2008 yılında, Ulusal Mühendislik Akademisi, 21. Yüzyılda Mühendislik için 14 Büyük Zorlukbelirledi 1. Bunlardan biri, sanal gerçekliğin (VR) tıbba entegrasyonuydu. Tıp öğrencileri için eğitim için VR kullanımı2,3, cerrahi planlama 3, tıbbi etkileşimlerle ilişkili kaygıyı azaltma4, akut 5 ve kansere bağlı ağrı6'nın yönetimine yardımcı olma ve inme sonrası motor iyileşmeyi artırma7'de ilerleme kaydedilmiştir. Bu umut verici uygulamalara rağmen, VR'nin tıptaki faydası, özellikle nörolojik hastalıkların değerlendirilmesi ve tedavisi alanında, tam olarak gerçekleştirilmemiştir. VR teknolojisindeki gelişmeler maliyet, kulaklık konforu ve sezgisel kullanılabilirlik özellikleri gibi engelleri en aza indirirken, VR hastalığı VR'nin tıp8'e entegrasyonunu engellemeye devam ediyor.
Sanal gerçeklik hastalığı, VR deneyimleri sırasında ortaya çıkan hareket hastalığına (örneğin, bulantı, kusma, vertigo)9,10,11 benzer duyguları ifade eder. VR hastalığını açıklamada tek bir teori üzerinde anlaşmaya varılmamasına rağmen, Duyusal Çatışma Teorisi önde gelen bir açıklamadır12. Kısaca, Duyusal Çatışma Teorisi, VR hastalığının duyusal eşitsizliklerden kaynaklandığını öne sürmektedir; görsel akış bilgisi vücudun uzayda ileri hareketini gösterirken, vestibüler sistem vücudun sabit olduğunu gösterir13. Duyusal bilgilerdeki bu tutarsızlık, zayıf denge, mekansal yönelim bozukluğu ve VR hastalığının öncüsü olan kontrol edilemeyen postüral hareketlerle sonuçlanır. VR hastalığının altında yatan kesin mekanizma tartışılırken, duyusal bilgi kaynakları arasındaki uyumsuzluğun azaltılması, VR hastalığını14 azaltacak ve tıbbi bir ortamda VR'nin benimsenmesini kolaylaştıracaktır.
VR ile birlikte hareket, kullanıcıyı hem fiziksel hem de görsel olarak sanal ortama sokarak duyusal uyumsuzluğu azaltmaya yönelik bir yaklaşım olarak uzun zamandır önerilmiştir15,16. Nörolojik hastalığı olan ve olmayan yaşlı yetişkinlerde yapılan çeşitli çalışmalar, sürükleyici ve sürükleyici olmayan VR sistemlerini geleneksel tek yönlü koşu bantlarıyla başarıyla eşleştirmiştir17,18,19. Bu çalışmalar, VR ve tek yönlü koşu bandı müdahalesinin tipik olarak iyi tolere edildiğini18 ve müdahalenin düşme sıklığını17,19 azaltabileceğini göstermektedir. Bu sonuçlar, hareket ve VR'nin başarılı bir şekilde entegrasyonu için umut verici bir temel sağlar. Bununla birlikte, tek yönlü bir koşu bandının harici motor temposu, kullanıcının daha karmaşık gerçekçi sanal ortamlarla etkileşime girmek için hızları değiştirmesine veya dönüşler yapmasına izin vermez.
Son yirmi yılda, hareket izleme donanım ve yazılımındaki ilerlemeler, daha sürükleyici ve etkileşimli sanal ortamların geliştirilmesini kolaylaştırmıştır. Önemli bir gelişme, çok yönlü koşu bandı20'nin geliştirilmesi olmuştur. Kısaca, çok yönlü bir koşu bandı, kullanıcının kendi seçtiği bir hızda herhangi bir yönde dolaşmasını sağlamak için aynı anda doğrusal ve rotasyonel hareketleri kullanır. Genellikle oyun endüstrisinde kullanılan çok yönlü koşu bantları, hem VR hastalığı sorununu ele alarak hem de kullanıcının fiziksel yeteneklerine daha iyi meydan okuyan gerçekçi ortamların oluşturulmasını kolaylaştırarak klinik ortamda VR ortamlarından yararlanma fırsatlarını genişletir. Özellikle, tam ölçekli, günlük ortamların sanal kopyaları, günlük yaşamın araçsal aktivitelerinin (IADL'ler) performansı sırasında bilişsel ve motor işlevlerin değerlendirilmesini kolaylaştırabilir.
Günlük yaşamın araçsal aktiviteleri (IADL'ler), bağımsız yaşamı sürdürmek için kritik olan fonksiyonel görevlerdir (örneğin, alışveriş, ilaç alma, yiyecek hazırlama)21. Yaygın IADL'leri gerçekleştirme yeteneği, nörolojik hastalık için prodromal bir belirteç olarak önerilmiştir. Uzun vadeli, prospektif çalışmalardan elde edilen son veriler, IADL'lerdeki düşüşlerin muhtemelen Parkinson hastalığı (PD) tanısından 5-7 yıl önce22,23 ve Alzheimer hastalığı tanısından 24,25 önce olduğunu göstermektedir. Günlük yaşamın temel aktivitelerinin (BADL'ler)26'nın aksine, IADL'ler tipik olarak iki dikkat gerektiren görevin (örneğin, motor-bilişsel, motor-motor veya bilişsel-bilişsel)27'nin aynı anda yerine getirilmesini gerektirir. Günlük hane halkı ve toplum faaliyetlerinin büyük çoğunluğu ikili görev koşulları altında gerçekleştirilmektedir28,29.
İkili görev düşüşleri IADL performansını açıkça etkilese de, geleneksel klinik motor değerlendirmeler30,31,32 ve nöropsikolojik testler 33,34, IADL'leri değerlendirmek için yetersizdir, çünkü bu değerlendirmeler işlevleri karşılıklı bağımlılıklarını dikkate almadan ayrı bileşenlere ayırır. Doğrudan IADL değerlendirmesinin mevcut yöntemleri, önyargıya eğilimli öz raporlama anketlerinedayanmaktadır 35 veya uzun ve külfetli performansa dayalı değerlendirmeler36. Her iki yaklaşım da, bir bireyin topluluk ortamındaki IADL işlev düzeyine ilişkin nesnel, nicel içgörüler sağlamaz.
VR teknolojisindeki gelişmeler, çok yönlü koşu bantlarının altında yatan mühendislik ilerlemeleriyle birleştiğinde, etkileşimli ve sürükleyici bir ortam yaratma fırsatı sunar. Motor, bilişsel, bilişsel-motor ve IADL performansını aynı anda değerlendirmek için sanal bir market ve alışveriş görevi oluşturuldu. Cleveland Clinic Sanal Gerçeklik Alışverişi (CC-VRS) platformu, biyomedikal mühendisleri, yazılım geliştiricileri, fizyoterapistler, mesleki terapistler ve nörologlardan oluşan bir ekip tarafından işbirliği içinde geliştirilmiştir.
Amerikan Ergoterapi Derneği26'nın tavsiyelerine dayanarak IADL performansını ölçmek için bir market alışverişi görevi seçildi. Sanal Çoklu İş Görevi (VMET)37, Zamanlanmış Enstrümantal ADL Ölçeği 38 ve Penn Parkinson Günlük Aktiviteler Anketi-15 (PDAQ-15)39, alışverişi nörolojik hastalıkla ilişkili motor ve motor olmayan performansın önemli bir göstergesi olarak kabul eder. Diğerleri, IADL performansını 37,40,41 olarak tahmin etmek amacıyla bir market ortamı oluşturmak için çevreleyici bir VR başlığı kullandı. Bununla birlikte, market alışverişinin önemli bir bileşenini değerlendirmede başarısız oldular: hareketlilik. Genel olarak, mevcut VR market paradigmaları, katılımcının markette bir avatarı ışınlamak veya gezinmek için elde tutulan bir denetleyici kullanmasını gerektirir. Hareketi kullanıcının sanal alışveriş deneyimine entegre etmeyi amaçladık. CC-VRS geliştirme süreci, tipik bir market deneyiminin resmi bir görev analizi ile başladı. Şekil 1'de belirtildiği gibi, dokuz temel görev bileşeni, tüm IADL'lerin karakteristiği gibi, başarılı performans için gerekli motor, bilişsel veya bilişsel-motor faaliyetler olarak nitelendirilebilecek unsurların bir karışımını yansıtmaktadır.

Şekil 1: Market alışverişi görev analizi. Gerçek dünyada başarılı market alışverişi için eylemlerin sırasını ve bu eylemlerin doğasını tanımlamak için bir görev analizi yapıldı. Dokuz birincil dizi tanımlandı ve Temel ve Karmaşık alışveriş görevlerinin gelişimini bilgilendirmek için kullanıldı. Diziler motor (mavi), bilişsel (sarı) ve bilişsel-motor (yeşil) olarak sınıflandırıldı; ilgili sonuçlarla ilgili ayrıntılar Tablo 1'de verilmiştir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
CC-VRS platformu, sürükleyici bir VR gözlüğü aracılığıyla gerçekçi, orta ölçekli bir marketi çoğaltır. Çok yönlü bir koşu bandında yürürken, kullanıcı mağaza boyunca sürekli, belirlenmiş bir rota izler, bir alışveriş listesindeki öğeleri bulur ve öğeleri sanal bir alışveriş sepetine yerleştirir. Belirlenmiş bir rota sağlamak, sanal mağazada yürünen mesafeyi standartlaştırır, gezinme hatalarının sayısını azaltır ve IADL performansındaki olası değişiklikleri gezinme hatalarından veya kullanıcı tarafından kullanılan yetersiz arama stratejilerinden ayırmada daha fazla hassasiyet sağlar. 150 m'lik rota, motor karmaşıklığı42,43 ve nörolojik hasta popülasyonlarında yürüyüşün donmasını tetikleme olasılığını artıran çoklu dönüşler gerektirir, çünkü dönüş sırasında donmalar düzçizgi yürüyüşünden daha sık gözlenir. Hem gezinme yolunun mesafesi hem de alışveriş listesindeki öğelerin sayısı, klinisyen tarafından kullanıcının yeteneklerine veya değerlendirme oturumunun hedeflerine uyacak şekilde yapılandırılabilir.
Her kullanıcı bir Temel ve bir Karmaşık alışveriş senaryosunu tamamlar. Temel Senaryo sadece rotayı takip etmeyi ve alışveriş listesinden öğeleri seçmeyi gerektirir. Karmaşık Senaryoda, kullanıcıya mağazada aynı rotayı izlerken farklı market ürünlerinin bir listesi sağlanır, ancak ek bilişsel ve motor talepler getirilir (gecikmeli sözlü hatırlama, fiyat karşılaştırması ve aşağıdaki protokol bölümünde açıklanan engellerden kaçınma görevleri). Hem Temel hem de Karmaşık Senaryolar boyunca ortam market gürültüsü, sürükleyici deneyimi tamamlar. Doğru ve yanlış öğeler, alışveriş listesi etkinleştirmelerinin sayısı ve sıklığı, durma süresi ve yürüyüş ölçümleri dahil olmak üzere kullanıcının performansıyla ilgili özet ve ayrıntı verileri otomatik olarak oluşturulur ve klinisyen tarafından incelenmeye hazır hale getirilir.
CC-VRS'nin amacı, yaşlı erişkinlerde ve nörolojik hastalık riski taşıyan veya teşhis edilen bireylerde IADL'lerin performansını objektif olarak ölçmektir. CC-VRS, kullanıcı için sürükleyici ve gerçekçi bir deneyim sunar ve nörolojik hastalığın prodromal belirteçleri veya hastalığın ilerlemesinin objektif ölçümleri olarak hizmet etme potansiyeline sahip bilişsel ve motor fonksiyonun kesin, biyomekanik temelli sonuçlarını verir. CC-VRS şu anda aşağıdakileri amaçlayan üç ilgili projede kullanılmaktadır: (1) sağlıklı yaşlanma ve nörolojik hastalığın IADL performansı üzerindeki etkilerini anlamak, (2) birinci basamak ve bir hareket bozukluğu kliniğine klinik entegrasyonun fizibilitesini belirlemek ve (3) derin beyin stimülasyonu (DBS) sistemlerine sahip ileri PD hastalarında yürüyüşün dondurulmasının altında yatan nöral imzayı tanımlamak. Toplu olarak, bu projeler yaşlanma ve nörolojik hastalıkların IADL performansının yönlerini nasıl etkilediğini daha iyi anlamak için CC-VRS platformunu ve ilgili sonuçları kullanacaktır. Bu makale, CC-VRS'nin gelişimini, tasarımını, donanım ve yazılım teknolojisini ve sağlık hizmetlerine entegrasyonu kolaylaştırabilecek yeni sonuçlarını detaylandırmaktadır.