Una evaluación objetiva y respetuosa con el niño de la función del brazo utilizando un Sensor 3D
12 de febrero de 2018
Una medida objetiva de las funciones del músculo es un reto especialmente en los niños. Basado en un sensor 3D de digital disponible en el mercado, una prueba de juego de niños fue desarrollada para evaluar la función del miembro superior para ensayos clínicos.
El objetivo general de esta prueba de juego apta para niños, basada en un sensor digital 3D disponible comercialmente, es evaluar objetivamente la función de las extremidades superiores para los ensayos clínicos. Este método puede proporcionar información clave, como cómo ha cambiado la función muscular para muchas enfermedades neuromusculares. La principal ventaja de esta técnica es que la evaluación es objetiva y cuantitativa con alta resolución.
Las implicaciones de cómo nuestro método se extiende para medir la progresión de la enfermedad de la atrofia muscular espinal porque los niños a menudo tienen un desempeño deficiente en la evaluación clínica estándar. Aunque nuestra prueba diseñada puede proporcionar información sobre el movimiento de las extremidades superiores, la misma técnica también puede aplicarse a otros síntomas motores, como la marcha de todo el cuerpo y el análisis del equilibrio. La primera vez que tuvimos la idea de este método fue cuando estábamos haciendo una lluvia de ideas sobre la posibilidad de la gamificación en el área de la evaluación del efecto de las drogas.
La demostración de este método es más amplia porque proporciona una visión significativa de la dinámica del juego y es una forma muy rápida de entender la configuración. La demostración del procedimiento estará a cargo de Ulrike Bonati, médica del Hospital Universitario de Basilea donde se realizó el estudio y voluntaria sana que también ha participado en el estudio. Para comenzar, instale los controladores del sensor 3D y la aplicación del juego de vestuario en la computadora de prueba.
A continuación, coloque el ordenador sobre una mesa con una altura de 0,5 a un metro. Coloque el dispositivo 3D sobre la mesa, alineado con el centro de la computadora, y ajuste el ángulo del sensor 3D según sea necesario para capturar correctamente al sujeto. A continuación, conecte el adaptador de sensor 3D al ordenador, al sensor 3D y a la fuente de alimentación mediante los cables correspondientes.
Por último, coloca una silla ajustable a unos dos metros de distancia de la mesa. Antes de comenzar la prueba, encienda la computadora y ajuste el volumen y asegúrese de que Internet esté conectado para permitir la transmisión automática de datos. A continuación, indique al sujeto que se siente en la silla e inicie la aplicación en la computadora.
A continuación, introduzca el ID de asunto único en la primera página. Haga clic en el botón de inicio para ingresar a la página con el juego de guardarropa. La figura del esqueleto visible en la pantalla representa el cuerpo del sujeto frente a un gran armario virtual.
Indique al sujeto que agite los brazos y realice otros movimientos hasta que el sensor 3D capture al sujeto. El sensor 3D utiliza infrarrojos para detectar el cuerpo humano, por lo tanto, si la habitación tiene luz solar directa o intensa, la figura del esqueleto podría distorsionarse o incluso no verse. Lea las instrucciones que se muestran en la pantalla y ajuste la posición del sujeto hasta que las instrucciones se muestren en una fuente verde.
Haga clic en el botón de entrenamiento para comenzar la sesión de entrenamiento sin registrar datos. Permita que el sujeto siga las instrucciones dadas en la pantalla y realice movimientos de brazos según lo solicitado por el juego de vestuario. Primero, se le pedirá al sujeto que extienda uno de sus brazos para alcanzar y luego agarrar un objeto virtual parpadeante.
A continuación, se le indicará al sujeto que flexione el mismo brazo y toque los puntos indicados en su cuerpo para colocar el objeto virtual. Cuando el sujeto no puede alcanzar o colocar un objeto debido a una función muscular insuficiente, el programa saltará automáticamente ese objeto después de 12 segundos. Alternativamente, el operador puede presionar un botón para saltar el objeto.
Haga clic en el botón de inicio para comenzar a grabar al sujeto mientras realiza los movimientos del brazo nuevamente. Después de cuatro minutos, el juego terminará automáticamente si el sujeto no puede completar la serie de movimientos del brazo. Una vez completado el juego, aparecerá un diagrama de araña que indica los rangos de articulaciones del sujeto.
Finalmente, haga clic en el botón finalizar para salir del juego. Se trazaron los trazos de nueve puntos de la parte superior del cuerpo mientras los sujetos realizaban movimientos de brazos como parte del juego de vestuario, la evaluación de la función del brazo. En esta figura, se trazan las ubicaciones espaciales de nueve puntos corporales a lo largo del tiempo para un paciente con atrofia muscular espinal en comparación con las de un control sano.
En comparación, el sujeto de control tenía relativamente menos movimiento de la cabeza, el cuello y el torso que el paciente. La información extraída de los datos brutos en 3D obtenidos con esta metodología podría utilizarse para comparar el movimiento de un solo paciente a lo largo de varias rondas de pruebas. Aquí se muestra un gráfico segmentado de trazo de manos de las fases de extensión y flexión del codo de dos rondas.
La trayectoria se mantiene constante a lo largo de ambas rondas, con un notable sobrealcance para los tres objetos inferiores para ambas manos. También se midieron las diferencias entre las manos derecha e izquierda de un mismo paciente. Como se muestra en esta figura, no hubo diferencia significativa entre la velocidad de las manos derecha e izquierda de un solo paciente.
