Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Den oppslukende Cleveland Clinic Virtual Reality Shopping Platform for vurdering av instrumentelle aktiviteter i dagliglivet

Published: July 28, 2022 doi: 10.3791/63978
Automatic Translation
1,2, 1,3, 1, 1, 1, 1, 1
1Department of Biomedical Engineering, Cleveland Clinic, Lerner Research Institute, 2Neurological Institute, Center for Neurological Restoration, Cleveland Clinic, 3Case Western Reserve University, School of Medicine

Summary

Virtuell virkelighet (VR) er en kraftig, men underutnyttet tilnærming for å fremme diagnose og behandling av nevrologisk sykdom. Cleveland Clinic Virtual Reality Shopping-plattformen kombinerer toppmoderne VR-innhold med en rundstrålende tredemølle for å kvantifisere instrumentelle aktiviteter i dagliglivet - en foreslått prodromalmarkør for nevrologisk sykdom.

Abstract

En nedgang i ytelsen til instrumentelle aktiviteter i dagliglivet (IADLs) har blitt foreslått som en prodromalmarkør for nevrologisk sykdom. Eksisterende kliniske og prestasjonsbaserte IADL-vurderinger er ikke gjennomførbare for integrering i klinisk medisin. Virtuell virkelighet (VR) er et kraftig, men underutnyttet verktøy som kan fremme diagnose og behandling av nevrologisk sykdom. Et hinder for adopsjon og skalering av VR i klinisk nevrologi er VR-relatert sykdom som følge av sensoriske uoverensstemmelser mellom visuelle og vestibulære systemer (dvs. bevegelsesproblem).

Cleveland Clinic Virtual Reality Shopping (CC-VRS) -plattformen forsøker å løse bevegelsesproblemet ved å koble en omnidireksjonell tredemølle med høyoppløselig VR-innhold, slik at brukeren fysisk kan navigere i en virtuell matbutikk for å simulere shopping. CC-VRS består av grunnleggende og komplekse handleopplevelser; begge krever å gå 150 m og hente fem gjenstander. Den komplekse opplevelsen har flere scenarier som øker de kognitive og motoriske kravene til oppgaven for bedre å representere kontinuumet av aktiviteter knyttet til shopping i den virkelige verden. CC-VRS-plattformen gir objektive og kvantitative biomekaniske og kognitive utfall relatert til brukerens IADL-ytelse. Innledende data indikerer at CC-VRS resulterer i minimal VR-sykdom og er mulig og tolerabel for eldre voksne og pasienter med Parkinsons sykdom (PD). Hensynene som ligger til grunn for utvikling, design og maskinvare- og programvareteknologi blir gjennomgått, og innledende modeller for integrering i primærhelsetjenesten og nevrologi er gitt.

Introduction

I 2008 identifiserte National Academy of Engineering 14 store utfordringer for ingeniørfag i det21. århundre 1. En av disse var integrering av virtuell virkelighet (VR) i medisin. Det er gjort fremskritt i bruken av VR for opplæring for medisinske studenter 2,3, kirurgisk planlegging3, reduksjon av angst forbundet med medisinske interaksjoner4, bistå i behandlingen av akutt5 og kreftrelatert smerte6, og øke motorisk gjenoppretting etter slag7. Til tross for disse lovende applikasjonene har bruken av VR i medisin ikke blitt fullt ut realisert, spesielt når det gjelder evaluering og behandling av nevrologisk sykdom. Mens fremskritt innen VR-teknologi har minimert barrierer som kostnad, hodesettkomfort og intuitive brukervennlighetsfunksjoner, fortsetter VR-sykdom å hindre integrering av VR i medisin8.

Virtual reality sykdom refererer til følelser som ligner på reisesyke (f.eks kvalme, oppkast, svimmelhet)9,10,11 som oppstår under VR-opplevelser. Selv om ingen enkelt teori er enige om å forklare VR-sykdom, er Sensory Conflict Theory en ledende forklaring12. Kort fortalt antyder sensorisk konfliktteori at VR-sykdom oppstår fra sensoriske forskjeller; visuell flytinformasjon indikerer kroppens fremoverbevegelse gjennom rommet mens det vestibulære systemet indikerer at kroppen er stasjonær13. Denne uoverensstemmelsen i sensorisk informasjon resulterer i dårlig balanse, romlig desorientering og ukontrollable posturale bevegelser som er forløpere til VR-sykdom. Mens den nøyaktige mekanismen som ligger til grunn for VR-sykdom diskuteres, vil reduksjon av misforholdet mellom kilder til sensorisk informasjon sannsynligvis redusere VR-sykdom14 og lette VR-adopsjon i en medisinsk setting.

Bevegelse kombinert med VR har lenge vært foreslått som en tilnærming til å redusere sensorisk mismatch ved både fysisk og visuelt å fordype brukeren i det virtuelle miljøet15,16. Flere studier hos eldre voksne med og uten nevrologisk sykdom har vellykket sammenkoblet oppslukende og ikke-oppslukende VR-systemer med tradisjonelle ensrettede tredemøller 17,18,19. Disse studiene viser at en VR- og ensrettet tredemølleintervensjon vanligvis tolereres godt18, og intervensjonen kan redusere fallfrekvensen17,19. Disse resultatene gir et lovende grunnlag for vellykket integrering av bevegelse og VR. Den eksterne motor pacing av en ensrettet tredemølle tillater imidlertid ikke brukeren å endre hastigheter eller utføre svinger for å samhandle med mer komplekse realistiske virtuelle miljøer.

I løpet av de siste to tiårene har fremskritt innen bevegelsessporingsmaskinvare og programvare gjort det lettere å utvikle mer oppslukende og interaktive virtuelle miljøer. Et stort fremskritt har vært utviklingen av den rundstrålende tredemøllen20. Kort sagt, en omnidireksjonell tredemølle bruker samtidig lineære og roterende bevegelser for å gjøre det mulig for brukeren å ambulere i alle retninger i et selvvalgt tempo. Omnidireksjonelle tredemøller brukes vanligvis i spillindustrien, og utvider mulighetene til å utnytte VR-miljøer i den kliniske settingen ved både å adressere VR-sykdomsproblemet og legge til rette for å skape realistiske miljøer som bedre utfordrer brukerens fysiske evner, for eksempel å snu eller endre retninger. Spesielt kan virtuelle replikasjoner av fullskala, hverdagslige miljøer lette evalueringen av kognitiv og motorisk funksjon under utførelsen av instrumentelle aktiviteter i dagliglivet (IADLs).

