Configuration pour l’évaluation quantitative du mouvement et de l’activité musculaire lors d’un test virtuel modifié en boîte et en bloc

Résumé

Le protocole décrit ici vise à améliorer l’évaluation quantitative des déficits des membres supérieurs, dans le but de développer une technologie supplémentaire pour l’évaluation à distance à la fois en clinique et à domicile. Les technologies de réalité virtuelle et de biocapteurs sont combinées à des techniques cliniques standard pour fournir des informations sur le fonctionnement du système neuromusculaire.

Résumé

La capacité de bouger nous permet d’interagir avec le monde. Lorsque cette capacité est altérée, elle peut réduire considérablement la qualité de vie et l’indépendance d’une personne et peut entraîner des complications. L’importance de l’évaluation et de la réadaptation à distance des patients s’est récemment accrue en raison de l’accès limité aux services en personne. Par exemple, la pandémie de COVID-19 a entraîné de manière inattendue une réglementation stricte, réduisant l’accès aux services de santé non urgents. De plus, les soins à distance offrent la possibilité de remédier aux disparités en matière de soins de santé dans les zones rurales, mal desservies et à faible revenu où l’accès aux services reste limité.

L’amélioration de l’accessibilité grâce à des options de soins à distance limiterait le nombre de visites à l’hôpital ou chez les spécialistes et rendrait les soins de routine plus abordables. Enfin, l’utilisation d’appareils électroniques grand public commerciaux facilement disponibles pour les soins à domicile peut améliorer les résultats pour les patients en raison d’une meilleure observation quantitative des symptômes, de l’efficacité du traitement et de la posologie du traitement. Bien que les soins à distance soient un moyen prometteur de résoudre ces problèmes, il est crucial de caractériser quantitativement la déficience motrice pour de telles applications. Le protocole suivant vise à combler cette lacune dans les connaissances afin de permettre aux cliniciens et aux chercheurs d’obtenir des données à haute résolution sur les mouvements complexes et l’activité musculaire sous-jacente. L’objectif ultime est de développer un protocole d’administration à distance de tests cliniques fonctionnels.

Ici, les participants ont été invités à effectuer une tâche Box and Block (BBT) d’inspiration médicale, qui est fréquemment utilisée pour évaluer la fonction de la main. Cette tâche exige que les sujets transportent des cubes normalisés entre deux compartiments séparés par une barrière. Nous avons mis en œuvre une BBT modifiée en réalité virtuelle pour démontrer le potentiel de développement de protocoles d’évaluation à distance. L’activation musculaire a été capturée pour chaque sujet à l’aide de l’électromyographie de surface. Ce protocole a permis d’acquérir des données de haute qualité pour mieux caractériser les troubles du mouvement de manière détaillée et quantitative. À terme, ces données ont le potentiel d’être utilisées pour développer des protocoles de réadaptation virtuelle et de surveillance à distance des patients.

Introduction

Le mouvement est la façon dont nous interagissons avec le monde. Bien que les activités quotidiennes telles que prendre un verre d’eau ou se rendre au travail à pied puissent sembler simples, même ces mouvements reposent sur une signalisation complexe entre le système nerveux central, les muscles et les membres¹. En tant que tels, l’indépendance personnelle et la qualité de vie sont fortement corrélées au niveau de la fonction des membres^{d’un individu 2,3}. Les lésions neurologiques, comme les lésions de la moelle épinière (LME) ou les lésions des nerfs périphériques, peuvent entraîner d....

Protocole

Les procédures expérimentales ont été approuvées par le Conseil d’examen institutionnel (IRB) de l’Université de Virginie-Occidentale, protocole # 1311129283, et ont adhéré aux principes de la Déclaration d’Helsinki. Les risques liés à ce protocole sont mineurs, mais il est nécessaire d’expliquer toutes les procédures et les risques potentiels aux participants, et un consentement écrit et éclairé a été obtenu avec une documentation approuvée par le comité d’éthique de l’établissement.

1. Caractéristiques et conception du système

REMARQUE : La configuration de ce protocole se compose des éléments su....

Résultats

Les données EMG, cinématiques et de force obtenues auprès de sujets utilisant ce protocole peuvent être utilisées pour caractériser les mouvements lors des répétitions d’une même tâche, ainsi qu’au cours de différentes tâches. Les données présentées ici représentent les résultats de participants témoins sains pour démontrer la faisabilité de cette configuration. La figure 3 montre des profils EMG représentatifs enregistrés chez un sujet sain effectuant la BBT modifiée en VR. Une activation m.......

Discussion

Système EMG
Le matériel du système EMG se compose de 15 capteurs EMG utilisés pour obtenir des données d’activation musculaire. Une interface de programmation d’application (API) disponible dans le commerce a été utilisée pour générer un logiciel d’enregistrement EMG personnalisé. Le matériel du système VR se compose d’un casque de réalité virtuelle utilisé pour afficher l’environnement VR immersif et d’un câble pour relier le casque à l’ordinateur dédié où la tâche d’évaluation virtuelle est stockée........

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Chaise sans accoudoirs	N/A		Une chaise pour s’asseoir doit être sans accoudoirs afin que leurs bras ne soient pas gênés.
Ordinateur	Dell Technologies		Trois ordinateurs ont été utilisés pour accompagner l’équipement d’acquisition de données.
Leap Motion Controller	Ultraleap		Module de suivi optique des mains qui capture le mouvement de la main et des doigts. Le contrôleur dispose de deux caméras proche infrarouge de 640 x 240 pixels (120 Hz), capables de suivre les mouvements jusqu’à 60 cm de l’appareil et dans un format de 140 x 120° ; champ de vision. Cet appareil était attaché au casque VR ou fixé au-dessus de la tête pendant le mouvement.
MATLAB	MathWorks, Inc.  ;		Plateforme de programmation utilisée pour développer un logiciel d’acquisition de données sur mesure
Oculus Quest 2	Meta		Casque de réalité virtuelle immersif équipé d’une capacité de suivi des mains grâce à 4 caméras infrarouges intégrées (72-120 Hz). Peut être remplacé par d’autres appareils similaires (ex. HTC Vive, HP Reverb, Playstation VR).
Oculus Quest 2 Câble de liaison	Meta		Utilisé pour connecter le casque à l’ordinateur où le jeu VR a été stocké
PhaseSpace Motion Capture	PhaseSpace, Inc.		Système de capture de mouvement marqué, composé d’un serveur, de caméras avec un champ de vision de 60°, de diodes électroluminescentes rouges (LED) comme marqueurs et d’un objet d’étalonnage
Système sans fil Trigno	Delsys, Inc.		Par Delsys Inc., comprend un EMG, un accéléromètre, des capteurs de force, une station de base et un logiciel de collecte. L’interface de programmation d’applications (API) Trigno-MATLAB a été utilisée pour développer un logiciel d’enregistrement personnalisé.
UnReal Engine 4	Epic Games		Logiciel utilisé pour créer et exécuter la tâche de boîte et de bloc modifiée en VR