Configuración para la evaluación cuantitativa del movimiento y la actividad muscular durante una prueba virtual de caja y bloque modificado

El movimiento es la forma en que interactuamos con el mundo. Si bien las actividades cotidianas, como tomar un vaso de agua o caminar al trabajo, pueden parecer simples, incluso estos movimientos dependen de señales^{complejas entre} el sistema nervioso central, los músculos y las extremidades. Como tal, la independencia personal y la calidad de vida están altamente correlacionadas con el nivel de función de las extremidades de un individuo ^2,3. El daño neurológico, como en la lesión de la médula espinal (LME) o la lesión de los nervios periféricos, puede dar lugar a déficits motores permanentes, disminuyendo así la capacidad de realizar incluso las actividades más sencillas de la vida diaria ^4,5. Según el Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares, más de 100 millones de personas en los Estados Unidos experimentan déficits motores, siendo el accidente cerebrovascular una de las principales causas ^6,7,8. Debido a la naturaleza de estas lesiones, los pacientes a menudo requieren cuidados prolongados en los que la evaluación motora cuantitativa y el tratamiento a distancia pueden ser beneficiosos.

Las prácticas actuales para tratar los trastornos del movimiento a menudo requieren una evaluación clínica inicial y continua de la función a través de la observación por parte de expertos capacitados, como fisioterapeutas u ocupacionales. Las pruebas clínicas estándar validadas a menudo requieren profesionales capacitados para administrarlas, con limitaciones de tiempo específicas y puntuación subjetiva de movimientos predefinidos o tareas funcionales. Sin embargo, incluso en individuos sanos, se pueden lograr movimientos idénticos con diferentes combinaciones de ángulos articulares. Este concepto se denomina redundancia musculoesquelética.

Las pruebas clínicas funcionales a menudo no tienen en cuenta la redundancia individual que subyace a la variabilidad entre sujetos. Tanto para los clínicos como para los investigadores, distinguir entre la variabilidad normal causada por la redundancia y los cambios patológicos en el movimiento sigue siendo un desafío. Las evaluaciones clínicas estandarizadas realizadas por evaluadores bien entrenados utilizan sistemas de puntuación de baja resolución para reducir la variabilidad entre evaluadores y mejorar la validez de las pruebas. Sin embargo, esto introduce efectos techo, disminuyendo así la sensibilidad y la validez predictiva para los sujetos que pueden tener déficits de movimiento leves ^9,10. Además, estas pruebas clínicas no pueden diferenciar si los déficits son causados por la mecánica corporal pasiva o la coordinación muscular activa, lo que puede ser importante durante el diagnóstico inicial y el diseño de un plan de rehabilitación específico para el paciente. Los ensayos clínicos aleatorizados han revelado una eficacia inconsistente de los planes de tratamiento formulados con base en la evidencia proporcionada por estas pruebas clínicas 11,12,13. Varios estudios han enfatizado la necesidad de contar con métricas clínicas cuantitativas y fáciles de usar que puedan ser utilizadas para guiar el diseño de futuras intervenciones^14,15.

En estudios previos, demostramos la implementación de la evaluación automatizada del movimiento utilizando dispositivos de captura de movimiento fácilmente disponibles para el consumidor en el deterioro del brazo después de un accidente cerebrovascular, así como la evaluación de la función del hombro después de una cirugía torácica en pacientes con cáncer de mama^16,17. Además, hemos demostrado que el uso de los momentos activos de las articulaciones para estimar los momentos musculares de movimientos activos específicos es una medida más sensible de los déficits motores después de un accidente cerebrovascular en comparación con los ángulos articulares¹⁸. Por lo tanto, la captura de movimiento y la electromiografía de superficie (EMG) pueden ser de vital importancia en la evaluación de los pacientes que son diagnosticados como asintomáticos por las pruebas clínicas estándar, pero que aún pueden estar experimentando dificultades de movimiento, fatiga o dolor. Este artículo describe un sistema que puede permitir la caracterización detallada y cuantitativa del movimiento durante pruebas clínicas estándar para el desarrollo futuro de métodos para la evaluación y rehabilitación en el hogar en poblaciones de pacientes con problemas de movimiento.

La realidad virtual (VR) se puede utilizar para construir una experiencia de usuario inmersiva mientras se modelan las tareas cotidianas. Por lo general, los sistemas de realidad virtual rastrean los movimientos de la mano del usuario para permitir interacciones simuladas con el entorno virtual. El protocolo que describimos aquí utiliza productos de realidad virtual de consumo para la captura de movimiento para cuantificar la evaluación de los déficits motores, de manera similar a otros estudios que demuestran el uso de controladores de videojuegos listos para usar en la evaluación cuantitativa del deterioro después de un accidente cerebrovascular o una cirugía de hombro^16,17. Además, la EMG es una medida no invasiva de la actividad neuronal subyacente a la contracción muscular¹⁹. Como tal, la EMG se puede utilizar para evaluar indirectamente la calidad del control neural del movimiento y proporcionar una evaluación detallada de la función motora. El daño muscular y nervioso puede ser detectado por EMG, y trastornos como la distrofia muscular y la parálisis cerebral son comúnmente monitoreados utilizando esta técnica^20,21. Además, la EMG puede utilizarse para rastrear cambios en la fuerza muscular o espasticidad, que pueden no ser evidentes en las evaluaciones cinemáticas^22,23, así como la fatiga y la coactivación muscular. Métricas como estas son críticas para considerar el progreso de la rehabilitación 23,24,25.

El paradigma experimental descrito aquí busca aprovechar una combinación de VR y EMG para abordar las limitaciones de las herramientas tradicionales de evaluación clínica. Aquí, se les pidió a los participantes que realizaran una tarea modificada de Caja y Bloque (BBT)²⁶ utilizando objetos reales y en realidad virtual. La TCB estándar es una herramienta clínica utilizada en la evaluación general de la función macroscópica de las extremidades superiores, en la que se pide a los sujetos que muevan tantos bloques de 2,5 cm como sea posible de un compartimento, sobre un tabique, a un compartimento contiguo en un minuto. Si bien a menudo se utilizan para evaluar de manera confiable los déficits en pacientes con accidente cerebrovascular u otras afecciones neuromusculares (p. ej., paresia de las extremidades superiores, hemiplejia espástica), también se han reportado datos normativos para niños y adultos sanos, de 6 a 89 años^{de edad 26}. Una evaluación virtual del movimiento se utiliza para simular los aspectos funcionales de la prueba clínica validada realizada en la vida real. La realidad virtual se utiliza aquí para disminuir el hardware requerido al tiempo que permite el suministro de instrucciones estandarizadas y puntuaciones programadas y automatizadas. Como tal, ya no sería necesaria la supervisión constante por parte de profesionales capacitados.

El BBT en este estudio se ha simplificado para centrarse en capturar el alcance y el agarre de un bloque a la vez que aparece en el mismo lugar. Esto maximizó la reproducibilidad de los movimientos y minimizó la variabilidad entre sujetos en los datos registrados. Por último, los auriculares de realidad virtual se pueden comprar por tan solo $ 300 y tienen el potencial de albergar múltiples evaluaciones. Una vez programado, esto disminuiría significativamente el costo asociado con la evaluación profesional típica y permitiría una mayor accesibilidad a estas pruebas clínicas estándar y validadas tanto en entornos clínicos como remotos/en el hogar.