Summary
Виртуальная реальность (VR) — это мощный, но недостаточно используемый подход к диагностике и лечению неврологических заболеваний. Торговая платформа виртуальной реальности Cleveland Clinic сочетает в себе современный VR-контент со всенаправленной беговой дорожкой для количественной оценки инструментальной деятельности повседневной жизни - предлагаемого продромального маркера неврологических заболеваний.
Abstract
Снижение эффективности инструментальной деятельности повседневной жизни (IADLs) было предложено в качестве продромального маркера неврологических заболеваний. Существующие клинические и основанные на производительности оценки IADL невозможны для интеграции в клиническую медицину. Виртуальная реальность (VR) является мощным, но недостаточно используемым инструментом, который может продвинуть диагностику и лечение неврологических заболеваний. Препятствием для принятия и масштабирования VR в клинической неврологии является болезнь, связанная с VR, возникающая в результате сенсорных несоответствий между зрительной и вестибулярной системами (т. Е. Проблема передвижения).
Платформа Cleveland Clinic Virtual Reality Shopping (CC-VRS) пытается решить проблему передвижения, соединяя всенаправленную беговую дорожку с vr-контентом высокого разрешения, позволяя пользователю физически перемещаться по виртуальному продуктовому магазину для имитации покупок. CC-VRS состоит из базового и сложного опыта покупок; оба требуют ходьбы 150 м и извлечения пяти предметов. Комплексный опыт имеет дополнительные сценарии, которые увеличивают когнитивные и двигательные требования задачи, чтобы лучше представить континуум действий, связанных с реальными покупками. Платформа CC-VRS обеспечивает объективные и количественные биомеханические и когнитивные результаты, связанные с производительностью IADL пользователя. Первоначальные данные показывают, что CC-VRS приводит к минимальной VR-болезни и является осуществимым и терпимым для пожилых людей и пациентов с болезнью Паркинсона (БП). Рассмотрены соображения, лежащие в основе разработки, проектирования и аппаратно-программных технологий, а также приведены исходные модели интеграции в первичную медико-санитарную помощь и неврологию.
Introduction
В 2008 году Национальная инженерная академия определила 14 грандиозных задач для инженерии в21-м веке1. Одним из них была интеграция виртуальной реальности (VR) в медицину. Был достигнут прогресс в использовании VR для обучения студентов-медиков 2,3, хирургического планирования3, снижения тревоги, связанной с медицинскими взаимодействиями4, оказания помощи в лечении остройболи 5 и боли, связанной с раком6, и увеличения двигательного восстановления после инсульта7. Несмотря на эти многообещающие приложения, полезность VR в медицине не была полностью реализована, особенно в области оценки и лечения неврологических заболеваний. В то время как достижения в технологии VR минимизировали такие барьеры, как стоимость, комфорт гарнитуры и интуитивно понятные функции юзабилити, болезнь VR продолжает препятствовать интеграции VR в медицину8.
Болезнь виртуальной реальности относится к чувствам, похожим на укачивание (например, тошнота, рвота, головокружение)9,10,11, которые возникают во время vr-переживаний. Хотя ни одна теория не согласована в объяснении болезни VR, теория сенсорного конфликта является ведущим объяснением12. Вкратце, теория сенсорного конфликта предполагает, что болезнь VR возникает из-за сенсорных различий; Информация о визуальном потоке указывает на движение тела вперед в пространстве, в то время как вестибулярная система указывает, что тело неподвижно13. Это несоответствие в сенсорной информации приводит к плохому балансу, пространственной дезориентации и неконтролируемым постуральным движениям, которые являются предшественниками болезни VR. В то время как точный механизм, лежащий в основе болезни VR, обсуждается, уменьшение несоответствия между источниками сенсорной информации, вероятно, уменьшит заболеваемость VR14 и облегчит принятие VR в медицинских условиях.
Локомоция в сочетании с VR уже давно предлагается как подход к уменьшению сенсорного несоответствия путем как физического, так и визуального погружения пользователя в виртуальную среду 15,16. Несколько исследований у пожилых людей с неврологическими заболеваниями и без них успешно сочетали иммерсивные и неиммерсивные системы VR с традиционными однонаправленными беговыми дорожками 17,18,19. Эти исследования показывают, что VR и однонаправленное вмешательство на беговой дорожке обычно хорошо переносится18, и вмешательство может снизить частоту падений 17,19. Эти результаты обеспечивают многообещающую основу для успешной интеграции локомоции и VR. Однако внешний двигательный темп однонаправленной беговой дорожки не позволяет пользователю изменять скорости или выполнять повороты для взаимодействия с более сложными реалистичными виртуальными средами.
За последние два десятилетия достижения в области аппаратного и программного обеспечения для отслеживания движения способствовали разработке более захватывающих и интерактивных виртуальных сред. Крупным достижением стала разработка всенаправленной беговой дорожки20. Короче говоря, всенаправленная беговая дорожка одновременно использует линейные и вращательные движения, чтобы позволить пользователю перемещаться в любом направлении в самостоятельно выбранном темпе. Обычно используемые в игровой индустрии, всенаправленные беговые дорожки расширяют возможности для использования сред VR в клинических условиях, как решая проблему болезни VR, так и способствуя созданию реалистичных сред, которые лучше бросают вызов физическим возможностям пользователя, таким как поворот или изменение направления. В частности, виртуальные репликации полномасштабных, повседневных сред могут облегчить оценку когнитивного и моторного функционирования во время выполнения инструментальных действий повседневной жизни (IADL).
Инструментальная деятельность повседневной жизни (IADL) - это функциональные задачи (например, покупки, прием лекарств, приготовление пищи), которые имеют решающее значение для поддержания независимой жизни21. Способность выполнять общие IADL была предложена в качестве продромального маркера неврологических заболеваний. Последние данные долгосрочных проспективных исследований показывают, что снижение IADL, вероятно, предшествует диагнозу болезни Паркинсона (БП) на 5-7 лет 22,23 и диагнозу болезни Альцгеймера 24,25. В отличие от основных видов деятельности повседневной жизни (БАДЛ)26, IADL обычно требуют одновременного выполнения двух требующих внимания задач (например, моторно-когнитивных, моторно-моторных или когнитивно-когнитивных)27. Подавляющее большинство повседневной бытовой и общинной деятельности выполняется в условиях двойной задачи28,29.
Хотя снижение двойной задачи явно влияет на производительность IADL, традиционные клинические моторные оценки 30,31,32 и нейропсихологические тесты 33,34 недостаточны для оценки IADL, поскольку эти оценки разделяют функцию на дискретные компоненты без учета их взаимозависимости. Нынешние методы прямой оценки МАДЛ опираются на склонные к предвзятости вопросники для самоотчетов35 или на длительные и обременительные оценки, основанные на результатах деятельности36. Ни один из подходов не дает объективного, количественного понимания уровня функции IADL человека в условиях сообщества.
Достижения в области технологий vr в сочетании с инженерными достижениями, лежащими в основе всенаправленных беговых дорожек, дают возможность создать интерактивную и захватывающую среду. Виртуальный продуктовый магазин и задача по покупкам были созданы для одновременной оценки двигательной, когнитивной, когнитивно-моторной и IADL-производительности. Платформа Cleveland Clinic Virtual Reality Shopping (CC-VRS) была совместно разработана командой биомедицинских инженеров, разработчиков программного обеспечения, физиотерапевтов, эрготерапевтов и неврологов.
Задача покупки продуктов была выбрана для количественной оценки производительности IADL на основе рекомендаций Американской ассоциации трудотерапии26. Виртуальная задача множественных поручений (VMET)37, временная инструментальная шкала ADL38 и опросник по ежедневной деятельности Пенна Паркинсона-15 (PDAQ-15)39 признают покупки важным показателем двигательных и немоторных показателей, связанных с неврологическими заболеваниями. Другие использовали иммерсивную гарнитуру VR для создания среды продуктового магазина в попытке оценить производительность IADL 37,40,41. Тем не менее, они не смогли оценить основной компонент продуктовых покупок: локомоцию. Как правило, текущие парадигмы продуктового магазина VR требуют, чтобы участник использовал портативный контроллер для телепортации или навигации по аватару по всему продуктовому магазину. Мы стремились интегрировать локомоцию в виртуальный опыт покупок пользователя. Процесс разработки CC-VRS начался с формального анализа задач типичного опыта продуктового магазина. Как показано на рисунке 1, девять основных компонентов задачи отражают сочетание элементов, которые можно охарактеризовать как двигательную, когнитивную или когнитивно-моторную деятельность, необходимую для успешного выполнения, как это характерно для всех IADL.
Рисунок 1: Анализ задач покупки продуктов. Был проведен анализ задач для определения последовательности действий и характера этих действий для успешной покупки продуктов в реальном мире. Девять основных последовательностей были идентифицированы и использовались для информирования о разработке основных и сложных задач покупок. Последовательности были классифицированы как моторные (синий), когнитивные (желтый) и когнитивно-моторные (зеленый); подробная информация о соответствующих результатах приводится в таблице 1. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Платформа CC-VRS воспроизводит реалистичный продуктовый магазин среднего размера с помощью иммерсивной гарнитуры VR. Во время ходьбы по всенаправленной беговой дорожке пользователь следует по непрерывному, обозначенному маршруту через магазин, находит товары в списке покупок и помещает их в виртуальную корзину покупок. Предоставление назначенного маршрута стандартизирует расстояние, пройденное через виртуальное хранилище, уменьшает количество навигационных ошибок и способствует большей точности в диссоциации потенциальных изменений производительности IADL от навигационных ошибок или неоптимальных стратегий поиска, используемых пользователем. Маршрут длиной 150 м требует нескольких поворотов, что увеличивает сложностьдвижения на 42,43 и вероятность возникновения замерзания походки в неврологических популяциях пациентов, так как заморозки чаще наблюдаются во время поворота, чем при ходьбе по прямойлинии 44,45. Как расстояние навигационного пути, так и количество элементов в списке покупок могут быть настроены врачом в соответствии со способностями пользователя или целями сеанса оценки.
Каждый пользователь выполняет один базовый и один комплексный сценарий покупок. Базовый сценарий просто требует следования маршруту и выбора товаров из списка покупок. В комплексном сценарии пользователю предоставляется список различных продуктовых товаров при прохождении идентичного маршрута через магазин, но вводятся дополнительные когнитивные и двигательные требования (отложенное вербальное воспоминание, сравнение цен и задачи по избеганию препятствий, описанные в разделе протокола ниже). Окружающий шум продуктового магазина как в базовом, так и в сложном сценариях дополняет захватывающий опыт. Сводные и подробные данные о производительности пользователя, включая правильные и неправильные собранные элементы, количество и частоту активаций списка покупок, продолжительность остановки и метрики походки, автоматически генерируются и доступны для просмотра врачом.
Целью CC-VRS является объективная количественная оценка эффективности IADL у пожилых людей и лиц, подверженных риску неврологических заболеваний или с диагнозом. CC-VRS обеспечивает захватывающий и реалистичный опыт для пользователя, и он дает точные, биомеханически основанные результаты когнитивной и двигательной функции, которые могут служить продромальными маркерами неврологического заболевания или объективными показателями прогрессирования заболевания. CC-VRS в настоящее время используется в трех связанных проектах, направленных на: (1) понимание влияния здорового старения и неврологических заболеваний на производительность IADL, (2) определение возможности клинической интеграции в первичную медико-санитарную помощь и клинику двигательных расстройств и (3) выявление нейронной сигнатуры, лежащей в основе замораживания походки у пациентов с прогрессирующей БП с системами глубокой стимуляции мозга (DBS). В совокупности эти проекты будут использовать платформу CC-VRS и связанные с ней результаты, чтобы лучше понять, как старение и неврологические заболевания влияют на аспекты производительности IADL. В этой рукописи подробно описывается разработка, дизайн, аппаратно-программная технология CC-VRS и ее новые результаты, которые могут облегчить интеграцию в здравоохранение.
Protocol
Изложенный протокол следует руководящим принципам комитета по этике исследований человека Кливлендской клиники. Все участники завершили процесс информированного согласия и предоставили письменное разрешение на публикацию фотографий, сделанных во время сбора данных.
1. Настройка и калибровка оборудования (5 мин)
- Vr система
- Убедитесь, что система включает в себя все компоненты, описанные в экспериментальной схеме установки, показанной на рисунке 2, включая гарнитуру VR, два ручных контроллера, один трекер талии VR, два трекера ног VR, базовые станции для мониторинга положения устройств VR и высококачественный игровой рабочий стол с графической картой 2080ti для запуска системы VR и программного обеспечения CC-VRS (см. Таблицу материалов).
- Запустите Steam VR на рабочем столе, чтобы координировать компоненты VR и отслеживать состояние каждого устройства VR во время сбора данных.
- Включите каждое устройство VR и найдите зеленый индикатор, чтобы проверить активное отслеживание Steam VR.
- Откалибруйте границы и ориентацию виртуального пространства, выбрав «Настройка комнаты » в меню Steam VR и следуя подсказкам на экране с помощью ручных контроллеров.
- Убедитесь, что система включает в себя все компоненты, описанные в экспериментальной схеме установки, показанной на рисунке 2, включая гарнитуру VR, два ручных контроллера, один трекер талии VR, два трекера ног VR, базовые станции для мониторинга положения устройств VR и высококачественный игровой рабочий стол с графической картой 2080ti для запуска системы VR и программного обеспечения CC-VRS (см. Таблицу материалов).
- ГАРНИТУРА ВИРТУАЛЬНОЙ РЕАЛЬНОСТИ
- Поместите гарнитуру в систему УФ-гигиенической очистки и запустите один цикл дезинфекции между пользователями.
- Всенаправленная беговая дорожка
- Включите всенаправленную беговую дорожку с помощью зеленой кнопки питания на прикрепленной ножной педали. Запустите соответствующее программное обеспечение на настольном компьютере.
- Для калибровки используйте функцию Select User Tracker в приложении и определите трекер талии как соответствующее устройство отслеживания. Затем центрируйте этот трекер на всенаправленной поверхности беговой дорожки и используйте функцию Set Center Point для калибровки середины платформы беговой дорожки. Установите трекер талии на кольцо и используйте функцию Set Ring Height для калибровки высоты поручней.
ПРИМЕЧАНИЕ: Беговая дорожка и соответствующее программное обеспечение полагаются на положение трекера талии VR относительно платформы, чтобы работать надлежащим образом в ответ на движения пользователя. Пользователь начинает неподвижно, располагаясь в центре беговой дорожки. Когда пользователь перемещается от центра, система реагирует на движения и скорость пользователя, генерируя соответствующее движение беговой дорожки, которое будет перенаправлять пользователя на платформу.
- Приложение CC-VRS
- Когда все устройства слежения VR и всенаправленная беговая дорожка будут откалиброваны и задействованы, запустите приложение CC-VRS с рабочего стола. Следуйте экранным меню, чтобы ввести идентификатор пользователя и инициировать соответствующий тип пробной версии.