Instrumentelle aktiviteter i dagliglivet (IADLs) er funksjonelle oppgaver (for eksempel shopping, medisinering, matlaging) som er kritiske for å opprettholde selvstendig liv21. Evnen til å oppnå vanlige IADLs har blitt foreslått som en prodromal markør for nevrologisk sykdom. Nylige data fra langsiktige, prospektive studier indikerer nedgang i IADLs sannsynligvis før en diagnose av Parkinsons sykdom (PD) med 5-7 år 22,23 og en diagnose av Alzheimers sykdom24,25. I motsetning til grunnleggende aktiviteter i dagliglivet (BADLs)26, krever IADLs vanligvis samtidig utførelse av to oppmerksomhetskrevende oppgaver (f.eks. Motor-kognitiv, motormotorisk eller kognitiv-kognitiv)27. De aller fleste daglige husholdnings- og samfunnsaktiviteter utføres under dobbeltoppgaveforhold28,29.

Selv om dual-task avtar klart påvirker IADL-ytelsen, er tradisjonelle kliniske motorevalueringer 30,31,32 og nevropsykologiske tester 33,34 utilstrekkelige for å evaluere IADL, da disse vurderingene skiller funksjon i diskrete komponenter uten hensyn til deres gjensidige avhengighet. Nåværende metoder for direkte IADL-vurdering er avhengige av bias-prone self-report spørreskjemaer35 eller lange og tyngende prestasjonsbaserte evalueringer36. Ingen av tilnærmingene gir objektiv, kvantitativ innsikt i individets nivå av IADL-funksjon i fellesskapsinnstillingen.

Fremskritt innen VR-teknologi, kombinert med de tekniske fremskrittene som ligger til grunn for omnidireksjonelle tredemøller, gir en mulighet til å skape et interaktivt og oppslukende miljø. En virtuell matbutikk og shoppingoppgave ble opprettet for samtidig å vurdere motorisk, kognitiv, kognitiv motorisk og IADL-ytelse. Cleveland Clinic Virtual Reality Shopping (CC-VRS) -plattformen ble utviklet i samarbeid av et team av biomedisinske ingeniører, programvareutviklere, fysioterapeuter, ergoterapeuter og nevrologer.

En dagligvarehandelsoppgave ble valgt for å kvantifisere IADL-ytelsen basert på anbefalinger fra American Occupational Therapy Association26. Virtual Multiple Errands Task (VMET)37, Timed Instrumental ADL Scale38 og Penn Parkinson's Daily Activities Questionnaire-15 (PDAQ-15)39 anerkjenner shopping som en viktig indikator på motorisk og ikke-motorisk ytelse forbundet med nevrologisk sykdom. Andre har brukt et oppslukende VR-headset for å skape et matbutikkmiljø i et forsøk på å estimere IADL-ytelsen 37,40,41. Imidlertid har de ikke klart å evaluere en viktig komponent i dagligvarehandelen: bevegelse. Vanligvis krever nåværende VR-matbutikkparadigmer at deltakeren bruker en håndholdt kontroller for å teleportere eller navigere i en avatar i hele matbutikken. Vi hadde som mål å integrere bevegelse i den virtuelle shoppingopplevelsen til brukeren. Utviklingsprosessen for CC-VRS begynte med en formell oppgaveanalyse av en typisk dagligvarebutikkopplevelse. Som angitt i figur 1, reflekterer ni grunnleggende oppgavekomponenter en blanding av elementer som kan karakteriseres som motoriske, kognitive eller kognitive motoriske aktiviteter som er nødvendige for vellykket ytelse, som er karakteristisk for alle IADLer.

Figure 1
Figur 1: Analyse av dagligvarehandel. En oppgaveanalyse ble utført for å identifisere handlingssekvensen og arten av disse handlingene for vellykket dagligvarehandel i den virkelige verden. Ni primære sekvenser ble identifisert og ble brukt til å informere utviklingen av de grunnleggende og komplekse shoppingoppgavene. Sekvensene ble klassifisert som motoriske (blå), kognitive (gule) og kognitivmotoriske (grønne); detaljer om tilsvarende resultater er gitt i tabell 1. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

CC-VRS-plattformen gjenskaper en realistisk, mellomstor matbutikk via et oppslukende VR-headset. Mens du går på en rundstrålende tredemølle, følger brukeren en kontinuerlig, utpekt rute gjennom butikken, finner varer på en handleliste og plasserer varene i en virtuell handlekurv. Å tilby en bestemt rute standardiserer avstanden som går gjennom den virtuelle butikken, reduserer antall navigasjonsfeil og muliggjør større presisjon i å dissosiere potensielle endringer i IADL-ytelse fra navigasjonsfeil eller suboptimale søkestrategier som brukes av brukeren. Ruten på 150 m krever flere svinger, noe som øker motorkompleksiteten42,43 og sannsynligheten for å utløse nedfrysing av gange i nevrologiske pasientpopulasjoner, da frysing oftere observeres under sving enn rettlinjet gange44,45. Både avstanden til navigasjonsbanen og antall elementer på handlelisten kan konfigureres av klinikeren for å matche brukerens evner eller målene for vurderingsøkten.

Hver bruker fullfører ett Grunnleggende og ett Komplekst shoppingscenario. Det grunnleggende scenariet krever ganske enkelt å følge ruten og velge varer fra handlelisten. I det komplekse scenariet får brukeren en liste over forskjellige dagligvarer mens han følger den samme ruten gjennom butikken, men ytterligere kognitive og motoriske krav blir introdusert (forsinket verbal tilbakekalling, prissammenligning og hindringsunngåelsesoppgaver beskrevet i protokolldelen nedenfor). Omgivelsesstøy fra matbutikken gjennom både grunnleggende og komplekse scenarier fullfører den oppslukende opplevelsen. Sammendrags- og detaljdata om brukerens ytelse – inkludert riktige og uriktige elementer som er samlet inn, antall og hyppighet av aktivering av handlelister, stoppvarighet og gangberegninger – genereres automatisk og er tilgjengelig for gjennomgang av klinikeren.

Målet med CC-VRS er å objektivt kvantifisere ytelsen til IADLs hos eldre voksne og personer med risiko for eller diagnostisert med nevrologisk sykdom. CC-VRS gir en oppslukende og realistisk opplevelse for brukeren, og den gir presise, biomekanisk baserte resultater av kognitiv og motorisk funksjon som har potensial til å tjene som prodromalmarkører for nevrologisk sykdom eller objektive mål på sykdomsprogresjon. CC-VRS brukes for tiden i tre relaterte prosjekter rettet mot: (1) å forstå effekten av sunn aldring og nevrologisk sykdom på IADL-ytelse, (2) bestemme muligheten for klinisk integrasjon i primærhelsetjenesten og en bevegelsesforstyrrelsesklinikk, og (3) identifisere nevral signaturen som ligger til grunn for frysing av gang i avanserte PD-pasienter med dyp hjernestimulering (DBS) -systemer. Samlet vil disse prosjektene utnytte CC-VRS-plattformen og tilhørende utfall for å bedre forstå hvordan aldring og nevrologisk sykdom påvirker aspekter av IADL-ytelse. Dette manuskriptet beskriver utviklingen, designen og maskinvare- og programvareteknologien til CC-VRS og dens nye resultater som kan lette integrering i helsevesenet.

