Het meten van de kinematica van dagelijkse leven bewegingen met Motion Capture systemen in Virtual Reality

Behavior

Your institution must subscribe to JoVE's Behavior section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

We ontwierpen een virtuele realiteit test om te beoordelen van instrumentele activiteiten van het dagelijks leven (IADL) met een motie-vangst systeem. Verschillende bewegingen, met inbegrip van traject, bewegende afstand en tijd om de voltooiing te evalueren IADL mogelijkheden stellen wij een gedetailleerde Kinematische analyse om te interpreteren van de deelnemer.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Seo, K., Lee, A., Kim, J., Ryu, H., Choi, H. Measuring the Kinematics of Daily Living Movements with Motion Capture Systems in Virtual Reality. J. Vis. Exp. (134), e57284, doi:10.3791/57284 (2018).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Het onvermogen instrumentele activiteiten van het dagelijks leven (IADL) te voltooien is een voorloper van verschillende neuropsychologische aandoeningen. Vragenlijst gebaseerde beoordeling van de IADL zijn makkelijk te gebruiken, maar gevoelig voor subjectieve partijdigheid. Hier beschrijven we een roman virtual reality (VR)-test om te beoordelen van de twee complexe IADL-taken: afhandelen van financiële transacties en met het openbaar vervoer. Terwijl een deelnemer voert de taken in een VR omgeving, een beweging vastleggen systeem sporen de positie en oriëntatie van de dominante hand en hoofd in een driedimensionale Cartesisch coördinatenstelsel. Kinematische ruwe gegevens worden verzameld en omgezet in 'kinematische prestatiemaatstaven," d.w.z., bewegings-traject, bewegende afstand en tijd tot voltooiing. Motie traject is het pad van een bepaald lichaamsdeel (bijvoorbeeld, dominante hand of hoofd) in de ruimte. Verplaatsen afstand verwijst naar de totale afstand van het traject, en tijd voor de voltooiing is hoe lang het duurde om een IADL-taak te voltooien. Deze kinematische maatregelen kon het discrimineren van patiënten met cognitieve stoornissen van gezonde controles. De ontwikkeling van dit kinematische meten protocol maakt de ontdekking van vroege IADL-gerelateerde cognitieve beperkingen.

Introduction

Instrumentele activiteiten van het dagelijks leven (IADL), zoals het afhandelen van financiële transacties, met het openbaar vervoer en koken, zijn medische markeringen aangezien zij meerdere neuropsychologische functies1 vereisen. Verminderde IADL vermogens worden daarom beschouwd als voorlopers van neurologische aandoeningen, zoals milde cognitieve stoornissen (MCI) en dementie2. Gold's alomvattende evaluatie wijden aan IADL taken3 aangegeven dat meer cognitief veeleisende taken, zoals het beheer van Financiën en met het openbaar vervoer, de vroegste voorspeller van MCI en dementie waren.

Tot op heden, zijn de meest gebruikte evaluaties van IADL zelfgerapporteerde vragenlijsten, vragenlijsten informant gebaseerde en prestaties gebaseerde evaluaties4. Vragenlijst gebaseerde beoordeling van de IADL zijn kosteneffectief en gemakkelijk te gebruiken, maar zijn gevoelig voor subjectieve partijdigheid. Bijvoorbeeld, wanneer zelf rapportage, patiënten de neiging om over - of onder - estimate hun IADL mogelijkheden5. Evenzo miskennen informanten IADL mogelijkheden als gevolg van de waarnemer misvattingen of kennis lacunes4. Dus, zijn prestaties gebaseerde evaluaties, die vragen van patiënten specifieke IADL-taken uit te voeren de voorkeur, hoewel veel van de taken niet geschikt voor een algemene klinische setting6 zijn.

Onlangs, virtual reality (VR) studies hebben aangetoond dat deze technologie zou kunnen hebben belangrijke toepassingen in geneeskunde en gezondheidszorg, die alles van training aan herstel naar medische beoordeling7omvat. Alle deelnemers kunnen worden getest onder dezelfde VR voorwaarden, die de echte wereld na te bootsen. Bijvoorbeeld, Allain et al. 8 een virtuele koffie te taak ontwikkeld en toonde aan dat patiënten met cognitieve stoornissen de taak slecht uitgevoerd. Klinger et al. 9 bouwde een andere VR omgeving voor mailing en winkelen taken en een zinvolle relatie tussen taak voltooiingstijd in VR en neuropsychologische testresultaten gevonden. Eerdere VR studies van IADL beoordeling hebben meestal gericht op prestaties van eenvoudige maatregelen zoals reactietijd of nauwkeurigheid bij het gebruik van conventionele invoerapparaten zoals een muis en toetsenbord8,-9. Meer gedetailleerde prestatiegegevens over IADL is dus nodig om efficiënt scherm voor patiënten met MCI4.

Kinematische analyse van real-time beweging opnamegegevens is een krachtige aanpak van kwantitatief document gedetailleerde prestatiegegevens IADL taken zijn gekoppeld. Bijvoorbeeld witte et al. 10 ontwikkeld een virtuele keuken dat vangt de deelnemer gezamenlijke hoek gegevens tijdens dagelijkse leven taken en gebruikt van gegevensopname voor kwantitatief het evalueren van de doeltreffendheid van fysiotherapie. Dimbwadyo-Terrer et al. 11 een immersieve VR omgeving om te beoordelen van de prestaties van de bovenste extremiteit bij het uitvoeren van basistaken dagelijkse leven ontwikkeld en bleek dat de kinematische gegevens vastgelegd in een VR omgeving sterk gecorreleerd met functionele schubben van de bovenste extremiteit. Deze kinematische analyses met motion capture systemen kunnen nadere gelegenheid te snel beoordelen van een patiënt cognitieve stoornissen12. Opneming van de gedetailleerde kinematische gegevens inzake screening voor patiënten met MCI aanzienlijk verbeterd de classificatie van patiënten in vergelijking met gezonde controles,13.

Hier beschrijven we een protocol om te beoordelen van de kinematica van dagelijkse leven bewegingen met motion capture systemen in een immersieve VR omgeving. Het protocol bestaat uit twee complexe IADL-taken: "taak 1: geld" (handling financiële transacties) en "taak 2: een bus nemen" (met het openbaar vervoer). Terwijl de taken werden uitgevoerd, getraceerd een bewegingssysteem vangen de positie en oriëntatie van de dominante hand en hoofd. Na voltooiing van taak 1, werden dominante hand traject, bewegende afstand en tijd tot voltooiing verzameld. In taak 2, werden hoofd traject, bewegende afstand en tijd tot voltooiing verzameld. De resultaten van de vertegenwoordiger sectie in dit artikel details de oriënterende proef voor patiënten met MCI (d.w.z., IADL mogelijkheden zijn verminderde) in vergelijking met gezonde controles (dat wil zeggen, IADL mogelijkheden zijn intact).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Alle hier beschreven experimentele procedures goedgekeurd door de institutionele Review Board van Hankou Universiteit, volgens de verklaring van Helsinki (heldere-15-029-2). 6 gezonde controles (4 reutjes en 2 teefjes) en 6 MCI-patiënten (3 mannen en 3 vrouwen) werden gerekruteerd uit een tertiaire medisch centrum, Hankou universitair ziekenhuis.

1. het werven van deelnemers

  1. Werven van MCI-patiënten (d.w.z., verminderde IADL mogelijkheden) en gezonde controles (dat wil zeggen, normale IADL vermogens) tussen 70-80 jaar oud.
  2. Met de hulp van een neuroloog met meer dan 10 jaar klinische ervaring, Bekijk de patiënten medische geschiedenis en uitsluiten van patiënten met een geschiedenis van neurologische/psychiatrische ziekten of hersenchirurgie.
    Opmerking: Gebruik de volgende neuropsychologische tests: Mini Mental State onderzoek-dementie Screening, Korean instrumentele activiteiten van dagelijkse leven, vrije en Cued selectieve herinneren Test, Digit Span Test-vooruit/achteruit, Trail Making Test-A/B13 , en de criteria van Albert et al. 14 voor de diagnose van MCI.

