我们设计了一种利用动作捕捉系统评估日常生活工具性活动（IADL）的虚拟现实测试。我们提出了一种详细的运动学分析方法，用于解读参与者的各种动作，包括运动轨迹、移动距离和完成时间，以评估其IADL能力。
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摘要
摘要
无法完成日常生活工具性活动（IADL）是多种神经心理疾病发生的前兆。基于问卷的IADL评估方法虽易于使用，但易受主观偏倚影响。本文介绍一种新颖的虚拟现实（VR）测试方法，用于评估两项复杂的IADL任务：处理财务交易和使用公共交通工具。当受试者在虚拟现实环境中执行任务时，动作捕捉系统会追踪其惯用手和头部在三维笛卡尔坐标系中的位置与朝向。采集运动学原始数据，并将其转化为“运动学表现指标”， 即，运动轨迹、移动距离和完成时间。运动轨迹是指身体特定部位的运动路径（例如，优势手或头部）在空间中的运动。移动距离指运动轨迹的总长度，完成时间指完成一项工具性日常生活活动（IADL）任务所需的时间。这些运动学指标能够区分认知功能障碍患者与健康对照者。该运动学测量方案的建立有助于检测早期与IADL相关的认知功能障碍。
引言
日常生活工具性活动（IADL），例如处理财务交易、使用公共交通工具和烹饪，由于需要多种神经心理功能，因而可作为医学标志物1。因此，IADL能力受损被认为是轻度认知障碍（MCI）和痴呆等神经系统疾病的前兆2。Gold对IADL任务的系统综述3指出，认知需求较高的任务，如财务管理与使用公共交通工具，是预测轻度认知障碍和痴呆的最早指标。
迄今为止，日常生活活动能力（IADL）最常用的评估方法包括自报告问卷、由知情者填写的问卷以及基于表现的评估4。基于问卷的IADL评估成本低且易于实施，但容易受到主观偏倚的影响。例如，患者在自我报告时往往高估或低估自身的IADL能力5。同样，知情者也可能因观察者的误解或知识缺失而错误判断患者的IADL能力4。因此，要求患者执行特定IADL任务的基于表现的评估方法更受青睐，尽管其中许多任务并不适用于一般的临床环境6。
近年来，虚拟现实（VR）研究表明，该技术在医学和医疗保健领域具有重要的应用前景，涵盖从培训、康复到医学评估等各个方面....
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方案
根据《赫尔辛基宣言》的规定，本研究所涉及的所有实验程序均经汉阳大学机构审查委员会批准（批准编号：HYI-15-029-2）。研究对象包括6名健康对照者（4名男性和2名女性）以及6名轻度认知障碍（MCI）患者（3名男性和3名女性），均来自汉阳大学医院这一三级医疗中心。
1. 招募参与者
- 招募轻度认知障碍患者（i.e.，工具性日常生活能力受损）和健康对照者（i.e.，工具性日常生活能力正常），年龄介于70至80岁之间。
- 在具有10年以上临床经验的神经科医生协助下，回顾患者的病史，并排除有神经系统/精神疾病史或脑部手术史的患者。
注意：采用以下神经心理学测验进行轻度认知障碍诊断：简易精神状态检查-痴呆筛查、韩国版工具性日常生活能力量表、自由与提示选择性提醒测验、数字广度测验-顺背/倒背、连线测验-A/B13，以及Albert et al.14的诊断标准。
2. 安装VR软件并连接计算机
- 在专用房间内以类似方式设置硬件 图1在房间大小的沉浸式虚拟环境中（4 x 2.5 x 2.5 m）执行本方案3包含4台计....
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结果
使用统计软件 R 分析了“任务1：取款”中的 CSV 文件，以计算优势手的运动轨迹、移动距离和完成时间。优势手运动轨迹的可视化结果见图6。优势手的移动距离是通过累加执行任务1过程中连续手部位置之间的总距离来计算的，位置间的距离为欧几里得距离。完成时间是指完成整个任务所需的时间（即从第1步“将卡片插入ATM”到第8步“从ATM取款”）。有关统计分析的R代码，请参见补充文件3中附带的“Task 1 R Code.docx”文件。
使用 R 统计软件分析“任务 2：乘坐公交车”生成的 CSV 文件，以计算头部运动轨迹、移动距离和任务完成时间。头部运动轨迹可视化结果见图 7。执行任务 2 时，通过累加连续头部位置之间的总距离来计算头部移动距离，两位置间的距离为欧几里得距离。完成时间是指从开始.......
