منصة التسوق الغامرة في الواقع الافتراضي في كليفلاند كلينك لتقييم الأنشطة الفعالة للحياة اليومية
Summary
الواقع الافتراضي (VR) هو نهج قوي ولكنه غير مستغل بشكل كاف لتعزيز تشخيص وعلاج الأمراض العصبية. تجمع منصة التسوق بالواقع الافتراضي في كليفلاند كلينك بين محتوى الواقع الافتراضي المتطور وجهاز المشي متعدد الاتجاهات لتحديد الأنشطة الفعالة للحياة اليومية – وهي علامة بادرية مقترحة للأمراض العصبية.
Abstract
تم اقتراح انخفاض في أداء الأنشطة الفعالة للحياة اليومية (IADLs) كعلامة بادرية للأمراض العصبية. التقييمات السريرية الحالية والقائمة على الأداء IADL غير مجدية للاندماج في الطب السريري. الواقع الافتراضي (VR) هو أداة قوية ولكنها غير مستغلة بشكل كاف يمكن أن تقدم تشخيص وعلاج الأمراض العصبية. أحد العوائق التي تحول دون اعتماد وتوسيع نطاق الواقع الافتراضي في علم الأعصاب السريري هو المرض المرتبط بالواقع الافتراضي الناتج عن التناقضات الحسية بين الأنظمة البصرية والدهليزية (أي مشكلة الحركة).
تحاول منصة كليفلاند كلينك للتسوق بالواقع الافتراضي (CC-VRS) حل مشكلة الحركة عن طريق ربط جهاز المشي متعدد الاتجاهات بمحتوى الواقع الافتراضي عالي الدقة، مما يمكن المستخدم من التنقل فعليا في متجر بقالة افتراضي لمحاكاة التسوق. يتكون CC-VRS من تجارب تسوق أساسية ومعقدة. كلاهما يتطلب المشي 150 متر واستعادة خمسة عناصر. تحتوي التجربة المعقدة على سيناريوهات إضافية تزيد من المتطلبات المعرفية والحركية للمهمة لتمثيل أفضل لسلسلة الأنشطة المرتبطة بالتسوق في العالم الحقيقي. توفر منصة CC-VRS نتائج موضوعية وكمية بيوميكانيكية ومعرفية تتعلق بأداء IADL للمستخدم. تشير البيانات الأولية إلى أن CC-VRS يؤدي إلى الحد الأدنى من مرض VR وهو ممكن ومقبول لكبار السن والمرضى الذين يعانون من مرض باركنسون (PD). تتم مراجعة الاعتبارات الكامنة وراء تطوير وتصميم وتكنولوجيا الأجهزة والبرمجيات ، ويتم توفير النماذج الأولية للتكامل في الرعاية الأولية وعلم الأعصاب.
Introduction
في عام 2008 ، حددت الأكاديمية الوطنية للهندسة 14 تحديا كبيرا للهندسة في القرن 211. كان أحد هذه دمج الواقع الافتراضي (VR) في الطب. تم إحراز تقدم في استخدام الواقع الافتراضي لتدريب طلاب الطب 2,3 ، والتخطيط الجراحي 3 ، والحد من القلق المرتبط بالتفاعلات الطبية4 ، والمساعدة في إدارة الألم الحاد5 والألم المرتبط بالسرطان6 ، وزيادة الانتعاش الحركي بعد السكتة الدماغية7. على الرغم من هذه التطبيقات الواعدة ، لم تتحقق فائدة الواقع الافتراضي في الطب بالكامل ، خاصة في مجال تقييم وعلاج الأمراض العصبية. في حين أن التقدم في تكنولوجيا الواقع الافتراضي قد قلل من الحواجز مثل التكلفة وراحة سماعة الرأس وميزات سهولة الاستخدام البديهية ، إلا أن مرض الواقع الافتراضي لا يزال يعيق دمج الواقع الافتراضي في الطب8.
يشير مرض الواقع الافتراضي إلى مشاعر أقرب إلى دوار الحركة (مثل الغثيان والقيء والدوار)9،10،11 التي تنشأ أثناء تجارب الواقع الافتراضي. على الرغم من عدم الاتفاق على نظرية واحدة في تفسير مرض الواقع الافتراضي ، إلا أن نظرية الصراع الحسي هي تفسير رائد12. باختصار ، تشير نظرية الصراع الحسي إلى أن مرض الواقع الافتراضي ينشأ من التفاوتات الحسية. تشير معلومات التدفق البصري إلى حركة الجسم إلى الأمام عبر الفضاء بينما يشير النظام الدهليزي إلى أن الجسم ثابت13. يؤدي هذا التناقض في المعلومات الحسية إلى ضعف التوازن ، والارتباك المكاني ، والحركات الوضعية التي لا يمكن السيطرة عليها والتي هي مقدمة لمرض الواقع الافتراضي. في حين تتم مناقشة الآلية الدقيقة الكامنة وراء مرض الواقع الافتراضي ، فإن الحد من عدم التطابق بين مصادر المعلومات الحسية من المرجح أن يقلل من مرض الواقع الافتراضي14 ويسهل اعتماد الواقع الافتراضي في بيئة طبية.
منذ فترة طويلة تم اقتراح الحركة إلى جانب الواقع الافتراضي كنهج للحد من عدم التطابق الحسي من خلال غمر المستخدم جسديا وبصريا في البيئة الافتراضية15,16. نجحت العديد من الدراسات التي أجريت على كبار السن المصابين بأمراض عصبية أو بدونها في إقران أنظمة الواقع الافتراضي الغامرة وغير الغامرة مع أجهزة المشي التقليدية أحادية الاتجاه17،18،19. تظهر هذه الدراسات أن تدخل جهاز المشي أحادي الاتجاه و VR عادة ما يكون جيد التحمل18 وقد يقلل التدخل من تردد السقوط17,19. توفر هذه النتائج أساسا واعدا للتكامل الناجح بين الحركة والواقع الافتراضي. ومع ذلك ، فإن سرعة المحرك الخارجي لجهاز المشي أحادي الاتجاه لا تسمح للمستخدم بتغيير السرعات أو تنفيذ المنعطفات للتفاعل مع بيئات افتراضية واقعية أكثر تعقيدا.