Рисунок 2: Обзор платформы CC-VRS. Изображение всей платформы CC-VRS. Пользователь надевает гарнитуру VR и перемещается по виртуальному продуктовому магазину, идя по всенаправленной беговой дорожке. Тонкая зеленая линия предоставляется пользователю через гарнитуру VR в качестве навигационного средства. Пять предметов в списке покупок можно найти вдоль этого предусмотренного 150-метрового пути. Представление пользователя от первого лица предоставляется экспериментатору через контрольный компьютер и монитор. Время, необходимое для настройки системы CC-VRS, составляет примерно 5 минут. Сокращения: VR = виртуальная реальность; CC-VRS = Cleveland Clinic-Virtual Reality Shopping. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
2. Подготовка пользователя (15 мин)
- Обследование переносимости (базовый уровень)
- При сборе данных о болезни VR попросите пользователя заполнить опросник Simulator Sickness перед началом работы с CC-VRS.
- Упряжь
- Поместите пользователя в ремень безопасности всего тела, который крепится вокруг ног и груди. Закрепите жгут в потолочном кабеле над центром всенаправленной беговой дорожки, чтобы предотвратить падения и повысить уровень комфорта для пользователя, не препятствуя естественной походке.
- VR трекеры
- Прикрепите трекеры левой и правой ног к ногам пользователя с помощью застежек-молний вокруг шнурков. Прикрутите трекер талии к специально разработанному поясному поясу и отрегулируйте ремень до тех пор, пока трекер не сядет в середину поясничной области пользователя. Поместите левый и правый контроллеры в руки пользователя и затяните ремни до тех пор, пока они не будут надежными и удобными.
- Всенаправленное ознакомление с беговой дорожкой
- Прежде чем надеть гарнитуру, дайте пользователю время для ходьбы и включите всенаправленную беговую дорожку. Объясните важность положения трекера талии относительно центра платформы беговой дорожки и предложите пользователю комфортно ходить к внешним краям границы беговой дорожки, удерживая поручни для поддержки. Отключите беговую дорожку через приложение, чтобы продолжить подготовку пользователя.
- Наушники
- Когда пользователь стоит на неподвижной всенаправленной беговой дорожке, поместите гарнитуру на голову пользователя и помогите с регулировками (верхний ремень для подшипника, задняя ручка устойчивости и ползунок межзрачкового расстояния для четкости) до тех пор, пока посадка не станет удобной, а дисплей четким. Убедитесь, что динамики, установленные на гарнитуре, расположены над ушами и установлены на соответствующий уровень громкости.
- Попросите пользователя встать рядом с центром всенаправленной платформы беговой дорожки и нажать кнопку Пуск в приложении, чтобы снова включить беговую дорожку.
- Запустите приложение CC-VRS с рабочего стола, если оно не было запущено ранее.
3. Администрирование CC-VRS (30 мин)
- На протяжении всего опыта CC-VRS отслеживайте прогресс пользователя в магазине через настольный дисплей и будьте готовы остановить всенаправленную беговую дорожку, если пользователь испытывает какой-либо дискомфорт или нестабильность.
- Введите идентификатор пользователя.
- Выберите Комплексное учебное пособие , чтобы загрузить небольшую практическую среду, которая знакомит пользователя с общей целью оценки CC-VRS в дополнение к навигационному маршруту, списку покупок и дополнительным когнитивным требованиям комплексного сценария.
- Убедитесь, что пользователь чувствует себя комфортно со следующими функциями контроллера, прежде чем приступать к тестированию:
- Активируйте список покупок, подняв левую руку и удерживая кнопку A или B на геймпаде (рисунок 3A).
- Закройте список покупок, отпустив кнопку A или B .
- Выбирайте товары с полок с помощью триггеров контроллера (рисунок 3A).
- Поместите товары в продуктовую корзину с помощью триггеров контроллера.
- Убедитесь, что пользователь чувствует себя комфортно со следующими когнитивными и двигательными требованиями комплексного сценария:
- Выполните отложенное вербальное воспоминание пяти слов, представленных через слуховое объявление в начале Сценария, аналогично компоненту отложенного отзыва Монреальского теста когнитивной оценки (MoCA)46.
- Выполните задачу сравнения цен на продаваемые товары (например, выберите наиболее экономичный вариант между 8 унциями кетчупа за 1,00 доллара США против 16 унций за 1,50 доллара США) (Рисунок 3B).
- Избегайте препятствий в магазине, включая разливы на полу и суженные проходы, вызванные размещением других покупателей или тележек вдоль пути (рисунок 3C).
- При необходимости повторяйте урок (всего около 5 минут) до тех пор, пока пользователь не продемонстрирует владение вышеуказанными функциями и понимание задачи.
- Убедитесь, что пользователь чувствует себя комфортно со следующими функциями контроллера, прежде чем приступать к тестированию:
- Выберите Базовый сценарий. Выберите длину пути и количество элементов списка.
- Попросите пользователя начать ходить, как только магазин будет виден на дисплее гарнитуры. Поощряйте пользователя выполнять задачу максимально эффективно, быстро двигаясь при минимизации ошибок.
- Когда пользователь выполнит задачу, дойдя до кассы магазина, просмотрите сводные метрики, отображаемые на экране рабочего стола, и выйдите из виртуальной среды.
- Выберите Сложный сценарий. Выберите длину пути и количество элементов списка.
- Предоставьте пользователю инструкции, аналогичные инструкциям в базовом сценарии. Напомните пользователю о дополнительных когнитивных требованиях в сложном сценарии.
- Когда пользователь выполнит задачу, достигнув кассы магазина, просмотрите сводные метрики, отображаемые на экране рабочего стола (рисунок 3D), и выйдите из виртуальной среды.
- Обследование переносимости
- При сборе данных о болезни VR проинструктируйте пользователя заполнить опросник Simulator Sickness сразу после завершения опыта CC-VRS и снова до 30 минут спустя.
- Опрос юзабилити
- При сборе данных об удобстве использования платформы, попросите пользователя заполнить Шкалу юзабилити системы сразу после завершения CC-VRS.
Рисунок 3: Среда CC-VRS. (A) Вид от первого лица пользователя CC-VRS, активно просматривающего список покупок левой рукой и выбирающего соответствующий товар правой рукой. Пользователи могут интуитивно взаимодействовать с любым товаром в продуктовом магазине, используя ручные контроллеры VR. (B) Пример задачи сравнения цен продажи, с которой пользователь сталкивается в комплексном сценарии. Для товара в списке покупок, обозначенного как товар ПРОДАЖИ, пользователь должен сравнить цены за единицу двух товаров разного размера и выбрать вариант, который представляет лучшую сделку. (C) Вид от первого лица на суженный проход, найденный в комплексном сценарии. В дополнение к множественным поворотам по навигационному маршруту, узкие проходы добавляют сложность движения, что увеличивает вероятность запуска замораживания походки в неврологических популяциях. (D) Пример сводных результатов, отображаемых экспериментатору после завершения сложного сценария, включая правильные и неправильные элементы, общее время для завершения сценария и количество успешно отозванных слов. Конкретные метрики на этом дисплее настраиваются экспериментатором. Сокращения: VR = виртуальная реальность; CC-VRS = Cleveland Clinic-Virtual Reality Shopping. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
4. Файлы данных и результаты
- Просмотрите сводный файл (.csv), автоматически созданный для каждого испытания, который содержит настраиваемые метрики для характеристики общей производительности CC-VRS.
- Просмотрите подробный файл данных (.csv), содержащий положение и поворот трекеров, контроллеров и гарнитуры на протяжении всей задачи. Данные об активациях списка, взаимодействии с элементами и столкновениях препятствий также автоматически записываются и выводятся в этот файл.
Representative Results
В настоящее время осуществляется проект по установлению обоснованности CC-VRS в оценке когнитивных, моторных и IADL-функций у молодых людей, пожилых людей без неврологических заболеваний и лиц с БП. Каждый участник завершил обучение, базовый и сложный сценарии, используя один и тот же 150-метровый путь и списки из 5 элементов, чтобы можно было сравнивать производительность в разных группах. Подробные когнитивные и позиционные данные были использованы для установления информативных суммарных показателей, которые различают производительность CC-VRS между популяциями с известными различиями в когнитивных, моторных и IADL-функциях. Были рассчитаны дополнительные биомеханические и двухзадачные метрики для дальнейшей характеристики уровня функций в различных областях (таблица 1).
Результат CC-VRS | Домен |
Познавательный | |
Правильные и неправильные элементы | Исполнительная функция |
Список активаций (количество и продолжительность) | Рабочая память |
Отзыв товара продажи (номер правильный) | Декларативная память |
Сравнение цен продажи (успех и продолжительность) | Скорость обработки |
Когнитивно-моторный | |
Продолжительность пробной версии | Глобальная (IADL) функция |
Остановки (количество и продолжительность) | Помехи двойной задачи |
Скорость ходьбы в непосредственной близости от элементов списка | Помехи двойной задачи |
Столкновения с препятствиями уклонения | Ингибирование реакции |
Мотор | |
Скорость, длина шага, изменчивость походки | Скорость и качество походки |
Скорость хода, продолжительность поворота | Качество поворота |
Ширина шага, симметрия | Постуральная стабильность |
Число нулевых пересечений при ускорении | Плавность ходьбы |
Радиус действия и продолжительность транспортировки по выбранным позициям | Функция верхней конечности |
Таблица 1: Показатели результатов CC-VRS. Неполный список возможных метрик результатов платформы CC-VRS, обозначенных как преимущественно когнитивные, моторные или когнитивно-моторные по своей природе. Эти результаты были разработаны на основе анализа задач, использованного для проектирования CC-VRS как экологически обоснованной оценки функции IADL. Области, охваченные этими результатами, представляют собой спектр функций с одной и двумя задачами, необходимых для успешного завершения покупок продуктов питания и других IADL. В отличие от существующих нейропсихологических и двигательных оценок, CC-VRS оценивает эти области в условиях, которые более точно отражают сложные требования среды IADL в домашних и общественных условиях. Сокращения: CC-VRS = Cleveland Clinic-Virtual Reality Shopping; IADL = инструментальная деятельность повседневной жизни.
На рисунке 4 представлен обзор производительности базового сценария одного участника с PD. Пешеходная дорожка участника через магазин была сравнена с идеальной траекторией навигационного маршрута, отмечены места расположения правильных торговых позиций. Используя позиционные данные от VR-трекеров, мгновенная скорость участника через магазин была записана и нанесена на карту. Добавление контекста активации списка и выбора элементов дало представление о способности участника к выполнению двойных задач и общей способности эффективно выполнять задачу IADL.
Основываясь на результатах предварительного анализа, общая производительность CC-VRS различалась между здоровыми молодыми людьми и лицами с БП (рисунок 5). Результаты общей продолжительности испытания, количества и продолжительности остановок, а также количества и продолжительности просмотров списка во время выполнения задачи являются многообещающими метриками для дифференциации между группами. Пожилым людям и людям с БП требовалось больше времени для завершения каждого сценария и тратилось больше времени на остановку и активацию списка покупок по сравнению со здоровыми молодыми людьми. Молодые люди демонстрировали повышенную способность к двойной задаче, одновременно ходя и активируя список, в то время как люди с PD чаще активируют список покупок во время остановки. Дополнительные результаты, включая время, затраченное на поиск предметов, метрики походки и результаты когнитивных требований в сложном сценарии, доступны для анализа.
В отдельном исследовании юзабилити CC-VRS для лиц с БП 10 участников заполнили опросник Simulator Sickness Questionnaire (SSQ)47,48 для оценки симптомов болезни VR на исходном уровне, сразу после завершения опыта CC-VRS и через 30 минут после выполнения задачи. Разработанный в контексте моделирования полета, SSQ фиксирует 16 общих симптомов по 4-балльной шкале и был принят для использования в приложениях VR. Индивидуальные оценки симптомов объединяются и взвешиваются для формирования подоценок в областях кластеров симптомов тошноты, глазодвигателя и дезориентации, в дополнение к общему баллу. Общие баллы SSQ варьируются от 0 до 235,6.
На рисунке 6 показаны результаты SSQ, выполненные на исходном уровне (средний общий балл 13,1 ± 16,7), сразу после CC-VRS (29,5 ± 27,9) и через 30 минут после CC-VRS (14,2 ± 15,6) для участников с PD (N = 10). В целом, общие баллы SSQ для участников с БП были мягкими после CC-VRS, и наиболее часто одобряемыми симптомами были общий дискомфорт, усталость, напряжение глаз, трудности с фокусировкой и потоотделение. Примечательно, что многие из участников сообщили о легких симптомах на исходном уровне. Тем не менее, 9/10 участников завершили полную оценку, включая учебные, базовые и сложные сценарии, в среднем за 29,0 ± 5,9 мин. Один из них не мог переносить CC-VRS из-за болезни. Эти данные предоставляют убедительные доказательства того, что платформа CC-VRS хорошо переносится большинством людей с неврологическими заболеваниями. В совокупности общее отсутствие значительных симптомов болезни VR, о которых сообщалось, предполагает, что соединение контента VR со всенаправленной беговой дорожкой возможно и может решить проблему передвижения VR для большинства людей.
10 участников, завершивших исследование юзабилити, приняли участие в полуструктурированном интервью после использования CC-VRS. Все участники подтвердили, что исследование было их первым использованием VR и / или всенаправленной беговой дорожки. Краткие замечания о беговой дорожке включали следующее:
Легкость адаптации беговой дорожки: участники чувствовали себя комфортно на беговой дорожке, как правило, в течение нескольких минут, так как ходьба имитировала наземный шаг. Участники указали на два аспекта походки, которые требовали адаптации: (1) тяга трекера талии обратно к центру беговой дорожки во время остановки и (2) выполнение немного более коротких шагов из-за размера платформы беговой дорожки.
Поддержка верхних конечностей стабилизировалась: использование круглых поручней, охватывающих беговую дорожку, обеспечило соответствующий уровень поддержки верхних конечностей, что помогло в выполнении задачи.
Сложная физическая и когнитивная среда: Участники сообщили, что их постуральный контроль был затруднен при выполнении задач по покупкам. Было ощущение комфорта в том, чтобы быть запряженным, но жгут не ограничивал движение ни в одной плоскости.
Реалистичная среда: визуальные и слуховые дисплеи очень напоминали настоящий продуктовый магазин и были впечатляющими для VR-наивных пользователей. Участники сообщили, что реализм других покупателей и препятствия на проходах побудили их избегать столкновений и что навигационный маршрут прост в использовании.
Дезориентация: жалобы на дезориентацию и болезнь, соответствующие индивидуальным баллам SSQ. Некоторые участники демонстрировали первоначальные визуально-пространственные проблемы в течение первых нескольких минут CC-VRS, которые привели к тому, что человек приблизился к продуктовым полкам, что, по их мнению, создало чувство дезориентации.
Участники с БП из обоих вышеупомянутых исследований (N = 24) завершили шкалу юзабилити системы (SUS) после завершения CC-VRS. SUS представляет собой вопросник из 10 пунктов, который измеряет простоту использования, глобальную удовлетворенность и обучаемость системы49,50. Оценки варьируются от 0 до 100, где 68 указывает на среднее удобство использования. Общие баллы SUS от 72,6 до 78,8 соответствуют оценке «B», а баллы выше 78,8 получают «A» 51. Среди 24 участников с PD, которые завершили платформу CC-VRS (Tutorial, Basic и Complex Sessions), CC-VRS получил средний балл 75,7 ± 18,9.