La información extraída de los datos brutos en 3D también dilucidó las diferencias entre los sujetos individuales. Se observaron diferencias evidentes intrasujeto en los movimientos de compensación del tronco entre el paciente dos y el paciente tres. También se detectaron diferencias notables en la mediana de la velocidad de la mano entre el paciente uno y el paciente tres.
Después de ver este video, debe tener una buena comprensión de cómo configurar y ejecutar este juego de vestuario para obtener información objetiva de la función del brazo. Una vez dominada, esta prueba se puede realizar en cinco minutos si se realiza correctamente. Como seguimiento de este procedimiento, se pueden realizar otras pruebas para responder preguntas adicionales, por ejemplo, sobre la resistencia muscular.
Al intentar este procedimiento, es importante recordar que una coincidencia adecuada entre el diseño de la prueba y la capacidad del paciente es clave para el éxito. Tras su desarrollo, esta técnica allanó el camino para que los investigadores en el campo de los biomarcadores clínicos exploraran otros dispositivos digitales para medir el beneficio del tratamiento y la progresión de la enfermedad.
Visión general
Este artículo presenta una prueba de juego amigable para niños que utiliza un sensor digital 3-D para evaluar objetivamente la función de los miembros superiores en ensayos clínicos. El método tiene como objetivo proporcionar información cuantitativa sobre los cambios en la función muscular, particularmente para enfermedades neuromusculares.
Componentes clave del estudio
Área de la ciencia
- Neurociencia
- Ensayos clínicos
- Evaluación de la función motora
Antecedentes
- La medición objetiva de la función muscular es un desafío en niños.
- Las evaluaciones clínicas estándar a menudo producen un rendimiento deficiente en poblaciones pediátricas.
- La gamificación se explora como un método para mejorar las técnicas de evaluación.
- El estudio se centra en la atrofia muscular espinal y otros síntomas motores.
Propósito del estudio
- Desarrollar una prueba de juego que mida objetivamente la función de los miembros superiores.
- Proporcionar información sobre la progresión de la enfermedad y los efectos del tratamiento.
- Crear un método de evaluación rápido y atractivo para niños.
Métodos utilizados
- Instalación de controladores de sensor 3-D y aplicación de juego.
- Configuración del entorno de prueba con alineación y posicionamiento adecuados.
- Instrucción a los sujetos para realizar movimientos específicos de brazos en un juego virtual.
- Recolección de datos mediante seguimiento de movimiento 3-D y análisis de la función del brazo.
Resultados principales
- Se recopilaron y analizaron datos objetivos sobre los movimientos de los brazos.
- Se observaron diferencias en los patrones de movimiento entre pacientes y controles sanos.
- Se notaron diferencias intrasujeto en la compensación del tronco y la velocidad de la mano.
- La prueba se puede completar de manera eficiente, proporcionando información rápida sobre la función muscular.
Conclusiones
- La prueba de juego ofrece un enfoque novedoso para evaluar la función de los miembros superiores en niños.
- Se puede adaptar para varias evaluaciones motoras más allá de la función del brazo.
- Las aplicaciones futuras pueden explorar pruebas adicionales para la resistencia muscular y otras métricas.
Preguntas frecuentes
Executive Industry Relevance
Objective, quantitative assessment of upper limb function using 3-D sensor technology addresses a critical gap in neuromuscular disease research, particularly for pediatric populations where standard clinical scales lack sensitivity. This approach enhances predictive confidence in early-stage clinical trials by enabling high-resolution, reproducible measurement of motor function. Integrating digital motion capture into discovery and translational workflows supports robust biomarker development and risk-adjusted portfolio decisions.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables objective interrogation of motor function hypotheses in neuromuscular disease models.
- Supports functional target validation by quantifying joint movement and compensatory patterns.
- Facilitates mechanistic de-risking through high-resolution, reproducible movement data.
Screening & Assay Development
- Prepares validated, quantitative movement assays for downstream compound evaluation.
- Standardizes assessment protocols to ensure reproducibility across cohorts and timepoints.
- Generates scalable, digital outputs suitable for high-throughput screening environments.
Translational & Preclinical Research
- Aligns digital movement metrics with disease-relevant endpoints for translational biomarker development.
- Enables longitudinal tracking of disease progression and therapeutic response in preclinical models.
- Supports risk-adjusted advancement decisions by providing objective, quantitative readouts.
Pipeline & Workflow Integration
This digital assessment method bridges early discovery, lead identification, and translational research by providing standardized, quantitative movement data across the R&D continuum.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification through objective movement analysis.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative outputs for assay readiness and compound triage.
- Analytics: Enables extraction of kinematic and spatiotemporal metrics for robust statistical comparison.
- Translational Research: Facilitates continuity from discovery to preclinical validation with digital biomarker alignment.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable digital platform for diverse neuromuscular and motor function studies.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in motor function assessment.
- Operational Value: Enhances standardization, reproducibility, and scalability of movement assays.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision quality and capital efficiency by providing objective endpoints.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization and advancement of neuromuscular disease programs.
Implementation Considerations
- Requires expertise in digital motion capture and quantitative movement analysis.
- Needs compatible 3-D sensor hardware, software, and data analytics infrastructure.
- Demands cross-team standardization of protocols and data interpretation.
- Must be adapted for patient ability and disease-specific movement limitations.
- Dependent on proper test design to match cohort capabilities and avoid floor/ceiling effects.
