Валидация задачи нового инструмента для оценки верхней конечности

При двигательных расстройствах, таких как рассеянный склероз, обычно присутствуют нарушения сенсомоторного контроля над целенаправленными движениями верхних конечностей, что приводит к снижению способности выполнять повседневные действия и повышенной зависимости от лиц, осуществляющих уход. Из-за инвалидизирующего характера поражения верхних конечностей они часто находятся в центре внимания в процессе нейрореабилитации лиц с двигательными нарушениями. Этот процесс основан на точном описании наличия и тяжести сенсомоторных нарушений с помощью так называемых оценок. В частности, эти оценки необходимы для индивидуализации терапевтических вмешательств, предоставления документации для страховки, обосновывающей дальнейшее лечение, и для прояснения часто неизвестных механизмов, лежащих в основе нарушений и их эволюции во времени.

Оценки с помощью технологий могут предоставить подробные данные о движении (кинематике) и силе захвата (кинетике), которые позволяют получить объективное и прослеживаемое описание поведения верхних конечностей. Это дает возможность точно охарактеризовать сенсомоторные нарушения и может помочь значительно сократить размеры выборки, необходимые для ресурсоемких клинических испытаний. Такие оценки с помощью технологий обычно состоят из роботизированного интерфейса (например, экзоскелета или конечного исполнительного органа), который функционирует как джойстик, и среды виртуальной реальности с задачей целенаправленного манипулирования, которая визуализируется на двухмерном экране компьютера, расположенном рядом с роботом. интерфейс. Хотя эти подходы широко используются в исследовательских целях и показали многообещающие результаты в обнаружении сенсомоторных нарушений, у некоторых испытуемых наблюдались атипичные модели движений и высокая вариабельность при повторном выполнении задания на оценку (высокая внутрисубъектная вариабельность). Эти артефакты могут возникать из-за неинтуитивного восприятия глубины на 2D-экране и отсутствия зрительно-моторной коллокации, что может привести к систематической ошибке в результатах оценки и снизить способность оценки фиксировать продольные изменения (надежность и чувствительность). Чтобы преодолеть эти проблемы, были предложены задачи оценки, основанные на виртуальной зрительно-моторной обратной связи или иммерсивных головных дисплеях. Однако виртуальная совмещенная зрительно-моторная обратная связь по-прежнему имеет свои ограничения, особенно когда субъекты должны взаимодействовать с виртуальными объектами, например, в задачах манипулирования трехмерными объектами, которые обычно используются в клинических условиях. Кроме того, ожидается, что наголовные дисплеи будут иметь ограниченную клиническую применимость для людей, которые не знакомы с технологиями или имеют когнитивные нарушения.

Цель этого совместного проекта между ETH Zurich (проф. д-р Гассерт, д-р Ламберси, д-р Канцлер) и Kliniken Valens (д-р. мед. Доктор наук. физ. Roman Gonzenbach, Ramona Sylvester) состоит в том, чтобы проверить концепцию оценки сенсомоторных нарушений верхних конечностей с помощью роботизированного интерфейса, встроенного в новую задачу манипулирования физическими трехмерными объектами, тест с введением физического колышка (PPIT), и сравнить ее с существующим подходом к виртуальной оценке. Если говорить более подробно, цель состоит в том, чтобы провести лонгитюдное исследование с помощью PPIT и его ранее утвержденного виртуального теста, теста на введение виртуального штифта (VPIT), у лиц с двигательными расстройствами. Это позволит сравнить выполнимость, достоверность, надежность и чувствительность как физических, так и виртуальных инструментальных оценок. Оба подхода основаны на сертифицированном СЕ тактильном исполнительном устройстве (Geomagic Touch, 3D Systems) и инструментальной рукоятке. Для PPIT электромагнит, которым можно управлять с помощью прилагаемой силы захвата, прикреплен к концевому рабочему органу и требуется для захвата физических магнитных штифтов в задаче с физической привязкой. Для VPIT персональный компьютер создает среду виртуальной реальности с виртуальными штифтами, которые необходимо транспортировать в виртуальные отверстия. Эти подходы были разработаны в Лаборатории реабилитационной инженерии Швейцарской высшей технической школы Цюриха, и было показано, что они осуществимы, безопасны и эффективны по времени (5 повторений задачи, приблизительно 15 минут продолжительности на каждую сторону тела) у здоровых людей из контрольной группы и людей. с инсультом, рассеянным склерозом или мозжечковой атаксией, которые имеют степень инвалидности от легкой до умеренной. Хотя PPIT был разработан совсем недавно, VPIT уже широко используется в клинических исследованиях по всему миру. Что наиболее важно, VPIT уже успешно зарекомендовал себя в качестве рутинной клинической оценки для всех пациентов с рассеянным склерозом, госпитализированных в Kliniken Valens, и поэтому хорошо известен в клинике, что обеспечивает основу для беспрепятственной реализации запланированного проекта. Благодаря этим и другим предыдущим тестам уже удалось зарегистрировать сенсорные данные от 120 здоровых людей, которые служат нормативной базой данных, и более 200 человек с двигательными нарушениями. Собранные необработанные кинематические и кинетические данные обычно преобразуются с помощью системы обработки сигналов в 10 показателей на основе датчиков, которые предоставляют информацию о различных аспектах выполнения задачи, включая, например, плавность движения, точность и скорость. Учитывая, что PPIT предоставляет те же данные датчиков, что и VPIT, структура обработки сигналов VPIT также может применяться к данным, собранным с помощью PPIT, что позволяет извлекать 10 метрик на основе датчиков в обоих сценариях и служит основой для их сравнение.