على مدى العقدين الماضيين ، سهلت التطورات في أجهزة وبرامج تتبع الحركة تطوير بيئات افتراضية أكثر غامرة وتفاعلية. كان التقدم الرئيسي هو تطوير جهاز المشي متعدد الاتجاهات20. باختصار ، يستخدم جهاز المشي متعدد الاتجاهات في وقت واحد الحركات الخطية والدورانية لتمكين المستخدم من التنقل في أي اتجاه بوتيرة مختارة ذاتيا. تستخدم أجهزة المشي متعددة الاتجاهات بشكل عام في صناعة الألعاب ، مما يوسع الفرص للاستفادة من بيئات الواقع الافتراضي في الإعداد السريري من خلال معالجة مشكلة مرض الواقع الافتراضي وتسهيل إنشاء بيئات واقعية تتحدى بشكل أفضل القدرات المادية للمستخدم ، مثل تحويل أو تغيير الاتجاهات. على وجه الخصوص ، يمكن للنسخ المتماثلة الافتراضية للبيئات اليومية واسعة النطاق أن تسهل تقييم الأداء المعرفي والحركي أثناء أداء الأنشطة الفعالة للحياة اليومية (IADLs).
الأنشطة الفعالة للحياة اليومية (IADLs) هي مهام وظيفية (مثل التسوق وتناول الأدوية وإعداد الطعام) وهي ضرورية للحفاظ على العيش المستقل21. تم اقتراح القدرة على إنجاز IADLs الشائعة كعلامة بادرية للأمراض العصبية. تشير البيانات الحديثة من الدراسات المستقبلية طويلة الأجل إلى أن الانخفاض في IADLs من المحتمل أن يسبق تشخيص مرض باركنسون (PD) بمقدار 5-7 سنوات 22,23 وتشخيص مرض الزهايمر24,25. وعلى النقيض من الأنشطة الأساسية للحياة اليومية (BADLs)26، تتطلب IADLs عادة الأداء المتزامن لمهمتين تتطلبان الانتباه (على سبيل المثال، الإدراك الحركي أو المحرك الحركي أو المعرفي)27. يتم تنفيذ الغالبية العظمى من الأنشطة المنزلية والمجتمعية اليومية في ظل ظروف المهام المزدوجة28,29.
على الرغم من أن انخفاض المهام المزدوجة يؤثر بوضوح على أداء IADL ، إلا أن التقييمات الحركية السريرية التقليدية 30,31,32 والاختبارات العصبية النفسية 33,34 غير كافية لتقييم IADLs ، لأن هذه التقييمات تفصل الوظيفة إلى مكونات منفصلة دون النظر في ترابطها. تعتمد الأساليب الحالية للتقييم المباشر ل IADL على استبيانات التقارير الذاتية المعرضة للتحيز35 أو التقييمات الطويلة والمرهقة القائمة على الأداء36. لا يوفر أي من النهجين رؤى موضوعية وكمية حول مستوى الفرد من وظيفة IADL في بيئة المجتمع.
يوفر التقدم في تكنولوجيا الواقع الافتراضي ، إلى جانب التقدم الهندسي الكامن وراء أجهزة المشي متعددة الاتجاهات ، فرصة لخلق بيئة تفاعلية وغامرة. تم إنشاء متجر بقالة افتراضي ومهمة تسوق لتقييم أداء المحرك والمعرفي والمعرفي وIADL في وقت واحد. تم تطوير منصة كليفلاند كلينك للتسوق بالواقع الافتراضي (CC-VRS) بشكل تعاوني من قبل فريق من مهندسي الطب الحيوي ومطوري البرامج والمعالجين الفيزيائيين والمعالجين المهنيين وأطباء الأعصاب.
تم اختيار مهمة تسوق البقالة لقياس أداء IADL بناء على توصيات من الجمعية الأمريكية للعلاج المهني26. تعترف مهمة المهمات المتعددة الافتراضية (VMET)37 ، ومقياس ADL الآليالموقوت 38 ، واستبيان الأنشطة اليومية لبن باركنسون -15 (PDAQ-15)39 بالتسوق كمؤشر مهم للأداء الحركي وغير الحركي المرتبط بالأمراض العصبية. استخدم آخرون سماعة رأس VR غامرة لإنشاء بيئة متجر بقالة في محاولة لتقدير أداء IADL 37,40,41. ومع ذلك ، فقد فشلوا في تقييم عنصر رئيسي في تسوق البقالة: الحركة. بشكل عام ، تتطلب نماذج متجر البقالة VR الحالية من المشارك استخدام وحدة تحكم محمولة باليد للانتقال الفوري أو التنقل في صورة رمزية في جميع أنحاء متجر البقالة. كنا نهدف إلى دمج الحركة في تجربة التسوق الافتراضية للمستخدم. بدأت عملية تطوير CC-VRS بتحليل رسمي لمهمة تجربة متجر بقالة نموذجية. وكما هو مبين في الشكل 1، تعكس تسعة مكونات أساسية للمهام مزيجا من العناصر التي يمكن وصفها بأنها أنشطة حركية أو معرفية أو معرفية حركية ضرورية للأداء الناجح، كما هو الحال في جميع مكاتب IADLs.
