Waiting
Traitement de la connexion…

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Het immersive Cleveland Clinic Virtual Reality Shopping Platform voor de beoordeling van instrumentele activiteiten van het dagelijks leven

Published: July 28, 2022 doi: 10.3791/63978
Automatic Translation
1,2, 1,3, 1, 1, 1, 1, 1
1Department of Biomedical Engineering, Cleveland Clinic, Lerner Research Institute, 2Neurological Institute, Center for Neurological Restoration, Cleveland Clinic, 3Case Western Reserve University, School of Medicine

Summary

Virtual reality (VR) is een krachtige maar onderbenutte aanpak om de diagnose en behandeling van neurologische aandoeningen te bevorderen. Het Cleveland Clinic Virtual Reality Shopping-platform combineert state-of-the-art VR-inhoud met een omnidirectionele loopband om instrumentele activiteiten van het dagelijks leven te kwantificeren - een voorgestelde prodromale marker van neurologische aandoeningen.

Abstract

Een afname van de prestaties van instrumentele activiteiten van het dagelijks leven (IADLs) is voorgesteld als een prodromale marker van neurologische ziekte. Bestaande klinische en prestatiegerichte IADL-beoordelingen zijn niet haalbaar voor integratie in de klinische geneeskunde. Virtual reality (VR) is een krachtig maar onderbenut hulpmiddel dat de diagnose en behandeling van neurologische aandoeningen kan bevorderen. Een belemmering voor de adoptie en schaalvergroting van VR in de klinische neurologie is VR-gerelateerde ziekte als gevolg van sensorische inconsistenties tussen de visuele en vestibulaire systemen (d.w.z. het voortbewegingsprobleem).

Het Cleveland Clinic Virtual Reality Shopping (CC-VRS) -platform probeert het voortbewegingsprobleem op te lossen door een omnidirectionele loopband te koppelen aan VR-inhoud met hoge resolutie, waardoor de gebruiker fysiek door een virtuele supermarkt kan navigeren om winkelen te simuleren. De CC-VRS bestaat uit Basic en Complex shopping experiences; beide vereisen 150 m lopen en vijf items ophalen. De complexe ervaring heeft aanvullende scenario's die de cognitieve en motorische eisen van de taak verhogen om het continuüm van activiteiten in verband met winkelen in de echte wereld beter weer te geven. Het CC-VRS-platform biedt objectieve en kwantitatieve biomechanische en cognitieve resultaten met betrekking tot de IADL-prestaties van de gebruiker. De eerste gegevens geven aan dat de CC-VRS resulteert in minimale VR-ziekte en haalbaar en verdraagbaar is voor oudere volwassenen en patiënten met de ziekte van Parkinson (PD). De overwegingen die ten grondslag liggen aan de ontwikkeling, het ontwerp en de hardware- en softwaretechnologie worden beoordeeld en de eerste modellen voor integratie in de eerstelijnszorg en neurologie worden verstrekt.

Introduction

In 2008 identificeerde de National Academy of Engineering 14 grote uitdagingen voor engineering in de21e eeuw1. Een daarvan was de integratie van virtual reality (VR) in de geneeskunde. Er is vooruitgang geboekt in het gebruik van VR voor training voor medische studenten 2,3, chirurgische planning3, het verminderen van angst geassocieerd met medische interacties4, het helpen bij het beheer van acute5 en kankergerelateerde pijn6, en het vergroten van motorisch herstel na beroerte7. Ondanks deze veelbelovende toepassingen is het nut van VR in de geneeskunde nog niet volledig gerealiseerd, met name op het gebied van het evalueren en behandelen van neurologische aandoeningen. Hoewel de vooruitgang in VR-technologie barrières zoals kosten, headsetcomfort en intuïtieve bruikbaarheidsfuncties heeft geminimaliseerd, blijft VR-ziekte de integratie van VR in medicijn8 belemmeren.

Virtual reality-ziekte verwijst naar gevoelens die lijken op reisziekte (bijv. Misselijkheid, braken, duizeligheid)9,10,11 die ontstaan tijdens VR-ervaringen. Hoewel er geen enkele theorie is overeengekomen bij het verklaren van VR-ziekte, is de Sensory Conflict Theory een leidende verklaring12. In het kort suggereert de Sensory Conflict Theory dat VR-ziekte voortkomt uit sensorische ongelijkheden; visuele stroominformatie geeft de voorwaartse beweging van het lichaam door de ruimte aan, terwijl het vestibulaire systeem aangeeft dat het lichaam stationair is13. Deze discrepantie in sensorische informatie resulteert in een slechte balans, ruimtelijke desoriëntatie en oncontroleerbare houdingsbewegingen die voorlopers zijn van VR-ziekte. Hoewel het precieze mechanisme dat ten grondslag ligt aan VR-ziekte wordt besproken, zal het verminderen van de mismatch tussen bronnen van sensorische informatie waarschijnlijk VR-ziekte14 verminderen en VR-acceptatie in een medische omgeving vergemakkelijken.

Voortbeweging in combinatie met VR wordt al lang voorgesteld als een benadering om sensorische mismatch te verminderen door de gebruiker zowel fysiek als visueel onder te dompelen in de virtuele omgeving15,16. Verschillende studies bij oudere volwassenen met en zonder neurologische ziekte hebben met succes meeslepende en niet-meeslepende VR-systemen gecombineerd met traditionele unidirectionele loopbanden 17,18,19. Deze studies tonen aan dat een VR- en unidirectionele loopbandinterventie doorgaans goed wordt verdragen18 en dat de interventie de valfrequentiemet 17,19 kan verminderen. Deze resultaten bieden een veelbelovende basis voor de succesvolle integratie van voortbeweging en VR. De externe motorpacing van een unidirectionele loopband stelt de gebruiker echter niet in staat om snelheden te wijzigen of bochten uit te voeren om te communiceren met complexere realistische virtuele omgevingen.

In de afgelopen twee decennia heeft de vooruitgang in hardware en software voor het volgen van bewegingen de ontwikkeling van meer meeslepende en interactieve virtuele omgevingen vergemakkelijkt. Een belangrijke vooruitgang is de ontwikkeling van de omnidirectionele loopband20. Kortom, een omnidirectionele loopband maakt tegelijkertijd gebruik van lineaire en roterende bewegingen om de gebruiker in staat te stellen in elke richting in een zelfgekozen tempo te ambuleren. Over het algemeen gebruikt in de game-industrie, verbreden omnidirectionele loopbanden de mogelijkheden om VR-omgevingen in de klinische omgeving te benutten door zowel het VR-ziekteprobleem aan te pakken als het creëren van realistische omgevingen te vergemakkelijken die de fysieke mogelijkheden van de gebruiker beter uitdagen, zoals draaien of van richting veranderen. In het bijzonder kunnen virtuele replicaties van volledige, alledaagse omgevingen de evaluatie van cognitief en motorisch functioneren vergemakkelijken tijdens de uitvoering van instrumentele activiteiten van het dagelijks leven (IADLs).

Instrumentele activiteiten van het dagelijks leven (IADLs) zijn functionele taken (bijv. Winkelen, medicatie nemen, voedselbereiding) die van cruciaal belang zijn voor het behoud van een zelfstandig leven21. Het vermogen om gemeenschappelijke IADLs te bereiken is voorgesteld als een prodromale marker voor neurologische aandoeningen. Recente gegevens van prospectieve langetermijnstudies wijzen op dalingen in IADLs die waarschijnlijk voorafgaan aan een diagnose van de ziekte van Parkinson (PD) met 5-7 jaar22,23 en een diagnose van de ziekte van Alzheimer24,25. In tegenstelling tot basisactiviteiten van het dagelijks leven (DHL's)26, vereisen IADLs doorgaans de gelijktijdige uitvoering van twee aandachtsintensieve taken (bijv. motorisch-cognitief, motorisch-motorisch of cognitief-cognitief)27. De overgrote meerderheid van de dagelijkse huishoudelijke en gemeenschapsactiviteiten wordt uitgevoerd onder dubbele taakomstandigheden28,29.

Hoewel dubbele taakdalingen duidelijk van invloed zijn op de IADL-prestaties, zijn traditionele klinische motorische evaluaties 30,31,32 en neuropsychologische tests 33,34 onvoldoende om IADLs te evalueren, omdat deze beoordelingen de functie scheiden in discrete componenten zonder rekening te houden met hun onderlinge afhankelijkheid. De huidige methoden voor directe IADL-beoordeling zijn gebaseerd op bias-gevoelige zelfrapportagevragenlijsten35 of lange en belastende op prestaties gebaseerde evaluaties36. Geen van beide benaderingen biedt objectieve, kwantitatieve inzichten in het niveau van IADL-functie van een individu in de gemeenschapsomgeving.

Vooruitgang in VR-technologie, in combinatie met de technische vooruitgang die ten grondslag ligt aan omnidirectionele loopbanden, biedt een kans om een interactieve en meeslepende omgeving te creëren. Een virtuele supermarkt en winkeltaak werden gecreëerd om tegelijkertijd de motorische, cognitieve, cognitieve motorische en IADL-prestaties te beoordelen. Het Cleveland Clinic Virtual Reality Shopping (CC-VRS) platform is gezamenlijk ontwikkeld door een team van biomedische ingenieurs, softwareontwikkelaars, fysiotherapeuten, ergotherapeuten en neurologen.

Een boodschappentaak werd geselecteerd om de IADL-prestaties te kwantificeren op basis van aanbevelingen van de American Occupational Therapy Association26. De Virtual Multiple Errands Task (VMET)37, Timed Instrumental ADL Scale38 en Penn Parkinson's Daily Activities Questionnaire-15 (PDAQ-15)39 erkennen winkelen als een belangrijke indicator van motorische en niet-motorische prestaties geassocieerd met neurologische aandoeningen. Anderen hebben een meeslepende VR-headset gebruikt om een supermarktomgeving te creëren in een poging om de IADL-prestaties 37,40,41 te schatten. Ze zijn er echter niet in geslaagd om een belangrijk onderdeel van boodschappen doen te evalueren: voortbeweging. Over het algemeen vereisen de huidige VR-supermarktparadigma's dat de deelnemer een draagbare controller gebruikt om een avatar door de supermarkt te teleporteren of te navigeren. We wilden voortbeweging integreren in de virtuele winkelervaring van de gebruiker. Het CC-VRS-ontwikkelingsproces begon met een formele taakanalyse van een typische supermarktervaring. Zoals aangegeven in figuur 1, weerspiegelen negen fundamentele taakcomponenten een mix van elementen die kunnen worden gekarakteriseerd als motorische, cognitieve of cognitief-motorische activiteiten die nodig zijn voor succesvolle prestaties, zoals kenmerkend is voor alle IADLs.

Figure 1
Figuur 1: Analyse van boodschappentaken. Een taakanalyse werd uitgevoerd om de volgorde van acties en de aard van die acties te identificeren voor succesvol boodschappen doen in de echte wereld. Negen primaire sequenties werden geïdentificeerd en werden gebruikt om de ontwikkeling van de basis- en complexe winkeltaken te informeren. De sequenties werden geclassificeerd als motorisch (blauw), cognitief (geel) en cognitief-motorisch (groen); nadere gegevens over de overeenkomstige resultaten zijn opgenomen in tabel 1. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Het CC-VRS-platform repliceert een realistische, middelgrote supermarkt via een meeslepende VR-headset. Terwijl hij op een omnidirectionele loopband loopt, volgt de gebruiker een continue, aangewezen route door de winkel, lokaliseert hij items op een boodschappenlijstje en plaatst hij de items in een virtueel winkelwagentje. Het bieden van een aangewezen route standaardiseert de afstand die door de virtuele winkel wordt gelopen, vermindert het aantal navigatiefouten en vergemakkelijkt een grotere precisie bij het loskoppelen van potentiële veranderingen in IADL-prestaties van navigatiefouten of suboptimale zoekstrategieën die door de gebruiker worden gebruikt. De route van 150 m vereist meerdere bochten, wat de motorische complexiteitverhoogt 42,43 en de kans op bevriezing van de gang in neurologische patiëntenpopulaties, omdat bevriezingen vaker worden waargenomen tijdens het draaien dan rechte lijn lopen 44,45. Zowel de afstand van het navigatiepad als het aantal items op de boodschappenlijst kunnen door de clinicus worden geconfigureerd om overeen te komen met de capaciteiten van de gebruiker of de doelen van de beoordelingssessie.

Elke gebruiker voltooit één basis- en één complex winkelscenario. Het basisscenario vereist gewoon het volgen van de route en het selecteren van items uit het boodschappenlijstje. In het complexe scenario krijgt de gebruiker een lijst met verschillende boodschappen terwijl hij dezelfde route door de winkel volgt, maar worden aanvullende cognitieve en motorische eisen geïntroduceerd (vertraagde verbale terugroepactie, prijsvergelijking en obstakelvermijdingstaken die worden beschreven in het onderstaande protocolgedeelte). Omgevingsgeluid in de supermarkt in zowel de basisscenario's als de complexe scenario's maakt de meeslepende ervaring compleet. Samenvattings- en detailgegevens over de prestaties van de gebruiker, inclusief correct en onjuist verzamelde items, aantal en frequentie van activeringen van boodschappenlijstjes, stopduur en gangstatistieken, worden automatisch gegenereerd en beschikbaar voor beoordeling door de clinicus.

Het doel van de CC-VRS is om de prestaties van IADLs objectief te kwantificeren bij oudere volwassenen en personen met een risico op of gediagnosticeerd met neurologische aandoeningen. De CC-VRS biedt een meeslepende en realistische ervaring voor de gebruiker, en het levert nauwkeurige, biomechanisch gebaseerde resultaten van cognitieve en motorische functie die het potentieel hebben om te dienen als prodromale markers van neurologische ziekte of objectieve metingen van ziekteprogressie. De CC-VRS wordt momenteel gebruikt in drie gerelateerde projecten gericht op: (1) het begrijpen van de effecten van gezond ouder worden en neurologische aandoeningen op de IADL-prestaties, (2) het bepalen van de haalbaarheid van klinische integratie in de eerstelijnszorg en een bewegingsstoorniskliniek, en (3) het identificeren van de neurale handtekening die ten grondslag ligt aan bevriezing van de gang bij geavanceerde PD-patiënten met diepe hersenstimulatie (DBS) -systemen. Gezamenlijk zullen deze projecten het CC-VRS-platform en de bijbehorende resultaten gebruiken om beter te begrijpen hoe veroudering en neurologische aandoeningen aspecten van IADL-prestaties beïnvloeden. Dit manuscript beschrijft de ontwikkeling, het ontwerp en de hardware- en softwaretechnologie van de CC-VRS en de nieuwe resultaten die de integratie in de gezondheidszorg kunnen vergemakkelijken.

Protocol

Het geschetste protocol volgt de richtlijnen van de Cleveland Clinic human research ethics committee. Alle deelnemers voltooiden het geïnformeerde toestemmingsproces en gaven schriftelijke toestemming om foto's te publiceren die tijdens het verzamelen van gegevens waren gemaakt.

1. Apparatuur instellen en kalibreren (5 min)

  1. VR-systeem
    1. Zorg ervoor dat het systeem alle componenten bevat die worden beschreven in het experimentele installatiediagram in figuur 2, waaronder een VR-headset, twee handcontrollers, een VR-tailletracker, twee VR-voettrackers, basisstations om de positie van de VR-apparaten te bewaken en een high-end gaming-desktop met een 2080ti grafische kaart om het VR-systeem en CC-VRS-software uit te voeren (zie de tabel met materialen).
      1. Start Steam VR op het bureaublad om de VR-componenten te coördineren en de status van elk VR-apparaat tijdens het verzamelen van gegevens te controleren.
      2. Schakel elk VR-apparaat in en zoek naar een groen indicatielampje om actieve tracking door Steam VR te verifiëren.
      3. Kalibreer de grenzen en oriëntatie van de virtuele ruimte door Kamer instellen te selecteren in het Steam VR-menu en aanwijzingen op het scherm te volgen met behulp van de handcontrollers.
  2. VR-headset
    1. Plaats de headset in het UV-hygiënische reinigingssysteem en voer één ontsmettingscyclus uit tussen gebruikers.
  3. Omnidirectionele loopband
    1. Schakel de omnidirectionele loopband in met de groene aan/uit-knop op het aangesloten voetpedaal. Start de bijbehorende software op de desktopcomputer.
    2. Als u wilt kalibreren, gebruikt u de functie Select User Tracker in de toepassing en identificeert u de tailletracker als het juiste trackingapparaat. Centreer deze tracker vervolgens op het omnidirectionele loopbandoppervlak en gebruik de functie Center Point instellen om het midden van het loopbandplatform te kalibreren. Plaats de waist tracker op de ring en gebruik de Set Ring Height functie om de hoogte van de leuning te kalibreren.
      OPMERKING: De loopband en de bijbehorende software vertrouwen op de positie van de VR-tailletracker ten opzichte van het platform om op de juiste manier te werken als reactie op de bewegingen van de gebruiker. De gebruiker begint stil te staan, gepositioneerd in het midden van de loopband. Terwijl de gebruiker uit het midden beweegt, reageert het systeem op de bewegingen en snelheid van de gebruiker door de juiste loopbandbeweging te genereren die de gebruiker op het platform recenter maakt.
  4. CC-VRS applicatie
    1. Wanneer alle VR-trackingapparaten en de omnidirectionele loopband zijn gekalibreerd en ingeschakeld, start u de CC-VRS-applicatie vanaf het bureaublad. Volg de menu's op het scherm om de gebruikers-id in te voeren en het juiste proeftype te starten.

Figure 2
Figuur 2: CC-VRS platform overzicht. Een weergave van het gehele CC-VRS platform. De gebruiker draagt een VR-headset en navigeert door een virtuele supermarkt door op de omnidirectionele loopband te lopen. Een subtiele groene lijn wordt via de VR-headset aan de gebruiker verstrekt als navigatiehulpmiddel. De vijf items op het boodschappenlijstje zijn te vinden langs dit voorziene pad van 150 m. Een first-person view van de gebruiker wordt via de Control Computer and Monitor aan de experimentator gegeven. De tijd die nodig is om het CC-VRS-systeem in te stellen is ongeveer 5 minuten. Afkortingen: VR = virtual reality; CC-VRS = Cleveland Clinic-Virtual Reality Winkelen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

2. Voorbereiding van de gebruiker (15 min)

  1. Verdraagbaarheidsonderzoek (basislijn)
    1. Als u gegevens over VR-ziekte verzamelt, instrueert u de gebruiker om de Simulator Sickness Questionnaire in te vullen voordat u met de CC-VRS-ervaring begint.
  2. Tuig
    1. Plaats de gebruiker in een full-body harnas dat zich om de benen en borst vastzet. Klem het harnas in een aan het plafond gemonteerde kabel boven het midden van de omnidirectionele loopband om vallen te voorkomen en het comfortniveau voor de gebruiker te verhogen zonder de natuurlijke gang te belemmeren.
  3. VR-trackers
    1. Bevestig de trackers voor de linker- en rechtervoet aan de voeten van de gebruiker met behulp van ritsbanden rond de schoenveters. Schroef de tailletracker op de speciaal ontworpen tailleriem en pas de riem aan totdat de tracker in het midden van de lumbale regio van de gebruiker zit. Plaats de linker- en rechtercontrollers in de handen van de gebruiker en span de riemen aan totdat ze veilig en comfortabel zijn.
  4. Omnidirectionele loopband vertrouwdheid
    1. Voordat u de headset opzet, moet u de gebruiker de tijd geven om te lopen en de omnidirectionele loopband in te schakelen. Leg het belang uit van de positie van de tailletracker ten opzichte van het midden van het loopbandplatform en moedig de gebruiker aan om comfortabel naar de buitenranden van de loopbandgrens te lopen terwijl hij de leuning vasthoudt voor ondersteuning. Schakel de loopband uit via de applicatie om door te gaan met de voorbereiding van de gebruiker.
  5. Headset
    1. Terwijl de gebruiker op de stationaire omnidirectionele loopband staat, plaatst u de headset op het hoofd van de gebruiker en helpt u met aanpassingen (bovenste gewichtdragende riem, stabiliteitsknop achter en schuifregelaar voor interpupillaire afstand voor duidelijkheid) totdat de pasvorm comfortabel is en het display duidelijk is. Zorg ervoor dat de op de headset gemonteerde luidsprekers over de oren zijn geplaatst en op een geschikt volumeniveau zijn ingesteld.
  6. Instrueer de gebruiker om in de buurt van het midden van het omnidirectionele loopbandplatform te gaan staan en klik op Start op de toepassing om de loopband opnieuw in te schakelen.
  7. Start de CC-VRS-applicatie vanaf het bureaublad als deze nog niet eerder is gestart.

3. Toediening van CC-VRS (30 min)

  1. Volg tijdens de CC-VRS-ervaring de voortgang van de gebruiker door de winkel via het bureaubladscherm en wees voorbereid om de omnidirectionele loopband te stoppen als de gebruiker ongemak of instabiliteit ervaart.
  2. Voer de gebruikersnaam in.
  3. Selecteer Uitgebreide zelfstudie om een kleine oefenomgeving te laden die de gebruiker kennis laat maken met het algemene doel van de CC-VRS-beoordeling, naast de navigatieroute, boodschappenlijst en aanvullende cognitieve vereisten van het complexe scenario.
    1. Zorg ervoor dat de gebruiker vertrouwd is met de volgende controllerfuncties voordat u doorgaat met testen:
      1. Activeer het boodschappenlijstje door de linkerhand op te heffen en de A - of B-knop op de controller ingedrukt te houden (figuur 3A).
      2. Sluit het boodschappenlijstje door de A - of B-knop los te laten.
      3. Selecteer items uit de schappen met behulp van de controllertriggers (figuur 3A).
      4. Plaats items in de boodschappenkar met behulp van de controllertriggers.
    2. Zorg ervoor dat de gebruiker vertrouwd is met de volgende cognitieve en motorische eisen van het complexe scenario:
      1. Voer een vertraagde verbale herinnering uit van vijf woorden die worden gepresenteerd via een auditieve aankondiging aan het begin van het scenario, vergelijkbaar met de component Vertraagde herinnering van de Montreal Cognitive Assessment-test (MoCA)46.
      2. Voer een prijsvergelijkingstaak uit voor verkoopartikelen (bijvoorbeeld het kiezen van de meest kosteneffectieve optie tussen 8 oz ketchup voor $ 1,00 versus 16 oz voor $ 1,50) (figuur 3B).
      3. Vermijd obstakels in de winkel, waaronder morsen op de vloer en versmalde gangpaden veroorzaakt door plaatsing van andere shoppers of karren langs het pad (figuur 3C).
    3. Herhaal indien nodig de zelfstudie (ongeveer 5 minuten in totaal) totdat de gebruiker blijk geeft van vaardigheid met de bovenstaande functies en begrip van de taak.
  4. Selecteer Basisscenario. Kies padlengte en het aantal lijstitems.
    1. Instrueer de gebruiker om te beginnen met lopen zodra de winkel zichtbaar is op het display van de headset. Moedig de gebruiker aan om de taak zo efficiënt mogelijk te voltooien, snel te handelen en fouten te minimaliseren.
    2. Wanneer de gebruiker de taak heeft voltooid door de kassa van de winkel te bereiken, bekijkt u de overzichtsstatistieken die op het bureaubladscherm worden weergegeven en sluit u de virtuele omgeving af.
  5. Selecteer Complex scenario. Kies de padlengte en het aantal lijstitems.
    1. Geef de gebruiker vergelijkbare instructies als in het basisscenario. Herinner de gebruiker aan de aanvullende cognitieve eisen in het complexe scenario.
    2. Wanneer de gebruiker de taak heeft voltooid door de kassa van de winkel te bereiken, bekijkt u de overzichtsstatistieken die op het bureaubladscherm worden weergegeven (afbeelding 3D) en sluit u de virtuele omgeving af.
  6. Verdraagbaarheidsonderzoek
    1. Als u gegevens over VR-ziekte verzamelt, instrueert u de gebruiker om de Simulator Sickness Questionnaire onmiddellijk in te vullen na het invullen van de CC-VRS-ervaring en opnieuw tot 30 minuten later.
  7. Bruikbaarheidsonderzoek
    1. Als u gegevens verzamelt over de bruikbaarheid van het platform, instrueert u de gebruiker om de System Usability Scale onmiddellijk na voltooiing van de CC-VRS te voltooien.

Figure 3
Figuur 3: CC-VRS-omgeving. (A) Een first-person view van een CC-VRS-gebruiker die actief het boodschappenlijstje met de linkerhand bekijkt en met de rechterhand een overeenkomstig item selecteert. Gebruikers kunnen intuïtief communiceren met elk item in de supermarkt met behulp van VR-handcontrollers. (B) Een voorbeeld van een verkoopprijsvergelijkingstaak die de gebruiker tegenkomt in het complexe scenario. Voor een artikel op de boodschappenlijst dat wordt aangeduid als een SALE-artikel, moet de gebruiker de eenheidsprijzen van twee artikelen van verschillende grootte vergelijken en de optie selecteren die de betere deal vertegenwoordigt. (C) Een first-person view van een versmald gangpad in het Complex Scenario. Naast de meerdere bochten langs de navigatieroute, voegen de nauwe doorgangen motorische complexiteit toe die de kans op bevriezing van de gang in neurologische populaties verhoogt. (D) Een voorbeeld van de samenvattende uitkomsten die aan de experimentator worden getoond na voltooiing van een complex scenario, inclusief correcte en onjuiste items, totale tijd om het scenario te voltooien en het aantal woorden dat met succes is opgeroepen. De specifieke statistieken in deze weergave kunnen door de experimentator worden geconfigureerd. Afkortingen: VR = virtual reality; CC-VRS = Cleveland Clinic-Virtual Reality Winkelen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

4. Gegevensbestanden en resultaten

  1. Bekijk het overzichtsbestand (.csv) dat automatisch voor elke proefversie wordt gegenereerd en dat configureerbare statistieken bevat om de algehele prestaties van de CC-VRS te karakteriseren.
  2. Bekijk het gedetailleerde gegevensbestand (.csv) dat de positie en rotatie van de trackers, controllers en headset gedurende de hele duur van de taak bevat. Gegevens over lijstactiveringen, iteminteractie en obstakelbotsingen worden ook automatisch geregistreerd en naar dit bestand uitgevoerd.

Representative Results

Er loopt momenteel een project om de geldigheid van de CC-VRS vast te stellen bij het beoordelen van de cognitieve, motorische en IADL-functie bij jonge volwassenen, oudere volwassenen zonder neurologische ziekte en personen met PD. Elke deelnemer voltooide de zelfstudie, basisscenario's en complexe scenario's met behulp van hetzelfde pad van 150 m en lijsten met 5 items om de prestaties tussen groepen te kunnen vergelijken. Gedetailleerde cognitieve en positiegegevens werden gebruikt om informatieve samenvattingsstatistieken vast te stellen die CC-VRS-prestaties onderscheiden tussen populaties met bekende verschillen in cognitieve, motorische en IADL-functie. Aanvullende biomechanische en dual-tasking metrics werden berekend om het functieniveau in verschillende domeinen verder te karakteriseren (tabel 1).

CC-VRS Resultaat Domein
Cognitief
Juiste en onjuiste items Uitvoerende functie
Lijstactiveringen (aantal en duur) Werkgeheugen
Terugroepactie uitverkoop (nummer correct) Declaratief geheugen
Verkoopprijsvergelijking (succes en duur) Verwerkingssnelheid
Cognitief-motorisch
Duur van de proef Globale (IADL) functie
Haltes (aantal en duur) Dubbele taakinterferentie
Loopsnelheid in de nabijheid van lijstitems Dubbele taakinterferentie
Botsingen met vermijdingsobstakels Respons remming
Motor
Snelheid, staplengte, loopvariabiliteit Loopsnelheid en kwaliteit
Draaisnelheid, draaiduur Draaikwaliteit
Stapbreedte, symmetrie Houdingsstabiliteit
Aantal nul kruisingen in acceleratie Loopvloeibaarheid
Bereik- en transportduur bij geselecteerde items Bovenste extremiteitsfunctie

Tabel 1: CC-VRS uitkomst metrics. Een niet-uitputtende lijst van mogelijke uitkomststatistieken van het CC-VRS-platform, aangeduid als voornamelijk cognitief, motorisch of cognitief-motorisch van aard. Deze uitkomsten zijn ontwikkeld op basis van de taakanalyse die is gebruikt om de CC-VRS te ontwerpen als een ecologisch geldige beoordeling van de IADL-functie. De domeinen die door deze uitkomsten worden vastgelegd, vertegenwoordigen het spectrum van functies met één en twee taken die nodig zijn voor het succesvol voltooien van boodschappen en andere IADLs. In tegenstelling tot bestaande neuropsychologie en motorische evaluaties, beoordeelt de CC-VRS deze domeinen onder omstandigheden die de complexe eisen van IADL-omgevingen binnen thuis- en gemeenschapsomgevingen nauwkeuriger weerspiegelen. Afkortingen: CC-VRS = Cleveland Clinic-Virtual Reality Shopping; IADL = instrumentele activiteit van het dagelijks leven.

Figuur 4 geeft een overzicht van de prestaties van het basisscenario van één deelnemer met PD. Het wandelpad van de deelnemer door de winkel werd vergeleken met het ideale pad van de vaarroute en de locaties van de juiste boodschappen werden genoteerd. Met behulp van positionele gegevens van de VR-trackers werd de onmiddellijke snelheid van de deelnemer door de winkel geregistreerd en uitgezet. Het toevoegen van de context van lijstactiveringen en itemselectie gaf inzicht in het dubbele taakvermogen van de deelnemer en de algehele capaciteit om de IADL-taak efficiënt te voltooien.

Op basis van de resultaten van voorlopige analyses verschilden de totale CC-VRS-prestaties tussen gezonde jongvolwassenen en personen met PD (figuur 5). Uitkomsten van de totale duur van de studie, het aantal en de duur van stops en het aantal en de duur van lijstweergaven tijdens de taak zijn veelbelovende statistieken om onderscheid te maken tussen groepen. Oudere volwassenen en personen met PD hadden meer tijd nodig om elk scenario te voltooien en besteedden meer tijd aan het stoppen en activeren van het boodschappenlijstje in vergelijking met gezonde jongere volwassenen. Jongvolwassenen vertoonden een verhoogde dual-tasking capaciteit door tegelijkertijd te lopen en de lijst te activeren, terwijl personen met PD vaker het boodschappenlijstje activeren terwijl ze gestopt zijn. Aanvullende resultaten, waaronder tijd besteed aan het zoeken naar items, gangstatistieken en de resultaten van de cognitieve vereisten in het complexe scenario, zijn beschikbaar voor analyse.

In een afzonderlijke CC-VRS-bruikbaarheidsstudie voor personen met PD vulden 10 deelnemers de Simulator Sickness Questionnaire (SSQ) 47,48 in om de symptomen van VR-ziekte bij baseline te evalueren, onmiddellijk na het voltooien van de CC-VRS-ervaring en 30 minuten na het voltooien van de taak. Ontwikkeld in de context van vluchtsimulaties, legt de SSQ 16 veel voorkomende symptomen vast op een 4-puntsschaal en is deze gebruikt voor gebruik in VR-toepassingen. Individuele symptoomscores worden gecombineerd en gewogen om subscores te vormen in de domeinen van misselijkheid, oculomotorische en desoriëntatiesymptomenclusters, naast een totale score. De totale SSQ-scores variëren van 0 tot 235,6.

Figuur 6 toont de resultaten van de SSQ voltooid bij baseline (gemiddelde totaalscore 13,1 ± 16,7), onmiddellijk na CC-VRS (29,5 ± 27,9) en 30 minuten na CC-VRS (14,2 ± 15,6) voor deelnemers met PD (N = 10). Over het algemeen waren de totale SSQ-scores voor deelnemers met PD mild na CC-VRS, en de meest onderschreven symptomen waren algemeen ongemak, vermoeidheid, vermoeide ogen, moeite met focussen en zweten. Met name veel van de deelnemers rapporteerden milde symptomen bij baseline. Niettemin voltooiden 9/10-deelnemers de volledige beoordeling, inclusief de tutorial, basisscenario's en complexe scenario's, in een gemiddelde van 29,0 ± 5,9 minuten. Men kon de CC-VRS door ziekte niet verdragen. Deze gegevens leveren overtuigend bewijs dat het CC-VRS-platform goed wordt verdragen door de meeste mensen met neurologische aandoeningen. Gezamenlijk suggereert het algemene gebrek aan significante VR-ziektesymptomen die zijn gemeld dat het koppelen van VR-inhoud aan een omnidirectionele loopband haalbaar is en het VR-voortbewegingsprobleem voor de meeste mensen kan aanpakken.

De 10 deelnemers die de bruikbaarheidsstudie voltooiden, namen deel aan een semigestructureerd interview naar aanleiding van hun gebruik van de CC-VRS. Alle deelnemers onderschreven dat de studie hun eerste keer was dat ze VR en / of een omnidirectionele loopband gebruikten. Samenvattende opmerkingen over de loopband omvatten het volgende:

Gemak van aanpassing van de loopband: deelnemers voelden zich over het algemeen binnen een paar minuten comfortabel op de loopband, omdat het lopen bovengronds stappen nabootste. Deelnemers wezen op twee aspecten van het lopen die aanpassing vereisten: (1) De trek van de tailletracker terug naar het midden van de loopband tijdens het stoppen en (2) het nemen van iets kortere stappen vanwege de grootte van het loopbandplatform.

De ondersteuning van de bovenste ledematen was stabiliserend: het gebruik van de cirkelvormige leuning die de loopband omvatte, bood een passend niveau van ondersteuning van de bovenste ledematen dat hielp bij het voltooien van de taak.

Uitdagende fysieke en cognitieve omgeving: Deelnemers meldden dat hun houdingscontrole werd uitgedaagd tijdens het uitvoeren van de winkeltaken. Er was comfort in het gebruik, maar het harnas beperkte de beweging in geen enkel vliegtuig.

Realistische omgeving: De visuele en auditieve displays leken sterk op een echte supermarkt en waren indrukwekkend voor VR-naïeve gebruikers. Deelnemers meldden dat het realisme van de andere shoppers en gangpadobstakels hen motiveerden om botsingen te vermijden en dat de navigatieroute eenvoudig te volgen was.

Desoriëntatie: Klachten van desoriëntatie en ziekte afgestemd op de individuele SSQ-scores. Sommige deelnemers vertoonden de eerste visuospatiale uitdagingen tijdens de eerste paar minuten van de CC-VRS die ertoe leidden dat het individu in nauwe overeenstemming kwam met de supermarktschappen, waarvan ze vonden dat het een gevoel van desoriëntatie creëerde.

Deelnemers met PD van beide bovengenoemde studies (N = 24) voltooiden de System Usability Scale (SUS) na voltooiing van CC-VRS. De SUS is een vragenlijst met 10 items die het gebruiksgemak, de wereldwijde tevredenheid en de leerbaarheid van een systeem49,50 meet. Scores variëren van 0 tot 100, waarbij 68 de gemiddelde bruikbaarheid aangeeft. Algemene SUS-scores tussen 72,6 en 78,8 komen overeen met een cijfer van "B" en scores groter dan 78,8 verdienen een "A"51. Van de 24 deelnemers met PD die het CC-VRS-platform (Tutorial, Basic en Complex Sessions) voltooiden, kreeg de CC-VRS een gemiddelde score van 75,7 ± 18,9.

Figure 4
Figuur 4: CC-VRS performance summary. (A) Een persoon met de ziekte van Parkinson die het basisscenario van het CC-VRS-platform voltooit. (B) Het navigatiepad en de loopsnelheid van de deelnemer tijdens het voltooien van de taak. De blauwe vierkantjes vertegenwoordigen een item dat op het boodschappenlijstje stond en met succes is opgehaald. Ingebed op de navigatiegeleidingslijn is een heatmaplijn die de onmiddellijke loopsnelheid van de deelnemer vertegenwoordigt; baseline loopsnelheid wordt berekend over de eerste 20 m rechtlijnige wandeling. Elke momentane snelheid kleiner dan 0,5x de basislijn loopsnelheid is rood; de snelheid boven de 1,5x de eerder genoemde gemiddelde snelheid is groen. Er is een lineaire overgang van rood naar geel naar groen tussen 0,5x en 1,5x van de gemiddelde rechte lijn loopsnelheid. Loopsnelheid in de loop van de studie (C) en het aantal lijstactiveringen (D) worden weergegeven. Met name deze deelnemer had 15 lijstweergaven in de loop van de proef, ondanks dat hij slechts vijf items op het boodschappenlijstje had. Afkorting: CC-VRS = Cleveland Clinic-Virtual Reality Shopping. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 5
Figuur 5: CC-VRS van gezonde jongvolwassene versus ziekte van Parkinson. De cumulatieve afstand gelopen door een gezonde jongvolwassene (A) en een deelnemer met PD (B) tijdens de uitvoering van het Basisscenario. Over het algemeen liepen beide deelnemers ongeveer dezelfde afstand als ze de navigatielijn volgden. De deelnemer met PD deed er echter aanzienlijk langer over (410 s) dan de jongvolwassene (350 s) om het scenario te voltooien. De groene balken vertegenwoordigen het aantal en de duur van een lijstactivering tijdens de taak. De jongvolwassene bekeek de lijst zeven keer voor een totaal van 73,1 s, terwijl de deelnemer met PD de lijst 16 keer bekeek voor een totaal van 94,3 s. De blauwe stippen weerspiegelen een fysieke stop van de deelnemer. Inspectie van de prestaties van de jongvolwassenen geeft aan dat ze minder algemene stops hadden en tegelijkertijd konden lopen en de lijst konden bekijken. Omgekeerd had de deelnemer met PD 17 stops die elk overeenkwamen met een lijstweergave, wat suggereert dat ze niet in staat waren om effectief een dubbele taak uit te voeren (bijvoorbeeld tegelijkertijd lopen en de lijst bekijken). Afkortingen: CC-VRS = Cleveland Clinic-Virtual Reality Shopping; PD = ziekte van Parkinson. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 6
Figuur 6: Symptoomervaring na CC-VRS. In totaal voerden 10 deelnemers met PD de CC-VRS uit als onderdeel van een usability onderzoek. Elke deelnemer vulde de Simulator Sickness Questionnaire in voor, onmiddellijk na en 30 minuten na het beëindigen van de CC-VRS-ervaring. De SSQ legt 16 symptomen van VR-ziekte vast, met een maximale score van 235,6. De meeste deelnemers met PD onderschreven milde symptomen bij baseline, met symptomen die onmiddellijk na de CC-VRS enigszins verhoogd waren en binnen 30 minuten na het voltooien van het platform terugkeerden naar baselineniveaus. De volledige CC-VRS (Tutorial, Basic en Complex Scenarios) duurde gemiddeld 29 minuten om te voltooien, en de gemiddelde SSQ-score bij het voltooien van de CC-VRS was 29,5 (in rood). Afkortingen: CC-VRS = Cleveland Clinic-Virtual Reality Shopping; PD = ziekte van Parkinson; SSQ = Simulator Ziekte Vragenlijst. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Discussion

Het CC-VRS-platform lijkt tot op heden het voortbewegingsprobleem in VR het meest effectief aan te pakken door state-of-the-art VR-inhoud te combineren met een omnidirectionele loopband. Een cruciaal aspect van de naadloos meeslepende omgeving van de CC-VRS is het zorgen voor een goede communicatie tussen de loopband en VR-software. Een correcte installatie van alle aspecten van het VR-systeem, inclusief basisstations, voet- en tailletrackers en handcontrollers, is absoluut noodzakelijk. Als tracking inconsistent of onbetrouwbaar is, is aanpassing van de oriëntatie en plaatsing van de basisstations, of toevoeging van een andere basisstationeenheid, vereist. Een goede dekking van de fysieke ruimte zorgt voor een stabiele synchronisatie tussen de VR-hardware en de omnidirectionele loopband en zorgt ervoor dat de positie- en oriëntatiegegevens van de VR-apparaten compleet, nauwkeurig en nauwkeurig zijn52. Kalibratie van de omnidirectionele loopband wordt aanbevolen aan het begin van elke gegevensverzamelingssessie om optimale responsiviteit te garanderen tijdens het navigeren door de virtuele omgeving.

Vertrouwdheid van de patiënt met de loopband is van cruciaal belang voorafgaand aan het toedienen van de CC-VRS. Hoewel intuïtief en eenvoudig te bedienen, vereist de omnidirectionele loopband vertrouwdheid van de gebruiker die het beste kan worden gedaan voorafgaand aan de introductie van de VR-headset en de daaruit voortvloeiende ruimtelijke oriëntatie-uitdagingen. Om aan de behoeften van de individuele gebruiker en de doelen van de huidige beoordeling te voldoen, zijn de volgende functies configureerbaar voor elk CC-VRS-scenario: 1) lage of hoge maximumsnelheid van de loopband, 2) herhaling van de zelfstudiemodule, 3) routelengte door de winkel en 4) aantal items op de boodschappenlijst. Deze aanpassingen optimaliseren de beoordeling voor de cognitieve, motorische en dual-tasking mogelijkheden van een breed functioneel scala aan patiënten.

Het gebrek aan single-platform technologie die in staat is om IADL-prestaties te standaardiseren door objectieve en kwantitatieve uitkomsten te gebruiken die cognitief en motorisch functioneren karakteriseren, vormt een kritieke barrière bij de vroege identificatie en effectieve behandeling van leeftijdsgerelateerde neurologische ziekten zoals PD of de ziekte van Alzheimer. De huidige methoden die de IADL-functie schatten met behulp van zelfrapportagevragenlijsten, hoewel eenvoudig te beheren, zijn gevoelig voor vertekening. Tijdens zelfrapportage hebben oudere volwassenen de neiging om de IADL-mogelijkheden te over- of onderschatten53. Evenzo schatten informanten die IADL-query's invullen vaak de capaciteiten verkeerd in als gevolg van de misvattingen of kennislacunes van de waarnemers35.

Een alternatief voor zelfrapportage en vragenlijsten met informantenbeoordeling is prestatiegerichte IADL-evaluatie. Prestatiegerichte evaluaties worden meestal voltooid door een getrainde ergo- of fysiotherapeut. Hoewel er een aantal prestatietests en handleidingen beschikbaar zijn, zijn ze niet bevorderlijk voor integratie in de klinische zorg, waardoor vaak voldoende tijd en gespecialiseerde ruimte en apparatuur nodig zijn die meestal niet te vinden is in het kantoor van een eerstelijnszorg- of neurologieprovider. Een van de meest gebruikte op prestaties gebaseerde beoordelingen, Direct Assessment of Functional Status (DAFS), vereist ongeveer 40 minuten om te beheren en de score is grotendeels gebaseerd op de mening van experts van de testbeheerder. Hoewel het DAFS nuttig is bij het ensceneren van de ziekte van Alzheimer, mist het gevoeligheid en detecteert het geen IADL-dalingen in het stadium24 van milde cognitieve stoornissen. Het samenvoegen van de virtuele en echte wereld door VR te combineren met een omnidirectionele loopband biedt de mogelijkheid om IADL-prestaties vast te leggen onder complexe cognitieve omstandigheden die echte omgevingen beter repliceren, wat mogelijk resulteert in eerdere diagnoses van neurologische aandoeningen54.

Het CC-VRS-platform pakt de klinische kloof aan door een gestandaardiseerde, systematische, objectieve en kwantitatieve benadering te bieden voor het karakteriseren van IADL-mogelijkheden bij oudere volwassenen en mensen met neurologische aandoeningen. Op basis van voorlopige bruikbaarheidstests en gegevens kunnen de basis- en complexe CC-VRS-scenario's in minder dan 30 minuten worden voltooid. Net als bij andere meeslepende VR-studies met PD18, ervaart de meerderheid van de mensen met PD milde reisziektesymptomen. Vanuit een bruikbaarheidsperspectief ontving de CC-VRS een algemene SUS-beoordeling van 75,7, overeenkomend met een lettercijfer "B" en vallend tussen de "goede" en "uitstekende" descriptorcategorieën55. Ter vergelijking: een recente beoordeling van populaire telefoon- en tablettoepassingen rapporteert een gemiddelde SUS-score van 77,7 voor de top 10-applicaties op alle platforms56, inclusief mobiele applicaties zoals The Weather Channel en YouTube. Opmerkingen van deelnemers gaven aan dat de meeste gebruikers genoten van het realisme en de mogelijkheid om te communiceren met het CC-VRS-platform. Belangrijk is dat de deelnemers zich uitgedaagd voelden vanuit een fysiek en cognitief aspect, wat aangeeft dat het ontwerp zijn doel heeft bereikt om een dynamisch platform te creëren dat een complexe IADL-ervaring nabootst.

We hebben eerder aangetoond dat technologie met succes kan worden geïntegreerd in klinische workflows bij de evaluatie van patiënten met een hersenschudding57 en in een drukke neurologische dienst voor patiënten met Multiple Sclerose (MS)58. Verder verbeterde het gebruik van technologie bij het beheer van hersenschudding de resultaten en verlaagde de kosten59, terwijl het gebruik ervan bij de behandeling van MS leidde tot een besparing van 27% in tijd besteed aan het documenteren in het elektronische patiëntendossier voor elke patiënt60. Gezien het voortdurende doel om de kosten van het leveren van zorg te verlagen61 en dat de tijd die wordt besteed aan het documenteren in het elektronische patiëntendossier vaak wordt genoemd voor burn-out62 van artsen, zal de integratie van het CC-VRS-platform in de klinische zorg waarschijnlijk een aanzienlijke toegevoegde waarde bieden aan ziekenhuissystemen. Er lopen twee projecten waarbij het CC-VRS-platform is geïntegreerd in 1) een regionaal gezondheidscentrum voor eerstelijnszorg dat voornamelijk gezonde oudere volwassenen behandelt en 2) een gespecialiseerde kliniek voor bewegingsstoornissen in de Cleveland Clinic.

De afwezigheid van een nauwkeurige en betrouwbare fysiologische of digitale biomarker voor PD en de ziekte van Alzheimer veroorzaakt grote problemen bij een vroege diagnose en bij het meten van ziekteprogressie63,64. Het CC-VRS-platform heeft het potentieel om een digitale biomarker te bieden onder een enkel technologisch platform dat de klinische zorg zal verbeteren en zou kunnen resulteren in kortere en efficiëntere klinische onderzoeken door de afhankelijkheid van subjectieve en zeer variabele klinische uitkomsten te verminderen (bijv. Movement Disorder Society - Unified Parkinson's disease Rating Scale motor portion (MDS-UPDRS III)). De evaluatie van motorische en cognitieve functies op het gebied van klinische neurologie is de afgelopen drie decennia niet dramatisch vooruitgegaan in termen van de beoordeling van personen met PD en de bijbehorende kardinale motorische symptomen, laat staan cognitieve of dual-task problemen. De meest gevierde vooruitgang in de beoordeling van personen met PD is de herziening van de subjectieve klinische beoordelingsschaal (MDS-UPDRS III). Belangrijk is dat we niet geloven dat de CC-VRS de MDS-UPDRS III zal verdringen. Integendeel, we geloven dat de grootste waarde ervan kan worden gerealiseerd in de eerstelijnszorgpraktijken door een gestandaardiseerde en objectieve benadering te bieden voor de kwantificering van IADLs. Hoewel het voorbarig is om te geloven dat de CC-VRS in zijn huidige vorm een prodromale marker van neurologische aandoeningen is, kunnen de resultaten worden gebruikt om een "rode" of "gele" vlag te hijsen in termen van neurologisch functioneren die een consult door een bewegingsstoornissen, neuropsychologie of geriatrisch specialist kan veroorzaken. In termen van het gebruik ervan in de klinische zorg voor PD, wordt verwacht dat de CC-VRS kan worden gebruikt bij de titratie van medicatie of bij de uiteindelijke programmering van apparaten voor diepe hersenstimulatie. Zowel de Eerstelijnszorg als pd-specifieke use cases bevinden zich momenteel in de pilotfase. Door de gebruiker echt onder te dompelen in een realistische omgeving en zinvolle en belangrijke aspecten van cognitieve en motorische functies te meten, vertegenwoordigt de CC-VRS een eerste stap in de creatie van een potentieel effectieve en schaalbare digitale biomarker voor neurologische aandoeningen.

Het gebied van klinische neurologie, bewegingsstoornissen in het bijzonder, is gevuld met voorbeelden van technologie die is ontwikkeld om een enkel, geïsoleerd PD-symptoom te kwantificeren via versnellingsmeter of andere sensortechnologieën 65,66,67,68,69. Voor zover wij weten, is geen van deze benaderingen, behalve onze balans 70,71,72,73 en tremortoepassingen 74, geïntegreerd in routinematige PD klinische zorg. Eerdere technologie is vaak valide en betrouwbaar; de focus lag echter op technologische ontwikkeling met weinig aandacht voor de haalbaarheid van klinische integratie75,76. Patiënten, zorgverleners, ziekenhuizen en regelgevende instanties zijn steeds meer geïnteresseerd in uitkomstmaten die veranderingen in zinvolle dagelijkse acties kwantificeren 77,78,79,80. De klinische integratie van nauwkeurige en zinvolle metingen van neurologische symptomen en IADL-prestaties is noodzakelijk om systematisch de algehele effectiviteit van een interventie te evalueren of het potentieel van een interventie te bepalen om de progressie van de ziekte te vertragen. De ontwikkeling van een gestandaardiseerde benadering van IADL-beoordeling die geschikt is voor routinematig klinisch gebruik is aantrekkelijk om een uitgebreid begrip en behandeling van neurologische aandoeningen op zinvolle activiteiten mogelijk te maken.

De CC-VRS-benadering van de evaluatie van IADL-prestaties om te helpen bij de diagnose en het beheer van neurologische aandoeningen heeft het potentieel om de gezondheidszorg te transformeren door middel van vroege diagnose en nauwkeuriger volgen van ziekteprogressie. Er wordt echter volledig erkend dat het systeem niet zonder beperking is. De kosten van de omnidirectionele loopband zijn aanzienlijk en kunnen dienen als een barrière voor wijdverspreide acceptatie zonder systematische gezondheidseconomische studies om het potentiële "break-even" punt te identificeren tussen de kosten van de beoordeling ten opzichte van de waarde van vroege diagnose of nauwkeuriger volgen van ziekteprogressie. Met name hiaten in het verwerven van PD-patiëntgerichte resultaten met technologie werden benadrukt door het National Institute of Neurological Disorders en Stroke PD Conference78, MDS Task Force on Technology77 en FDA. Ze riepen op tot technologie die zinvolle PD-activiteiten en integratie van deze uitkomsten in de klinische zorg meet. We evalueren momenteel de integratie van de CC-VRS in een eerstelijnszorgomgeving en een centrum voor bewegingsstoornissen in de Cleveland Clinic; deze implementaties zullen gebruik maken van meer betaalbare omnidirectionele loopbanden. Succesvolle verzameling van gegevens vereist een initiële investering van tijd door de clinicus om te leren hoe het systeem moet worden opgezet en bediend. Lopende klinische pilots zullen beter informeren over de hoeveelheid training die nodig is om een bekwame gebruiker te worden. Men zou zich een model kunnen voorstellen waarin een technicus wordt ingezet om het systeem te bedienen en patiënten de winkeltaken voltooien in plaats van in een wachtkamer te zitten voor een afspraak. Die gegevens kunnen vervolgens onmiddellijk worden geïntegreerd in het elektronische patiëntendossier voordat ze hun zorgverlener zien. Dit soort toepassingen hebben de potentie om de wachtkamer van de toekomst te worden voor patiënten.

Disclosures

JLA, MMK en ABR hebben een Invention Disclosure Form ingediend bij Cleveland Clinic Innovations met betrekking tot het CC-VRS-platform.

Acknowledgments

Deze studie werd gesponsord door de Michael J. Fox Foundation for Parkinson's Research (MJFF-020020) en de Edward and Barbara Bell Family Chair. We bedanken Elm Park Labs (Detroit, MI) voor hulp bij het bouwen van de VR-omgeving en het koppelen met de omnidirectionele loopband. We bedanken ook Evelyn Thoman en Brittney Moser voor hun hulp bij de ontwikkeling en uitvoering van projecten.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Cleanbox Cleanbox UV hygienic cleaning system used for disenfecting the VR headset
Desktop PC Dell High-end gaming desktop
Infinadeck Omnidirectional Treadmill Infinadeck Omnidirectional treadmill allows you walk in any direction
Safety Harness  Ymachray Standard saftey harness to prevent the patient from falling
Valve Index Base Stations x3 Valve Tracking of the headset/controllers and trackers
Valve Index Controllers (one set of 2) Valve Hand controllers to interact with the digital content
Valve Index VR headset Valve VR headset
Vive tracker 3.0 x3 HTC Placed on feet and waist to track position and control movement of treadmill
Vive tracker straps Skywin VR Secures the Vive tracker around the waist
Zip ties Used to affix Vive trackers to shoelaces

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. National Accademy of Engineering. Grand Challenges for Engineering. National Academy of Sciences. , The National Academies Press. Washington, D.C. Available from: https://16mhpx3atvadrnpip2kwi9or-wpengine.netdna-ssl.com/wp-content/uploads/2016/12/GrandChallenges.pdf (2008).
  2. Turso-Finnich, T., Jensen, R. O., Jensen, L. X., Konge, L., Thinggaard, E. Virtual reality head-mounted displays in medical education-a systematic review. Simulation in Healthcare. , (2022).
  3. Chen, T., et al. Virtual reality as a learning tool in spinal anatomy and surgical techniques. North American Spine Society Journal. 6, 100063 (2021).
  4. Gold, J. I., SooHoo, M., Laikin, A. M., Lane, A. S., Klein, M. J. Effect of an immersive virtual reality intervention on pain and anxiety associated with peripheral intravenous catheter placement in the pediatric setting: a randomized clinical trial. JAMA Network Open. 4 (8), 2122569 (2021).
  5. Huang, Q., Lin, J., Han, R., Peng, C., Huang, A. Using virtual reality exposure therapy in pain management: a systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials. Value Health. 25 (2), 288-301 (2022).
  6. Groninger, H., Stewart, D., Wesley, D., Cowgill, J., Mete, M. Virtual reality for management of cancer pain: Study rationale and design. Contemporary Clinical Trials Communications. 26, 100895 (2022).
  7. Zhang, B., Li, D., Liu, Y., Wang, J., Xiao, Q. Virtual reality for limb motor function, balance, gait, cognition and daily function of stroke patients: A systematic review and meta-analysis. Journal of Advanced Nursing. 77 (8), 3255-3273 (2021).
  8. Saredakis, D., et al. Factors Associated with virtual reality sickness in head-mounted displays: a systematic review and meta-analysis. Frontiers in Human Neuroscience. 14, 96 (2020).
  9. Kim, H. K., Park, J., Choi, Y., Choe, M. Virtual reality sickness questionnaire (VRSQ): Motion sickness measurement index in a virtual reality environment. Applied Ergonomics. 69, 66-73 (2018).
  10. Cobb, S. V. G., Nichols, S., Ramsey, A., Wilson, J. R. Virtual reality-induced symptoms and effects (VRISE). Presence-Teleoperators and Virtual Environments. 8, 169-186 (1999).
  11. Kennedy, R., Lane, N., Lilienthal, M., Berbaum, K., Hettinger, L. Profile analysis of simulator sickness symptoms: application to virtual environment systems. Presence-Teleoperators and Virtual Environments. 1 (3), 295-301 (1992).
  12. Duzmanska, N., Strojny, P., Strojny, A. Can simulator sickness be avoided? a review on temporal aspects of simulator sickness. Frontiers in Psychology. 9, 2132 (2018).
  13. Reason, J. T. Motion sickness adaptation: a neural mismatch model. Journal of the Royal Society of Medicine. 71 (11), 819-829 (1978).
  14. Chance, S. S., Gaunet, F., Beall, A. C., Loomis, J. M. Locomotion mode affects the updating of objects encountered during travel: the contribution of vestibular and proprioceptive inputs to path integration. Presence Teleoperators & Virtual Environments. 7 (2), 168-178 (1998).
  15. Waller, D., Bachmann, E., Hodgson, E., Beall, A. C. The HIVE: a huge immersive virtual environment for research in spatial cognition. Behavior Research Methods. 39 (4), 835-843 (2007).
  16. Loomis, J. M., Blascovich, J. J., Beall, A. C. Immersive virtual environment technology as a basic research tool in psychology. Behavior Research Methods, Instruments, & Computers. 31 (4), 557-564 (1999).
  17. Mirelman, A., et al. Addition of a non-immersive virtual reality component to treadmill training to reduce fall risk in older adults (V-TIME): a randomised controlled trial. Lancet. 388 (10050), 1170-1182 (2016).
  18. Kim, A., Darakjian, N., Finley, J. M. Walking in fully immersive virtual environments: an evaluation of potential adverse effects in older adults and individuals with Parkinson's disease. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. 14 (1), 16 (2017).
  19. Pelosin, E., et al. Motor-cognitive treadmill training with virtual reality in Parkinson's disease: the effect of training duration. Frontiers in Aging Neuroscience. 13, 753381 (2021).
  20. Darken, R. P., Cockayne, W. R., Carmein, D. The omni-directional treadmill: A locomotion device for virtual worlds. Proceedings of the 10th Annual ACM Symposium on User Interface Software and Technology. , 213-221 (1997).
  21. Guo, H. J., Sapra, A. Instrumental Activity of Daily Living. , (2021).
  22. Darweesh, S. K., et al. Trajectories of prediagnostic functioning in Parkinson's disease. Brain. 140 (2), 429-441 (2017).
  23. Foubert-Samier, A., et al. Cognitive and functional changes in prediagnostic phase of Parkinson disease: A population-based study. Parkinsonism & Related Disorders. 79, 40-46 (2020).
  24. Marshall, G. A., Amariglio, R. E., Sperling, R. A., Rentz, D. M. Activities of daily living: where do they fit in the diagnosis of Alzheimer's disease. Neurodegenerative Disease Management. 2 (5), 483-491 (2012).
  25. Sikkes, S. A., et al. Assessment of instrumental activities of daily living in dementia: diagnostic value of the Amsterdam Instrumental Activities of Daily Living Questionnaire. Journal of Geriatric Psychiatry and Neurology. 26 (4), 244-250 (2013).
  26. American Occupational Therapy Association. Occupational therapy practice framework: domain and process. American Journal of Occupational Therapy. 56 (6), 609-639 (2002).
  27. MacPherson, S. E. Definition: Dual-tasking and multitasking. Cortex. 106, 313-314 (2018).
  28. O'Shea, S., Morris, M. E., Iansek, R. Dual task interference during gait in people with Parkinson disease: effects of motor versus cognitive secondary tasks. Physical Therapy. 82 (9), 888-897 (2002).
  29. Romero-Ayuso, D., et al. Assessment of cognitive instrumental activities of daily living: a systematic review. Disability and Rehabilitation. 43 (10), 1342-1358 (2019).
  30. Goetz, C. G., et al. Movement Disorder Society-sponsored revision of the Unified Parkinson's Disease Rating Scale (MDS-UPDRS): scale presentation and clinimetric testing results. Movement Disorders. 23 (15), 2129-2170 (2008).
  31. Perlmutter, J. S. Assessment of Parkinson disease manifestations. Current Protocols in Neuroscience. , Chapter 10 (Unit10.1) 1382-1387 (2009).
  32. Palmer, J. L., et al. Unified Parkinson's Disease Rating Scale-Motor Exam: inter-rater reliability of advanced practice nurse and neurologist assessments). Journal of Advanced Nursing. 66 (6), 1382-1387 (2010).
  33. Neisser, U. On "Social Knowing". Personality and Social Psychology Bulletin. 6 (4), 601-604 (1980).
  34. Neisser, U. Memory Observed: Remembering in Natural Contexts. , W.H. Freeman. San Francisco. (1982).
  35. Jekel, K., et al. Mild cognitive impairment and deficits in instrumental activities of daily living: a systematic review. Alzheimer's Research & Therapy. 7 (1), 17 (2015).
  36. Chisholm, D., Toto, P., Raina, K., Holm, M., Rogers, J. Evaluating capacity to live independently and safely in the community: Performance assessment of self-care skills. British Journal of Occupational Therapy. 77 (2), 59-63 (2014).
  37. Cipresso, P., et al. Virtual multiple errands test (VMET): a virtual reality-based tool to detect early executive functions deficit in Parkinson's disease. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 8, 405 (2014).
  38. Owsley, C., Sloane, M., McGwin, G., Ball, K. Timed instrumental activities of daily living tasks: relationship to cognitive function and everyday performance assessments in older adults. Gerontology. 48 (4), 254-265 (2002).
  39. Brennan, L., et al. The Penn Parkinson's Daily Activities Questionnaire-15: Psychometric properties of a brief assessment of cognitive instrumental activities of daily living in Parkinson's disease. Parkinsonism & Related Disorders. 25, 21-26 (2016).
  40. Arlati, S., et al. Acceptance and usability of immersive virtual reality in older adults with objective and subjective cognitive decline. Journal of Alzheimer's Disease. 80 (3), 1025-1038 (2021).
  41. Porffy, L. A., et al. A novel virtual reality assessment of functional cognition: validation study. Journal of Medical Internet Research. 24 (1), 27641 (2022).
  42. Swanson, C. W., Fling, B. W. Discriminative mobility characteristics between neurotypical young, middle-aged, and older adults using wireless inertial sensors. Sensors. 21 (19), 6644 (2021).
  43. Yeh, T. T., Liang, P. J., Lee, S. C. Differences in walking-to-turning characteristics between older adult fallers and nonfallers: a prospective and observational study using wearable inertial sensors. International Journal of Rehabilitation Research. 45 (1), 53-57 (2022).
  44. Zach, H., et al. Identifying freezing of gait in Parkinson's disease during freezing provoking tasks using waist-mounted accelerometry. Parkinsonism & Related Disorders. 21 (11), 1362-1366 (2015).
  45. Bhatt, H., Pieruccini-Faria, F., Almeida, Q. J. Dynamics of turning sharpness influences freezing of gait in Parkinson's disease. Parkinsonism & Related Disorders. 19 (2), 181-185 (2013).
  46. Hoops, S., et al. Validity of the MoCA and MMSE in the detection of MCI and dementia in Parkinson disease. Neurology. 73 (21), 1738-1745 (2009).
  47. Bruck, S., Watters, P. A. Estimating cybersickness of simulated motion using the simulator sickness questionnaire (SSQ): A controlled study. Proceedings of the 2009 Sixth International Conference on Computer Graphics, Imaging and Visualization; Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). , 486-488 (2009).
  48. Kennedy, R. S., Lane, N. E., Berbaum, K. S., Lilienthal, M. G. Simulator sickness questionnaire: An enhanced method for quantifying simulator sickness. The International Journal of Aviation Psychology. 3 (3), 203-220 (1993).
  49. Brooke, S. Usability Evaluation in Industry. , Taylor & Francis. 189-194 (1996).
  50. Lewis, J. R., Sauro, J. The factor structure of the system usability scale. Human Centered Design. , 94-103 (2009).
  51. Sauro, J., Lewis, J. R. Quantifying the User Experience: Practical Statistics for User Research. 2nd ed. , Elsevier Inc. (2016).
  52. Niehorster, D. C., Li, L., Lappe, M. The accuracy and precision of position and orientation tracking in the HTC Vive virtual reality system for scientific research. i-Perception. 8 (3), 2041669517708205 (2017).
  53. Suchy, Y., Kraybill, M. L., Franchow, E. Instrumental activities of daily living among community-dwelling older adults: discrepancies between self-report and performance are mediated by cognitive reserve. Journal of Clinical and Experimental Neuropsychology. 33 (1), 92-100 (2011).
  54. 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. Psychological Medicine. 43 (11), 2437-2445 (2013).
  55. Bangor, A., Kortum, P. T., Miller, J. T. An empirical evaluation of the system usability scale. International Journal of Human-Computer Interaction. 24 (6), 574-594 (2008).
  56. Kortum, P., Sorber, M. Measuring the usability of mobile applications for phones and tablets. International Journal of Human-Computer Interaction. 31 (8), 518-529 (2015).
  57. Alberts, J. L., et al. Development and implementation of a multi-disciplinary technology enhanced care pathway for youth and adults with concussion. Journal of Visualized Experiments. (143), e58962 (2019).
  58. Rhodes, J. K., et al. Multiple Sclerosis performance test: technical development and usability. Advances in Therapy. 36 (7), 1741-1755 (2019).
  59. Alberts, J. L., et al. A technology-enabled concussion care pathway reduces costs and enhances care. Physical Therapy. 100 (1), 136-148 (2020).
  60. Macaron, G., et al. Technology-enabled assessments to enhance multiple sclerosis clinical care and research. Neurology Clinical Practice. 10 (3), 222-231 (2020).
  61. Porter, M. E. What is value in health care. The New England Journal of Medicine. 363 (26), 2477-2481 (2010).
  62. Sutton, J. M., Ash, S. R., Al Makki, A., Kalakeche, R. A. A daily hospital progress note that increases physician usability of the electronic health record by facilitating a problem-oriented approach to the patient and reducing physician clerical burden. The Permanente Journal. 23, (2019).
  63. Maetzler, W., et al. Modernizing daily function assessment in Parkinson's disease using capacity, perception, and performance measures. Movement Disorders. 36 (1), 76-82 (2021).
  64. Stephenson, D., Badawy, R., Mathur, S., Tome, M., Rochester, L. Digital progression biomarkers as novel endpoints in clinical trials: a multistakeholder perspective. Journal of Parkinson's Disease. 11, 103-109 (2021).
  65. Lu, M., et al. Vision-based estimation of MDS-UPDRS Gait scores for assessing Parkinson's Disease motor severity. Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention. 12263, 637-647 (2020).
  66. Hobert, M. A., et al. Progressive gait deficits in Parkinson's disease: a wearable-based biannual 5-year prospective study. Frontiers in Aging Neuroscience. 11, 22 (2019).
  67. Thorp, J. E., Adamczyk, P. G., Ploeg, H. L., Pickett, K. A. Monitoring motor symptoms during activities of daily living in individuals with Parkinson's disease. Frontiers in Neurology. 9, 1036 (2018).
  68. Shawen, N., et al. Role of data measurement characteristics in the accurate detection of Parkinson's disease symptoms using wearable sensors. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. 17 (1), 52 (2020).
  69. Lu, R., et al. Evaluation of wearable sensor devices in Parkinson's disease: a review of current status and future prospects. Parkinsons Disease. 2020, 4693019 (2020).
  70. Ozinga, S. J., Alberts, J. L. Quantification of postural stability in older adults using mobile technology. Experimental Brain Research. 232 (12), 3861-3872 (2014).
  71. Ozinga, S. J., et al. Three-dimensional evaluation of postural stability in Parkinson's disease with mobile technology. NeuroRehabilitation. 41 (1), 211-218 (2017).
  72. Ozinga, S. J., Linder, S. M., Alberts, J. L. Use of mobile device accelerometry to enhance evaluation of postural instability in Parkinson disease. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 98 (4), 649-658 (2017).
  73. Ozinga, S. J., Machado, A. G., Miller Koop, M., Rosenfeldt, A. B., Alberts, J. L. Objective assessment of postural stability in Parkinson's disease using mobile technology. Movement Disorders. 30 (9), 1214-1221 (2015).
  74. Maldonado-Naranjo, A., Koop, M. M., Hogue, O., Alberts, J., Machado, A. Kinematic metrics from a wireless stylus quantify tremor and bradykinesia in Parkinson's disease. Parkinson's Disease. 2019, 6850478 (2019).
  75. Lingaiah, A., et al. Improving anxiety in Parkinson's disease: A cautionary tale about mobile health technologies. Parkinsonism & Related Disorders. 73, 50-51 (2020).
  76. di Biase, L., et al. Quantitative analysis of bradykinesia and rigidity in Parkinson's disease. Frontiers in Neurology. 9, 121 (2018).
  77. Espay, A. J., et al. Technology in Parkinson's disease: Challenges and opportunities. Movement Disorders. 31 (9), 1272-1282 (2016).
  78. Sieber, B. A., et al. Prioritized research recommendations from the National Institute of Neurological Disorders and Stroke Parkinson's Disease 2014 conference. Annals of Neurology. 76 (4), 469-472 (2014).
  79. van Uem, J. M., et al. Health-related quality of life in patients with Parkinson's disease--A systematic review based on the ICF model. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 61, 26-34 (2016).
  80. Papadopoulos, E., Buracchio, T. Drug Development Tool (DDT) COA #000142. U.S. Food & Drug Administration. , (2021).

Tags

Engineering Nummer 185
Het immersive Cleveland Clinic Virtual Reality Shopping Platform voor de beoordeling van instrumentele activiteiten van het dagelijks leven
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Alberts, J. L., McGrath, M., Miller… More

Alberts, J. L., McGrath, M., Miller Koop, M., Waltz, C., Scelina, L., Scelina, K., Rosenfeldt, A. B. The Immersive Cleveland Clinic Virtual Reality Shopping Platform for the Assessment of Instrumental Activities of Daily Living. J. Vis. Exp. (185), e63978, doi:10.3791/63978 (2022).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter