Uma avaliação objetiva e criança-amigável da função do braço usando um Sensor 3D
12 de fevereiro de 2018
Uma medida objetiva das funções musculares é um desafio, especialmente em crianças. Um teste de jogos de criança-amigável baseado em um sensor de 3-d digital disponível comercialmente, foi desenvolvido para avaliar a função de membro superior para ensaios clínicos.
O objetivo geral deste teste de jogo para crianças, baseado em um sensor 3-D digital disponível comercialmente, é avaliar objetivamente a função do membro superior para ensaios clínicos. Este método pode fornecer informações importantes, como a forma como a função muscular mudou para muitas doenças neuromusculares. A principal vantagem dessa técnica é que a avaliação é objetiva e quantitativa com alta resolução.
As implicações de como nosso método se estende para medir a progressão da doença da atrofia muscular espinhal porque as crianças geralmente têm um desempenho ruim na avaliação clínica padrão. Embora nosso teste projetado possa fornecer informações sobre o movimento dos membros superiores, a mesma técnica também pode ser aplicada a outros sintomas motores, como marcha de corpo inteiro e análise de equilíbrio. Tivemos a ideia desse método pela primeira vez quando estávamos pensando na possibilidade de gamificação na área de avaliação do efeito do medicamento.
A demonstração desse método é mais ampla porque fornece uma visão significativa da dinâmica do jogo e é uma maneira muito rápida de entender a configuração. Demonstrando o procedimento estará Ulrike Bonati, médica do Hospital Universitário de Basileia, onde o estudo foi realizado, e uma voluntária saudável que também participou do estudo. Para começar, instale os drivers do sensor 3D e o aplicativo do jogo de guarda-roupa no computador de teste.
Em seguida, coloque o computador em uma mesa com altura de 0,5 a um metro. Coloque o dispositivo 3D na mesa, alinhado com o meio do computador, e ajuste o ângulo do sensor 3D conforme necessário para capturar corretamente o assunto. Em seguida, conecte o adaptador do sensor 3D ao computador, ao sensor 3D e à fonte de alimentação usando os respectivos cabos.
Por fim, coloque uma cadeira ajustável a cerca de dois metros de distância da mesa. Antes de iniciar o teste, ligue o computador e ajuste o volume e certifique-se de que a internet esteja conectada para permitir a transmissão automática de dados. Em seguida, instrua o sujeito a sentar na cadeira e iniciar o aplicativo no computador.
Em seguida, insira o ID do assunto exclusivo na primeira página. Clique no botão Iniciar para entrar na página com o jogo de guarda-roupa. A figura esquelética visível na tela representa o corpo do sujeito em frente a um grande guarda-roupa virtual.
Instrua o sujeito a agitar os braços e realizar outros movimentos até que o sensor 3D capture o assunto. O sensor 3-D usa infravermelho para detectar o corpo humano, portanto, se a sala tiver luz solar direta ou forte, a figura do esqueleto pode ser distorcida ou até mesmo não ser vista. Leia as instruções exibidas na tela e ajuste a posição do assunto até que as instruções sejam exibidas em uma fonte verde.
Clique no botão de treinamento para iniciar a sessão de treinamento sem registrar dados. Permita que o sujeito siga as instruções dadas na tela e execute os movimentos dos braços conforme solicitado pelo jogo do guarda-roupa. Primeiro, o sujeito será solicitado a estender um de seus braços para alcançar e, em seguida, agarrar um objeto virtual cintilante.
Em seguida, o sujeito será instruído a flexionar o mesmo braço e tocar os pontos indicados em seu corpo para colocar o objeto virtual. Quando o sujeito não consegue alcançar ou colocar um objeto devido à função muscular insuficiente, esse objeto será automaticamente ignorado após 12 segundos pelo programa. Alternativamente, o operador pode pressionar um botão para pular o objeto.
Clique no botão Iniciar para começar a gravar o assunto enquanto ele executa os movimentos do braço novamente. Após quatro minutos, o jogo terminará automaticamente se o sujeito não for capaz de completar a série de movimentos do braço. Após a conclusão do jogo, um gráfico de aranha indicando os intervalos de articulação do sujeito aparecerá.
Por fim, clique no botão final para sair do jogo. Os traços de nove pontos da parte superior do corpo foram plotados enquanto os sujeitos realizavam movimentos do braço como parte do jogo do guarda-roupa, avaliação da função do braço. Nesta figura, as localizações espaciais de nove pontos corporais são plotadas ao longo do tempo para um paciente com atrofia muscular espinhal em relação aos de um controle saudável.
Em comparação, o sujeito de controle teve relativamente menos movimento de cabeça, pescoço e tronco do que o paciente. As informações extraídas dos dados 3D brutos obtidos usando essa metodologia podem ser usadas para comparar o movimento de um único paciente em várias rodadas de testes. Aqui é mostrado um gráfico de rastreamento de mãos segmentadas das fases de extensão e flexão do cotovelo de duas rodadas.
A trajetória permanece consistente em ambas as rodadas, com notável alcance para os três objetos inferiores para ambas as mãos. As diferenças entre as mãos direita e esquerda de um único paciente também foram medidas. Como mostrado nesta figura, não houve diferença significativa entre a velocidade das mãos direita e esquerda de um único paciente.
As informações extraídas dos dados 3-D brutos também elucidaram as diferenças entre os indivíduos individuais. Diferenças óbvias intra-sujeito foram observadas nos movimentos de compensação do tronco entre o paciente dois e o paciente três. Diferenças notáveis também foram detectadas na velocidade mediana da mão entre o paciente um e o paciente três.
Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como configurar e executar este jogo de guarda-roupa para obter informações objetivas sobre a função do braço. Uma vez dominado, este teste pode ser feito em cinco minutos se realizado corretamente. Como acompanhamento desse procedimento, outros testes podem ser realizados para responder a perguntas adicionais, por exemplo, sobre resistência muscular.
Ao tentar este procedimento, é importante lembrar que uma correspondência adequada entre o design do teste e a capacidade do paciente é a chave para o sucesso. Após seu desenvolvimento, essa técnica abriu caminho para pesquisadores na área de biomarcadores clínicos explorarem outros dispositivos digitais para medir o benefício do tratamento e a progressão da doença.
Visão Geral
Este artigo apresenta um teste de jogo amigável para crianças utilizando um sensor 3-D digital para avaliar objetivamente a função dos membros superiores em ensaios clínicos. O método visa fornecer insights quantitativos sobre mudanças na função muscular, particularmente para doenças neuromusculares.
Componentes Principais do Estudo
Área da Ciência
- Neurociência
- Ensaios Clínicos
- Avaliação da Função Motora
Fundamentos
- A medição objetiva da função muscular é desafiadora em crianças.
- Avaliações clínicas padrão frequentemente produzem desempenhos fracos em populações pediátricas.
- A gamificação é explorada como um método para aprimorar técnicas de avaliação.
- O estudo se concentra em atrofia muscular espinhal e outros sintomas motores.
Propósito do Estudo
- Desenvolver um teste de jogo que meça objetivamente a função dos membros superiores.
- Fornecer insights sobre a progressão da doença e efeitos do tratamento.
- Criar um método de avaliação rápido e envolvente para crianças.
Métodos Utilizados
- Instalação de drivers do sensor 3-D e aplicação de jogo.
- Configuração do ambiente de teste com alinhamento e posicionamento adequados.
- Instrução dos sujeitos para realizar movimentos específicos dos braços em um jogo virtual.
- Coleta de dados através de rastreamento de movimento 3-D e análise da função dos braços.
Principais Resultados
- Dados objetivos sobre movimentos dos braços foram coletados e analisados.
- Diferenças nos padrões de movimento foram observadas entre pacientes e controles saudáveis.
- Diferenças intra-sujeito na compensação do tronco e velocidade da mão foram notadas.
- O teste pode ser concluído de forma eficiente, fornecendo insights rápidos sobre a função muscular.
Conclusões
- O teste de jogo oferece uma abordagem inovadora para avaliar a função dos membros superiores em crianças.
- Pode ser adaptado para várias avaliações motoras além da função dos braços.
- Aplicações futuras podem explorar testes adicionais para resistência muscular e outras métricas.
Perguntas Frequentes
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.