Protocol

Den skisserte protokollen følger retningslinjene til Cleveland Clinic human research ethics committee. Alle deltakerne fullførte prosessen for informert samtykke og ga skriftlig tillatelse til å publisere bilder tatt under datainnsamlingen.

1. Oppsett og kalibrering av utstyr (5 min)

  1. VR-system
    1. Forsikre deg om at systemet inneholder alle komponentene som er skissert i det eksperimentelle oppsettet som er skissert i figur 2, inkludert et VR-headset, to håndkontrollere, en VR-midjesporer, to VR-fotsporere, basestasjoner for å overvåke posisjonen til VR-enhetene og et avansert spillbord med et 2080ti grafikkort for å kjøre VR-systemet og CC-VRS-programvaren (se materialtabellen).
      1. Start Steam VR på skrivebordet for å koordinere VR-komponentene og overvåke statusen til hver VR-enhet gjennom datainnsamlingen.
      2. Slå på hver VR-enhet og se etter et grønt indikatorlys for å bekrefte aktiv sporing med Steam VR.
      3. Kalibrer grensene og retningen til det virtuelle rommet ved å velge Romoppsett i Steam VR-menyen og følge instruksjonene på skjermen ved hjelp av håndkontrollerne.
  2. VR-hodetelefoner
    1. Plasser headsettet i UV-hygienisk rengjøringssystem og kjør en desinfiseringssyklus mellom brukerne.
  3. Omnidireksjonell tredemølle
    1. Slå på den rundstrålende tredemøllen ved hjelp av den grønne strømknappen på den vedlagte fotpedalen. Start den tilsvarende programvaren på den stasjonære datamaskinen.
    2. For å kalibrere, bruk Select User Tracker-funksjonen i applikasjonen og identifiser midjesporeren som riktig sporingsenhet. Deretter sentrerer du denne trackeren på den omnidireksjonelle tredemølleoverflaten og bruker Set Center Point-funksjonen til å kalibrere midten av tredemølleplattformen. Sett midjesporeren på ringen og bruk Set Ring Height-funksjonen til å kalibrere høyden på rekkverket.
      MERK: Tredemøllen og tilhørende programvare er avhengig av posisjonen til VR waist tracker i forhold til plattformen for å fungere riktig som svar på brukerens bevegelser. Brukeren begynner stasjonær, plassert i midten av tredemøllen. Når brukeren beveger seg utenfor sentrum, reagerer systemet på brukerens bevegelser og hastighet ved å generere riktig tredemøllebevegelse som vil følge brukeren på plattformen.
  4. CC-VRS-applikasjon
    1. Når alle VR-sporingsenheter og den rundstrålende tredemøllen er kalibrert og koblet til, starter du CC-VRS-applikasjonen fra skrivebordet. Følg skjermmenyene for å angi bruker-ID-en og starte riktig prøveversjonstype.

Figure 2
Figur 2: Oversikt over CC-VRS-plattformen. En skildring av hele CC-VRS-plattformen. Brukeren bærer et VR-headset og navigerer gjennom en virtuell matbutikk ved å gå på den omnidireksjonelle tredemøllen. En subtil grønn linje leveres til brukeren via VR-headsettet som navigasjonshjelp. De fem elementene på handlelisten finner du langs denne gitte 150 m banen. En førstepersonsvisning av brukeren leveres til eksperimentøren via kontrolldatamaskinen og skjermen. Tiden som er nødvendig for å sette opp CC-VRS-systemet er ca. 5 minutter. Forkortelser: VR = virtuell virkelighet; CC-VRS = Cleveland Clinic-Virtual Reality Shopping. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

2. Forberedelse av bruker (15 min)

  1. Tolerabilitetsundersøkelse (baseline)
    1. Hvis du samler inn data om VR-sykdom, kan du be brukeren om å fylle ut simulatorsykeskjemaet før du begynner CC-VRS-opplevelsen.
  2. Seletøy
    1. Monter brukeren i en helkroppssele som festes rundt bena og brystet. Fest selen i en takmontert kabel over midten av den rundstrålende tredemøllen for å forhindre fall og øke komfortnivået for brukeren uten å hindre naturlig gange.
  3. VR-sporere
    1. Fest venstre og høyre fotsporer til brukerens føtter ved å bruke glidelåsbånd rundt skolissene. Skru midjesporeren på det spesialdesignede midjebeltet og juster beltet til trackeren sitter midt i brukerens korsrygg. Plasser venstre og høyre kontroller i brukerens hender og stram stroppene til de er sikre og komfortable.
  4. Omnidireksjonell tredemølle familiarisering
    1. Før du tar på deg headsettet, la brukeren få tid til å gå og slå på den omnidireksjonelle tredemøllen. Forklar viktigheten av midje tracker posisjon i forhold til midten av tredemølle plattform, og oppfordrer brukeren til å bli komfortabel å gå mot ytterkantene av tredemølle grensen mens du holder rekkverket for støtte. Koble fra tredemøllen via applikasjonen for å fortsette med brukerforberedelse.
  5. Hodesett
    1. Med brukeren stående på den stasjonære omnidireksjonelle tredemøllen, plasser headsettet på brukerens hode og hjelp til med justeringer (topp vektbærende stropp, bakre stabilitetsknapp og interpupillary avstandsglidebryter for klarhet) til passformen er behagelig og skjermen er klar. Forsikre deg om at høyttalerne montert på hodesettet er plassert over ørene og satt til et passende volumnivå.
  6. Be brukeren om å stå nær midten av den omnidireksjonelle tredemølleplattformen og klikk Start på applikasjonen for å koble til tredemøllen på nytt.
  7. Start CC-VRS-applikasjonen fra skrivebordet hvis den ikke er lansert tidligere.