Рисунок 4: Сводка производительности CC-VRS. (A) Человек с болезнью Паркинсона, завершающий Базовый сценарий платформы CC-VRS. (B) Навигационный путь и скорость ходьбы участника по мере выполнения задания. Синие квадраты представляют элемент, который был в списке покупок и успешно извлечен. В навигационную направляющую встроена линия тепловой карты, представляющая мгновенную скорость ходьбы участника; Базовая скорость ходьбы рассчитывается на протяжении первых 20 м прямолинейной ходьбы. Любая мгновенная скорость менее 0,5x базовой скорости ходьбы красная; мгновенная скорость выше 1,5x выше вышеупомянутой средней скорости зеленая. Существует линейный переход от красного к желтому к зеленому между 0,5x и 1,5x средней скорости ходьбы по прямой. Скорость ходьбы в ходе испытания (C) и количество активаций списка (D) представлены. Примечательно, что у этого участника было 15 просмотров списка в ходе испытания, несмотря на то, что в списке покупок было всего пять пунктов. Аббревиатура: CC-VRS = Cleveland Clinic-Virtual Reality Shopping. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 5: CC-VRS здорового молодого человека против болезни Паркинсона. Кумулятивное расстояние, пройденное здоровым молодым взрослым (А) и участником с БП (Б) во время выполнения Базового сценария. В целом, оба участника прошли примерно одинаковое расстояние, что и по навигационной линии. Тем не менее, участнику с БП потребовалось значительно больше времени (410 с), чем молодому взрослому (350 с), чтобы завершить сценарий. Зеленые полосы обозначают количество и продолжительность активации списка во время выполнения задачи. Молодой взрослый просматривал список семь раз в общей сложности 73,1 с, в то время как участник с ПД просматривал список 16 раз, в общей сложности 94,3 с. Синие точки отражают физическую остановку участника. Проверка производительности молодых людей показывает, что у них было меньше общих остановок и они могли одновременно ходить и просматривать список. И наоборот, у участника с PD было 17 остановок, каждая из которых соответствовала представлению списка, предполагая, что они не могли эффективно выполнять двойную задачу (например, ходить и просматривать список одновременно). Сокращения: CC-VRS = Cleveland Clinic-Virtual Reality Shopping; БП = болезнь Паркинсона. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 6: Симптомы после CC-VRS. В общей сложности 10 участников с БП выполнили CC-VRS в рамках исследования юзабилити. Каждый участник заполнил анкету Simulator Sickness до, сразу после и через 30 минут после окончания опыта CC-VRS. SSQ фиксирует 16 симптомов болезни VR с максимальным баллом 235,6. Большинство участников с БП одобрили легкие симптомы на исходном уровне, с симптомами, несколько повышенными сразу после CC-VRS и возвращающимися к исходным уровням в течение 30 минут после завершения платформы. Весь CC-VRS (Tutorial, Basic и Complex Scenarios) занял в среднем 29 минут, а средний балл SSQ после завершения CC-VRS составил 29,5 (красным цветом). Сокращения: CC-VRS = Cleveland Clinic-Virtual Reality Shopping; БП = болезнь Паркинсона; SSQ = Опросник болезни симулятора. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Discussion
Платформа CC-VRS, на сегодняшний день, по-видимому, наиболее эффективно решает проблему локомоции в VR, комбинируя современный контент VR со всенаправленной беговой дорожкой. Критическим аспектом бесшовной иммерсивной среды CC-VRS является обеспечение надлежащей связи между беговой дорожкой и программным обеспечением VR. Правильная настройка всех аспектов системы виртуальной реальности, включая базовые станции, трекеры для ног и талии, а также ручные контроллеры, является обязательным условием. Если слежение является непоследовательным или ненадежным, требуется корректировка ориентации и размещения базовых станций или добавление другого блока базовой станции. Правильное покрытие физического пространства обеспечивает стабильную синхронизацию между аппаратным обеспечением VR и всенаправленной беговой дорожкой и гарантирует, что данные о положении и ориентации от устройств VR являются полными, точными и точными52. Калибровка всенаправленной беговой дорожки рекомендуется в начале каждого сеанса сбора данных для обеспечения оптимальной ответственности при навигации по виртуальной среде.
Ознакомление пациента с беговой дорожкой имеет решающее значение перед введением CC-VRS. Несмотря на то, что всенаправленная беговая дорожка интуитивно понятна и проста в эксплуатации, она требует ознакомления с пользователем, которое лучше всего сделать до введения гарнитуры VR и связанных с этим проблем с пространственной ориентацией. Для удовлетворения потребностей отдельного пользователя и целей настоящей оценки для каждого сценария CC-VRS можно настроить следующие функции: 1) беговая дорожка с низкой или высокой максимальной скоростью, 2) повторение учебного модуля, 3) длина маршрута по магазину и 4) количество предметов в списке покупок. Эти модификации оптимизируют оценку когнитивных, двигательных и двухзадачных возможностей широкого функционального круга пациентов.
Отсутствие одноплатформенной технологии, способной стандартизировать производительность IADL с использованием объективных и количественных результатов, характеризующих когнитивное и моторное функционирование, представляет собой критический барьер в раннем выявлении и эффективном лечении возрастных неврологических заболеваний, таких как БП или болезнь Альцгеймера. Современные методы оценки функции IADL с использованием вопросников самоотчетов, хотя и просты в применении, подвержены предвзятости. Во время самоотчета пожилые люди, как правило, переоценивают или недооценивают возможности IADL53. Аналогичным образом, информаторы, заполняющие запросы IADL, часто неправильно оценивают возможности из-за неправильного восприятия наблюдателей или пробелов в знаниях35.
Альтернативой самоотчетам и анкетам с рейтингом информаторов является оценка IADL на основе результатов деятельности. Оценки, основанные на производительности, обычно завершаются обученным профессиональным или физиотерапевтом. Хотя имеется ряд тестов и руководств по производительности, они не способствуют интеграции в клиническую помощь, часто требуя достаточного времени и специализированного пространства и оборудования, которые обычно не встречаются в офисе поставщика первичной медико-санитарной помощи или неврологии. Одна из наиболее широко используемых оценок, основанных на производительности, Прямая оценка функционального состояния (DAFS), требует около 40 минут для администрирования, и ее оценка в значительной степени основана на экспертном мнении администратора теста. Хотя DAFS полезен при постановке болезни Альцгеймера, ему не хватает чувствительности и он не обнаруживает снижения IADL на стадии легкого когнитивного нарушения24. Слияние виртуального и реального миров путем объединения VR со всенаправленной беговой дорожкой дает возможность захватывать производительность IADL в сложных когнитивных условиях, которые лучше воспроизводят реальные среды, что потенциально приводит к более ранним диагнозам неврологического заболевания54.
Платформа CC-VRS устраняет клинический пробел, предоставляя стандартизированный, систематический, объективный и количественный подход к характеристике возможностей IADL у пожилых людей и людей с неврологическими заболеваниями. Основываясь на предварительном тестировании юзабилити и данных, базовые и сложные сценарии CC-VRS могут быть завершены менее чем за 30 минут. Подобно другим иммерсивным исследованиям VR с PD18, большинство людей с PD испытывают легкие симптомы укачивания. С точки зрения удобства использования, CC-VRS получил общий рейтинг SUS 75,7, что соответствует буквенной оценке «B» и попадает между категориями дескрипторов «хорошо» и «отлично»55. Для сравнения, недавняя оценка популярных приложений для телефонов и планшетов сообщает о среднем балле SUS 77,7 для 10 лучших приложений на всех платформах56, включая мобильные приложения, такие как The Weather Channel и YouTube. Комментарии участников показали, что большинству пользователей понравился реализм и возможность взаимодействия с платформой CC-VRS. Важно отметить, что участники чувствовали себя брошенными вызовом с физической и когнитивной точек зрения, указывая на то, что дизайн достиг своей цели по созданию динамической платформы, которая воссоздала сложный опыт IADL.
Ранее мы продемонстрировали, что технология может быть успешно интегрирована в клинические рабочие процессы при оценке пациентов с сотрясением мозга57 и в загруженную неврологическую службу для пациентов с рассеянным склерозом (РС)58. Кроме того, использование технологии в лечении сотрясения мозга улучшило результаты и снизило затраты59, в то время как ее использование в лечении РС привело к 27% экономии времени, затрачиваемого на документирование в электронной медицинской карте для каждого пациента60. Учитывая постоянную цель снижения стоимости оказания помощи61 и то, что время, затрачиваемое на документирование в электронной медицинской карте, часто упоминается для выгорания врача62, интеграция платформы CC-VRS в клиническую помощь, вероятно, обеспечит существенную добавленную стоимость для больничных систем. В настоящее время реализуются два проекта, в рамках которых платформа CC-VRS интегрирована в 1) региональный центр первичной медико-санитарной помощи, который в первую очередь лечит здоровых пожилых людей, и 2) специализированную клинику двигательных расстройств в клинике Кливленда.
Отсутствие точного и надежного физиологического или цифрового биомаркера для БП и болезни Альцгеймера вызывает большие трудности в ранней диагностике и в измерении прогрессирования заболевания63,64. Платформа CC-VRS имеет потенциал для предоставления цифрового биомаркера в рамках единой технологической платформы, которая улучшит клиническую помощь и может привести к более коротким и эффективным клиническим испытаниям за счет снижения зависимости от субъективных и сильно изменчивых клинических исходов (например, Общество двигательных расстройств - моторная часть Единой шкалы оценки болезни Паркинсона (MDS-UPDRS III)). Оценка двигательной и когнитивной функции в области клинической неврологии не продвинулась резко за последние три десятилетия с точки зрения оценки лиц с БП и связанными с ней кардинальными двигательными симптомами, не говоря уже о когнитивных или двухзадачных проблемах. Наиболее заметным достижением в оценке лиц с БП является пересмотр субъективной клинической рейтинговой шкалы (MDS-UPDRS III). Важно отметить, что мы не считаем, что CC-VRS вытеснит MDS-UPDRS III. Скорее, мы считаем, что его наибольшая ценность может быть реализована в практике первичной медико-санитарной помощи путем предоставления стандартизированного и объективного подхода к количественной оценке IADL. Хотя преждевременно полагать, что CC-VRS в его нынешнем виде является продромальным маркером неврологических заболеваний, результаты могут быть использованы для поднятия «красного» или «желтого» флага с точки зрения неврологического функционирования, которое может вызвать консультацию у специалиста по двигательным расстройствам, нейропсихологии или гериатрическим специалистам. С точки зрения его использования в клинической помощи БП, ожидается, что CC-VRS может быть использован в титровании лекарств или в возможном программировании устройств глубокой стимуляции мозга. Как первичная медико-санитарная помощь, так и случаи использования, специфичные для БП, в настоящее время находятся на экспериментальной стадии. По-настоящему погружая пользователя в реалистичную среду и измеряя значимые и важные аспекты когнитивной и двигательной функции, CC-VRS представляет собой начальный шаг в создании потенциально эффективного и масштабируемого цифрового биомаркера неврологических заболеваний.
Область клинической неврологии, в частности двигательных расстройств, заполнена примерами технологий, разработанных для количественной оценки одного, изолированного симптома БП с помощью акселерометра или других сенсорных технологий 65,66,67,68,69. Насколько нам известно, ни один из этих подходов, за исключением нашего баланса 70,71,72,73 и приложений с тремором 74, не был интегрирован в рутинную клиническую помощь БП. Предыдущая технология часто является действительной и надежной; однако основное внимание уделялось разработке технологий с небольшим учетом возможности клинической интеграции75,76. Пациенты, поставщики, больницы и регулирующие органы все больше интересуются показателями результатов, которые количественно оценивают изменения в значимых ежедневных действиях 77,78,79,80. Клиническая интеграция точных и значимых показателей неврологических симптомов и эффективности IADL необходима для систематической оценки общей эффективности вмешательства или определения потенциала вмешательства для замедления прогрессирования заболевания. Разработка стандартизированного подхода к оценке IADL, подходящего для рутинного клинического использования, привлекательна для содействия всестороннему пониманию и лечению неврологических заболеваний на значимых мероприятиях.
Подход CC-VRS к оценке эффективности IADL для помощи в диагностике и лечении неврологических заболеваний может трансформировать здравоохранение путем ранней диагностики и более точного отслеживания прогрессирования заболевания. Однако полностью признается, что система не лишена ограничений. Стоимость всенаправленной беговой дорожки является существенной и может служить барьером для широкого внедрения без систематических исследований экономики здравоохранения для выявления потенциальной точки «безубыточности» между стоимостью оценки по отношению к ценности ранней диагностики или более точного отслеживания прогрессирования заболевания. Примечательно, что пробелы в получении результатов, ориентированных на пациента с помощью технологий, были выявлены Национальным институтом неврологических расстройств и инсульта PD Conference78, MDS Task Force on Technology77 и FDA. Они призвали к технологии, которая измеряет значимые действия БП и интеграцию этих результатов в клиническую помощь. В настоящее время мы оцениваем интеграцию CC-VRS в учреждения первичной медико-санитарной помощи и центр двигательных расстройств в клинике Кливленда; в этих развертываниях будут использоваться более доступные всенаправленные беговые дорожки. Успешный сбор данных требует первоначальных затрат времени со стороны клинициста, чтобы узнать, как настроить и эксплуатировать систему. Текущие клинические пилоты будут лучше информировать об объеме обучения, необходимом для того, чтобы стать опытным пользователем. Можно представить себе модель, в которой для управления системой нанимается техник, а пациенты выполняют задачи по покупкам, а не сидят в зале ожидания перед встречей. Затем эти данные могут быть мгновенно интегрированы в электронную медицинскую карту до того, как они появятся у своего поставщика. Эти типы приложений могут стать залом ожидания будущего для пациентов.
Disclosures
JLA, MMK и ABR представили в Cleveland Clinic Innovations форму раскрытия изобретения, связанную с платформой CC-VRS.
Acknowledgments
Это исследование было спонсировано Фондом Майкла Джей Фокса по исследованию болезни Паркинсона (MJFF-020020) и председателем семьи Эдварда и Барбары Белл. Мы благодарим Elm Park Labs (Детройт, Мичиган) за помощь в создании среды VR и связи со всенаправленной беговой дорожкой. Мы также благодарим Эвелин Томан и Бриттни Мозер за помощь в разработке и реализации проекта.
Materials
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Cleanbox | Cleanbox | UV hygienic cleaning system used for disenfecting the VR headset | |
Desktop PC | Dell | High-end gaming desktop | |
Infinadeck Omnidirectional Treadmill | Infinadeck | Omnidirectional treadmill allows you walk in any direction | |
Safety Harness | Ymachray | Standard saftey harness to prevent the patient from falling | |
Valve Index Base Stations x3 | Valve | Tracking of the headset/controllers and trackers | |
Valve Index Controllers (one set of 2) | Valve | Hand controllers to interact with the digital content | |
Valve Index VR headset | Valve | VR headset | |
Vive tracker 3.0 x3 | HTC | Placed on feet and waist to track position and control movement of treadmill | |
Vive tracker straps | Skywin VR | Secures the Vive tracker around the waist | |
Zip ties | Used to affix Vive trackers to shoelaces |
References
- National Accademy of Engineering. Grand Challenges for Engineering. National Academy of Sciences. , The National Academies Press. Washington, D.C. Available from: https://16mhpx3atvadrnpip2kwi9or-wpengine.netdna-ssl.com/wp-content/uploads/2016/12/GrandChallenges.pdf (2008).
- Turso-Finnich, T., Jensen, R. O., Jensen, L. X., Konge, L., Thinggaard, E. Virtual reality head-mounted displays in medical education-a systematic review. Simulation in Healthcare. , (2022).
- Chen, T., et al. Virtual reality as a learning tool in spinal anatomy and surgical techniques. North American Spine Society Journal. 6, 100063 (2021).
- Gold, J. I., SooHoo, M., Laikin, A. M., Lane, A. S., Klein, M. J. Effect of an immersive virtual reality intervention on pain and anxiety associated with peripheral intravenous catheter placement in the pediatric setting: a randomized clinical trial. JAMA Network Open. 4 (8), 2122569 (2021).
- Huang, Q., Lin, J., Han, R., Peng, C., Huang, A. Using virtual reality exposure therapy in pain management: a systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials. Value Health. 25 (2), 288-301 (2022).
- Groninger, H., Stewart, D., Wesley, D., Cowgill, J., Mete, M. Virtual reality for management of cancer pain: Study rationale and design. Contemporary Clinical Trials Communications. 26, 100895 (2022).
- Zhang, B., Li, D., Liu, Y., Wang, J., Xiao, Q. Virtual reality for limb motor function, balance, gait, cognition and daily function of stroke patients: A systematic review and meta-analysis. Journal of Advanced Nursing. 77 (8), 3255-3273 (2021).
- Saredakis, D., et al. Factors Associated with virtual reality sickness in head-mounted displays: a systematic review and meta-analysis. Frontiers in Human Neuroscience. 14, 96 (2020).
- Kim, H. K., Park, J., Choi, Y., Choe, M. Virtual reality sickness questionnaire (VRSQ): Motion sickness measurement index in a virtual reality environment. Applied Ergonomics. 69, 66-73 (2018).
- Cobb, S. V. G., Nichols, S., Ramsey, A., Wilson, J. R. Virtual reality-induced symptoms and effects (VRISE). Presence-Teleoperators and Virtual Environments. 8, 169-186 (1999).
- Kennedy, R., Lane, N., Lilienthal, M., Berbaum, K., Hettinger, L. Profile analysis of simulator sickness symptoms: application to virtual environment systems. Presence-Teleoperators and Virtual Environments. 1 (3), 295-301 (1992).
- Duzmanska, N., Strojny, P., Strojny, A. Can simulator sickness be avoided? a review on temporal aspects of simulator sickness. Frontiers in Psychology. 9, 2132 (2018).
- Reason, J. T. Motion sickness adaptation: a neural mismatch model. Journal of the Royal Society of Medicine. 71 (11), 819-829 (1978).
- Chance, S. S., Gaunet, F., Beall, A. C., Loomis, J. M. Locomotion mode affects the updating of objects encountered during travel: the contribution of vestibular and proprioceptive inputs to path integration. Presence Teleoperators & Virtual Environments. 7 (2), 168-178 (1998).
- Waller, D., Bachmann, E., Hodgson, E., Beall, A. C. The HIVE: a huge immersive virtual environment for research in spatial cognition. Behavior Research Methods. 39 (4), 835-843 (2007).
- Loomis, J. M., Blascovich, J. J., Beall, A. C. Immersive virtual environment technology as a basic research tool in psychology. Behavior Research Methods, Instruments, & Computers. 31 (4), 557-564 (1999).
- Mirelman, A., et al. Addition of a non-immersive virtual reality component to treadmill training to reduce fall risk in older adults (V-TIME): a randomised controlled trial. Lancet. 388 (10050), 1170-1182 (2016).
- Kim, A., Darakjian, N., Finley, J. M. Walking in fully immersive virtual environments: an evaluation of potential adverse effects in older adults and individuals with Parkinson's disease. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. 14 (1), 16 (2017).
- Pelosin, E., et al. Motor-cognitive treadmill training with virtual reality in Parkinson's disease: the effect of training duration. Frontiers in Aging Neuroscience. 13, 753381 (2021).
- Darken, R. P., Cockayne, W. R., Carmein, D. The omni-directional treadmill: A locomotion device for virtual worlds. Proceedings of the 10th Annual ACM Symposium on User Interface Software and Technology. , 213-221 (1997).
- Guo, H. J., Sapra, A. Instrumental Activity of Daily Living. , (2021).
- Darweesh, S. K., et al. Trajectories of prediagnostic functioning in Parkinson's disease. Brain. 140 (2), 429-441 (2017).
- Foubert-Samier, A., et al. Cognitive and functional changes in prediagnostic phase of Parkinson disease: A population-based study. Parkinsonism & Related Disorders. 79, 40-46 (2020).
- Marshall, G. A., Amariglio, R. E., Sperling, R. A., Rentz, D. M. Activities of daily living: where do they fit in the diagnosis of Alzheimer's disease. Neurodegenerative Disease Management. 2 (5), 483-491 (2012).
- Sikkes, S. A., et al. Assessment of instrumental activities of daily living in dementia: diagnostic value of the Amsterdam Instrumental Activities of Daily Living Questionnaire. Journal of Geriatric Psychiatry and Neurology. 26 (4), 244-250 (2013).
- American Occupational Therapy Association. Occupational therapy practice framework: domain and process. American Journal of Occupational Therapy. 56 (6), 609-639 (2002).
- MacPherson, S. E.
Definition: Dual-tasking and multitasking. Cortex. 106, 313-314 (2018). - O'Shea, S., Morris, M. E., Iansek, R. Dual task interference during gait in people with Parkinson disease: effects of motor versus cognitive secondary tasks. Physical Therapy. 82 (9), 888-897 (2002).
- Romero-Ayuso, D., et al. Assessment of cognitive instrumental activities of daily living: a systematic review. Disability and Rehabilitation. 43 (10), 1342-1358 (2019).
- Goetz, C. G., et al. Movement Disorder Society-sponsored revision of the Unified Parkinson's Disease Rating Scale (MDS-UPDRS): scale presentation and clinimetric testing results. Movement Disorders. 23 (15), 2129-2170 (2008).
- Perlmutter, J. S.
Assessment of Parkinson disease manifestations. Current Protocols in Neuroscience. , Chapter 10 (Unit10.1) 1382-1387 (2009). - Palmer, J. L., et al. Unified Parkinson's Disease Rating Scale-Motor Exam: inter-rater reliability of advanced practice nurse and neurologist assessments). Journal of Advanced Nursing. 66 (6), 1382-1387 (2010).
- Neisser, U.
On "Social Knowing". Personality and Social Psychology Bulletin. 6 (4), 601-604 (1980). - Neisser, U. Memory Observed: Remembering in Natural Contexts. , W.H. Freeman. San Francisco. (1982).
- Jekel, K., et al. Mild cognitive impairment and deficits in instrumental activities of daily living: a systematic review. Alzheimer's Research & Therapy. 7 (1), 17 (2015).
- Chisholm, D., Toto, P., Raina, K., Holm, M., Rogers, J. Evaluating capacity to live independently and safely in the community: Performance assessment of self-care skills. British Journal of Occupational Therapy. 77 (2), 59-63 (2014).
- Cipresso, P., et al. Virtual multiple errands test (VMET): a virtual reality-based tool to detect early executive functions deficit in Parkinson's disease. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 8, 405 (2014).
- Owsley, C., Sloane, M., McGwin, G., Ball, K. Timed instrumental activities of daily living tasks: relationship to cognitive function and everyday performance assessments in older adults. Gerontology. 48 (4), 254-265 (2002).
- Brennan, L., et al. The Penn Parkinson's Daily Activities Questionnaire-15: Psychometric properties of a brief assessment of cognitive instrumental activities of daily living in Parkinson's disease. Parkinsonism & Related Disorders. 25, 21-26 (2016).
- Arlati, S., et al. Acceptance and usability of immersive virtual reality in older adults with objective and subjective cognitive decline. Journal of Alzheimer's Disease. 80 (3), 1025-1038 (2021).
- Porffy, L. A., et al. A novel virtual reality assessment of functional cognition: validation study. Journal of Medical Internet Research. 24 (1), 27641 (2022).
- Swanson, C. W., Fling, B. W. Discriminative mobility characteristics between neurotypical young, middle-aged, and older adults using wireless inertial sensors. Sensors. 21 (19), 6644 (2021).
- Yeh, T. T., Liang, P. J., Lee, S. C. Differences in walking-to-turning characteristics between older adult fallers and nonfallers: a prospective and observational study using wearable inertial sensors. International Journal of Rehabilitation Research. 45 (1), 53-57 (2022).
- Zach, H., et al. Identifying freezing of gait in Parkinson's disease during freezing provoking tasks using waist-mounted accelerometry. Parkinsonism & Related Disorders. 21 (11), 1362-1366 (2015).
- Bhatt, H., Pieruccini-Faria, F., Almeida, Q. J. Dynamics of turning sharpness influences freezing of gait in Parkinson's disease. Parkinsonism & Related Disorders. 19 (2), 181-185 (2013).
- Hoops, S., et al. Validity of the MoCA and MMSE in the detection of MCI and dementia in Parkinson disease. Neurology. 73 (21), 1738-1745 (2009).
- Bruck, S., Watters, P. A. Estimating cybersickness of simulated motion using the simulator sickness questionnaire (SSQ): A controlled study. Proceedings of the 2009 Sixth International Conference on Computer Graphics, Imaging and Visualization; Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). , 486-488 (2009).
- Kennedy, R. S., Lane, N. E., Berbaum, K. S., Lilienthal, M. G. Simulator sickness questionnaire: An enhanced method for quantifying simulator sickness. The International Journal of Aviation Psychology. 3 (3), 203-220 (1993).
- Brooke, S. Usability Evaluation in Industry. , Taylor & Francis. 189-194 (1996).
- Lewis, J. R., Sauro, J. The factor structure of the system usability scale. Human Centered Design. , 94-103 (2009).
- Sauro, J., Lewis, J. R. Quantifying the User Experience: Practical Statistics for User Research. 2nd ed. , Elsevier Inc. (2016).
- Niehorster, D. C., Li, L., Lappe, M. The accuracy and precision of position and orientation tracking in the HTC Vive virtual reality system for scientific research. i-Perception. 8 (3), 2041669517708205 (2017).
- Suchy, Y., Kraybill, M. L., Franchow, E. Instrumental activities of daily living among community-dwelling older adults: discrepancies between self-report and performance are mediated by cognitive reserve. Journal of Clinical and Experimental Neuropsychology. 33 (1), 92-100 (2011).
- Reppermund, S., et al. Impairment in instrumental activities of daily living with high cognitive demand is an early marker of mild cognitive impairment: the Sydney memory and ageing study. Psychological Medicine. 43 (11), 2437-2445 (2013).
- Bangor, A., Kortum, P. T., Miller, J. T. An empirical evaluation of the system usability scale. International Journal of Human-Computer Interaction. 24 (6), 574-594 (2008).
- Kortum, P., Sorber, M. Measuring the usability of mobile applications for phones and tablets. International Journal of Human-Computer Interaction. 31 (8), 518-529 (2015).
- Alberts, J. L., et al. Development and implementation of a multi-disciplinary technology enhanced care pathway for youth and adults with concussion. Journal of Visualized Experiments. (143), e58962 (2019).
- Rhodes, J. K., et al. Multiple Sclerosis performance test: technical development and usability. Advances in Therapy. 36 (7), 1741-1755 (2019).
- Alberts, J. L., et al. A technology-enabled concussion care pathway reduces costs and enhances care. Physical Therapy. 100 (1), 136-148 (2020).
- Macaron, G., et al. Technology-enabled assessments to enhance multiple sclerosis clinical care and research. Neurology Clinical Practice. 10 (3), 222-231 (2020).
- Porter, M. E. What is value in health care. The New England Journal of Medicine. 363 (26), 2477-2481 (2010).
- Sutton, J. M., Ash, S. R., Al Makki, A., Kalakeche, R. A. A daily hospital progress note that increases physician usability of the electronic health record by facilitating a problem-oriented approach to the patient and reducing physician clerical burden. The Permanente Journal. 23, (2019).
- Maetzler, W., et al. Modernizing daily function assessment in Parkinson's disease using capacity, perception, and performance measures. Movement Disorders. 36 (1), 76-82 (2021).
- Stephenson, D., Badawy, R., Mathur, S., Tome, M., Rochester, L. Digital progression biomarkers as novel endpoints in clinical trials: a multistakeholder perspective. Journal of Parkinson's Disease. 11, 103-109 (2021).
- Lu, M., et al. Vision-based estimation of MDS-UPDRS Gait scores for assessing Parkinson's Disease motor severity. Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention. 12263, 637-647 (2020).
- Hobert, M. A., et al. Progressive gait deficits in Parkinson's disease: a wearable-based biannual 5-year prospective study. Frontiers in Aging Neuroscience. 11, 22 (2019).
- Thorp, J. E., Adamczyk, P. G., Ploeg, H. L., Pickett, K. A. Monitoring motor symptoms during activities of daily living in individuals with Parkinson's disease. Frontiers in Neurology. 9, 1036 (2018).
- Shawen, N., et al. Role of data measurement characteristics in the accurate detection of Parkinson's disease symptoms using wearable sensors. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. 17 (1), 52 (2020).
- Lu, R., et al. Evaluation of wearable sensor devices in Parkinson's disease: a review of current status and future prospects. Parkinsons Disease. 2020, 4693019 (2020).
- Ozinga, S. J., Alberts, J. L. Quantification of postural stability in older adults using mobile technology. Experimental Brain Research. 232 (12), 3861-3872 (2014).
- Ozinga, S. J., et al. Three-dimensional evaluation of postural stability in Parkinson's disease with mobile technology. NeuroRehabilitation. 41 (1), 211-218 (2017).
- Ozinga, S. J., Linder, S. M., Alberts, J. L. Use of mobile device accelerometry to enhance evaluation of postural instability in Parkinson disease. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 98 (4), 649-658 (2017).
- Ozinga, S. J., Machado, A. G., Miller Koop, M., Rosenfeldt, A. B., Alberts, J. L. Objective assessment of postural stability in Parkinson's disease using mobile technology. Movement Disorders. 30 (9), 1214-1221 (2015).
- Maldonado-Naranjo, A., Koop, M. M., Hogue, O., Alberts, J., Machado, A. Kinematic metrics from a wireless stylus quantify tremor and bradykinesia in Parkinson's disease. Parkinson's Disease. 2019, 6850478 (2019).
- Lingaiah, A., et al. Improving anxiety in Parkinson's disease: A cautionary tale about mobile health technologies. Parkinsonism & Related Disorders. 73, 50-51 (2020).
- di Biase, L., et al. Quantitative analysis of bradykinesia and rigidity in Parkinson's disease. Frontiers in Neurology. 9, 121 (2018).
- Espay, A. J., et al. Technology in Parkinson's disease: Challenges and opportunities. Movement Disorders. 31 (9), 1272-1282 (2016).
- Sieber, B. A., et al. Prioritized research recommendations from the National Institute of Neurological Disorders and Stroke Parkinson's Disease 2014 conference. Annals of Neurology. 76 (4), 469-472 (2014).
- van Uem, J. M., et al. Health-related quality of life in patients with Parkinson's disease--A systematic review based on the ICF model. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 61, 26-34 (2016).
- Papadopoulos, E., Buracchio, T. Drug Development Tool (DDT) COA #000142. U.S. Food & Drug Administration. , (2021).