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讨论
我们详细描述了一种在沉浸式虚拟现实（VR）环境中，利用动作捕捉系统测量日常生活活动运动学的实验方案。首先，实验设置指导如何搭建、准备并让受试者熟悉沉浸式虚拟现实环境。其次，我们在虚拟现实中开发了两项标准化的工具性日常生活活动（IADL）任务。第三，方案部分的第3步和第5步是减轻虚拟现实晕动症最关键的步骤。在虚拟环境中设置动作捕捉系统时（第3步），应确保追踪相机安装得足够高，以完全覆盖捕捉区域；稳固固定相机，防止采集过程中发生移动；确保至少有两个相机可同时捕捉同一物体；并清除虚拟环境中的任何多余反光或不必要的标记点。在让受试者熟悉虚拟现实环境时（第5步），必须提供充足的训练时间，使其适应虚拟体验。若受试者出现任何虚拟现实晕动症状（例如：不适、头痛、恶心、呕吐、面色苍白、出汗、疲劳、嗜睡、定向障碍或冷漠），应立即终止实验。最后，运动学原始数据通过R统计软件进行处理与分析。
本方案的一个局限性和挑战在于，虚拟的工具性日常生活活动（IADL）任务需要通过与真实的IADL任务进行比较来加以验证。尽管先前的研究表明，虚拟任务与真实任务在反应时间、准确性
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披露
作者声明无利益冲突。
致谢
K.S. 和 A.L. 贡献相同。本研究由韩国国家研究基金会（NRF）通过科学、信息通信技术部资助的基础科学研究中心项目支持 & 未来规划（NRF-2016R1D1A1B03931389）
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 计算机 | N/A | N/A | 计算机配置要求： - 单插槽 H3 (LGA 1150) 支持 - Intel® Xeon® E3-1200 v3，第四代 Core i7/i5/i3 处理器 - Intel® C226 Express PCH - 最高支持 32GB DDR3 ECC/非 ECC 1600MHz UDIMM，共 4 个插槽 - 双千兆以太网 LAN 端口 - 8 个 SATA3 (6Gbps) - 2 个 PCI-E 3.0 x16，3 个 PCI-E 2.0 x1，以及 2 个 PCI 5V 32 位插槽 - 6 个 USB 3.0（2 个后置 + 4 个通过接头） - 10 个 USB 2.0（4 个后置 + 6 个通过接头） - 由 Realtek ALC1150 提供的 HD Audio 7.1 声道连接器 - 1 个 DOM 电源连接器和 1 个 SPDIF 输出接头 - 800W 高效率电源 - Intel Xeon E3-1230v3 - DDR3 PC12800 8GB ECC - WD 1TB BLUE WD 10EZEX 3.5" - NVIDIA QUADRO K5000 & SYNC |
| 立体 3D 投影仪 | Barco | F35 AS3D WUXGA | 分辨率： - WQXGA (2,560 x 1,600) - Panorama (2,560 x 1,080) - WUXGA (1,920 x 1,200)，1080p (1,920 x 1,080) |
| 立体眼镜 | Volfoni | Edge 1.2 | 更多信息，请访问 http://volfoni.com/en/edge-1-2/ |
| 动作捕捉系统 | NaturalPoint OptiTrack | 17W | 更多信息，请访问 http://optitrack.com/products/prime-17w/ |
| OptiTrack（动作捕捉软件） | NaturalPoint OptiTrack | Motive 2.0 | 更多信息，请访问 https://optitrack.com/downloads/motive.html |
| MiddleVR（中间件软件） | MiddleVR | MiddleVR For Unity | 更多信息，请访问 http://www.middlevr.com/middlevr-for-unity/ |
| VRDaemon（中间件软件） | MiddleVR | MiddleVR For Unity | 更多信息，请访问 http://www.middlevr.com/middlevr-for-unity/ |
| Unity3D（游戏引擎） | Unity Technologies | Personal | 更多信息，请访问 https://unity3d.com/unity |
参考文献
- Reppermund, S., et al. Impairment in instrumental activities of daily living with high cognitive demand is an early marker of mild cognitive impairment: the Sydney Memory and Ageing Study. Psychol. Med. 43 (11), 2437-2445 (2013).
- Graf, C.
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