Walidacja zadania nowego instrumentu do oceny kończyny górnej

W zaburzeniach ruchu, takich jak stwardnienie rozsiane, często występują upośledzenia kontroli czuciowo-ruchowej ukierunkowanych na cel ruchów kończyn górnych, co prowadzi do zmniejszenia zdolności do wykonywania codziennych czynności i zwiększonej zależności od opiekunów. Ze względu na upośledzający charakter dysfunkcji kończyn górnych często są one przedmiotem zainteresowania w procesie neurorehabilitacji osób z zaburzeniami ruchu. Proces ten polega na precyzyjnym opisie obecności i nasilenia zaburzeń sensomotorycznych poprzez tzw. oceny. W szczególności oceny te są niezbędne do zindywidualizowania interwencji terapeutycznych, dostarczenia dokumentacji ubezpieczeniowej uzasadniającej dalszą terapię oraz rzucenia światła na często nieznane mechanizmy leżące u podstaw upośledzeń i ich czasowej ewolucji.

Oceny wspomagane technologią mogą dostarczyć szczegółowych danych dotyczących ruchu (kinematyczne) i siły chwytu (kinetycznej), które umożliwiają obiektywny i możliwy do prześledzenia opis zachowania kończyny górnej. Daje to możliwość czułego charakteryzowania upośledzeń czuciowo-ruchowych i może pomóc w znacznym zmniejszeniu wielkości próbek wymaganych w wymagających zasobów badaniach klinicznych. Takie wspomagane technologią oceny zazwyczaj składają się z interfejsu robota (np. interfejs. Chociaż metody te są szeroko stosowane do celów badawczych i przyniosły obiecujące wyniki w wykrywaniu zaburzeń czuciowo-ruchowych, zaobserwowano, że u niektórych osób występowały nietypowe wzorce ruchowe i duża zmienność podczas wielokrotnego wykonywania zadania oceniającego (duża zmienność wewnątrzosobnicza). Te artefakty mogą wynikać z nieintuicyjnej percepcji głębi na ekranie 2D i braku kolokacji wzrokowo-ruchowej, co może wywołać błąd w miarach wyników oceny i zmniejszyć zdolność oceny do wychwytywania zmian podłużnych (niezawodność i czułość). Aby sprostać tym wyzwaniom, zaproponowano zadania oceniające oparte na wirtualnych sprzężeniach wzrokowo-ruchowych lub immersyjnych wyświetlaczach montowanych na głowie. Jednak wirtualne kolokacyjne sprzężenie zwrotne wzrokowo-ruchowe nadal ma swoje ograniczenia, zwłaszcza gdy badani mają wchodzić w interakcje z wirtualnymi obiektami, na przykład w zadaniach manipulacji obiektami 3D, które są zwykle stosowane w warunkach klinicznych. Ponadto oczekuje się, że wyświetlacz montowany na głowie będzie miał ograniczoną przydatność kliniczną u osób, które nie znają technologii lub mają upośledzenie funkcji poznawczych.

Celem tego wspólnego projektu ETH Zurich (prof. Gassert, dr Lambercy, dr Kanzler) i Kliniken Valens (dr. med. dr sc. nat. Roman Gonzenbach, Ramona Sylvester) ma na celu zweryfikowanie koncepcji oceny upośledzeń czuciowo-ruchowych kończyn górnych za pomocą interfejsu robota wbudowanego w nowatorskie zadanie manipulacji obiektami fizycznymi 3D, test wstawiania kołka fizycznego (PPIT) i porównanie go z istniejącym podejściem do oceny wirtualnej. Bardziej szczegółowo, celem jest przeprowadzenie badania podłużnego za pomocą PPIT i jego poprzednio zwalidowanego wirtualnego wiszącego testu, Virtual Peg Insertion Test (VPIT), u osób z zaburzeniami ruchu. Umożliwi to porównanie wykonalności, trafności, niezawodności i czułości zarówno fizycznych, jak i wirtualnych ocen przyrządowych. Oba podejścia opierają się na haptycznym urządzeniu końcowym z certyfikatem CE (Geomagic Touch, 3D Systems) i oprzyrządowanym uchwycie. W przypadku PPIT elektromagnes, który można kontrolować za pomocą przyłożonych sił chwytu, jest przymocowany do efektora końcowego i jest wymagany do podnoszenia fizycznych kołków magnetycznych w zadaniu fizycznej tablicy perforowanej. W przypadku VPIT komputer osobisty renderuje środowisko rzeczywistości wirtualnej z wirtualnymi kołkami, które należy przetransportować do wirtualnych otworów. Podejścia te zostały opracowane w Laboratorium Inżynierii Rehabilitacji ETH Zurich i okazały się wykonalne, bezpieczne i efektywne czasowo (5 powtórzeń zadania, około 15 minut czasu trwania na stronę ciała) u osób sprawnych fizycznie i osób z udarem, stwardnieniem rozsianym lub ataksją móżdżkową, które mają łagodny do umiarkowanego stopień niepełnosprawności. Chociaż PPIT został opracowany stosunkowo niedawno, VPIT był już szeroko stosowany w badaniach klinicznych na całym świecie. Co najważniejsze, VPIT został już z powodzeniem ustalony jako kliniczna rutynowa ocena dla wszystkich osób ze stwardnieniem rozsianym przyjmowanych do Kliniken Valens i dlatego jest dobrze znany klinice, co stanowi podstawę do sprawnej realizacji planowanego projektu. Dzięki tym i innym wcześniejszym testom można było już zarejestrować dane z czujników od 120 sprawnych fizycznie osób, które służą jako normatywna baza danych, oraz ponad 200 osób z zaburzeniami ruchu. Zebrane surowe dane kinematyczne i kinetyczne są zazwyczaj przekształcane za pomocą struktury przetwarzania sygnału w 10 metryk opartych na czujnikach, które dostarczają informacji na temat różnych aspektów wykonania zadania, w tym na przykład płynności ruchu, dokładności i szybkości. Biorąc pod uwagę, że PPIT zapewnia te same dane z czujników co VPIT, ramy przetwarzania sygnału VPIT można również zastosować do danych zebranych za pomocą PPIT, co pozwala na wyodrębnienie 10 metryk opartych na czujnikach w obu scenariuszach i służy jako podstawa do ich porównanie.