الشكل 1: تحليل مهمة تسوق البقالة. تم إجراء تحليل للمهام لتحديد تسلسل الإجراءات وطبيعة تلك الإجراءات لتسوق البقالة الناجح في العالم الحقيقي. تم تحديد تسعة تسلسلات أساسية وتم استخدامها لإبلاغ تطوير مهام التسوق الأساسية والمعقدة . تم تصنيف التسلسلات على أنها حركية (زرقاء) ، إدراكية (صفراء) ، وحركية معرفية (خضراء) ؛ وترد في الجدول 1 التفاصيل المتعلقة بالنتائج المقابلة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
تقوم منصة CC-VRS بتكرار متجر بقالة واقعي متوسط الحجم عبر سماعة رأس VR غامرة. أثناء المشي على جهاز المشي متعدد الاتجاهات ، يتبع المستخدم طريقا مستمرا ومخصصا عبر المتجر ، ويحدد موقع العناصر في قائمة التسوق ، ويضع العناصر في عربة تسوق افتراضية. إن توفير مسار معين يوحد المسافة التي يتم قطعها عبر المتجر الافتراضي ، ويقلل من عدد الأخطاء الملاحية ، ويسهل دقة أكبر في فصل التغييرات المحتملة في أداء IADL عن الأخطاء الملاحية أو استراتيجيات البحث دون المستوى الأمثل التي يستخدمها المستخدم. يتطلب الطريق الذي يبلغ طوله 150 مترا منعطفات متعددة ، مما يزيد من التعقيد الحركي 42,43 واحتمال حدوث تجميد للمشية في مجموعات المرضى العصبيين ، حيث يتم ملاحظة التجمد بشكل متكرر أثناء الدوران أكثر من المشي على الخط المستقيم 44,45. يمكن تكوين كل من مسافة المسار الملاحي وعدد العناصر الموجودة في قائمة التسوق من قبل الطبيب لتتناسب مع قدرات المستخدم أو أهداف جلسة التقييم.
يكمل كل مستخدم سيناريو تسوق أساسي واحد وسيناريو تسوق معقد. يتطلب السيناريو الأساسي ببساطة اتباع المسار وتحديد العناصر من قائمة التسوق. في السيناريو المعقد ، يتم تزويد المستخدم بقائمة بعناصر البقالة المختلفة أثناء اتباع المسار نفسه عبر المتجر ، ولكن يتم تقديم مطالب معرفية وحركية إضافية (الاستدعاء اللفظي المتأخر ، ومقارنة الأسعار ، ومهام تجنب العقبات الموضحة في قسم البروتوكول أدناه). ضوضاء متجر البقالة المحيطة في جميع أنحاء كل من السيناريوهات الأساسية والمعقدة تكمل التجربة الغامرة. يتم تلقائيا إنشاء بيانات الملخص والتفاصيل حول أداء المستخدم – بما في ذلك العناصر الصحيحة وغير الصحيحة التي تم جمعها وعدد وتكرار عمليات تنشيط قائمة التسوق ومدة التوقف ومقاييس المشي – وتكون متاحة للمراجعة من قبل الطبيب السريري.
الهدف من CC-VRS هو تحديد أداء IADLs بشكل موضوعي لدى كبار السن والأفراد المعرضين لخطر الإصابة بالأمراض العصبية أو الذين تم تشخيصهم بها. يوفر CC-VRS تجربة غامرة وواقعية للمستخدم ، وينتج عنه نتائج دقيقة قائمة على الميكانيكية الحيوية للوظيفة الإدراكية والحركية التي لديها القدرة على العمل كعلامات بادرية للأمراض العصبية أو مقاييس موضوعية لتطور المرض. يتم حاليا استخدام CC-VRS في ثلاثة مشاريع ذات صلة تهدف إلى: (1) فهم آثار الشيخوخة الصحية والأمراض العصبية على أداء IADL ، (2) تحديد جدوى التكامل السريري في الرعاية الأولية وعيادة اضطراب الحركة ، و (3) تحديد التوقيع العصبي الكامن وراء تجميد المشية في مرضى PD المتقدمين الذين يعانون من أنظمة التحفيز العميق للدماغ (DBS). بشكل جماعي ، ستستخدم هذه المشاريع منصة CC-VRS والنتائج المرتبطة بها لفهم أفضل لكيفية تأثير الشيخوخة والأمراض العصبية على جوانب أداء IADL. تفصل هذه المخطوطة تطوير وتصميم وتكنولوجيا الأجهزة والبرمجيات الخاصة ب CC-VRS ونتائجها الجديدة التي يمكن أن تسهل الاندماج في الرعاية الصحية.
Protocol
Representative Results
Discussion
يبدو أن منصة CC-VRS ، حتى الآن ، تعالج مشكلة الحركة في الواقع الافتراضي بشكل أكثر فعالية من خلال الجمع بين محتوى الواقع الافتراضي الحديث وجهاز المشي متعدد الاتجاهات. يتمثل أحد الجوانب الحاسمة للبيئة الغامرة بسلاسة في CC-VRS في ضمان الاتصال السليم بين جهاز المشي وبرنامج الواقع الافتراضي. يعد الإعداد الصحيح لجميع جوانب نظام الواقع الافتراضي – بما في ذلك المحطات الأساسية وأجهزة تتبع القدمين والخصر وأجهزة التحكم اليدوية – أمرا ضروريا. وإذا كان التتبع غير متسق أو غير موثوق به، يلزم تعديل اتجاه المحطات الأساسية ووضعها، أو إضافة وحدة محطة قاعدة أخرى. توفر التغطية المناسبة للمساحة المادية مزامنة مستقرة بين أجهزة الواقع الافتراضي وجهاز المشي متعدد الاتجاهات وتضمن أن تكون بيانات الموضع والاتجاه من أجهزة VR كاملة ودقيقة ودقيقة52. يوصى بمعايرة جهاز المشي متعدد الاتجاهات في بداية كل جلسة لجمع البيانات لضمان المسؤولية المثلى أثناء التنقل في البيئة الافتراضية.