2. Installeer VR Software en Computers met elkaar verbinden

  1. Instellen van de hardware in de speciale kamer vergelijkbaar met Figuur 1. Dit protocol uit te voeren in een kamer en middelgrote meeslepende virtuele omgeving (4 x 2.5 x 2.5 m3) met 4 computers, 4 stereoscopische driedimensionale (3D) projectoren en 8 motion tracking camera's voor het bijhouden van de positie en oriëntatie van de dominante hand en hoofd tijdens de twee IADL-taken.
    Opmerking: De VR-technologieën die worden gebruikt in dit artikel zijn computerhardware en software die bieden meeslepende en interactieve 3D-ervaringen, waardoor realistische objecten en gebeurtenissen kunnen worden gepresenteerd in een virtuele omgeving. De details van de hardware en de software worden beschreven in de Tabel van de materialen.
  2. Controleer dat alle computers zijn uitgerust met de benodigde software (Visual Studio 2012 Herdistribueerbaar pakket (x86), DirectX, en MiddleVR, of gelijkwaardig). Voor MiddleVR, dat wil zeggen, middleware software, check de website15 om te verkrijgen van de nieuwste versies van de bibliotheken voor de invoerapparaten, stereoscopie clustering en interacties.
  3. Computers verbinden met stereoscopische 3D projectoren. Grafische instellingen zijn 1920 x 1080 pixelresolutie.
  4. Maak een Windows 10 thuisgroep om de 4 computers aansluiten op een thuisnetwerk. Maak een map op de primaire computer, en delen met andere thuisgroepcomputers.
  5. Starten op de primaire computer en dus de middleware software. Klik op de knop 'Cluster'. Stel de primaire computer als een server en andere computers als clients. Dit zal de toestand van alle apparaten synchroniseren. Klik op '3D Nodes' knop. Geef de positie, oriëntatie en de grootte van het scherm virtuele omgeving.
  6. Voltooien van de instellingen is gebaseerd op de website15 en sla de configuratiebestand.

3. Motion Capture systemen in een virtuele omgeving opzetten

  1. Mount 8 motion tracking camera's in een virtuele omgeving om het opname volume volledig te dekken. Bevestigen camera's veilig zodat ze stationaire tijdens het opnemen blijven. Zorgen voor objecten in een virtuele omgeving te allen tijde zichtbaar door ten minste 2 camera's zal worden.
  2. Installeer OptiTrack motief software, dat wil zeggen, motion capture software, op de primaire computer met behulp van de handmatige installatie-16. Sluit de primaire computer met de motion capture systemen met categorie 6 Ethernet-kabels.
  3. Kalibreer de motion capture-systemen met de volgende stappen, zoals wordt beschreven in de handleiding van software16.
    1. Verwijder alle vreemde reflecties of geen onnodige markeringen uit het opname volume.
    2. Klik op de "Masker zichtbaar" knop om te maskeren ongewenste reflecties of ambient inmenging.
    3. Klik op de knop "Wanding Start". Gebruiken de kalibratie wand ter ondersteuning van de vangst van monster frames om het berekenen van de respectievelijke posities en oriëntaties in 3D-ruimte.
    4. Klik op "Bereken" om te kalibreren van het systeem met behulp van de verzamelde monsters.
    5. Controleer de kalibratieresultaten (in volgorde van grootste naar beste): armen, Fair, goed, groot, Excellent en uitzonderlijke. Als het resultaat beter dan grote is, klikt u op de "Apply" knop. Als dat niet het geval is, klikt u op de knop "Annuleren" en herhaal het proces wanding.
    6. Plaats het kalibratie-plein in de 3D-ruimte waar u de oorsprong moet worden geplaatst. Klik op "instellen massaplaat" knop om de oorsprong van een bijgehouden 3D-coördinatenstelsel.
    7. Selecteer de bijbehorende reflecterende markeringen voor de dominante hand en hoofd. Klik op de knop "Vastlichaam" en klik vervolgens op de knop "Maken van geselecteerde Markers".
  4. Over de ontwerpresolutie vastleggen software, open het menu "Streaming". Controleer of het nummer van de poort weergegeven 3883, en het selectievakje "Uitzending framegegevens" in de categorie "VRPN Streaming Engine". Klik op "Ctrl" + "S" de kalibratie-bestand op te slaan.
  5. Starten op de primaire computer en dus de middleware software. Klik op de knop "Apparaten". Voeg een VRPN Tracker bijhouden om gegevens te verkrijgen van het bewegingssysteem vastleggen, en sla het configuratiebestand.

4. een virtuele omgeving voorbereiden door gebruik

  1. Verwijder alle reflecterende objecten (dat wil zeggen, horloges, ringen, oorbellen, metalen, etc.) uit de virtuele omgeving.
  2. Inschakelen van computers, stereoscopische 3D projectoren en motion capture systemen (360 frames per seconde).
  3. Zodra 4 computers wordt uitgevoerd, start de VRDaemon software. Bijvoorbeeld, tweevoudig tikken voort "VRDaemon.exe" die zich in "C:\Program Files (x86) \MiddleVR\bin."
  4. Starten op de primaire computer, de motion capture software. Klik op de knop in de buurt van het hoogste menu label 'Open bestaand Project'. De camera kalibratie bestand laden.
  5. Starten op de primaire computer en dus de middleware software. Klik op de knop "Simulaties". Laad de gewenste simulatie en configuratie bestanden vanuit een gedeelde map.
  6. De middleware software, druk op de knop "Run" uit te voeren een meeslepende virtuele toepassing met de geselecteerde simulatie en configuratie bestanden.

5. de deelnemer met de virtuele omgeving vertrouwd

  1. De deelnemer voorzien van stereoscopische bril met een gewicht van ongeveer 50 g. De frequentie van de weergave van de stereoscopische bril is 192 Hz. Zorg er ook voor dat de stereoscopische bril comfortabel over de ogen en oren; Zie figuur 2A.
  2. Hechten reflecterende markeringen met een gewicht van minder dan 1 g van de deelnemer dominante handen en het hoofd. Wees voorzichtig te hechten de reflecterende markers strak; Zie figuur 2B. Informeren van de deelnemer dat ze vrij kunnen verplaatsen of draaien in de virtuele omgeving met behulp van head movement en virtuele voorwerpen met de dominante hand kunt klikken. Een virtuele hand verschijnt in het virtuele milieu na te bootsen de positie van de wijsvinger van de deelnemer; Zie Figuur 3.
  3. Vraag de deelnemer vrij verplaatsen (d.w.z., opstaan, zitten, sla linksaf en ga rechtsaf) in het virtuele milieu voor 5 min om zich vertrouwd te maken met de VR omgeving. Dan vragen de deelnemer op virtuele knoppen voor 5 min om vertrouwd te raken met hoe om te interageren met virtuele voorwerpen met de dominante hand. Bieden een ander 10 min trainingssessie als de deelnemer om één vraagt.
  4. Controleer of de deelnemer immuun voor VR-ziekte met een simulator ziekte vragenlijst17 is.
    Let op: Het volgen op het stereoscopische display van de gesynchroniseerde beweging kan leiden tot VR-ziekte, die leiden ongemak, hoofdpijn, maag bewustzijn, misselijkheid, braken, bleekheid, zweten, vermoeidheid, slaperigheid, desoriëntatie en apathie tot kan. Als de deelnemer over vermoeidheid klaagt of de score van de ziekte simulator te hoog is, stop het protocol.

6. Voer "taak 1: geld"

Let op: Tegenwicht bieden aan de sequenties van taak 1 en taak 2 te verwijderen van het "Carry-over"-effect.

  1. Leggen aan de deelnemer de details van de taak en de 8 actie stappen voor het voltooien van de taak in de virtuele omgeving bieden. De stappen zijn (1) invoegen de kaart in de ATM, (2) Selecteer het menu 'trekken', (3) Selecteer het bedrag te trekken (4) Kies het type bill, (5) het invoeren van de PIN (persoonlijk identificatienummer), (6) Kies de optie voor ontvangstbewijzen, (7) Verwijder de kaart, en (8) kosten van het geld uit de ATM (Zie Figuur 4).
  2. Starten op de primaire computer en dus de middleware software. Selecteer op het tabblad "Simulaties" een simulatie-bestand voor taak 1 en een configuratiebestand. Druk op de knop "Uitvoeren"; "Taak 1: geld" in de virtuele omgeving wordt uitgevoerd.
    Opmerking: Voor de taak 1 bestand, zie de bijgevoegde "Taak 1 trekken Money.zip" bestand in aanvullende bestand 1. Merk op dat de virtuele taak werd ontwikkeld met de 3D-engine van eenheid.
  3. Als de "taak 1: geld" wordt uitgevoerd in het virtuele milieu, instrueren van de deelnemer om uit te voeren als volgt: "intrekken 70.000 KRW (gelijk aan ongeveer 60 USD) van de ATM-om te winkelen. Selecteer twee verschillende soorten notities, een 50.000 KRW opmerking voor 50.000 KRW en twee 10.000 KRW merkt voor 20.000 KRW. Het wachtwoord voor uw transactie is de datum van vandaag. Bijvoorbeeld, als het experiment wordt uitgevoerd op 11 November, is de PIN 1111. Houd de ontvangst voor verdere referentie."
  4. Zodra de taak is voltooid, controleren de kinematische opgeslagen gegevens in CSV-bestanden (comma separated values) voor verdere analyse vanuit een gedeelde map.
    Opmerking: Het gebruik van de motion capture systemen, tijdens "taak 1: geld" opnemen van de positie en oriëntatie van de dominante hand bij het uitvoeren van een taak met een frequentie van de opname van 1 ms.
  5. De deelnemer ongeveer 5 min pauze geven voordat u begint "taak 2: een bus nemen."

7. Voer "taak 2: een bus nemen"

  1. Leggen aan de deelnemer de details van de taak en instructies geven over hoe om te voltooien "taak 2: een bus nemen" als volgt: "Gelieve te wachten bij de bushalte en de doel-bus nemen. Het doel bus zal worden vermeld op de VR-scherm door een specifieke lijn nummer, kleur en bestemming. Wanneer de target-bus aankomt, moet lopen van de bushalte en naar de voordeur van de bus van de doelgroep. 8 verschillende doelgroepen bussen zal worden willekeurig gegenereerd en gepresenteerd." Zie Figuur 5.
  2. Starten op de primaire computer en dus de middleware software. Selecteer op het tabblad "Simulaties" een simulatie-bestand voor taak 2 en een configuratiebestand. Druk op de knop "Run" en "taak 2: een bus nemen" in de virtuele omgeving wordt uitgevoerd.
    Opmerking: Voor het bestand van taak 2, zie de bijgevoegde "Taak 2 nemen een Bus.zip" bestand in aanvullende File 2. Merk op dat de virtuele taak werd ontwikkeld met de 3D-engine van eenheid.
  3. Als de "taak 2: een bus nemen" wordt uitgevoerd in het virtuele milieu, instrueren van de deelnemer in de bushalte wachten. Klik op de "Spatiebalk" sleutel op het toetsenbord om bussen aankomen bij de bushalte.
  4. Zodra de taak is voltooid, controleren de kinematische opgeslagen gegevens in CSV-bestanden voor verdere analyse vanuit een gedeelde map.
    Opmerking: Het gebruik van de motion capture systemen, tijdens "taak 2: een bus nemen" opnemen van de positie en de richting van het hoofd bij het uitvoeren van de taak met een frequentie van de opname van 1 ms.
  5. Het protocol is voltooid. Helpen de deelnemer de stereoscopische glazen verwijderen en loskoppelen van de reflecterende markeringen van de dominante hand en hoofd.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

CSV bestanden van "taak 1: geld" zijn geanalyseerd met behulp van de statistische software R voor het berekenen van de dominante hand traject, bewegende afstand en tijd tot voltooiing. Het traject van de dominante hand beweging is gevisualiseerd (Figuur 6). De bewegende afstand van de dominante hand wordt berekend door optelling van de totale afstanden tussen sequentiële handposities tijdens het uitvoeren van taak 1. De afstand tussen posities is de Euclidische afstand. Tijd om de voltooiing betekent de tijd die nodig is om de hele taak (dat wil zeggen, van stap 1 "invoegen de kaart in de ATM" om stap 8 "nemen geld uit de Geldautomaat") te voltooien. Zie het bijgevoegde "Taak 1 R Code.docx" bestand in aanvullende bestand 3voor de R-code voor statistische analyse.

CSV bestanden van "taak 2: een bus nemen" worden geanalyseerd om te berekenen het hoofd traject, verplaatsen van afstand en tijd om te voltooien met behulp van de statistische software van R. Het traject van de hoofd beweging is gevisualiseerd (Figuur 7). De bewegende afstand van het hoofd is berekend door optelling van de totale afstanden tussen sequentiële hoofd posities bij het uitvoeren van taak 2. De afstand tussen twee posities is de Euclidische afstand. De tijd om de voltooiing betekent de tijd genomen vanaf het begin tot het einde van de hele taak met acht doelwit bussen. Zie het bijgevoegde "Taak 2 R Code.docx" bestand in aanvullende bestand 4voor de R-code voor statistische analyse.

Antropometrische kenmerken en de kinematische maatregelen uit patiënten met MCI en gezonde controles zijn vermeld in tabel 1. Deze test VR met motion capture systemen presenteert nieuwe kansen voor het meten van de kinematica van complexe IADL-taken. Door het volgen van het hier gepresenteerde protocol, kunnen onderzoekers kinematische prestatiegegevens voor "taak 1: geld" (handling financiële transacties) en "taak 2: een bus nemen" (met het openbaar vervoer).

Inderdaad, een patiënt-controle-onderzoek met dit protocol werd uitgevoerd met diverse statistische analyses (dat wil zeggen, multivariate analyse van variantie, een Pearson correlatie analyse en een voorwaartse stapsgewijze lineaire discriminantanalyse), die kunnen worden gevonden in onze empirisch onderzoek naar13.

Figure 1
Figuur 1: een kamer en middelgrote immersieve virtuele omgeving Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 2
Figuur 2: opstelling vóór de beoordeling. (A) het onderwerp draagt stereoscopische bril. (B) reflecterende markeertekens zijn gekoppeld aan de dominante hand en het hoofd. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 3
Figuur 3: virtuele hand vertegenwoordiging in de virtuele omgeving. (A) een witte bol vertegenwoordigt de positie van de wijsvinger. De deelnemer klikt op een virtuele nummer '2' knop. (B) De deelnemer klikt op een virtuele nummer "4"-knop. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 4
Figuur 4: taak 1: geld van ATM. (A) deelnemer treedt een PIN-code in de ATM. (B) deelnemer trekt geld uit de ATM. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 5
Figuur 5: taak 2: Neem een bus. (A) deelnemer wachten bij de bushalte. (B) deelnemer loopt uit de bushalte en in de target-bus. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 6
Figuur 6: taak 1: Hand beweging traject in 3D Cartesische ruimte. (A) gezonde controles. (B) MCI-patiënten. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 7
Figuur 7: taak 2: hoofd verkeer traject in 3D Cartesische ruimte. (A) gezonde controles. (B) MCI-patiënten. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

MCI-patiënten Gezonde controles
Nummer (mannelijk) 6 (3) 6 (4)
Leeftijd (jaar) 72.4 ± 1.9 72.6 ± 1,7
Taak 1: Geld
Bewegende afstand (m) 34.7 ± 9.1 52.5 ± 10.5
Tijd om voltooiing (min) 1.8 ± 0,3 1.3 ± 0,2
Taak 2: Een bus nemen
Bewegende afstand (m) 100.3 ± 11.4 128.5 ± 14.2
Tijd om voltooiing (min) 13.5 ± 0,2 13.5 ± 0,2

Tabel 1: Antropometrische kenmerken en kinematische maatregelen . Waarden zijn middelen ± SD.

Aanvullende bestand 1: taak 1 trekken Money.zip. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Aanvullende bestand 2: taak 2 nemen een Bus.zip. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Aanvullende bestand 3: taak 1 R Code.docx. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Aanvullende bestand 4: taak 2 R Code.docx. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

We gedetailleerde een kinematische meten protocol van dagelijkse leven bewegingen met motion capture systemen in een immersieve VR omgeving. Ten eerste, de experimentele instelling geleid tot het instellen van, bereiden, en deelnemers vertrouwd te maken met de immersieve VR omgeving. Ten tweede, we ontwikkelden twee gestandaardiseerde IADL taken in VR. Ten derde, stap 3 en stap 5 in de sectie Protocol zijn de belangrijkste stappen om te minimaliseren van de VR-ziekte. Bij het instellen van de motion capture-systemen in het virtuele milieu (stap 3), is het belangrijk te monteren de tracking camera hoog genoeg om volledig dekken het opname volume, stelt de camera stabiel te voorkomen van verkeer tijdens het vastleggen, garanderen dat ten minste twee camera's kan Vang een voorwerp en tegelijkertijd elke vreemde reflecties of geen onnodige markeringen verwijderen uit de virtuele omgeving. Terwijl de deelnemers vertrouwd te maken met VR (stap 5), is het van cruciaal belang te zorgen voor voldoende opleiding voor hen te wennen aan de virtuele ervaring. Als de deelnemers ervaren geen symptomen van VR ziekte (bijvoorbeeld, ongemak, hoofdpijn, misselijkheid, braken, bleekheid, zweten, vermoeidheid, slaperigheid, desoriëntatie en apathie), moet het experiment worden gestopt. Tot slot werden de kinematische onbewerkte gegevens vertaald door R statistische software.

Een beperking en de uitdaging van onze protocol is dat de virtuele IADL-taken ten opzichte van echte IADL-taken moeten worden gevalideerd. Hoewel eerdere studies aangetoond dat zowel virtuele als echte taken waren sterk gecorreleerd in termen van reactietijd, nauwkeurigheid8, klinisch, en functionele maatregelen11, moet het huidige kinematische meten protocol verenigbaar zijn met veel conventionele neuropsychologische evaluatie. Voortbouwend op deze validatie, moeten we opschalen van dit protocol met verschillende IADL-taken. Een andere beperking is dat dit protocol alleen kinematische standaardmaatregelen, dus meer verfijnde kinematische prestatiemaatstaven in een virtuele omgeving, zoals de acceleratie, verkeer nauwkeurigheid en efficiëntie analyseert, moeten worden opgenomen.

De betekenis van de huidige kinematische meting protocol is dat het snel, veilig, gemakkelijk uit te voeren en niet-invasieve voor detectie van vroege IADL tekorten. Een voormalige studie met behulp van dit protocol bevestigt dat de kinematische maatregelen in combinatie met als beste testresultaat een neuropsychologische MCI-patiënten van gezonde controles13gediscrimineerd. Kwantificering van specifieke functionele tekorten kan goed vormen een basis voor het lokaliseren van de bron en de omvang van de neurologische schade en daarom steun in klinische besluitvorming met betrekking tot individualizing therapieën18. In dit verband kan het protocol voorgesteld in dit artikel worden gebruikt voor evidence based klinische besluitvorming.

Rekening houdend met toekomstige toepassingen, dit protocol kan worden gebruikt voor andere neuropsychologische aandoeningen zoals traumatische hersenen letsel19. Ook, is het wellicht interessant om te analyseren specifieke subtaken in het huidige protocol om te identificeren welke typen meer uitdagend zijn. Recente studies van de VR te trainen van beroerte-patiënten vertoonden bovendien verbeteringen in de functies van het geheugen en de aandacht na een VR-gebaseerd spel interventie20. Het zou van groot belang voor de toepassing van dit protocol aan extra neuropsychologische revalidatie contexten.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs verklaren geen belangenconflicten.

Acknowledgments

K.S. en A.L. bijdragen even. Dit onderzoek werd gesteund door de fundamentele wetenschap Research Program via de nationale onderzoek Stichting van Korea (NRF) gefinancierd door het ministerie van wetenschap, ICT & toekomst Planning (NRF-2016R1D1A1B03931389).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Computer N/A N/A Computer requirements:                                                            - Single socket H3 (LGA 1150) supports
- Intel® Xeon® E3-1200 v3, 4th gen. Core i7/i5/i3 processors
- Intel® C226 Express PCH
- Up to 32GB DDR3 ECC/non-ECC 1600MHz UDIMM in 4 sockets
- Dual Gigabit Ethernet LAN ports
- 8x SATA3 (6Gbps)
- 2x PCI-E 3.0 x16, 3x PCI-E 2.0 x1, and 2x PCI 5V 32-bit slots
- 6x USB 3.0 (2 rear + 4 via headers)
- 10x USB 2.0 (4 rear + 6 via headers)
- HD Audio 7.1 channel connector by Realtek ALC1150
- 1x DOM power connector and 1x SPDIF Out Header
- 800W High Efficiency Power Supply
- Intel Xeon E3-1230v3
- DDR3 PC12800 8GB ECC
- WD 1TB BLUE WD 10EZEX  3.5"
- NVIDIA QUADRO K5000 & SYNC
Stereoscopic 3D Projector Barco F35 AS3D WUXGA Resolution:
- WQXGA (2,560 x 1,600)
- Panorama (2,560 x 1,080)
- WUXGA (1,920 x 1,200), 1080p (1,920 x 1,080)
Stereoscopic Glasses Volfoni Edge 1.2 For further information, visit http://volfoni.com/en/edge-1-2/
Motion Capture Systems NaturalPoint OptiTrack 17W For further information, visit http://optitrack.com/products/prime-17w/
OptiTrack (Motion capture software) NaturalPoint OptiTrack Motive 2.0 For further information, visit https://optitrack.com/downloads/motive.html
MiddleVR (Middleware software) MiddleVR MiddleVR For Unity For further information, visit http://www.middlevr.com/middlevr-for-unity/
VRDaemon (Middleware software) MiddleVR MiddleVR For Unity For further information, visit http://www.middlevr.com/middlevr-for-unity/
Unity3D (Game engine) Unity Technologies Personal For further information, visit https://unity3d.com/unity

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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. Psychol. Med. 43, (11), 2437-2445 (2013).
  2. Graf, C. The Lawton instrumental activities of daily living scale. Am. J. Nurs. 108, (4), 52-62 (2008).
  3. Gold, D. A. An examination of instrumental activities of daily living assessment in older adults and mild cognitive impairment. J. Clin. Exp. Neuropsychol. 34, (1), 11-34 (2012).
  4. Jekel, K., et al. Mild cognitive impairment and deficits in instrumental activities of daily living: a systematic review. Alzheimers. Res. Ther. 7, (1), 17 (2015).
  5. 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. J. Clin. Exp. Neuropsychol. 33, (1), 92-100 (2011).
  6. Desai, A. K., Grossberg, G. T., Sheth, D. N. Activities of Daily Living in patients with Dementia. CNS drugs. 18, (13), 853-875 (2004).
  7. Ma, M., Jain, L. C., Anderson, P. Virtual, augmented reality and serious games for healthcare 1. 68, Springer Science & Business Pubs. Berlin. (2014).
  8. Allain, P., et al. Detecting everyday action deficits in Alzheimer's disease using a nonimmersive virtual reality kitchen. J. Int. Neuropsychol. Soc. 20, (5), 468-477 (2014).
  9. Klinger, E., et al. AGATHE: A tool for personalized rehabilitation of cognitive functions based on simulated activities of daily living. IRBM. 34, (2), 113-118 (2013).
  10. White, D., Burdick, K., Fulk, G., Searleman, J., Carroll, J. A virtual reality application for stroke patient rehabilitation. ICMA. 2, 1081-1086 (2005).
  11. Dimbwadyo-Terrer, I., et al. Activities of daily living assessment in spinal cord injury using the virtual reality system Toyra: functional and kinematic correlations. Virtual Real. 20, (1), 17-26 (2016).
  12. Preische, O., Heymann, P., Elbing, U., Laske, C. Diagnostic value of a tablet-based drawing task for discrimination of patients in the early course of Alzheimer's disease from healthy individuals. J. Alzheimers. Dis. 55, (4), 1463-1469 (2017).
  13. Seo, K., Kim, J. K., Oh, D. H., Ryu, H., Choi, H. Virtual daily living test to screen for mild cognitive impairment using kinematic movement analysis. PLOS ONE. 12, (7), e0181883 (2017).
  14. Albert, M. S., et al. The diagnosis of mild cognitive impairment due to Alzheimer's disease: Recommendations from the National Institute on Aging-Alzheimer's Association workgroups on diagnostic guidelines for Alzheimer's disease. Alzheimers. Dement. 7, (3), 270-279 (2011).
  15. MiddleVR. User Guide. [FR]. Available from: http://www.middlevr.com/doc/current/ c2014-c2017 (2017).
  16. OptiTrack. Motive Quick Start Guide. Available from: https://optitrack.com/public/documents/motive-quick-start-guide-v1.10.0.pdf c1996-c2017 (2017).
  17. Kennedy, R. S., Lane, N. E., Berbaum, K. S., Lilienthal, M. G. Simulator sickness questionnaire: An enhanced method for quantifying simulator sickness. Int. J. Aviat. Psychol. 3, (3), 203-220 (1993).
  18. Singh, N. B., Baumann, C. R., Taylor, W. R. Can Gait Signatures Provide Quantitative Measures for Aiding Clinical Decision-Making? A Systematic Meta-Analysis of Gait Variability Behavior in Patients with Parkinson's Disease. Front. Hum. Neurosci. 10, 319 (2016).
  19. Hernandez, F., et al. Six degree-of-freedom measurements of human mild traumatic brain injury. Ann. Biomed. Eng. 43, (8), 1918-1934 (2015).
  20. Gamito, P., et al. Cognitive training on stroke patients via virtual reality-based serious games. Disabil. Rehabil. 39, (4), 385-388 (2017).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics