טיפול בפריזמה וירטואלית הסתגלות: פרוטוקול לאימות בוגרים בריאים

Summary

פרוטוקול ניסיוני זה מדגים את השימוש בטיפול מנסרה וירטואלית הסתגלות (VPAT) בקרב מבוגרים בריאים הקשר בין VPAT ופונקציונלי הקרוב הספקטרוסקופית אינפרא אדום כדי לקבוע את ההשפעה של VPAT על הפעלה קורטיקלית. תוצאות מציעות כי VPAT עשוי להיות אפשרי והוא יכול לגרום לעיבוד התנהגותי דומה בתור טיפול קונבנציונאלי הסתגלות פריזמה.

Abstract

הזנחה מרחבית היא ליקוי נפוץ לאחר שבץ. היא קשורה לתוצאות התפקוד הירוד והחברתיות. לכן, התערבות נאותה היא הכרחית לניהול מוצלח של הזנחה מרחבית. עם זאת, השימוש הקליני של התערבויות שונות מוגבל בפרקטיקה קלינית אמיתית. הטיפול בפריזמה הסתגלות היא אחת מאותן שיטות שיקום מבוססות ראיות לטיפול בהזנחה מרחבית. כדי להתגבר על כל מחסור אפשרי שעלול להתרחש עם טיפול מנסרה, פיתחנו מערכת חדשה באמצעות מציאות וירטואלית מקיפה מצלמה חישה עומק כדי ליצור טיפול מנסרה וירטואלית הסתגלות (VPAT). כדי לאמת את מערכת VPAT, תכננו פרוטוקול ניסיוני חקירת שגיאות התנהגותיות ושינויים הפעלה קורטיקלית באמצעות מערכת VPAT. הפעלה קורטיקלית נמדדה באמצעות ספקטרוסקופיית אינפרא-אדום פונקציונלי (fNIRS). הניסוי הורכב מארבעה שלבים. כל הארבעה הכלולים לחיצה, הצבעה או מנוחה להחיל אנשים בריאים ימניים. לחיצה לעומת הצבעה שימש לחקירת האזור הקורטיקלית הקשורים המשימה מנוע גולמי, והצבעה עם VPAT לעומת הצבעה ללא VPAT שימש לחקירת האזור הקורטיקלית הקשורים תפיסה ויזואומרחבית. התוצאות הראשוניות של ארבעה משתתפים בריאים הראו כי שגיאות ההצבעה על ידי מערכת VPAT היה דומה הטיפול בפריזמה קונבנציונאלי הסתגלות. ניתוח נוסף עם משתתפים נוספים ונתוני fNIRS, כמו גם מחקר אצל חולים עם שבץ עשוי להידרש.

Introduction

הזנחה המירחבית, המשפיעה על היכולת לתפוס את השדה החזותי המירחבית הצלעות, היא ליקוי נפוץ לאחר שבץ^1,2. למרות שיקום לאחר הזנחת המירחבית חשוב, עקב הקשר שלה עם התוצאות התפקוד העניים והחברתיים, השיקום הוא לעתים קרובות חסר מנוצל בפרקטיקה קלינית אמיתית^3,4.

בין הגישות השונות שיקום שונים הציע הזנחה המירחבית, הסתגלות הפריזמה (PA) טיפול הוכיחה יעיל להחלמה ושיפור הזנחת המירחבית בחולים עם שבץ כרוני או כרונית^5,6,7,8. עם זאת, הרשות המקובלת הוא לא מנוצל בשל כמה החסרונות^9,10. אלה כוללים 1) בעלות גבוהה ודרישת זמן בשל העדשה מנסרה הצורך לשנות כדי להתאים לדרגת סטייה; 2) הצורך להגדיר חומרים נוספים שעליהם להיות מכוונים ולהסוות את מסלול היד; ו-3) הרשות הפלסטינית יכולה לשמש רק למטופלים שיכולים לשבת ולשלוט בעמדת הראש שלהם.

מחקר שנערך לאחרונה הרבייה של אפקטי הסתגלות בסביבה מציאות וירטואלית (VR) דיווח כי ייתכן שיהיה אפשרי עבור טיפול בפריזמה וירטואלית הסתגלות (VPAT) כדי לקבל אפקטים שונים בהתאם לסוגי ההזנחה¹¹. הוצע גם כי הפעלה קורטיקלית עבור הרשות הפלסטינית עשויה להשתנות בהתאם לנגעים במוח¹². עם זאת, מעט ידוע על תבנית ההפעלה קליפת הקליפה לראות המושרה VR.