3. Administrasjon av CC-VRS (30 min)

  1. Gjennom CC-VRS-opplevelsen må du overvåke brukerens fremgang gjennom butikken via skrivebordsdisplayet og være forberedt på å stoppe den rundstrålende tredemøllen hvis brukeren opplever ubehag eller ustabilitet.
  2. Angi bruker-ID.
  3. Velg Omfattende opplæring for å laste inn et lite øvelsesmiljø som introduserer brukeren for det overordnede målet for CC-VRS-vurderingen, i tillegg til navigasjonsruten, handlelisten og ytterligere kognitive krav til det komplekse scenariet.
    1. Forsikre deg om at brukeren er komfortabel med følgende kontrollerfunksjoner før du fortsetter med testing:
      1. Aktiver handlelisten ved å heve venstre hånd og holde inne A - eller B-knappen på kontrolleren (figur 3A).
      2. Lukk handlelisten ved å slippe A - eller B-knappen .
      3. Velg elementer fra hyllene ved hjelp av kontrollerutløserne (figur 3A).
      4. Plasser varer i handlekurven ved hjelp av kontrollerutløserne.
    2. Sørg for at brukeren er komfortabel med følgende kognitive og motoriske krav til det komplekse scenariet:
      1. Utfør en forsinket verbal tilbakekalling av fem ord presentert via en auditiv kunngjøring i begynnelsen av scenariet, lik den forsinkede tilbakekallingskomponenten i Montreal Cognitive Assessment test (MoCA)46.
      2. Utfør en prissammenligningsoppgave for salgsvarer (for eksempel å velge det mest kostnadseffektive alternativet mellom 8 oz ketchup for $ 1,00 vs 16 oz for $ 1,50) (figur 3B).
      3. Unngå hindringer i butikken, inkludert søl på gulvet og innsnevrede gangveier forårsaket av plassering av andre kunder eller vogner langs stien (figur 3C).
    3. Gjenta om nødvendig opplæringen (ca. 5 minutter totalt) til brukeren demonstrerer ferdigheter med funksjonene ovenfor og forståelse av oppgaven.
  4. Velg Grunnleggende scenario. Velg banelengde og antall listeelementer.
    1. Be brukeren om å begynne å gå så snart butikken er synlig på hodesettdisplayet. Oppfordre brukeren til å fullføre oppgaven så effektivt som mulig, og bevege seg raskt samtidig som feil minimeres.
    2. Når brukeren har fullført oppgaven ved å gå til butikkkassen, kan du se gjennom sammendragsmåledataene som vises på skrivebordsskjermen, og avslutte det virtuelle miljøet.
  5. Velg Komplekst scenario. Velg banelengde og antall listeelementer.
    1. Gi lignende instruksjoner til brukeren som i Det grunnleggende scenariet. Påminn brukeren om de ekstra kognitive kravene i det komplekse scenariet.
    2. Når brukeren har fullført oppgaven ved å gå til butikkkassen, kan du se gjennom sammendragsberegningene som vises på skrivebordsskjermen (figur 3D), og avslutte det virtuelle miljøet.
  6. Tolerabilitetsundersøkelse
    1. Hvis du samler inn data om VR-sykdom, be brukeren om å fylle ut simulatorsykeskjemaet umiddelbart etter fullføring av CC-VRS-opplevelsen og igjen opptil 30 minutter senere.
  7. Undersøkelse om brukervennlighet
    1. Hvis du samler inn data om brukervennligheten til plattformen, må du be brukeren om å fullføre systembrukbarhetsskalaen umiddelbart etter at CC-VRS er fullført.

Figure 3
Figur 3: CC-VRS-miljø. (A) En førstepersonsvisning av en CC-VRS-bruker som aktivt ser på handlelisten med venstre hånd og velger et tilsvarende element med høyre hånd. Brukere kan intuitivt samhandle med ethvert element i hele matbutikken ved hjelp av VR-håndkontrollere. (B) Et eksempel på en salgsprissammenligningsoppgave brukeren møter i det komplekse scenariet. For en vare på handlelisten som er angitt som en SALE-vare, må brukeren sammenligne enhetsprisene for to varer med forskjellig størrelse og velge alternativet som representerer det beste tilbudet. (C) En førstepersonsvisning av en innsnevret midtgang funnet i det komplekse scenariet. I tillegg til flere svinger langs navigasjonsruten, legger de trange passasjene til motorisk kompleksitet som øker sannsynligheten for å utløse frysing av gang i nevrologiske populasjoner. (D) Et eksempel på sammendragsresultatene som vises til eksperimentøren når et komplekst scenario er fullført, inkludert riktige og uriktige elementer, total tid for å fullføre scenariet og antall ord som er tilbakekalt. De spesifikke beregningene i denne skjermen kan konfigureres av eksperimentøren. Forkortelser: VR = virtuell virkelighet; CC-VRS = Cleveland Clinic-Virtual Reality Shopping. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

4. Datafiler og resultater

  1. Se gjennom sammendragsfilen (.csv) som genereres automatisk for hver prøveversjon, som inneholder konfigurerbare måledata for å karakterisere den generelle ytelsen til CC-VRS.
  2. Se gjennom den detaljerte datafilen (.csv) som inneholder posisjonen og rotasjonen til sporerne, kontrollerne og headsettet gjennom hele oppgavens varighet. Data om listeaktiveringer, elementinteraksjon og hindringskollisjoner registreres også automatisk og sendes ut til denne filen.

Representative Results

Et prosjekt pågår for tiden for å fastslå gyldigheten av CC-VRS i å vurdere kognitiv, motorisk og IADL-funksjon hos unge voksne, eldre voksne uten nevrologisk sykdom og personer med PD. Hver deltaker fullførte opplæringen, grunnleggende og komplekse scenarier ved å bruke de samme 150 m bane- og 5-punktslistene for å tillate sammenligning av ytelse på tvers av grupper. Detaljerte kognitive data og posisjonsdata ble brukt til å etablere informative sammendragsmålinger som skiller CC-VRS-ytelse mellom populasjoner med kjente forskjeller i kognitiv, motorisk og IADL-funksjon. Ytterligere biomekaniske og dual-tasking beregninger ble beregnet for å ytterligere karakterisere funksjonsnivå på tvers av ulike domener (tabell 1).

CC-VRS-resultat Domene
Kognitiv
Riktige og uriktige elementer Executive, funksjon
Listeaktiveringer (antall og varighet) Arbeidsminne
Tilbakekalling av salgsvarer (riktig nummer) Deklarativt minne
Sammenligning av salgspris (suksess og varighet) Behandlingshastighet
Kognitiv-Motor
Prøveperiodens varighet Global (IADL)-funksjon
Stopp (antall og varighet) Forstyrrelser for dobbel oppgave
Ganghastighet i nærheten av listeelementer Forstyrrelser for dobbel oppgave
Kollisjoner med unngåelseshindringer Respons hemming
Motor
Hastighet, trinnlengde, gangvariasjon Ganghastighet og kvalitet
Svinghastighet, svingvarighet Snu kvaliteten
Trinnbredde, symmetri Postural stabilitet
Antall null kryssinger i akselerasjon Gående fluiditet
Rekkevidde og transportvarighet ved utvalgte varer Øvre ekstremiteter funksjon

Tabell 1: CC-VRS-resultatmålinger. En ikke-uttømmende liste over mulige utfallsmål for CC-VRS-plattformen, utpekt som primært kognitiv, motorisk eller kognitiv motorisk. Disse resultatene ble utviklet på grunnlag av oppgaveanalysen som ble brukt til å designe CC-VRS som en økologisk gyldig vurdering av IADL-funksjonen. Domenene som fanges opp av disse resultatene representerer spekteret av enkelt- og dobbeltoppgavefunksjoner som er nødvendige for vellykket gjennomføring av dagligvarehandel og andre IADL-er. I motsetning til eksisterende nevropsykologiske og motoriske evalueringer, vurderer CC-VRS disse domenene under forhold som mer nøyaktig gjenspeiler de komplekse kravene til IADL-miljøer i hjemmet og samfunnet. Forkortelser: CC-VRS = Cleveland Clinic-Virtual Reality Shopping; IADL = instrumentell aktivitet i dagliglivet.