يعد تعريف المريض بجهاز المشي أمرا بالغ الأهمية قبل إدارة CC-VRS. على الرغم من سهولة وسهولة التشغيل ، إلا أن جهاز المشي متعدد الاتجاهات يتطلب تعريف المستخدم الذي من الأفضل القيام به قبل إدخال سماعة رأس VR وتحديات الاتجاه المكاني الناتجة عنها. لتلبية احتياجات المستخدم الفردي وأهداف التقييم الحالي ، يمكن تكوين الميزات التالية لكل سيناريو CC-VRS: 1) جهاز المشي منخفض أو عالي السرعة القصوى ، 2) تكرار الوحدة التعليمية ، 3) طول الطريق عبر المتجر ، و 4) عدد العناصر الموجودة في قائمة التسوق. تعمل هذه التعديلات على تحسين التقييم للقدرات المعرفية والحركية والمزدوجة المهام لمجموعة واسعة من المرضى.
يمثل الافتقار إلى تقنية أحادية المنصة قادرة على توحيد أداء IADL باستخدام نتائج موضوعية وكمية تميز الأداء المعرفي والحركي عائقا حاسما في التحديد المبكر والعلاج الفعال للأمراض العصبية المرتبطة بالعمر مثل مرض باركنسون أو مرض الزهايمر. والأساليب الحالية لتقدير وظيفة شعبة التدقيق الداخلي باستخدام استبيانات التقرير الذاتي، وإن كانت سهلة الإدارة، فهي عرضة للتحيز. أثناء التقرير الذاتي ، يميل كبار السن إلى المبالغة في تقدير قدرات IADL أو التقليل من شأنها53. وبالمثل، فإن المخبرين الذين يكملون استعلامات IADL غالبا ما يسيئون الحكم على القدرات بسبب المفاهيم الخاطئة للمراقبين أو الثغرات المعرفية35.
وثمة بديل للتقرير الذاتي والاستبيانات التي يقيمها المخبرون وهو تقييم شعبة التدقيق الداخلي القائم على الأداء. عادة ما يتم إكمال التقييمات القائمة على الأداء من قبل أخصائي علاج مهني أو فيزيائي مدرب. في حين يتوفر عدد من اختبارات الأداء والأدلة، إلا أنها لا تفضي إلى الاندماج في الرعاية السريرية، وغالبا ما تتطلب وقتا كافيا ومساحة ومعدات متخصصة لا توجد عادة في مكتب مقدم الرعاية الأولية أو طب الأعصاب. يتطلب أحد أكثر التقييمات القائمة على الأداء استخداما على نطاق واسع ، التقييم المباشر للحالة الوظيفية (DAFS) ، حوالي 40 دقيقة لإدارته ، وتستند درجاته إلى حد كبير إلى رأي الخبراء لمدير الاختبار. على الرغم من أن DAFS مفيد في تحديد مراحل مرض الزهايمر ، إلا أنه يفتقر إلى الحساسية ولا يكتشف انخفاض IADL في مرحلة الضعف المعرفي المعتدل24. يوفر دمج العالمين الافتراضي والحقيقي من خلال الجمع بين الواقع الافتراضي وجهاز المشي متعدد الاتجاهات فرصة لالتقاط أداء IADL في ظل ظروف معرفية معقدة تكرر بشكل أفضل بيئات العالم الحقيقي ، مما قد يؤدي إلى تشخيصات مبكرة للأمراض العصبية54.
تعالج منصة CC-VRS الفجوة السريرية من خلال توفير نهج موحد ومنهجي وموضوعي وكمي لتوصيف قدرات IADL لدى كبار السن والمصابين بأمراض عصبية. استنادا إلى اختبار قابلية الاستخدام الأولي والبيانات، يمكن إكمال سيناريوهات CC-VRS الأساسية والمعقدة تماما في أقل من 30 دقيقة. على غرار دراسات VR الغامرة الأخرى مع PD18 ، فإن غالبية الأشخاص المصابين ب PD يعانون من أعراض دوار الحركة الخفيفة. من منظور سهولة الاستخدام ، حصلت CC-VRS على تصنيف SUS إجمالي قدره 75.7 ، وهو ما يتوافق مع درجة الحرف “B” ويقع بين فئتي الواصف “الجيد” و “الممتاز”55. وللمقارنة، أفاد تقييم حديث لتطبيقات الهواتف والأجهزة اللوحية الشائعة بمتوسط درجة SUS بلغ 77.7 لأفضل 10 تطبيقات عبر جميع المنصات56، بما في ذلك تطبيقات الجوال مثل The Weather Channel و YouTube. وأشارت تعليقات المشاركين إلى أن معظم المستخدمين استمتعوا بالواقعية والقدرة على التفاعل مع منصة CC-VRS. والأهم من ذلك، شعر المشاركون بالتحدي من الناحية البدنية والمعرفية، مما يشير إلى أن التصميم حقق هدفه المتمثل في إنشاء منصة ديناميكية أعادت إنشاء تجربة IADL معقدة.
لقد أثبتنا سابقا أنه يمكن دمج التكنولوجيا بنجاح في سير العمل السريري في تقييم المرضى الذين يعانون من الارتجاج57 وفي خدمة عصبية مزدحمة للمرضى الذين يعانون من التصلب المتعدد (MS) 58. وعلاوة على ذلك، أدى استخدام التكنولوجيا في إدارة الارتجاج إلى تحسين النتائج وخفض التكاليفبنسبة 59، في حين أدى استخدامها في علاج مرض التصلب العصبي المتعدد إلى توفير 27٪ في الوقت المستغرق في التوثيق في السجل الصحي الإلكتروني لكل مريض60. بالنظر إلى الهدف المستمر المتمثل في تقليل تكلفة تقديم الرعاية61 وأن الوقت المستغرق في التوثيق في السجل الصحي الإلكتروني كثيرا ما يتم الاستشهاد به لإرهاق الطبيب62 ، فمن المرجح أن يوفر دمج منصة CC-VRS في الرعاية السريرية قيمة مضافة كبيرة لأنظمة المستشفيات. هناك مشروعان مستمران يتم فيهما دمج منصة CC-VRS في 1) مركز إقليمي لصحة الأسرة للرعاية الأولية يعالج في المقام الأول كبار السن الأصحاء و 2) عيادة متخصصة في اضطرابات الحركة في كليفلاند كلينك.
إن عدم وجود مؤشر حيوي فسيولوجي أو رقمي دقيق وموثوق به لمرض باركنسون ومرض الزهايمر يسبب صعوبة كبيرة في التشخيص المبكر وفي قياس تطور المرض63,64. تتمتع منصة CC-VRS بالقدرة على توفير علامة حيوية رقمية تحت منصة تكنولوجية واحدة من شأنها تعزيز الرعاية السريرية ويمكن أن تؤدي إلى تجارب سريرية أقصر وأكثر كفاءة من خلال تقليل الاعتماد على النتائج السريرية الذاتية والمتغيرة للغاية (على سبيل المثال ، جمعية اضطرابات الحركة – الجزء الحركي الموحد لمقياس تصنيف مرض باركنسون (MDS-UPDRS III)). لم يتقدم تقييم الوظيفة الحركية والإدراكية في مجال علم الأعصاب السريري بشكل كبير على مدى العقود الثلاثة الماضية من حيث تقييم الأفراد المصابين بمرض باركنسون والأعراض الحركية الأساسية المرتبطة به ، ناهيك عن المشاكل المعرفية أو ذات المهام المزدوجة. التقدم الأكثر شهرة في تقييم الأفراد المصابين ب PD هو مراجعة مقياس التصنيف السريري الذاتي (MDS-UPDRS III). الأهم من ذلك ، أننا لا نعتقد أن CC-VRS سيحل محل MDS-UPDRS III. بدلا من ذلك ، نعتقد أن أكبر قيمة لها يمكن تحقيقها في ممارسات الرعاية الأولية من خلال توفير نهج موحد وموضوعي لتحديد كمية IADLs. في حين أنه من السابق لأوانه الاعتقاد بأن CC-VRS في شكله الحالي هو علامة بادرية للأمراض العصبية ، يمكن استخدام النتائج لرفع علم “أحمر” أو “أصفر” من حيث الأداء العصبي الذي قد يؤدي إلى استشارة من قبل اضطرابات الحركة أو علم النفس العصبي أو أخصائي الشيخوخة. من حيث استخدامه في الرعاية السريرية PD ، من المتوقع أن يتم استخدام CC-VRS في معايرة الدواء أو في البرمجة النهائية لأجهزة تحفيز الدماغ العميقة. كل من حالات الاستخدام الخاصة بالرعاية الأولية و PD هي حاليا في المرحلة التجريبية. من خلال غمر المستخدم حقا في بيئة واقعية وقياس الجوانب ذات المغزى والمهمة للوظيفة المعرفية والحركية ، يمثل CC-VRS خطوة أولية في إنشاء علامة حيوية رقمية فعالة وقابلة للتطوير للأمراض العصبية.
يمتلئ مجال علم الأعصاب السريري ، واضطرابات الحركة على وجه الخصوص ، بأمثلة على التكنولوجيا التي تم تطويرها لتحديد أعراض PD واحدة معزولة عبر مقياس التسارع أو تقنيات الاستشعار الأخرى65،66،67،68،69. على حد علمنا ، لم يتم دمج أي من هذه الأساليب ، باستثناء رصيدنا 70،71،72،73 وتطبيقات الهزة 74 ، في الرعاية السريرية الروتينية PD. التكنولوجيا السابقة في كثير من الأحيان صالحة وموثوق بها. ومع ذلك ، كان التركيز على تطوير التكنولوجيا مع القليل من الاهتمام بجدوى التكامل السريري75,76. يهتم المرضى ومقدمو الخدمات والمستشفيات والهيئات التنظيمية بشكل متزايد بمقاييس النتائج التي تحدد كمية التغييرات في الإجراءات اليومية ذات المغزى77,78,79,80. يعد التكامل السريري للمقاييس الدقيقة وذات المغزى للأعراض العصبية وأداء IADL ضروريا لتقييم الفعالية الإجمالية للتدخل بشكل منهجي أو تحديد إمكانات التدخل لإبطاء تطور المرض. إن تطوير نهج موحد لتقييم IADL مناسب للاستخدام السريري الروتيني أمر جذاب لتسهيل الفهم والعلاج الشاملين للأمراض العصبية في أنشطة ذات مغزى.
إن نهج CC-VRS لتقييم أداء IADL للمساعدة في تشخيص وإدارة الأمراض العصبية لديه القدرة على تحويل الرعاية الصحية من خلال التشخيص المبكر والتتبع الأكثر دقة لتطور المرض. ومع ذلك، فمن المسلم به تماما أن النظام ليس بلا حدود. تكلفة جهاز المشي متعدد الاتجاهات كبيرة وقد تكون بمثابة حاجز أمام الاعتماد الواسع النطاق بدون دراسات اقتصاديات الصحة المنهجية لتحديد نقطة “التعادل” المحتملة بين تكلفة التقييم بالنسبة لقيمة التشخيص المبكر أو التتبع الأكثر دقة لتطور المرض. ومن الجدير بالذكر أنه تم تسليط الضوء على الفجوات في الحصول على نتائج PD التي تركز على المريض مع التكنولوجيا من قبل المعهد الوطني للاضطرابات العصبية والسكتة الدماغية PD Conference78 ، وفرقة عمل MDS المعنية بالتكنولوجيا77 ، وإدارة الأغذية والعقاقير. ودعوا إلى التكنولوجيا التي تقيس أنشطة PD ذات مغزى ودمج هذه النتائج في الرعاية السريرية. نقوم حاليا بتقييم دمج CC-VRS في بيئة الرعاية الأولية ومركز اضطرابات الحركة في كليفلاند كلينك. ستستخدم عمليات النشر هذه أجهزة المشي متعددة الاتجاهات بأسعار معقولة. يتطلب الجمع الناجح للبيانات استثمارا أوليا للوقت من قبل الطبيب لمعرفة كيفية إعداد النظام وتشغيله. ومن شأن الطيارين السريريين المستمرين أن يبلغوا بشكل أفضل مقدار التدريب المطلوب ليصبح مستخدما بارعا. يمكن للمرء أن يتخيل نموذجا يتم فيه توظيف فني لتشغيل النظام ، ويكمل المرضى مهام التسوق بدلا من الجلوس في غرفة الانتظار قبل موعد. ويمكن بعد ذلك دمج هذه البيانات على الفور في السجل الصحي الإلكتروني قبل رؤية مزودها. هذه الأنواع من التطبيقات لديها القدرة على أن تصبح غرفة انتظار المستقبل للمرضى.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم رعاية هذه الدراسة من قبل مؤسسة مايكل جي فوكس لأبحاث باركنسون (MJFF-020020) وكرسي عائلة إدوارد وباربرا بيل. نشكر مختبرات Elm Park (ديترويت ، ميشيغان) على المساعدة في بناء بيئة الواقع الافتراضي والربط مع جهاز المشي متعدد الاتجاهات. كما نشكر إيفلين تومان وبريتني موزر على مساعدتهما في تطوير المشروع وتنفيذه.
Materials
| Cleanbox | Cleanbox | UV hygienic cleaning system used for disenfecting the VR headset | |
| Desktop PC | Dell | High-end gaming desktop | |
| Infinadeck Omnidirectional Treadmill | Infinadeck | Omnidirectional treadmill allows you walk in any direction | |
| Safety Harness | Ymachray | Standard saftey harness to prevent the patient from falling | |
| Valve Index Base Stations x3 | Valve | Tracking of the headset/controllers and trackers | |
| Valve Index Controllers (one set of 2) | Valve | Hand controllers to interact with the digital content | |
| Valve Index VR headset | Valve | VR headset | |
| Vive tracker 3.0 x3 | HTC | Placed on feet and waist to track position and control movement of treadmill | |
| Vive tracker straps | Skywin VR | Secures the Vive tracker around the waist | |
| Zip ties | Used to affix Vive trackers to shoelaces |
References
- Grand Challenges for Engineering. National Academy of Sciences Available from: https://16mhpx3atvadrnpip2kwi9or-wpengine.netdna-ssl.com/wp-content/uploads/2016/12/GrandChallenges.pdf (2008)
- Turso-Finnich, T., Jensen, R. O., Jensen, L. X., Konge, L., Thinggaard, E. Virtual reality head-mounted displays in medical education-a systematic review. Simulation in Healthcare. , (2022).
- Chen, T., et al. Virtual reality as a learning tool in spinal anatomy and surgical techniques. North American Spine Society Journal. 6, 100063 (2021).
- Gold, J. I., SooHoo, M., Laikin, A. M., Lane, A. S., Klein, M. J. Effect of an immersive virtual reality intervention on pain and anxiety associated with peripheral intravenous catheter placement in the pediatric setting: a randomized clinical trial. JAMA Network Open. 4 (8), 2122569 (2021).
- Huang, Q., Lin, J., Han, R., Peng, C., Huang, A. Using virtual reality exposure therapy in pain management: a systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials. Value Health. 25 (2), 288-301 (2022).
- Groninger, H., Stewart, D., Wesley, D., Cowgill, J., Mete, M. Virtual reality for management of cancer pain: Study rationale and design. Contemporary Clinical Trials Communications. 26, 100895 (2022).
- Zhang, B., Li, D., Liu, Y., Wang, J., Xiao, Q. Virtual reality for limb motor function, balance, gait, cognition and daily function of stroke patients: A systematic review and meta-analysis. Journal of Advanced Nursing. 77 (8), 3255-3273 (2021).
- Saredakis, D., et al. Factors Associated with virtual reality sickness in head-mounted displays: a systematic review and meta-analysis. Frontiers in Human Neuroscience. 14, 96 (2020).
- Kim, H. K., Park, J., Choi, Y., Choe, M. Virtual reality sickness questionnaire (VRSQ): Motion sickness measurement index in a virtual reality environment. Applied Ergonomics. 69, 66-73 (2018).
- Cobb, S. V. G., Nichols, S., Ramsey, A., Wilson, J. R. Virtual reality-induced symptoms and effects (VRISE). Presence-Teleoperators and Virtual Environments. 8, 169-186 (1999).
- Kennedy, R., Lane, N., Lilienthal, M., Berbaum, K., Hettinger, L. Profile analysis of simulator sickness symptoms: application to virtual environment systems. Presence-Teleoperators and Virtual Environments. 1 (3), 295-301 (1992).
- Duzmanska, N., Strojny, P., Strojny, A. Can simulator sickness be avoided? a review on temporal aspects of simulator sickness. Frontiers in Psychology. 9, 2132 (2018).
- Reason, J. T. Motion sickness adaptation: a neural mismatch model. Journal of the Royal Society of Medicine. 71 (11), 819-829 (1978).
- Chance, S. S., Gaunet, F., Beall, A. C., Loomis, J. M. Locomotion mode affects the updating of objects encountered during travel: the contribution of vestibular and proprioceptive inputs to path integration. Presence Teleoperators & Virtual Environments. 7 (2), 168-178 (1998).
- Waller, D., Bachmann, E., Hodgson, E., Beall, A. C. The HIVE: a huge immersive virtual environment for research in spatial cognition. Behavior Research Methods. 39 (4), 835-843 (2007).
- Loomis, J. M., Blascovich, J. J., Beall, A. C. Immersive virtual environment technology as a basic research tool in psychology. Behavior Research Methods, Instruments, & Computers. 31 (4), 557-564 (1999).
- Mirelman, A., et al. Addition of a non-immersive virtual reality component to treadmill training to reduce fall risk in older adults (V-TIME): a randomised controlled trial. Lancet. 388 (10050), 1170-1182 (2016).
- Kim, A., Darakjian, N., Finley, J. M. Walking in fully immersive virtual environments: an evaluation of potential adverse effects in older adults and individuals with Parkinson’s disease. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. 14 (1), 16 (2017).
- Pelosin, E., et al. Motor-cognitive treadmill training with virtual reality in Parkinson’s disease: the effect of training duration. Frontiers in Aging Neuroscience. 13, 753381 (2021).
- Darken, R. P., Cockayne, W. R., Carmein, D. The omni-directional treadmill: A locomotion device for virtual worlds. Proceedings of the 10th Annual ACM Symposium on User Interface Software and Technology. , 213-221 (1997).
- Guo, H. J., Sapra, A. . Instrumental Activity of Daily Living. , (2021).
- Darweesh, S. K., et al. Trajectories of prediagnostic functioning in Parkinson’s disease. Brain. 140 (2), 429-441 (2017).
- Foubert-Samier, A., et al. Cognitive and functional changes in prediagnostic phase of Parkinson disease: A population-based study. Parkinsonism & Related Disorders. 79, 40-46 (2020).
- Marshall, G. A., Amariglio, R. E., Sperling, R. A., Rentz, D. M. Activities of daily living: where do they fit in the diagnosis of Alzheimer’s disease. Neurodegenerative Disease Management. 2 (5), 483-491 (2012).
- Sikkes, S. A., et al. Assessment of instrumental activities of daily living in dementia: diagnostic value of the Amsterdam Instrumental Activities of Daily Living Questionnaire. Journal of Geriatric Psychiatry and Neurology. 26 (4), 244-250 (2013).
- American Occupational Therapy Association. Occupational therapy practice framework: domain and process. American Journal of Occupational Therapy. 56 (6), 609-639 (2002).
- MacPherson, S. E. Definition: Dual-tasking and multitasking. Cortex. 106, 313-314 (2018).
- O’Shea, S., Morris, M. E., Iansek, R. Dual task interference during gait in people with Parkinson disease: effects of motor versus cognitive secondary tasks. Physical Therapy. 82 (9), 888-897 (2002).
- Romero-Ayuso, D., et al. Assessment of cognitive instrumental activities of daily living: a systematic review. Disability and Rehabilitation. 43 (10), 1342-1358 (2019).
- Goetz, C. G., et al. Movement Disorder Society-sponsored revision of the Unified Parkinson’s Disease Rating Scale (MDS-UPDRS): scale presentation and clinimetric testing results. Movement Disorders. 23 (15), 2129-2170 (2008).
- Perlmutter, J. S. Assessment of Parkinson disease manifestations. Current Protocols in Neuroscience. , 1382-1387 (2009).
- Palmer, J. L., et al. Unified Parkinson’s Disease Rating Scale-Motor Exam: inter-rater reliability of advanced practice nurse and neurologist assessments). Journal of Advanced Nursing. 66 (6), 1382-1387 (2010).
- Neisser, U. On "Social Knowing". Personality and Social Psychology Bulletin. 6 (4), 601-604 (1980).
- Neisser, U. . Memory Observed: Remembering in Natural Contexts. , (1982).
- Jekel, K., et al. Mild cognitive impairment and deficits in instrumental activities of daily living: a systematic review. Alzheimer’s Research & Therapy. 7 (1), 17 (2015).
- Chisholm, D., Toto, P., Raina, K., Holm, M., Rogers, J. Evaluating capacity to live independently and safely in the community: Performance assessment of self-care skills. British Journal of Occupational Therapy. 77 (2), 59-63 (2014).
- Cipresso, P., et al. Virtual multiple errands test (VMET): a virtual reality-based tool to detect early executive functions deficit in Parkinson’s disease. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 8, 405 (2014).
- Owsley, C., Sloane, M., McGwin, G., Ball, K. Timed instrumental activities of daily living tasks: relationship to cognitive function and everyday performance assessments in older adults. Gerontology. 48 (4), 254-265 (2002).
- Brennan, L., et al. The Penn Parkinson’s Daily Activities Questionnaire-15: Psychometric properties of a brief assessment of cognitive instrumental activities of daily living in Parkinson’s disease. Parkinsonism & Related Disorders. 25, 21-26 (2016).
- Arlati, S., et al. Acceptance and usability of immersive virtual reality in older adults with objective and subjective cognitive decline. Journal of Alzheimer’s Disease. 80 (3), 1025-1038 (2021).
- Porffy, L. A., et al. A novel virtual reality assessment of functional cognition: validation study. Journal of Medical Internet Research. 24 (1), 27641 (2022).
- Swanson, C. W., Fling, B. W. Discriminative mobility characteristics between neurotypical young, middle-aged, and older adults using wireless inertial sensors. Sensors. 21 (19), 6644 (2021).
- Yeh, T. T., Liang, P. J., Lee, S. C. Differences in walking-to-turning characteristics between older adult fallers and nonfallers: a prospective and observational study using wearable inertial sensors. International Journal of Rehabilitation Research. 45 (1), 53-57 (2022).
- Zach, H., et al. Identifying freezing of gait in Parkinson’s disease during freezing provoking tasks using waist-mounted accelerometry. Parkinsonism & Related Disorders. 21 (11), 1362-1366 (2015).
- Bhatt, H., Pieruccini-Faria, F., Almeida, Q. J. Dynamics of turning sharpness influences freezing of gait in Parkinson’s disease. Parkinsonism & Related Disorders. 19 (2), 181-185 (2013).
- Hoops, S., et al. Validity of the MoCA and MMSE in the detection of MCI and dementia in Parkinson disease. Neurology. 73 (21), 1738-1745 (2009).
- Bruck, S., Watters, P. A. Estimating cybersickness of simulated motion using the simulator sickness questionnaire (SSQ): A controlled study. Proceedings of the 2009 Sixth International Conference on Computer Graphics, Imaging and Visualization; Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). , 486-488 (2009).
- Kennedy, R. S., Lane, N. E., Berbaum, K. S., Lilienthal, M. G. Simulator sickness questionnaire: An enhanced method for quantifying simulator sickness. The International Journal of Aviation Psychology. 3 (3), 203-220 (1993).
- Brooke, S. . Usability Evaluation in Industry. , 189-194 (1996).
- Lewis, J. R., Sauro, J. The factor structure of the system usability scale. Human Centered Design. , 94-103 (2009).
- Sauro, J., Lewis, J. R. . Quantifying the User Experience: Practical Statistics for User Research. 2nd ed. , (2016).
- Niehorster, D. C., Li, L., Lappe, M. The accuracy and precision of position and orientation tracking in the HTC Vive virtual reality system for scientific research. i-Perception. 8 (3), 2041669517708205 (2017).
- Suchy, Y., Kraybill, M. L., Franchow, E. Instrumental activities of daily living among community-dwelling older adults: discrepancies between self-report and performance are mediated by cognitive reserve. Journal of Clinical and Experimental Neuropsychology. 33 (1), 92-100 (2011).
- Reppermund, S., et al. Impairment in instrumental activities of daily living with high cognitive demand is an early marker of mild cognitive impairment: the Sydney memory and ageing study. Psychological Medicine. 43 (11), 2437-2445 (2013).
- Bangor, A., Kortum, P. T., Miller, J. T. An empirical evaluation of the system usability scale. International Journal of Human-Computer Interaction. 24 (6), 574-594 (2008).
- Kortum, P., Sorber, M. Measuring the usability of mobile applications for phones and tablets. International Journal of Human-Computer Interaction. 31 (8), 518-529 (2015).
- Alberts, J. L., et al. Development and implementation of a multi-disciplinary technology enhanced care pathway for youth and adults with concussion. Journal of Visualized Experiments. (143), e58962 (2019).
- Rhodes, J. K., et al. Multiple Sclerosis performance test: technical development and usability. Advances in Therapy. 36 (7), 1741-1755 (2019).
- Alberts, J. L., et al. A technology-enabled concussion care pathway reduces costs and enhances care. Physical Therapy. 100 (1), 136-148 (2020).
- Macaron, G., et al. Technology-enabled assessments to enhance multiple sclerosis clinical care and research. Neurology Clinical Practice. 10 (3), 222-231 (2020).
- Porter, M. E. What is value in health care. The New England Journal of Medicine. 363 (26), 2477-2481 (2010).
- Sutton, J. M., Ash, S. R., Al Makki, A., Kalakeche, R. A. A daily hospital progress note that increases physician usability of the electronic health record by facilitating a problem-oriented approach to the patient and reducing physician clerical burden. The Permanente Journal. 23, (2019).
- Maetzler, W., et al. Modernizing daily function assessment in Parkinson’s disease using capacity, perception, and performance measures. Movement Disorders. 36 (1), 76-82 (2021).
- Stephenson, D., Badawy, R., Mathur, S., Tome, M., Rochester, L. Digital progression biomarkers as novel endpoints in clinical trials: a multistakeholder perspective. Journal of Parkinson’s Disease. 11, 103-109 (2021).
- Lu, M., et al. Vision-based estimation of MDS-UPDRS Gait scores for assessing Parkinson’s Disease motor severity. Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention. 12263, 637-647 (2020).
- Hobert, M. A., et al. Progressive gait deficits in Parkinson’s disease: a wearable-based biannual 5-year prospective study. Frontiers in Aging Neuroscience. 11, 22 (2019).
- Thorp, J. E., Adamczyk, P. G., Ploeg, H. L., Pickett, K. A. Monitoring motor symptoms during activities of daily living in individuals with Parkinson’s disease. Frontiers in Neurology. 9, 1036 (2018).
- Shawen, N., et al. Role of data measurement characteristics in the accurate detection of Parkinson’s disease symptoms using wearable sensors. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. 17 (1), 52 (2020).
- Lu, R., et al. Evaluation of wearable sensor devices in Parkinson’s disease: a review of current status and future prospects. Parkinsons Disease. 2020, 4693019 (2020).
- Ozinga, S. J., Alberts, J. L. Quantification of postural stability in older adults using mobile technology. Experimental Brain Research. 232 (12), 3861-3872 (2014).
- Ozinga, S. J., et al. Three-dimensional evaluation of postural stability in Parkinson’s disease with mobile technology. NeuroRehabilitation. 41 (1), 211-218 (2017).
- Ozinga, S. J., Linder, S. M., Alberts, J. L. Use of mobile device accelerometry to enhance evaluation of postural instability in Parkinson disease. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 98 (4), 649-658 (2017).
- Ozinga, S. J., Machado, A. G., Miller Koop, M., Rosenfeldt, A. B., Alberts, J. L. Objective assessment of postural stability in Parkinson’s disease using mobile technology. Movement Disorders. 30 (9), 1214-1221 (2015).
- Maldonado-Naranjo, A., Koop, M. M., Hogue, O., Alberts, J., Machado, A. Kinematic metrics from a wireless stylus quantify tremor and bradykinesia in Parkinson’s disease. Parkinson’s Disease. 2019, 6850478 (2019).
- Lingaiah, A., et al. Improving anxiety in Parkinson’s disease: A cautionary tale about mobile health technologies. Parkinsonism & Related Disorders. 73, 50-51 (2020).
- di Biase, L., et al. Quantitative analysis of bradykinesia and rigidity in Parkinson’s disease. Frontiers in Neurology. 9, 121 (2018).
- Espay, A. J., et al. Technology in Parkinson’s disease: Challenges and opportunities. Movement Disorders. 31 (9), 1272-1282 (2016).
- Sieber, B. A., et al. Prioritized research recommendations from the National Institute of Neurological Disorders and Stroke Parkinson’s Disease 2014 conference. Annals of Neurology. 76 (4), 469-472 (2014).
- van Uem, J. M., et al. Health-related quality of life in patients with Parkinson’s disease–A systematic review based on the ICF model. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 61, 26-34 (2016).
- Papadopoulos, E., Buracchio, T. Drug Development Tool (DDT) COA #000142. U.S. Food & Drug Administration. , (2021).
