Konfiguracja do ilościowej oceny ruchu i aktywności mięśni podczas wirtualnego zmodyfikowanego testu pudełkowego i blokowego
12 stycznia 2024
Opisany tutaj protokół ma na celu zwiększenie ilościowej oceny deficytów kończyn górnych, z celem opracowania dodatkowej technologii do zdalnej oceny zarówno w klinice, jak i w domu. Technologie wirtualnej rzeczywistości i biosensorów są łączone ze standardowymi technikami klinicznymi, aby zapewnić wgląd w funkcjonowanie układu nerwowo-mięśniowego.
Tutaj, w Laboratorium Neuroinżynierii i Rehabilitacji na Uniwersytecie Zachodniej Wirginii, badamy funkcjonalne mechanizmy kontroli sensoryczno-motorycznej i opracowujemy obiektywne narzędzia oceny zdolności motorycznych i zaburzeń ruchowych. Opieka zdalna lub wirtualna stała się obiecującym sposobem rozwiązania problemu nierówności w opiece zdrowotnej. Istnieje jednak krytyczna potrzeba ilościowego scharakteryzowania umiejętności motorycznych do wykorzystania w tych zastosowaniach.
Nasz protokół ma na celu umożliwienie klinicystom i badaczom uzyskania danych o wysokiej rozdzielczości na temat złożonych ruchów, aby lepiej oceniać deficyty ruchowe na odległość. Protokół ten ma na celu uproszczenie złożonych i niedostatecznie wykorzystywanych technologii rehabilitacyjnych poprzez automatyzację oceny ruchów w domu. Jego kluczową zaletą jest integracja wirtualnej rzeczywistości, przechwytywania ruchu i elektromiografii.
Na przykład gogle VR ze śledzeniem dłoni rejestrują ruchy do pierwszej analizy, podczas gdy bransoletka EMG szacuje wydajność mięśni podczas wirtualnych testów. Na początek zdobądź wszystkie elementy systemu wymagane do testu ruchu i aktywności mięśni. Włącz stację bazową elektromiografii i podłącz ją do dedykowanego komputera.
Aby skonfigurować serwer przechwytywania ruchu, najpierw podłącz go do routera sieciowego z łączem komputerowym, a następnie podłącz go do monitora i kamer w celu wizualizacji. Włącz trzeci dedykowany komputer podłączony do gogli rzeczywistości wirtualnej i załaduj do niego zamierzone środowisko zadań. Korzystając z niestandardowej funkcji oprogramowania, zsynchronizuj systemy w czasie.
Aby przygotować obszar testowy, usuń wszystkie przeszkody i ustaw solidne krzesło bez podłokietników na środku. Aby wykonać elektromiografię lub EMG, najpierw skonfiguruj wszystkie elementy systemu. Wyczyść każdy czujnik chusteczką nasączoną alkoholem i przygotuj do użycia dwustronną taśmą klejącą.
Przed umieszczeniem czujnika oczyść obszar chusteczką nasączoną alkoholem i obmacuj brzuch mięśniowy ramienia, gdy badany kurczy odpowiedni mięsień. Następnie umieść czujniki EMG równolegle do kierunku włókien mięśniowych. Aby skalibrować kamery śledzące ruch, przesuwaj różdżkę po całej przestrzeni eksperymentalnej i ustaw oś 3D przestrzeni.
Umieść znaczniki przechwytywania ruchu LED na kostnych punktach orientacyjnych kończyny górnej i tułowia fotografowanej osoby. Korzystając z oprogramowania do przechwytywania ruchu, potwierdź rozpoznanie wszystkich znaczników przez kamery. Po skalibrowaniu gogli VR poinstruuj badanego, aby usiadł na krześle i umieścił gogle VR na głowie.
Zmierz długość ramienia badanego, a następnie odległość między ramieniem osoby a podłożem. W skrypcie sterowania zadaniami VR ustaw stronę odradzającego się wirtualnego bloku na lewą lub prawą, żądaną liczbę powtórzeń odradzania się bloku oraz wymiary obiektu. Następnie przedstaw tematowi krótkie wyjaśnienie zadania.
Rozpocznij zadanie w wirtualnej rzeczywistości. Poinstruuj testera, aby podniósł wirtualny blok, przetransportował go przez przegrodę i umieścił na celu w przeciwległym przedziale. Następnie rozpocznij zbieranie danych EMG w motion capture.
Poinstruuj badany, aby rozpoczął zadanie oceny umiejętności VR. Zadanie zakończy się automatycznie. Następnie przerwij zbieranie danych EMG, a dane zostaną automatycznie zapisane do analizy post-hoc.
Profile EMG zdrowej osoby wykonującej zadanie wykazały wysoką aktywację mięśni przedniego mięśnia naramiennego, który jest głównym motorem ramienia. Prostowniki przedramienia i nadgarstka zostały również wyraźnie aktywowane, aby ułatwić chwytanie. Wreszcie wzmożona aktywność mięśni kciuka wskazywała na ich zastosowanie w chwytaniu i zwalnianiu bloku.
Przegląd
Niniejszy protokół ma na celu usprawnienie ilościowej oceny deficytów kończyny górnej poprzez zintegrowanie technologii rzeczywistości wirtualnej i biosensorów ze standardowymi technikami klinicznymi. Celem jest ułatwienie zdalnej oceny sprawności motorycznej zarówno w warunkach klinicznych, jak i w domu.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuroinżynieria
- Rehabilitacja
- Ocena kontroli motorycznej
Wstęp
- Opieka zdalna pozwala niwelować nierówności w dostępie do usług zdrowotnych.
- Kluczowe jest ilościowe scharakteryzowanie sprawności ruchowej.
- Do lepszej oceny niezbędne są dane o wysokiej rozdzielczości dotyczące złożonych ruchów.
- Obecne technologie rehabilitacyjne nie są wykorzystywane w pełni.
Cel badania
- Aby umożliwić klinicystom zdalną ocenę deficytów ruchowych.
- Aby uprościć technologie rehabilitacyjne do użytku domowego.
- Aby zautomatyzować procesy oceny ruchu.
Zastosowane metody
- Integracja technologii wirtualnej rzeczywistości.
- Techniki przechwytywania ruchu.
- Elektromiografia do oceny aktywności mięśniowej.
- Standardowe techniki kliniczne do kompleksowej oceny.
Główne wyniki
- Zwiększona zdolność do ilościowej oceny deficytów kończyny górnej.
- Lepsze zrozumienie funkcjonowania układu nerwowo-mięśniowego.
- Ułatwione możliwości zdalnej oceny.
- Usprawnione, złożone technologie rehabilitacyjne.
Wnioski
- Protokół zapewnia solidne ramy dla oceny zdalnej.
- Łączenie technologii może prowadzić do lepszych wyników leczenia pacjentów.
- Przyszłe zastosowania mogą w dalszym stopniu niwelować luki w opiece zdrowotnej.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Ilościowa ocena ruchu i aktywności mięśniowej z wykorzystaniem zintegrowanych platform wirtualnej rzeczywistości i biosensorów wypełnia istotną lukę w zdalnej ocenie funkcji motorycznych. Możliwość ta umożliwia obiektywny pomiar upośledzenia ruchu o wysokiej rozdzielczości, wspierając wczesne odkrycia oraz badania translacyjne w obszarze farmaceutycznych rurociągów rozwoju leków neuromięśniowych i rehabilitacyjnych. Podejście to zwiększa pewność prognostyczną w walidacji celów terapeutycznych i dostarcza informacji niezbędnych do podejmowania decyzji o kontynuacji rozwoju terapii z uwzględnieniem analizy ryzyka.
Zastosowania strategiczne w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Umożliwia obiektywną analizę funkcji nerwowo-mięśniowych oraz zaangażowania szlaków sygnałowych w modelach chorób.
- Wspiera biologiczną redukcję ryzyka poprzez dostarczanie ilościowych i powtarzalnych danych dotyczących ruchu oraz aktywacji mięśni.
- Ułatwia funkcjonalną walidację celu poprzez wysokorozdzielczą ocenę deficytów motorycznych.
Przesiewanie i opracowywanie testu
- Przygotowuje zwalidowane, ilościowe testy ruchomości do późniejszych etapów procesów screeningu związków.
- Standaryzuje protokoły oceny w celu zapewnienia powtarzalności i porównywalności wyników między badaniami.
- Generuje skalowalne dane gotowe do analizy platformowej, umożliwiając wiarygodną ocenę interwencji terapeutycznych.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Koreluje ilościowe wyniki ruchu i EMG z funkcjonalnymi punktami końcowymi istotnymi dla przebiegu choroby.
- Zapewnia ciągłość od wczesnej fazy odkrywania po przedkliniczną walidację terapii nerwowo-mięśniowych.
- Wspiera podejmowanie decyzji z uwzględnieniem ryzyka poprzez dostarczenie wglądu w mechanizm wpływu terapeutycznego na funkcje motoryczne.
Integracja potoku i przepływu pracy
Niniejszy protokół wpisuje się w kontinuum od etapu odkrywania do badań przedklinicznych, umożliwiając obiektywną i ilościową ocenę funkcji motorycznych oraz aktywności mięśniowej zarówno w warunkach kontrolowanych, jak i zdalnych.
- Biologia odkrywcza: Dostarcza danych o wysokiej rozdzielczości do testowania hipotez i ograniczania ryzyka mechanistycznego w badaniach nad układem nerwowo-mięśniowym.
- Screening: Zapewnia zestandaryzowane, powtarzalne testy ruchu i EMG do oceny związków.
- Analityka: Dostarcza wyników ilościowych do porównania statystycznego efektów interwencji w zakresie sprawności ruchowej.
- Badania translacyjne: Łączy fazę odkryć z walidacją przedkliniczną poprzez dopasowanie odczytów funkcjonalnych do punktów końcowych w badaniach klinicznych.
- Wykorzystanie w skali przedsiębiorstwa: Tworzy platformę wielokrotnego użytku do zdalnej, ilościowej oceny w wielu programach terapeutycznych.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorstwowy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną i redukuje niejednoznaczność mechanistyczną w walidacji celów w układzie nerwowo-mięśniowym.
- Wartość operacyjna: Standaryzuje i automatyzuje ocenę ruchu w celu skalowalnego i powtarzalnego generowania danych.
- Wartość strategiczna: Wspiera podejmowanie decyzji o kontynuacji lub przerwaniu badań (go/no-go) i zwiększa efektywność kapitałową poprzez dostarczenie wiarygodnych punktów końcowych funkcji.
- Wpływ na portfolio: Wspiera priorytetyzację skorygowaną o ryzyko oraz rozwój zasobów ukierunkowanych na układ nerwowo-mięśniowy i rehabilitację.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymaga wiedzy specjalistycznej w zakresie przechwytywania ruchu, EMG oraz integracji systemów rzeczywistości wirtualnej.
- Wymaga dedykowanej aparatury oraz zsynchronizowanej infrastruktury analitycznej do akwizycji danych.
- Konieczna jest standaryzacja protokołów i formatów danych pomiędzy zespołami w celu zapewnienia powtarzalności.
- Może wymagać adaptacji do różnych systemów modelowych lub populacji pacjentów.
- Zależność od niezawodnej łączności zdalnej oraz współpracy użytkownika w przypadku oceny w warunkach domowych.
