innebygd i en ny fysisk 3D-objektmanipulasjonsoppgave, Physical Peg Insertion Test (PPIT), og sammenligne det med en eksisterende virtuell vurderingstilnærming. Mer detaljert er målet å utføre en longitudinell studie med PPIT og dens tidligere validerte virtuelle anheng, Virtual Peg Insertion Test (VPIT), hos personer med bevegelsesforstyrrelser. Dette vil tillate å sammenligne gjennomførbarheten, validiteten, påliteligheten og sensitiviteten til både fysiske og virtuelle instrumenterte vurderinger. Begge tilnærmingene er avhengige av en CE-sertifisert haptisk slutteffektorenhet (Geomagic Touch, 3D Systems) og et instrumentert håndtak. For PPIT er en elektromagnet som kan kontrolleres gjennom de påførte gripekreftene festet til endeeffektoren og er nødvendig for å plukke opp fysiske magnetiske knagger i en fysisk pegboard-oppgave. For VPIT, gjengir en personlig datamaskin et virtuell virkelighetsmiljø med virtuelle knagger som må transporteres inn i virtuelle hull. Disse tilnærmingene er utviklet ved Rehabilitation Engineering Laboratory i ETH Zürich og har vist seg å være gjennomførbare, sikre og tidseffektive (5 repetisjoner av oppgaven, ca. 15 min varighet per kroppsside) i funksjonsfriske kontroller og personer med hjerneslag, multippel sklerose eller cerebellar ataksi som har milde til moderate funksjonshemninger. Mens PPIT først har blitt utviklet ganske nylig, har VPIT allerede blitt mye brukt i kliniske studier over hele verden. Viktigst av alt, VPIT er allerede vellykket etablert som en klinisk rutinevurdering for alle personer med multippel sklerose som er innlagt på Kliniken Valens og er derfor godt kjent for klinikken, noe som gir grunnlag for en smidig gjennomføring av det planlagte prosjektet. Gjennom disse og andre tidligere tester kunne sensordata fra 120 funksjonsfriske personer, som fungerer som en normativ database, og over 200 personer med bevegelsesforstyrrelser allerede registreres. De innsamlede rå kinematiske og kinetiske dataene transformeres vanligvis gjennom et signalbehandlingsrammeverk til 10 sensorbaserte beregninger som gir informasjon om ulike aspekter ved oppgaveytelse, inkludert for eksempel bevegelsesmykhet, nøyaktighet og hastighet. Gitt at PPIT gir de samme sensordataene som VPIT, kan signalbehandlingsrammeverket til VPIT også brukes på dataene som samles inn med PPIT, noe som gjør det mulig å trekke ut de 10 sensorbaserte metrikkene i begge scenariene og fungerer som grunnlag for deres sammenligning.