Figur 4 gir en oversikt over Basic Scenario-ytelsen til en deltaker med PD. Deltakerens gangsti gjennom butikken ble sammenlignet med den ideelle stien til navigasjonsruten, og plasseringen av riktige handlevarer ble notert. Ved hjelp av posisjonsdata fra VR-trackerne ble deltakerens øyeblikkelige hastighet gjennom butikken registrert og plottet. Å legge til konteksten for listeaktiveringer og elementvalg ga innsikt i deltakerens doble oppgaveevne og generelle kapasitet til effektivt å fullføre IADL-oppgaven.

Basert på resultatene fra foreløpige analyser varierte den samlede CC-VRS-ytelsen mellom friske unge voksne og personer med PD (figur 5). Resultater av total prøvevarighet, antall og varighet av stopp, og antall og varighet av listevisninger under oppgaven er lovende beregninger for å skille mellom grupper. Eldre voksne og personer med PD krevde mer tid til å fullføre hvert scenario og brukte mer tid på å stoppe og aktivere handlelisten sammenlignet med friske yngre voksne. Unge voksne viste økt dual-tasking kapasitet ved samtidig å gå og aktivere listen, mens personer med PD oftere aktiverer handlelisten mens de stoppes. Ytterligere resultater, inkludert tid brukt på å søke etter elementer, gangmålinger og resultatene av de kognitive kravene i det komplekse scenariet, er tilgjengelige for analyse.

I en separat CC-VRS-brukervennlighetsstudie for personer med PD, fullførte 10 deltakere Simulator Sickness Questionnaire (SSQ)47,48 for å evaluere symptomene på VR-sykdom ved baseline, umiddelbart etter å ha fullført CC-VRS-opplevelsen, og 30 minutter etter å ha fullført oppgaven. Utviklet i sammenheng med flysimuleringer, fanger SSQ 16 vanlige symptomer på en 4-punkts skala og har blitt vedtatt for bruk i VR-applikasjoner. Individuelle symptomskårer kombineres og vektes for å danne underpoeng i domenene kvalme, oculomotor og desorienteringssymptomklynger, i tillegg til en totalskår. Totale SSQ-poeng varierer fra 0 til 235,6.

Figur 6 viser resultatene av SSQ fullført ved baseline (gjennomsnittlig totalskår 13,1 ± 16,7), umiddelbart etter CC-VRS (29,5 ± 27,9) og 30 minutter etter CC-VRS (14,2 ± 15,6) for deltakere med PD (N = 10). Generelt var totale SSQ-score for deltakere med PD milde etter CC-VRS, og de mest godkjente symptomene var generelt ubehag, tretthet, øyebelastning, vanskeligheter med å fokusere og svette. Spesielt rapporterte mange av deltakerne milde symptomer ved baseline. Likevel fullførte 9/10-deltakerne hele vurderingen, inkludert opplæringen, grunnleggende og komplekse scenarier, i gjennomsnitt 29,0 ± 5,9 minutter. Man var ikke i stand til å tolerere CC-VRS på grunn av sykdom. Disse dataene gir overbevisende bevis på at CC-VRS-plattformen tolereres godt av de fleste personer med nevrologisk sykdom. Samlet sett antyder den generelle mangelen på betydelige rapporterte VR-sykdomssymptomer at kobling av VR-innhold med en omnidireksjonell tredemølle er mulig og kan adressere VR-bevegelsesproblemet for de fleste individer.

De 10 deltakerne som fullførte brukbarhetsstudien deltok i et semistrukturert intervju etter deres bruk av CC-VRS. Alle deltakerne godkjente at studien var første gang de brukte VR og / eller en omnidireksjonell tredemølle. Oppsummerende bemerkninger om tredemøllen inkluderte følgende:

Enkel tilpasning av tredemølle: Deltakerne følte seg komfortable på tredemøllen generelt i løpet av få minutter, da gåingen etterlignet overjordisk stepping. Deltakerne pekte på to aspekter av gangart som krevde tilpasning: (1) Trekkingen av midjesporeren tilbake til midten av tredemøllen under stopp og (2) å ta litt kortere skritt på grunn av størrelsen på tredemølleplattformen.

Overekstremitetsstøtten var stabiliserende: Bruken av det sirkulære rekkverket som omfattet tredemøllen ga et passende nivå av overekstremitetsstøtte som hjalp til med å fullføre oppgaven.

Utfordrende fysisk og kognitivt miljø: Deltakerne rapporterte at deres postural kontroll ble utfordret mens de utførte shoppingoppgavene. Det var trøst i å bli utnyttet, men selen begrenset ikke bevegelsen i noe plan.

Realistisk miljø: De visuelle og auditive skjermene lignet en ekte matbutikk og var imponerende for VR-naive brukere. Deltakerne rapporterte at realismen til de andre kundene og hindringene ved midtgangen motiverte dem til å unngå kollisjoner, og at navigasjonsruten var enkel å følge.

Desorientering: Klager på desorientering og sykdom i tråd med de enkelte SSQ-poengene. Noen deltakere viste innledende visuospatiale utfordringer i løpet av de første minuttene av CC-VRS som resulterte i at personen kom i nær tilnærming til dagligvarehyllene, som de følte skapte en følelse av desorientering.

Deltakere med PD fra begge de nevnte studiene (N = 24) fullførte System Usability Scale (SUS) etter CC-VRS-fullføring. SUS er et 10-punkts spørreskjema som måler brukervennlighet, global tilfredshet og lærbarhet av et system49,50. Resultatene varierer fra 0 til 100, der 68 indikerer gjennomsnittlig brukervennlighet. Samlet SUS score mellom 72,6 og 78,8 tilsvarer en karakter på "B" og score større enn 78,8 tjene en "A"51. Blant 24 deltakere med PD som fullførte CC-VRS-plattformen (Tutorial, Basic og Complex Sessions), fikk CC-VRS en gjennomsnittlig poengsum på 75,7 ± 18,9.

Figure 4
Figur 4: CC-VRS ytelsessammendrag. (A) En person med Parkinsons sykdom som fullfører det grunnleggende scenariet for CC-VRS-plattformen. (B) Navigasjonsstien og ganghastigheten til deltakeren når de fullfører oppgaven. De blå firkantene representerer et element som var på handlelisten og ble hentet. Innebygd på navigasjonsguidelinjen er en varmekartlinje som representerer deltakerens øyeblikkelige ganghastighet; baseline ganghastighet beregnes over de første 20 m rettlinjet gange. Enhver øyeblikkelig hastighet mindre enn 0,5 ganger grunnlinjens ganghastighet er rød; øyeblikkelig hastighet over 1.5x den nevnte gjennomsnittshastigheten er grønn. Det er en lineær overgang fra rødt til gult til grønt mellom 0,5x og 1,5x av gjennomsnittlig rettlinjet ganghastighet. Ganghastighet i løpet av forsøket (C) og antall listeaktiveringer (D) presenteres. Spesielt hadde denne deltakeren 15 listevisninger i løpet av rettssaken, til tross for at han bare hadde fem elementer på handlelisten. Forkortelse: CC-VRS = Cleveland Clinic-Virtual Reality Shopping. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 5
Figur 5 CC-VRS hos friske unge voksne versus Parkinsons sykdom. Den kumulative avstanden gikk av en sunn ung voksen (A) og en deltaker med PD (B) under utførelsen av Basic Scenario. Generelt gikk begge deltakerne omtrent samme avstand som de fulgte navigasjonslinjen. Deltakeren med PD brukte imidlertid vesentlig lengre tid (410 s) enn den unge voksne (350 s) på å fullføre scenariet. De grønne stolpene representerer antallet og varigheten for en listeaktivering under oppgaven. Den unge voksne så på listen ved syv anledninger for totalt 73,1 s, mens deltakeren med PD så på listen ved 16 anledninger for totalt 94,3 s. De blå prikkene gjenspeiler et fysisk stopp av deltakeren. Inspeksjon av den unge voksnes ytelse indikerer at de hadde færre generelle stopp og samtidig kunne gå og se listen. Omvendt hadde deltakeren med PD 17 stopp som hver tilsvarte en listevisning, noe som tyder på at de ikke effektivt kunne dobbeltoppgave (f.eks. Gå og se listen samtidig). Forkortelser: CC-VRS = Cleveland Clinic-Virtual Reality Shopping; PD = Parkinsons sykdom. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 6
Figur 6: Symptomopplevelse etter CC-VRS. Totalt 10 deltakere med PD utførte CC-VRS som en del av en brukervennlighetsstudie. Hver deltaker fullførte simulatorsykeskjemaet før, umiddelbart etter, og 30 minutter etter å ha fullført CC-VRS-opplevelsen. SSQ fanger 16 symptomer på VR-sykdom, med en maksimal poengsum på 235,6. De fleste deltakerne med PD godkjente milde symptomer ved baseline, med symptomer noe forhøyet umiddelbart etter CC-VRS og tilbake til baseline nivåer innen 30 minutter etter å ha fullført plattformen. Hele CC-VRS (Tutorial, Basic, and Complex Scenarios) tok i gjennomsnitt 29 minutter å fullføre, og gjennomsnittlig SSQ-poengsum ved fullføring av CC-VRS var 29,5 (i rødt). Forkortelser: CC-VRS = Cleveland Clinic-Virtual Reality Shopping; PD = Parkinsons sykdom; SSQ = Simulator sykdom spørreskjema. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Discussion

CC-VRS-plattformen ser til dags dato ut til å mest effektivt løse bevegelsesproblemet i VR ved å kombinere toppmoderne VR-innhold med en omnidireksjonell tredemølle. Et kritisk aspekt ved det sømløst oppslukende miljøet til CC-VRS er å sikre riktig kommunikasjon mellom tredemølle og VR-programvare. Riktig oppsett av alle aspekter av VR-systemet - inkludert basestasjoner, føtter og midjesporere og håndkontrollere - er avgjørende. Hvis sporingen er inkonsekvent eller upålitelig, er det nødvendig med justering av orienteringen og plasseringen av basestasjonene, eller tillegg av en annen basestasjonsenhet. Riktig dekning av det fysiske rommet gir stabil synkronisering mellom VR-maskinvaren og omnidireksjonell tredemølle og sikrer at posisjons- og orienteringsdataene fra VR-enhetene er komplette, nøyaktige og presise52. Kalibrering av den omnidireksjonelle tredemøllen anbefales ved starten av hver datainnsamlingsøkt for å sikre optimal responsivitet mens du navigerer i det virtuelle miljøet.

Pasient kjennskap til tredemølle er kritisk før administrering av CC-VRS. Selv om den er intuitiv og enkel å betjene, krever den omnidireksjonelle tredemøllen brukerkunnskap som gjøres best før introduksjonen av VR-headsettet og de resulterende romlige orienteringsutfordringene. For å møte behovene til den enkelte bruker og målene for den foreliggende vurderingen, kan følgende funksjoner konfigureres for hvert CC-VRS-scenario: 1) tredemølle lav eller høy maksimal hastighet, 2) repetisjon av opplæringsmodulen, 3) rutelengde gjennom butikken og 4) antall varer på handlelisten. Disse modifikasjonene optimaliserer vurderingen for kognitive, motoriske og dual-tasking evner av et bredt funksjonelt spekter av pasienter.

Mangelen på enkeltplattformsteknologi som er i stand til å standardisere IADL-ytelse ved å bruke objektive og kvantitative utfall som karakteriserer kognitiv og motorisk funksjon, representerer en kritisk barriere i tidlig identifisering og effektiv behandling av aldersrelaterte nevrologiske sykdommer som PD eller Alzheimers sykdom. Nåværende metoder som estimerer IADL-funksjonen ved hjelp av selvrapporterte spørreskjemaer, selv om de er enkle å administrere, er utsatt for skjevhet. Under selvrapportering har eldre voksne en tendens til å over- eller undervurdere IADL-evner53. På samme måte feilvurderer informanter som fullfører IADL-spørsmål ofte evner på grunn av observatørenes misoppfatninger eller kunnskapshull35.

Et alternativ til selvrapportering og informantvurderte spørreskjemaer er prestasjonsbasert IADL-evaluering. Prestasjonsbaserte evalueringer fullføres vanligvis av en utdannet ergo- eller fysioterapeut. Mens en rekke ytelsestester og guider er tilgjengelige, bidrar de ikke til integrering i klinisk omsorg, og krever ofte god tid og spesialisert plass og utstyr som ikke vanligvis finnes i en primæromsorg eller nevrologileverandør kontor. En av de mest brukte ytelsesbaserte vurderingene, Direct Assessment of Functional Status (DAFS), krever omtrent 40 minutter å administrere, og poengsummen er i stor grad basert på ekspertuttalelser fra testadministratoren. Selv om DAFS er nyttig i iscenesettelse av Alzheimers sykdom, mangler den følsomhet og oppdager ikke IADL-avtar ved mild kognitiv svekkelse stadium24. Å fusjonere den virtuelle og virkelige verden ved å kombinere VR med en omnidireksjonell tredemølle gir en mulighet til å fange IADL-ytelse under komplekse kognitive forhold som bedre replikerer virkelige miljøer, noe som potensielt resulterer i tidligere diagnoser av nevrologisk sykdom54.