כדי להתגבר על מכשולים אלה ולקדם את השימוש ברשות הפלסטינית בסביבה קלינית, פיתחנו מערכת טיפול הרשות הפלסטינית באמצעות טכנולוגיית VR מקיפה שנקרא הסתגלות פריזמה וירטואלית תרפיה (VPAT), באמצעות שימוש במצלמה חישה עומק. עיצבנו מערכת VR מקיפה עם היכולת לספק משוב חזותי על המיקום של האיבר הווירטואלי כדי לקדם את היישור המרחבי¹³. באמצעות טכנולוגיית VR מקיפה זו, אשר מחקה את ההשפעה של הרשות הקונבנציונלית, תכננו ניסוי כדי לאמת את מערכת VPAT במשתתפים בריאים.

על ידי ניהול הפרוטוקול הנסיוני דמיינו שלנו, חקרנו אם מערכת VPAT החדש יכול לגרום לעיבוד התנהגותי, דומה PA המקובלת. בנוסף, היינו רוצים לחקור אם מערכת VPAT יכול לזרז את ההפעלה באזורים קורטיקליים הקשורים לתפיסה ויזואומרחבית או שחזור של הזנחה המירחבית לאחר שבץ.

Protocol

כל ההליכים נבדקו ואושרו על ידי האוניברסיטה הלאומית של סאול Bundang בית החולים המוסדי סקירה מוסדית (IRB). כדי לגייס משתתפים בריאים, שימשו פוסטרים לפרסום בבית החולים.

1. הגדרת ניסיוני

1. גיוס משתתפים
   1. בצע את תהליך ההקרנה הנושא באמצעות קריטריוני הכללה הבאים: 1) בריא, בין 18 ל 50 שנים; 2) מימין לשמאל, מוערך על ידי מלאי של אדינבורו במלאי¹⁴; 3) מסוגל ללבוש את התצוגה הראש להציג עבור VR ו לזהות אובייקטים בתוך VR; ו-4) אין היסטוריה של מחלות המשפיעות על המוח, כגון שבץ, מחלת פרקינסון, או פציעה טראומטית במוח.
      הערה: קריטריונים אלה תוכננו להקרין משתתפים עם היכולת להשתתף בניסוי ולהסדיר את הגורמים המשפיעים על התוצאות.
   2. לגייס משתתפים ולספק הסבר מפורט של המחקר כולו ובעיות קליניות צפויות. יש לקבל הסכמה לפני הכללה.
2. מערכת ניסויית
   הערה: מערכת VPAT מותאמת אישית באמצעות מערכת VR מקיפה ומצלמה עם חישת עומק. ספקטרוסקופיית אינפרא-אדום פונקציונלי (fNIRS) היה בשימוש בו זמנית כדי לחקור את ההפעלה הקורטיקלית. VPAT ו-fNIRS קושרו יחד לניסוי (איור 1).
   1. מערכת VPAT
      הערה: מערכת VPAT מורכבת התצוגה הראש הר ליישום VR, חיישן מעקב יד שיכול לזהות מחוות יד עבור קלט אינטואיטיבי על ידי המשתמש, וכפתור לדחוף חומרה. הקומפוזיציה הכוללת מוצגת באיור 1.
      1. ודא שחיישן המעקב אחר היד אינו מוטה מול התצוגה הראשית של המסך.
      2. בדוק כי מצלמת הייחוס עבור מערכת VR מותקנת כראוי על גבי צג החזית.
      3. אבטח את לחצן הדחיפה במיקום שליד היד כדי להשתמש במשתתף לצורך הניסוי.
      4. הפעל את התוכנה כדי לוודא שאין שגיאות.
         הערה: הסביבה הווירטואלית יושמה כך שתתאים לסביבה בפועל בקרוב ככל האפשר. המשימה בוצעה באמצעות הצבעה ידנית בתוך הסביבה הווירטואלית וקלט כפתור באמצעות לחצן דחיפה.
   2. שודדי ים
      1. השתמש מערכת fNIRS מסחרית כולל מחשב אישי (PC), 31 אלקטרואופטיקה (15 מקורות אור ו -16 גלאים), כובעי EEG טקסטיל, ותוכנה להקלטת נתונים.
   3. הצמדה בין מערכת VPAT לבין fNIRS (איור 1).
      1. השתמש בתוכנת בקרת המקלדת המרוחקת באמצעות תקשורת TCP/IP כדי לסנכרן את האירוע ההתחלתי במערכת VPAT עם תזמון ההקלטה במערכת fNIRS.
      2. השתמש במפתח הפקודה המרוחק במחשב כדי להפעיל הקלטת fNIRS.

2. הגדרת ניסיוני (איור 2)

1. הגדרת מדידה של fNIRS
   1. הנח את המשתתף בכסא עם הגב שלו בתנוחה ישרה, במרחק של כ -15 סנטימטרים מהשולחן. לוודא שידו של המשתתף לא תפגע בשולחן בעת הושטת הידיים.
   2. עבור הגדרת כיסוי fNIRS, בחר את גודל הכיפה בהתאם להיקף הראש של המשתתף. מניחים את הכובע כך את הקודקוד (Cz) ממוקם בהצטלבות של נקודת האמצע בין inion לבין nasion ואת נקודת האמצע בין האזורים השמאליים מראש הימני השמאלי. הציגו את המונטאז על המסך וחברו 15 מקורות ו -24 גלאים למונטאז. אם יש צורך לשפר את הרווח ממקור האור, להשתמש ג'ל מוליך לאחר הכנת השיער ולהכניס את אופדה. שמשתתף ילבש כובע שמירה.
      הערה: המחקר השתמש בשלושה גדלים שונים של כובעי ה-EEG של הטקסטיל עם circumferences 54, 56, ו 58 ס"מ.
   3. עבור הגדרת תוכנה (כיול וכו '), הפעל את תוכנת המערכת fNIRS וטען את מצרף ההזנחה.
   4. בואו להציג את המונטאז על המסך ולקבוע 15 מקורות ו -24 גלאים לפי המונטאז (איור 3).
   5. לחץ על לחצן כיול. אם מוצג "אבודים" על המסך, חזור על הכנת השיער ולאחר מכן כייל מכייל.
2. הגדרת מערכת VPAT
   1. לחבר את HMD, מצלמה הפניה, ו זינוק מצלמה תנועה, וללחוץ על לחצן חיבור המחשב כדי להגדיר את מערכת VPAT.
   2. הר המציאות הווירטואלית התלויה ראש (VR HMD) על ראש המשתתף מעל המכסה עבור fNIRS. הקפידו להימנע מתנועה של הכובע.
   3. הפעל את תוכנת VPAT. הכנס את פרטי המשתתף (קיצור שם, גיל, הקשת) ולחץ על כפתור "Start".
   4. אשר את ההדמיה של היד הווירטואלית בצג. המשך בכיול דו-שלבים (כלומר, כיול מסך וכיול מרחק היעד).
   5. הנחה את המשתתף לצפות בסימן הצלב האדום (+) במרכז, ולאחר מכן לחץ על מקשrכדי לכייל את המסך.
      הערה: כיול המסך מציב את המרחב הווירטואלי מול הטווח החזותי של המשתמש על-ידי הזנה משולבת של מערכת הקואורדינטות.
   6. הנחה את המשתתף להצביע על המטרה (כלומר, כדור) עם ידו הימנית, ולאחר מכן לחץ על מקשOכדי לכייל את מיקום היד.
      הערה: במחקר שלנו, החפץ שהיה על המשתתף לכוון היה כדור לבן על מקל ורוד שירד מראש הנוף. כיול טווח היעד מציב את היעד בהישג יד של המשתמש. הדבר משמש למיקום תקין של היעד במהלך הניסוי.
   7. לאחר הכיול, לחץ על מקשwכדי להתחיל בניסוי.
3. הגדרת הצמדה של VPAT ו-fNIRS
   1. השתמש בתוכנת סינכרון האירועים כדי להזין את הגורם המפעיל לניתוח ב-fNIRS ולחבר את VPAT ל-fNIRS.
   2. עבור סנכרון הזמן בין ה-VPAT ו-fNIRS, חבר את המחשבים עם שתי המערכות לאותה רשת ולאחר מכן סנכרן אותם באמצעות התוכנית העברת מפתחות מתוצרת עצמית.
   3. לאחר ההתחברות דרך כניסות IP ו-Port של שני המחשבים, הפעל את הפעלת הניסוי באמצעות המפתח "w" בתוכנית vpat. תוכנת סינכרון האירועים מבוצעת באופן אוטומטי, וגורמים מפעילים במהלך ביצוע מועברים באופן אוטומטי ל-fNIRS ונשמרים.
   4. לאחר הניסוי, להשיג את התוכנה לסיום אוטומטי ונתוני VPAT. לאחר מכן להפסיק את תוכנת המערכת VPAT ו-fNIRS.
      הערה: על המשתתפים להחזיר את ידיהם למיקומה המקורי לאחר הצבעה במהלך ניסוי VPAT.

3. הניסוי לאמת VPAT מערכת

1. בלוק ניסוי מעוצב עם הקלטת fNIRS (איור 4)
   1. לאחר השלמת תהליך ההגדרה בשלב 2, אשר את המוכנות של המשתתף להתחיל בניסוי.
   2. הפעל את מערכת VPAT ללא מצב מנסרה ולהנחות את המשתתף להצביע על היעד במערכת VR מיד להיכרות עם ההליך.
   3. כל שלב מורכב מבלוקים לצביעה, לחיצה או מנוחה (איור 4). שוב, להנחות את המשתתף ללחוץ על הכפתור או הצבע על המטרה במערכת VR עם האצבע הימנית שלהם במהירות האפשרית.
   4. הפעל את הניסוי עם ארבעה שלבים בו עם הקלטת fNIRS על-ידי לחיצה על מקש ההתחלה.
      הערה: במהלך משימת ההצבעה, היה צריך לגעת בכדור הלבן תוך זמן קבוע.
      1. הנחה את המשתתפים להצביע, ללחוץ או לנוח כשהסמל המתאים מופיע.
         הערה: במהלך המשימה, הצבעה ולחיצה הצביעו על-ידי סמל ישירות מעל הכדור הלבן והצד הימני של סרגל שעון העצר. הזמן לביצוע המשימה צוין על-ידי סרגל שעון העצר כמוצג באיור 2.
      2. אמור למשתתף לגעת ביעד המופיע בצד שמאל או ימין בתוך 3 s. לבלוק הלחיצה, הנחה את המשתתף ללחוץ על לחצן הדחיפה.
         הערה: ערכת היעד המכילה את הכדור הלבן הייתה ממוקמת במרחק של 10 ° או 10 ° ממרכז המשתתף, שהושג באמצעות כיול. ערכת היעד הופיעה באופן אקראי בצד ימין או שמאל. על פי התכנון הניסיוני, המטרה הופיעה במשך 3 s, ואז נעלם, ואז נוצר מחדש לעמדה חדשה.
      3. ודא שמשתתף מבצע באותו אופן בו השלב מוחלף.
         הערה: בפעילות ההצבעה, מצב הסתגלות מנסרה וירטואלית הראה סטייה של 10 ° או 20 ° לצד השמאלי של היד הדמיונית במרחב VR יחסית לראש המשתתף. אפס מעלות הצביע על כך שתנוחות היד הווירטואלית והיד הממשית בפועל.
         הערה: הניסוי (איור 4) מורכבממספרכולל של ארבעה שלבים, כאשר כל שלב המורכב מהצבעה ולחיצה או מנוחה לסירוגין (שלב 1 ו -4 היו הצבעה ולחיצה, ושלב 2 ו-3 הצביעו ונחו).

4. ניתוח נתונים

1. ניתוח שגיאות הצבעה
   הערה: הנתונים אוחסנו מרגע שהניסויים לוחצים על לחצן ההתחלה "w". הנתונים אוחסנו באופן אוטומטי על 60 Hz כל מסגרת באמצעות תוכנת VPAT. שם השלב, הזמן שחלף ומיקום האצבע הווירטואלי של האינדקס אוחסנו לאורך זמן. שגיאת ההצבעה היתה ערך הזווית בין היעד לאצבע המורה, במרכז המיקום הראשי של המשתתף.
   1. סווג את נתוני פעילות ההצבעה לפי שלבים (טרום VPAT, VPAT 10 °, VPAT 20 °, פוסט-VPAT).
   2. סווג את הנתונים של משימת ההצבעה ואת משימת הלחיצה בנתונים של כל שלב (שלב 1 ו-4).
   3. סווג את הנתונים לפי שלב משנה ביחידות של 30 s לפי כל שלב וכל סוג של משימה.
   4. חלץ את הערך החציוני של 10 שגיאת ניסיון (שגיאת הצבעה) מנתוני מיקום האצבע המורה עבור ניתוח שגיאות הצבעה חציון.
   5. השתמש בניתוח הפעולות החוזרות של בדיקת השונות (ANOVA) כדי לנתח את ההפרש בין כל שלב.
      הערה: במקרה של מעקב ידני באמצעות חיישן התנועה זינוק, החוצה היו בשל חסימה או זיהוי שווא של תנוחת היד. למעט נתוני מיקום יד שווא, נעשה שימוש בערך החציון כדי למצוא את ערך השגיאה של המצביע המייצג בשלב המשנה.
2. עיבוד נתונים של fNIRS
   1. הפעל את תוכנת הניתוח fNIRS וטען את קובץ הנתונים הגולמיים ואת פרטי הבדיקה.
   2. בצע תהליך הגדרת סמן על-ידי עריכת רשומת האירוע כדי לאמת כל תנאי במהלך הניסוי.
   3. בצע עיבוד נתונים מראש על-ידי מחיקת מרווחי הזמן שאינם רלוונטיים לניסויים, הסר פריטים מסוימים, כגון שלבים וקוצים, ויישם מסנני תדירות כדי שלא לכלול להקות תדרים לא רלוונטיות.
      הערה: כל ערכות הנתונים סוננו עם מסנן בגובה 0.01 Hz ומסנן ברמה נמוכה של 0.2 הרץ כדי להסיר תרומות אינסטרומנטאליות או מסנני רעש פיסיולוגיים.
   4. ציינו את אורכי הגל על-ידי הזנת הערך של אורכי גל התאורה (כלומר, 760 ו-850 nm). השתמש במרחק פיזי של 3 ס מ בין המקור והגלאי לערוץ.
   5. בחר את שדה הבסיס, המתייחס לתקופת הזמן המתאימה לתוכנית בסיסית שבה המשתתפים בדרך כלל נחים בשקט.
      הערה: בחרנו בשדה הבסיס כקורס במשרה מלאה של ערכת הנתונים, שהיתה הגדרת ברירת המחדל.
   6. חשב את סידרת הזמן של מצבי הומודינמיקה כדי לסיים את העיבוד הקדם מהנתונים המסוננים.

Results

נתונים מארבעה משתתפים בריאים (אדם אחד ו -3 נשים) שימשו כתוצאות מייצגות. שגיאת הצבעה מוצגת באיור 5A, עם הממוצע של ערך חציון של 10מבחניםבשלב המשנה של כל פעילות הצבעה הנמשכת 30 s. ערכים בממוצע עבור שגיאות הצבעה חציון בבלוק הראשון של כל שלב היו 0.45 ± 0.92 (טרום vpat), 4.69 ± 3.08 (vpat 10 °), 5.43 ± 2.22 (vpat 20 °), ו-5.17 ± 1.60 (פוסט-vpat). המגמה של שינוי שגיאה הצבעה היה משמעותי מבחינה סטטיסטית (p = 0.001) באמצעות האמצעים החוזרים ANOVA. שגיאת הצבעה עבור כל נושא מוצגת

Discussion

מחקר זה מיישם את טיפול עיבוד מנסרה באמצעות תנועת יד מתורגמת בסביבה VR. הוא חקר אם הסטייה מיושם גרם הירי מזווית התנהגותי, כמו בטיפול מנסרה קונבנציונאלי.

בתוצאת שגיאת ההצבעה החציוני (איור 5) ותוצאת שגיאת ההצבעה הראשונה, שגיאת ההצבעה השתנתה באופן משמעותי בעת החלפת השלב. למרות שנמצאו שגיאות זיהוי יד, ייתכן שעדיין יש זיהוי כוזב. השימוש בערך חציון כדי למנוע שגיאה שיטתית, כגון מעקב שקרי, הראה שתוצאות שגיאת ההצבעה הממוצעת היו נמוכות מהצפוי. הסתגלות פוסט-מינסרתיים הוצגה בק...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
פלטפורמת	EASYCAP	Easycap C-SAMS	להתאמה לאופטודות fNIRS
בקר תנועה תלת מימד Leap Motion	Ultrahaptics	FBA_LM-C01-US	מכשיר זיהוי יד מחובר HMD
Leap Motion VR תושבת מפתח לאוזניות VR	Ultrahaptics	VR-UAZ
Matlab R2015a	Mathworks		שפת תכנות הפועלת עם NIRStar
NIRScout	Medical Technology LLC	NSC-CORE	מערכת fNIRS
NIRSLAB v201605	Medical Technology LLC		תוכנה לניתוח נתונים שנאספו עם NIRScout
NIRStar 14.1	Medical Technology LLC		NIRScout Acquisition Software
Occulus Rift DK2	Occulus		VR
HMD PowerMate USB בקר מולטימדיה	גריפין טכנולוגיה	NA16029	כפתור במשימה
SuperLab 5.0	Cedrus Corp.		סנכרן את מצגות הגירוי הקשורות ל-NIRScout