Een objectieve en kindvriendelijke beoordeling van Arm functie met behulp van een 3D-Sensor
12 februari 2018
Een objectieve maatstaf van spier functies is uitdagend vooral bij kinderen. Op basis van een commercieel beschikbare digitale 3D-sensor, werd een kindvriendelijke gaming test ontwikkeld voor de beoordeling van de bovenste extremiteit functie voor klinische proeven.
Het algemene doel van deze kindvriendelijke gametest, gebaseerd op een commercieel verkrijgbare, digitale 3-D sensor, is om de functie van de bovenste ledematen objectief te beoordelen voor klinische onderzoeken. Deze methode kan belangrijke informatie bieden, zoals hoe de spierfunctie is veranderd bij veel neuromusculaire ziekten. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat de beoordeling objectief en kwantitatief is met hoge resolutie.
De implicaties van hoe onze methode zich uitstrekt tot het meten van de ziekteprogressie van spinale musculaire atrofie, omdat kinderen vaak slecht presteren in de standaard klinische beoordeling. Hoewel onze ontworpen test inzicht kan geven in de beweging van de bovenste ledematen, kan dezelfde techniek ook worden toegepast op andere motorische symptomen zoals het gehele lichaamsgang en balansanalyse. We hadden het idee voor deze methode voor het eerst toen we brainstormden over de mogelijkheid van gamification in het gebied van het beoordelen van het effect van geneesmiddelen.
Demonstratie van deze methode is breder omdat het zinvolle inzicht biedt in de dynamiek van het spel en het is een zeer snelle manier om de opstelling te begrijpen. Het demonstreren van de procedure zal Ulrike Bonati zijn, de medische arts van het Basel University Hospital waar het onderzoek werd uitgevoerd, en een gezonde vrijwilliger die ook aan het onderzoek heeft deelgenomen. Om te beginnen, installeer de 3-D sensor drivers en de kleerkast game applicatie op de testcomputer.
Plaats vervolgens de computer op een tafel met een hoogte van 0,5 tot één meter. Plaats het 3-D apparaat op de tafel, uitgelijnd met het midden van de computer, en pas de hoek van de 3-D sensor aan zoals nodig is om het subject correct vast te leggen. Verbind vervolgens de 3-D sensor adapter aan de computer, de 3-D sensor en aan de stroomvoorziening met behulp van de respectieve kabels.
Plaats ten slotte een verstelbare stoel op ongeveer twee meter afstand van de tafel. Voordat u met de test begint, start de computer en pas het volume aan en zorg ervoor dat het internet is verbonden om automatische gegevensoverdracht mogelijk te maken. Instruiseer vervolgens het subject om in de stoel te gaan zitten en start de applicatie op de computer.
Voer vervolgens de unieke subject ID in op de eerste pagina. Klik op de startknop om de pagina met de kleerkast game te openen. De skeletfiguur die op het scherm zichtbaar is, vertegenwoordigt het lichaam van het subject voor een grote virtuele kleerkast.
Instrueer het subject om met hun armen te zwaaien en andere bewegingen uit te voeren tot de 3-D sensor het subject vastlegt. De 3-D sensor gebruikt infrarood om het menselijk lichaam te detecteren, daarom kan de skeletfiguur vervormd zijn of zelfs niet zichtbaar zijn als de kamer direct of sterk zonlicht heeft. Lees de instructies die op het scherm worden weergegeven en pas de positie van het subject aan totdat de instructies in groen lettertype worden weergegeven.
Klik op de oefenknop om de trainingssessie te beginnen zonder gegevens op te nemen. Laat het subject de instructies op het scherm volgen en voer armbewegingen uit zoals gevraagd door de kleerkast game. Eerst zal het subject gevraagd worden om een van hun armen uit te strekken om een flikkerend, virtueel object te grijpen.
Vervolgens zal het subject worden geïnstrueerd om dezelfde arm te buigen en de aangegeven punten op hun lichaam aan te raken om het virtuele object te plaatsen. Wanneer het subject niet in staat is om een object te bereiken of te plaatsen vanwege onvoldoende spierfunctie, wordt dat object automatisch na 12 seconden overgeslagen door het programma. Alternatief kan de operator op een knop drukken om het object over te slaan.
Klik op de startknop om te beginnen met het opnemen van het subject terwijl ze de armbewegingen opnieuw uitvoeren. Na vier minuten zal het spel automatisch eindigen als het subject niet in staat is om de reeks armbewegingen te voltooien. Nadat het spel is voltooid, verschijnt er een spider plot die de gewrichtsbereiken van het subject aangeeft.
Klik ten slotte op de eindknop om het spel te verlaten. De sporen van negen punten van het bovenlichaam werden geplot terwijl de subjects armbewegingen uitvoerden als onderdeel van de kleerkast game, armfunctiebeoordeling. In deze figuur worden de ruimtelijke locaties van negen lichaamspunten over tijd geplot voor een spinale musculaire atrofie patiënt tegenover die van een gezonde controle.
In vergelijking had het controlesubject relatief minder hoofd-, nek- en rompbewegingen dan de patiënt. Informatie geëxtraheerd uit de ruwe 3-D gegevens verkregen met behulp van deze methodologie kan worden gebruikt om de beweging van een enkele patiënt over meerdere rondes van testen te vergelijken. Hier is een gesegmenteerd handenspoor plot van elleboogextensiefase en elleboogflexiefasen uit twee rondes getoond.
De baan blijft consistent door beide rondes heen met opmerkelijke overbereik voor de drie lagere objecten voor beide handen. Verschillen tussen de rechter- en linkerhand van een enkele patiënt werden ook gemeten. Zoals in deze figuur wordt getoond, was er geen significant verschil tussen de snelheid van de rechter- en linkerhand van een enkele patiënt.
Informatie geëxtraheerd uit de ruwe 3-D gegevens verduidelijkte ook verschillen tussen individuele subjects. Duidelijke intra-subject verschillen werden waargenomen in rompcompensatiebewegingen tussen patiënt twee en patiënt drie. Opmerkelijke verschillen werden ook gedetecteerd in mediane handsnelheid tussen patiënt een en patiënt drie.
Na het bekijken van deze video, zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u deze kleerkast game instelt en uitvoert om objectieve informatie over armfunctie te verkrijgen. Eenmaal beheerst, kan deze test in vijf minuten worden uitgevoerd indien goed uitgevoerd. Als vervolg op deze procedure kunnen andere tests worden uitgevoerd om aanvullende vragen te beantwoorden, bijvoorbeeld over spieruithoudingsvermogen.
Wanneer u deze procedure probeert, is het belangrijk om te onthouden dat een goede afstemming tussen testontwerp en
Overzicht
Dit artikel presenteert een kindvriendelijke gametest die gebruikmaakt van een digitale 3-D sensor om de functie van de bovenste ledematen objectief te beoordelen in klinische onderzoeken. De methode heeft tot doel kwantitatieve inzichten te bieden in veranderingen van spierfunctie, met name voor neuromusculaire aandoeningen.
Belangrijkste onderzoekscomponenten
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschappen
- Klinische onderzoeken
- Beoordeling van motorische functie
Achtergrond
- Objectieve meting van spierfunctie is uitdagend bij kinderen.
- Standaard klinische beoordelingen leveren vaak slechte prestaties op bij pediatrische populaties.
- Gamificatie wordt onderzocht als een methode om beoordelingstechnieken te verbeteren.
- Het onderzoek richt zich op spinale musculaire atrofie en andere motorische symptomen.
Doel van het onderzoek
- Om een gametest te ontwikkelen die objectief de functie van de bovenste ledematen meet.
- Om inzichten te bieden in ziekteprogressie en behandelingseffecten.
- Om een snelle en boeiende beoordelingsmethode voor kinderen te creëren.
Gebruikte methoden
- Installatie van 3-D sensor drivers en game-applicatie.
- Setup van de testomgeving met correcte uitlijning en positionering.
- Instructies aan proefpersonen om specifieke armbewegingen uit te voeren in een virtuele game.
- Gegevensverzameling door middel van 3-D bewegingstracking en analyse van armfunctie.
Belangrijkste resultaten
- Objectieve gegevens over armbewegingen werden verzameld en geanalyseerd.
- Er werden verschillen in bewegingspatronen waargenomen tussen patiënten en gezonde controles.
- Intra-subject verschillen in rompcompensatie en hand snelheid werden opgemerkt.
- De test kan efficiënt worden voltooid en biedt snelle inzichten in spierfunctie.
Conclusies
- De gametest biedt een nieuwe benadering om de functie van de bovenste ledematen bij kinderen te beoordelen.
- Het kan worden aangepast voor verschillende motorische beoordelingen buiten de armfunctie.
- Toekomstige toepassingen kunnen extra tests voor spieruithoudingsvermogen en andere metrieken verkennen.
Veelgestelde vragen
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.