CC-VRS-plattformen adresserer det kliniske gapet ved å gi en standardisert, systematisk, objektiv og kvantitativ tilnærming til å karakterisere IADL-evner hos eldre voksne og de med nevrologisk sykdom. Basert på foreløpig brukbarhetstesting og data, kan de grunnleggende og komplekse CC-VRS-scenariene fullføres helt på mindre enn 30 minutter. I likhet med andre oppslukende VR-studier med PD18, opplever flertallet av personer med PD milde bevegelsessyke symptomer. Fra et brukervennlighetsperspektiv fikk CC-VRS en samlet SUS-vurdering på 75,7, tilsvarende bokstavkarakteren "B" og falt mellom kategoriene "god" og "utmerket"55. Til sammenligning rapporterer en nylig vurdering av populære telefon- og nettbrettapplikasjoner en gjennomsnittlig SUS-poengsum på 77.7 for de 10 beste applikasjonene på tvers av alle plattformer56, inkludert mobilapplikasjoner som The Weather Channel og YouTube. Kommentarer fra deltakerne indikerte at de fleste brukere likte realismen og evnen til å samhandle med CC-VRS-plattformen. Det er viktig at deltakerne følte seg utfordret fra et fysisk og kognitivt aspekt, noe som indikerer at designet oppnådde sitt mål om å skape en dynamisk plattform som gjenskapte en kompleks IADL-opplevelse.

Vi har tidligere vist at teknologi med hell kan integreres i kliniske arbeidsflyter i evalueringen av pasienter med hjernerystelse57 og i en travel nevrologisk tjeneste for pasienter med multippel sklerose (MS)58. Videre forbedret bruken av teknologi i styringen av hjernerystelse resultatene og reduserte kostnadene59, mens bruken i behandlingen av MS førte til en 27% besparelse i tid brukt på å dokumentere i den elektroniske pasientjournalen for hver pasient60. Tatt i betraktning det kontinuerlige målet om å redusere kostnadene ved å levere omsorg61 og at tid brukt på å dokumentere i den elektroniske pasientjournalen ofte blir sitert for legeutbrenthet62, vil integreringen av CC-VRS-plattformen i klinisk behandling sannsynligvis gi en betydelig verdiøkning til sykehussystemer. To prosjekter pågår der CC-VRS-plattformen er integrert i 1) et regionalt helsesenter for primærhelsetjenesten som primært behandler friske eldre voksne og 2) en spesialisert bevegelsesforstyrrelsesklinikk ved Cleveland Clinic.

Fraværet av en nøyaktig og pålitelig fysiologisk eller digital biomarkør for PD og Alzheimers sykdom forårsaker store vanskeligheter med tidlig diagnose og måling av sykdomsprogresjon63,64. CC-VRS-plattformen har potensial til å gi en digital biomarkør under en enkelt teknologisk plattform som vil forbedre klinisk omsorg og kan resultere i kortere og mer effektive kliniske studier ved å redusere avhengigheten av subjektive og svært variable kliniske utfall (f.eks. Movement Disorder Society - Unified Parkinson's disease Rating Scale motor portion (MDS-UPDRS III)). Evalueringen av motorisk og kognitiv funksjon innen klinisk nevrologi har ikke avansert dramatisk de siste tre tiårene når det gjelder vurdering av personer med PD og de tilhørende kardinalmotoriske symptomene, enn si kognitive eller dobbeltoppgaveproblemer. Den mest berømte fremgangen i vurderingen av personer med PD er revisjonen av den subjektive kliniske vurderingsskalaen (MDS-UPDRS III). Det er viktig at vi ikke tror at CC-VRS vil erstatte MDS-UPDRS III. Snarere tror vi at den største verdien kan realiseres i primærhelsetjenesten ved å gi en standardisert og objektiv tilnærming til kvantifiseringen av IADLs. Selv om det er for tidlig å tro at CC-VRS i sin nåværende form er en prodromalmarkør for nevrologisk sykdom, kan resultatene brukes til å heve et "rødt" eller "gult" flagg når det gjelder nevrologisk funksjon som kan utløse en konsultasjon av en bevegelsesforstyrrelse, nevropsykologi eller geriatrisk spesialist. Når det gjelder bruk i PD-klinisk behandling, forventes det at CC-VRS kan brukes i titrering av medisinering eller i eventuell programmering av dype hjernestimuleringsenheter. Både primærhelsetjenesten og PD-spesifikke brukstilfeller er for tiden i pilotfasen. Ved å virkelig fordype brukeren i et realistisk miljø og måle meningsfulle og viktige aspekter ved kognitiv og motorisk funksjon, representerer CC-VRS et første skritt i etableringen av en potensielt effektiv og skalerbar digital biomarkør for nevrologisk sykdom.

Feltet klinisk nevrologi, spesielt bevegelsesforstyrrelser, er fylt med eksempler på teknologi utviklet for å kvantifisere et enkelt, isolert PD-symptom via akselerometer eller annen sensorteknologi 65,66,67,68,69. Så vidt vi vet, har ingen av disse tilnærmingene, bortsett fra vår balanse 70,71,72,73 og tremorapplikasjoner 74, blitt integrert i rutinemessig PD-klinisk behandling. Tidligere teknologi er ofte gyldig og pålitelig; fokuset har imidlertid vært på teknologiutvikling med lite hensyn til gjennomførbarheten av klinisk integrasjon75,76. Pasienter, leverandører, sykehus og tilsynsorganer er i økende grad interessert i utfallsmål som kvantifiserer endringer i meningsfulle daglige handlinger 77,78,79,80. Den kliniske integrasjonen av presise og meningsfulle mål på nevrologiske symptomer og IADL-ytelse er nødvendig for systematisk å evaluere den totale effektiviteten av en intervensjon eller bestemme potensialet for en intervensjon for å bremse sykdomsprogresjonen. Utviklingen av en standardisert tilnærming til IADL-vurdering egnet for rutinemessig klinisk bruk er tiltalende for å lette omfattende forståelse og behandling av nevrologisk sykdom på meningsfulle aktiviteter.

CC-VRS-tilnærmingen til evaluering av IADL-ytelse for å hjelpe til med diagnostisering og behandling av nevrologisk sykdom har potensial til å transformere helsetjenester gjennom tidlig diagnose og mer presis sporing av sykdomsprogresjon. Det er imidlertid fullt anerkjent at systemet ikke er uten begrensning. Kostnaden for den omnidireksjonelle tredemøllen er betydelig og kan tjene som en barriere for utbredt adopsjon uten systematiske helseøkonomiske studier for å identifisere det potensielle "break even" -punktet mellom kostnaden for vurderingen i forhold til verdien av tidlig diagnose eller mer presis sporing av sykdomsprogresjon. Spesielt ble hull i anskaffelsen av PD-pasientsentriske resultater med teknologi fremhevet av National Institute of Neurological Disorders and Stroke PD Conference78, MDS Task Force on Technology77 og FDA. De etterlyste teknologi som måler meningsfulle PD-aktiviteter og integrering av disse resultatene i klinisk behandling. Vi evaluerer for tiden integreringen av CC-VRS i en primæromsorgsinnstilling og et senter for bevegelsesforstyrrelser ved Cleveland Clinic; disse distribusjonene vil utnytte rimeligere omnidireksjonelle tredemøller. Vellykket innsamling av data krever en innledende investering av tid av klinikeren for å lære å sette opp og betjene systemet. Pågående kliniske piloter vil bedre informere om hvor mye trening som kreves for å bli en dyktig bruker. Man kan tenke seg en modell der en tekniker er ansatt for å betjene systemet, og pasienter fullfører shoppingoppgavene i stedet for å sitte på et venterom før en avtale. Disse dataene kan deretter integreres umiddelbart i den elektroniske pasientjournalen før de ser leverandøren. Denne typen søknader har potensial til å bli fremtidens venterom for pasienter.

Disclosures

JLA, MMK og ABR har sendt inn et oppfinnelsesopplysningsskjema til Cleveland Clinic Innovations relatert til CC-VRS-plattformen.

Acknowledgments

Denne studien ble sponset av Michael J. Fox Foundation for Parkinson's Research (MJFF-020020) og Edward og Barbara Bell Family Chair. Vi takker Elm Park Labs (Detroit, MI) for hjelp til å bygge VR-miljøet og knytte seg til den omnidireksjonelle tredemøllen. Vi takker også Evelyn Thoman og Brittney Moser for deres hjelp med prosjektutvikling og gjennomføring.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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).
  2. 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).
  3. Chen, T., et al. Virtual reality as a learning tool in spinal anatomy and surgical techniques. North American Spine Society Journal. 6, 100063 (2021).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. Reason, J. T. Motion sickness adaptation: a neural mismatch model. Journal of the Royal Society of Medicine. 71 (11), 819-829 (1978).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. Guo, H. J., Sapra, A. Instrumental Activity of Daily Living. , (2021).
  22. Darweesh, S. K., et al. Trajectories of prediagnostic functioning in Parkinson's disease. Brain. 140 (2), 429-441 (2017).
  23. 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).
  24. 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).
  25. 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).
  26. American Occupational Therapy Association. Occupational therapy practice framework: domain and process. American Journal of Occupational Therapy. 56 (6), 609-639 (2002).
  27. MacPherson, S. E. Definition: Dual-tasking and multitasking. Cortex. 106, 313-314 (2018).
  28. 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).
  29. Romero-Ayuso, D., et al. Assessment of cognitive instrumental activities of daily living: a systematic review. Disability and Rehabilitation. 43 (10), 1342-1358 (2019).
  30. 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).
  31. Perlmutter, J. S. Assessment of Parkinson disease manifestations. Current Protocols in Neuroscience. , Chapter 10 (Unit10.1) 1382-1387 (2009).
  32. 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).
  33. Neisser, U. On "Social Knowing". Personality and Social Psychology Bulletin. 6 (4), 601-604 (1980).
  34. Neisser, U. Memory Observed: Remembering in Natural Contexts. , W.H. Freeman. San Francisco. (1982).
  35. 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).
  36. 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).
  37. 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).
  38. 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).
  39. 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).
  40. 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).
  41. Porffy, L. A., et al. A novel virtual reality assessment of functional cognition: validation study. Journal of Medical Internet Research. 24 (1), 27641 (2022).
  42. 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).
  43. 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).
  44. 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).
  45. 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).
  46. 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).
  47. 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).
  48. 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).
  49. Brooke, S. Usability Evaluation in Industry. , Taylor & Francis. 189-194 (1996).
  50. Lewis, J. R., Sauro, J. The factor structure of the system usability scale. Human Centered Design. , 94-103 (2009).
  51. Sauro, J., Lewis, J. R. Quantifying the User Experience: Practical Statistics for User Research. 2nd ed. , Elsevier Inc. (2016).
  52. 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).
  53. 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).
  54. 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).
  55. 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).
  56. 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).
  57. 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).
  58. Rhodes, J. K., et al. Multiple Sclerosis performance test: technical development and usability. Advances in Therapy. 36 (7), 1741-1755 (2019).
  59. Alberts, J. L., et al. A technology-enabled concussion care pathway reduces costs and enhances care. Physical Therapy. 100 (1), 136-148 (2020).
  60. Macaron, G., et al. Technology-enabled assessments to enhance multiple sclerosis clinical care and research. Neurology Clinical Practice. 10 (3), 222-231 (2020).
  61. Porter, M. E. What is value in health care. The New England Journal of Medicine. 363 (26), 2477-2481 (2010).
  62. 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).
  63. 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).
  64. 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).
  65. 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).
  66. 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).
  67. 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).
  68. 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).
  69. 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).
  70. Ozinga, S. J., Alberts, J. L. Quantification of postural stability in older adults using mobile technology. Experimental Brain Research. 232 (12), 3861-3872 (2014).
  71. Ozinga, S. J., et al. Three-dimensional evaluation of postural stability in Parkinson's disease with mobile technology. NeuroRehabilitation. 41 (1), 211-218 (2017).
  72. 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).
  73. 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).
  74. 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).
  75. Lingaiah, A., et al. Improving anxiety in Parkinson's disease: A cautionary tale about mobile health technologies. Parkinsonism & Related Disorders. 73, 50-51 (2020).
  76. di Biase, L., et al. Quantitative analysis of bradykinesia and rigidity in Parkinson's disease. Frontiers in Neurology. 9, 121 (2018).
  77. Espay, A. J., et al. Technology in Parkinson's disease: Challenges and opportunities. Movement Disorders. 31 (9), 1272-1282 (2016).
  78. 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).
  79. 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).
  80. Papadopoulos, E., Buracchio, T. Drug Development Tool (DDT) COA #000142. U.S. Food & Drug Administration. , (2021).

Tags

Engineering utgave 185
Den oppslukende Cleveland Clinic Virtual Reality Shopping Platform for vurdering av instrumentelle aktiviteter i dagliglivet
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Alberts, J. L., McGrath, M., Miller… More

Alberts, J. L., McGrath, M., Miller Koop, M., Waltz, C., Scelina, L., Scelina, K., Rosenfeldt, A. B. The Immersive Cleveland Clinic Virtual Reality Shopping Platform for the Assessment of Instrumental Activities of Daily Living. J. Vis. Exp. (185), e63978, doi:10.3791/63978 (2022).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter