用于评估上肢的新型仪器任务的验证

在多发性硬化症等运动障碍中，通常存在目标导向上肢运动的感觉运动控制障碍，导致日常生活活动能力下降和对护理人员的依赖性增加。 由于上肢损伤的致残性，它们通常是运动障碍患者神经康复过程中的重点。 这个过程依赖于通过所谓的评估对感觉运动障碍的存在和严重程度的精确描述。 具体而言，这些评估对于个体化治疗干预、为证明进一步治疗合理性的保险提供文件以及阐明损伤背后通常未知的机制及其时间演变至关重要。

技术辅助评估可以提供详细的运动（运动学）和握力（动力学）数据，从而可以对上肢行为进行客观且可追溯的描述。 这提供了灵敏地表征感觉运动障碍的潜力，并有助于显着减少资源要求高的临床试验所需的样本量。 这种技术辅助评估通常包括充当操纵杆的机器人界面（例如，外骨骼或末端执行器）和虚拟现实环境，该环境具有在机器人旁边的二维计算机屏幕上呈现的以目标为导向的操作任务界面。 虽然这些方法被广泛用于研究目的，并在检测感觉运动障碍方面显示出有希望的结果，但观察到某些受试者在重复执行评估任务时具有非典型运动模式和高可变性（高主体内可变性）。 这些伪影可能是由于对 2D 屏幕上深度的不直观感知和视觉运动搭配缺失造成的，这可能会导致评估结果测量出现偏差，并降低评估捕获纵向变化（可靠性和灵敏度）的能力。 为了克服这些挑战，已经提出了依赖于虚拟并置视觉运动反馈或沉浸式头戴式显示器的评估任务。 然而，虚拟并置视觉运动反馈仍然有其局限性，尤其是当受试者应该与虚拟对象交互时，例如在临床环境中通常使用的 3D 对象操作任务中。 此外，预计头戴式显示器在对技术不熟悉或有认知障碍的人群中的临床可行性有限。

苏黎世联邦理工学院（Prof. Gassert 医生、Lambercy 医生、Kanzler 医生）和 Kliniken Valens 医生（Dr. 医学。 博士。自然。 Roman Gonzenbach, Ramona Sylvester) 将验证使用机器人接口评估上肢感觉运动障碍的概念，该机器人接口嵌入到一个新的物理 3D 对象操作任务中，即物理钉插入测试 (PPIT)，并将其与现有的虚拟评估方法进行比较。 更详细地说，目的是使用 PPIT 及其先前验证的虚拟悬垂物，即虚拟钉插入测试 (VPIT)，对患有运动障碍的人进行纵向研究。 这将允许比较物理和虚拟仪器评估的可行性、有效性、可靠性和敏感性。 这两种方法都依赖于经 CE 认证的触觉末端执行器设备（Geomagic Touch、3D Systems）和仪表化手柄。 对于 PPIT，可以通过施加的握力控制的电磁铁连接到末端执行器，并且需要在物理钉板任务中拾取物理磁钉。 对于 VPIT，个人计算机呈现一个虚拟现实环境，其中包含需要传输到虚拟孔中的虚拟钉。 这些方法是在苏黎世联邦理工学院的康复工程实验室开发的，并且已被证明在健全的控制和人员中是可行的、安全的和省时的（任务重复 5 次，每侧身体持续约 15 分钟）患有中风、多发性硬化症或小脑性共济失调，具有轻度至中度残疾水平。 虽然 PPIT 是最近才开发出来的，但 VPIT 已经在世界范围内广泛用于临床研究。 最重要的是，VPIT已经成功建立为所有收治Kliniken Valens的多发性硬化症患者的临床常规评估，因此为诊所所熟知，这为计划项目的顺利实施提供了基础。 通过这些和之前的其他测试，作为规范数据库的 120 名身体健全的受试者和 200 多名运动障碍患者的传感器数据已经被记录下来。 收集到的原始运动学和动力学数据通常通过信号处理框架转换为 10 个基于传感器的指标，这些指标提供有关任务性能不同方面的信息，例如运动平滑度、准确性和速度。 鉴于 PPIT 提供与 VPIT 相同的传感器数据，VPIT 的信号处理框架也可以应用于 PPIT 收集的数据，允许在两种场景中提取 10 个基于传感器的指标，并作为基础他们的比较。