JoVE Journal > Engineering
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
עברית

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Engineering

פלטפורמת קניות המציאות המדומה Immersive של קליבלנד קליניק להערכת פעילויות אינסטרומנטליות של חיי היומיום

Published: July 28, 2022
doi:
10.3791/63978
, , , , , ,
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

מציאות מדומה (VR) היא גישה רבת עוצמה אך לא מנוצלת לקידום האבחון והטיפול במחלות נוירולוגיות. פלטפורמת הקניות מציאות מדומה של קליבלנד קליניק משלבת תוכן VR משוכלל עם הליכון רב-כיווני כדי לכמת פעילויות אינסטרומנטליות של חיי היומיום – סמן פרודרומלי מוצע של מחלות נוירולוגיות.

Abstract

ירידה בביצועים של פעילויות אינסטרומנטליות של חיי היומיום (IADLs) הוצעה כסמן פרודרומלי של מחלות נוירולוגיות. הערכות IADL קליניות ומבוססות ביצועים קיימות אינן אפשריות לשילוב ברפואה הקלינית. מציאות מדומה (VR) היא כלי רב עוצמה אך לא מנוצל שיכול לקדם את האבחון והטיפול במחלות נוירולוגיות. מכשול לאימוץ והרחבה של VR בנוירולוגיה קלינית הוא מחלה הקשורה ל-VR הנובעת מחוסר עקביות חושית בין המערכת החזותית למערכות שיווי המשקל (כלומר, בעיית תנועה).

פלטפורמת קניות המציאות המדומה של קליבלנד קליניק (CC-VRS) מנסה לפתור את בעיית התנועה על ידי צימוד הליכון רב-כיווני עם תוכן VR ברזולוציה גבוהה, המאפשר למשתמש לנווט פיזית במכולת וירטואלית כדי לדמות קניות. ה- CC-VRS מורכב מחוויות קנייה בסיסיות ומורכבות; שניהם דורשים הליכה של 150 מ ‘ושליפת חמישה פריטים. לחוויה המורכבת יש תרחישים נוספים המגבירים את הדרישות הקוגניטיביות והמוטוריות של המשימה כדי לייצג טוב יותר את רצף הפעילויות הקשורות לקניות בעולם האמיתי. פלטפורמת CC-VRS מספקת תוצאות ביו-מכניות וקוגניטיביות אובייקטיביות וכמותיות הקשורות לביצועי ה-IADL של המשתמש. נתונים ראשוניים מצביעים על כך שה-CC-VRS גורם למחלת VR מינימלית והוא אפשרי וסביל עבור מבוגרים וחולים עם מחלת פרקינסון (PD). נבחנים השיקולים העומדים בבסיס הפיתוח, העיצוב וטכנולוגיית החומרה והתוכנה, ומודלים ראשוניים של השתלבות ברפואה ראשונית ובנוירולוגיה.

Introduction

בשנת 2008, האקדמיה הלאומית להנדסה זיהתה 14 אתגרים גדולים להנדסה במאה ה-21 1. אחד מהם היה שילוב של מציאות מדומה (VR) ברפואה. הושגה התקדמות בשימוש ב- VR להכשרה לסטודנטים לרפואה 2,3, תכנון כירורגי3, הפחתת חרדה הקשורה לאינטראקציות רפואיות4, סיוע בניהול כאבים חריפים5 וסרטן6, והגברת ההתאוששות המוטורית לאחר שבץ7. למרות יישומים מבטיחים אלה, התועלת של VR ברפואה לא מומשה במלואה, במיוחד בתחום ההערכה והטיפול במחלות נוירולוגיות. בעוד שההתקדמות בטכנולוגיית ה-VR צמצמה חסמים כגון עלות, נוחות אוזניות ותכונות שימושיות אינטואיטיביות, מחלת VR ממשיכה לעכב את שילוב ה-VR ברפואה8.

מחלת מציאות מדומה מתייחסת לתחושות הדומות למחלת תנועה (למשל, בחילות, הקאות, סחרחורת)9,10,11 המתעוררות במהלך חוויות VR. למרות שאין תיאוריה אחת מוסכמת בהסבר מחלת VR, תיאוריית הקונפליקט החושי היא הסבר מוביל12. בקצרה, תיאוריית הקונפליקט החושי מציעה כי מחלת VR נובעת מפערים חושיים; מידע על זרימה חזותית מציין את תנועת הגוף קדימה בחלל בעוד שמערכת שיווי המשקל מצביעה על כך שהגוף נייח13. פער זה במידע החושי גורם לאיזון לקוי, דיסאוריינטציה מרחבית ותנועות יציבה בלתי נשלטות המבשרות מחלת VR. בעוד שהמנגנון המדויק העומד בבסיס מחלת VR נתון לוויכוח, הפחתת חוסר ההתאמה בין מקורות המידע החושי עשויה להפחית את מחלת ה-VR14 ולהקל על אימוץ VR בסביבה רפואית.

תנועה יחד עם VR הוצעה זה מכבר כגישה להפחתת אי התאמה חושית על ידי טבילה פיזית וחזותית של המשתמש בסביבה הווירטואלית15,16. מספר מחקרים במבוגרים עם ובלי מחלות נוירולוגיות שילבו בהצלחה מערכות VR סוחפות ולא סוחפות עם הליכונים חד-כיווניים מסורתיים 17,18,19. מחקרים אלה מראים כי התערבות VR והליכון חד-כיוונית היא בדרך כלל נסבלת היטב18 וההתערבות עשויה להפחית את תדירות הנפילה 17,19. תוצאות אלה מספקות בסיס מבטיח לשילוב מוצלח של תנועה ו-VR. עם זאת, הקצב המוטורי החיצוני של הליכון חד כיווני אינו מאפשר למשתמש לשנות מהירויות או לבצע פניות כדי לקיים אינטראקציה עם סביבות וירטואליות מציאותיות מורכבות יותר.

במהלך שני העשורים האחרונים, ההתקדמות בחומרה ובתוכנה למעקב אחר תנועות אפשרה את הפיתוח של סביבות וירטואליות סוחפות ואינטראקטיביות יותר. התקדמות משמעותית הייתה פיתוח ההליכון הרב-כיווני20. בקצרה, הליכון רב-כיווני משתמש בו-זמנית בתנועות ליניאריות וסיבוביות כדי לאפשר למשתמש לשקוע בכל כיוון בקצב שנבחר בעצמו. הליכונים רב-כיווניים, הנמצאים בשימוש כללי בתעשיית הגיימינג, מרחיבים את ההזדמנויות למנף סביבות VR בסביבה הקלינית הן על ידי טיפול בבעיית מחלת ה-VR והן על ידי הקלה על יצירת סביבות מציאותיות המאתגרות טוב יותר את היכולות הפיזיות של המשתמש, כגון פנייה או שינוי כיוונים. בפרט, שכפולים וירטואליים של סביבות יומיומיות בקנה מידה מלא יכולים להקל על הערכת התפקוד הקוגניטיבי והמוטורי במהלך הביצועים של פעילויות אינסטרומנטליות של חיי היומיום (IADLs).

פעילויות אינסטרומנטליות של חיי היומיום (IADLs) הן משימות פונקציונליות (למשל, קניות, נטילת תרופות, הכנת מזון) שהן קריטיות לשמירה על חיים עצמאיים21. היכולת להשיג IADLs נפוצים הוצעה כסמן פרודרומלי למחלות נוירולוגיות. נתונים עדכניים ממחקרים ארוכי טווח ופרוספקטיביים מצביעים על ירידה ב-IADLs שככל הנראה מקדימה אבחנה של מחלת פרקינסון (PD) ב-5-7 שנים22,23 ואבחנה של מחלת אלצהיימר 24,25. בניגוד לפעילויות בסיסיות של חיי היומיום (BADLs)26, IADLs דורשים בדרך כלל ביצוע בו-זמני של שתי מטלות הדורשות תשומת לב (למשל, מוטורית-קוגניטיבית, מוטורית-מוטורית או קוגניטיבית-קוגניטיבית)27. הרוב המכריע של הפעילויות הביתיות והקהילתיות היומיומיות מבוצעות בתנאים של משימה כפולה28,29.

אף על פי שירידות במשימות כפולות משפיעות בבירור על ביצועי IADL, הערכות מוטוריות קליניות מסורתיות 30,31,32 ובדיקות נוירופסיכולוגיות 33,34 אינן מספיקות כדי להעריך IADLs, מכיוון שהערכות אלה מפרידות את התפקוד למרכיבים בדידים ללא התחשבות בתלות ההדדית שלהן. השיטות הנוכחיות להערכת IADL ישירה מסתמכות על שאלוני דיווח עצמי מועדים להטיה35 או על הערכות ארוכות ומכבידות מבוססות ביצועים36. אף אחת מהגישות אינה מספקת תובנות אובייקטיביות וכמותיות לגבי רמת תפקוד ה-IADL של הפרט במסגרת הקהילתית.

ההתקדמות בטכנולוגיית ה-VR, יחד עם ההתקדמות ההנדסית העומדת בבסיס הליכונים רב-כיווניים, מספקים הזדמנות ליצור סביבה אינטראקטיבית וסוחפת. חנות מכולת וירטואלית ומשימת קניות נוצרו כדי להעריך בו זמנית את ביצועי המוטוריקה, הקוגניציה, הקוגניציה-מוטורית וה-IADL. פלטפורמת קניות המציאות המדומה של קליבלנד קליניק (CC-VRS) פותחה בשיתוף פעולה על ידי צוות של מהנדסים ביו-רפואיים, מפתחי תוכנה, פיזיותרפיסטים, מרפאים בעיסוק ונוירולוגים.

משימת קניות במכולת נבחרה כדי לכמת את ביצועי IADL על סמך המלצות האגודה האמריקאית לריפוי בעיסוק26. מטלת ה-Virtual Multiple Errands (VMET)37, סולם ה-ADL האינסטרומנטלי המתוזמן38, ושאלון הפעילויות היומיות של פן פרקינסון-15 (PDAQ-15)39 מזהים את הקניות כאינדיקטור חשוב לביצועים מוטוריים ולא מוטוריים הקשורים למחלות נוירולוגיות. אחרים השתמשו באוזניות VR סוחפות כדי ליצור סביבת חנות מכולת בניסיון להעריך את ביצועי IADLב-37,40,41. עם זאת, הם לא הצליחו להעריך מרכיב מרכזי בקניות במכולת: תנועה. באופן כללי, הפרדיגמות הנוכחיות של חנות מכולת VR דורשות מהמשתתף להשתמש בבקר ידני כדי לבצע טלפורטציה או לנווט באווטאר ברחבי המכולת. אנו שואפים לשלב תנועה בחוויית הקנייה הווירטואלית של המשתמש. תהליך הפיתוח של CC-VRS החל בניתוח משימות רשמי של חוויה טיפוסית של חנות מכולת. כפי שמצוין באיור 1, תשעה מרכיבי משימה בסיסיים משקפים תערובת של אלמנטים שניתן לאפיין כפעילויות מוטוריות, קוגניטיביות או קוגניטיביות-מוטוריות הנחוצות לביצועים מוצלחים, כפי שמאפיין את כל ה-IADLs.

Figure 1
איור 1: ניתוח משימות קנייה במכולת. ניתוח משימות בוצע כדי לזהות את רצף הפעולות ואת אופי הפעולות הללו לקניות מכולת מוצלחות בעולם האמיתי. תשעה רצפים ראשוניים זוהו ושימשו לפיתוח משימות הקניות הבסיסיות והמורכבות . הרצפים סווגו כמוטוריים (כחולים), קוגניטיביים (צהובים) וקוגניטיביים-מוטוריים (ירוקים); פרטים לגבי התוצאות המתאימות מפורטים בטבלה 1. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

פלטפורמת CC-VRS משכפלת חנות מכולת מציאותית בגודל בינוני באמצעות משקפי VR סוחפים. תוך כדי הליכה על הליכון רב-כיווני, המשתמש עוקב אחר מסלול רציף ומיועד דרך החנות, מאתר פריטים ברשימת קניות ומניח את הפריטים בעגלת קניות וירטואלית. מתן מסלול ייעודי מתקנן את המרחק שעבר בחנות הווירטואלית, מקטין את מספר שגיאות הניווט ומאפשר דיוק רב יותר בניתוק שינויים פוטנציאליים בביצועי IADL משגיאות ניווט או אסטרטגיות חיפוש לא אופטימליות המופעלות על ידי המשתמש. המסלול באורך 150 מ’ דורש פניות מרובות, מה שמגדיל את המורכבות המוטורית42,43 ואת ההסתברות לגרום להקפאת הילוך באוכלוסיות חולים נוירולוגיות, שכן הקפאות נצפות בתדירות גבוהה יותר במהלך הפנייה מאשר הליכה בקו ישר 44,45. הן המרחק של נתיב הניווט והן מספר הפריטים ברשימת הקניות יכולים להיות מוגדרים על ידי המטפל כך שיתאימו ליכולות המשתמש או למטרות של פגישת ההערכה.

כל משתמש משלים תרחיש קנייה בסיסי אחד ומורכב אחד. התרחיש הבסיסי פשוט דורש מעקב אחר המסלול ובחירת פריטים מרשימת הקניות. בתרחיש המורכב, המשתמש מקבל רשימה של פריטי מכולת שונים תוך שהוא עוקב אחר המסלול הזהה דרך החנות, אך מוצגות דרישות קוגניטיביות ומוטוריות נוספות (היזכרות מילולית מושהית, השוואת מחירים ומשימות הימנעות ממכשולים המתוארות בסעיף הפרוטוקול שלהלן). רעשי חנויות מכולת בסביבה לאורך התרחישים הבסיסיים והמורכבים משלימים את החוויה הסוחפת. נתוני סיכום ופירוט על ביצועי המשתמש – כולל פריטים נכונים ושגויים שנאספו, מספר ותדירות של הפעלות של רשימות קניות, משך עצירה ומדדי הליכה – נוצרים באופן אוטומטי וזמינים לבדיקה על-ידי המטפל.

מטרת ה- CC-VRS היא לכמת באופן אובייקטיבי את הביצועים של IADLs בקרב מבוגרים ואנשים בסיכון או מאובחנים עם מחלה נוירולוגית. ה- CC-VRS מספק חוויה סוחפת ומציאותית עבור המשתמש, והוא מניב תוצאות מדויקות, מבוססות ביומכניקה, של תפקוד קוגניטיבי ומוטורי שיש להן פוטנציאל לשמש כסמנים פרודרומליים של מחלות נוירולוגיות או מדדים אובייקטיביים של התקדמות המחלה. ה- CC-VRS נמצא כעת בשימוש בשלושה פרויקטים קשורים שמטרתם: (1) הבנת ההשפעות של הזדקנות בריאה ומחלות נוירולוגיות על ביצועי IADL, (2) קביעת ההיתכנות של שילוב קליני ברפואה ראשונית ובמרפאה להפרעות תנועה, ו-(3) זיהוי החתימה העצבית העומדת בבסיס הקפאת ההליכה בחולי פרקינסון מתקדמים עם מערכות גירוי מוחי עמוק (DBS). באופן קולקטיבי, פרויקטים אלה ישתמשו בפלטפורמת CC-VRS ובתוצאות הקשורות אליהם כדי להבין טוב יותר כיצד הזדקנות ומחלות נוירולוגיות משפיעות על היבטים של ביצועי IADL. כתב יד זה מפרט את הפיתוח, העיצוב וטכנולוגיית החומרה והתוכנה של ה-CC-VRS ואת תוצאותיו החדשות שיכולות להקל על השתלבות בתחום הבריאות.

Protocol

הפרוטוקול המתואר תואם את ההנחיות של ועדת האתיקה של קליבלנד קליניק לחקר האדם. כל המשתתפים השלימו את תהליך ההסכמה מדעת וסיפקו הרשאה בכתב לפרסם תמונות שצולמו במהלך איסוף הנתונים. 1. הגדרת ציוד וכיול (5 דקות) מערכת VR ודא שהמערכת כוללת את כל הרכיבים המתוארים בדיאגרמת ההתקנה הניסיונית המתוארת באיור 2, כולל משקפי VR, שני בקרי יד, גשש מותניים אחד של VR, שני עוקבים רגליים של VR, תחנות בסיס לניטור המיקום של התקני ה-VR, ושולחן עבודה מתקדם לגיימינג עם כרטיס גרפי 2080ti להפעלת מערכת VR ותוכנת CC-VRS (ראו את טבלת החומרים). הפעל את Steam VR על שולחן העבודה כדי לתאם את רכיבי ה-VR ולנטר את המצב של כל מכשיר VR לאורך איסוף הנתונים. הפעל כל מכשיר VR וחפש נורית חיווי ירוקה כדי לאמת מעקב פעיל על ידי Steam VR. כייל את הגבולות והכיוון של המרחב הווירטואלי על ידי בחירה ב-Room Set Up בתפריט Steam VR ומעקב אחר הנחיות על המסך באמצעות בקרי היד. משקפי מציאות מדומה הניחו את האוזניות במערכת הניקוי ההיגיינית UV והפעילו מחזור חיטוי אחד בין המשתמשים. הליכון רב-כיווני הפעל את ההליכון הרב-כיווני באמצעות לחצן ההפעלה הירוק על דוושת הרגל המחוברת. הפעל את התוכנה המתאימה במחשב השולחני. כדי לכייל, השתמש בפונקציה Select User Tracker ביישום וזהה את גשש המותניים כהתקן המעקב המתאים. לאחר מכן, מרכז גשש זה על משטח ההליכון הרב-כיווני והשתמש בפונקציה Set Center Point כדי לכייל את מרכז פלטפורמת ההליכון. הגדר את גשש המותניים על הטבעת והשתמש בפונקציה Set Ring Height כדי לכייל את גובה המעקה.הערה: ההליכון והתוכנה המתאימה מסתמכים על המיקום של גשש המותניים VR ביחס לפלטפורמה כדי לפעול כראוי בתגובה לתנועות המשתמש. המשתמש מתחיל נייח, ממוקם במרכז ההליכון. כאשר המשתמש נע מחוץ למרכז, המערכת מגיבה לתנועות ולמהירות של המשתמש על ידי יצירת תנועת ההליכון המתאימה שתחזק את המשתמש בפלטפורמה. יישום CC-VRS כאשר כל התקני המעקב אחר מציאות מדומה וההליכון הרב-כיווני מכוילים ומעורבים, הפעילו את יישום CC-VRS משולחן העבודה. עקוב אחר התפריטים שעל המסך כדי להזין את מזהה המשתמש וליזום את סוג הניסיון המתאים. איור 2: סקירה כללית של פלטפורמת CC-VRS. תיאור של כל פלטפורמת CC-VRS. המשתמש מרכיב משקפי VR ומנווט דרך חנות מכולת וירטואלית על ידי הליכה על ההליכון הרב-כיווני. קו ירוק עדין מסופק למשתמש באמצעות משקפי המציאות המדומה ככלי עזר לניווט. את חמשת הפריטים ברשימת הקניות ניתן למצוא לאורך מסלול זה של 150 מ ‘. תצוגה בגוף ראשון של המשתמש מסופקת לנסיין באמצעות מחשב הבקרה והצג. הזמן הדרוש להגדרת מערכת CC-VRS הוא כ -5 דקות. קיצורים: VR = מציאות מדומה; CC-VRS = קליבלנד קליניק-קניות מציאות מדומה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה. 2. הכנת משתמש (15 דקות) סקר סבילות (בסיס) אם אתם אוספים נתונים על מחלת VR, הורו למשתמש למלא את שאלון מחלת הסימולטור לפני תחילת חוויית ה-CC-VRS. לרתום התאם את המשתמש לרתמה של כל הגוף המהדקת סביב הרגליים והחזה. מקצצים את הרתמה לכבל המותקן על התקרה מעל מרכז ההליכון הרב-כיווני כדי למנוע נפילות ולהעלות את רמת הנוחות של המשתמש מבלי לפגוע בהליכה הטבעית. גששי VR הצמד את הגששים לרגליים השמאלית והימנית לרגלי המשתמש באמצעות אזיקונים סביב שרוכי הנעליים. הברג את גשש המותניים על חגורת המותניים שעוצבה במיוחד והתאים את החגורה עד שהגשש יישב באמצע האזור המותני של המשתמש. הניחו את הבקרים השמאלי והימני בידי המשתמש והידקו את הרצועות עד שהן מאובטחות ונוחות. היכרות הליכון רב-כיוונית לפני השימוש באוזניות, אפשרו למשתמש זמן ללכת ולהפעיל את ההליכון הרב-כיווני. הסבירו את החשיבות של תנוחת הגשש במותניים ביחס למרכז פלטפורמת ההליכון, ועודדו את המשתמש להרגיש בנוח ללכת לכיוון הקצוות החיצוניים של גבול ההליכון תוך החזקת המעקה לתמיכה. נתק את ההליכון באמצעות היישום כדי להמשיך בהכנת המשתמש. אוזניות כאשר המשתמש עומד על ההליכון הרב-כיווני הנייח, הניחו את האוזניות על ראש המשתמש וסייעו בהתאמות (רצועת נשיאת משקל עליונה, ידית יציבות אחורית ומחוון מרחק אינטרפופילארי לבהירות) עד שההתאמה נוחה והתצוגה ברורה. ודא שהרמקולים המותקנים באוזניות ממוקמים מעל האוזניים ומוגדרים לרמת עוצמת הקול המתאימה. הנחה את המשתמש לעמוד בסמוך למרכז פלטפורמת ההליכון הרב-כיוונית ולחץ על התחל ביישום כדי להפעיל מחדש את ההליכון. הפעל את יישום CC-VRS משולחן העבודה אם לא הושק קודם לכן. 3. ניהול CC-VRS (30 דקות) לאורך כל חוויית ה-CC-VRS, עקבו אחר התקדמות המשתמש בחנות דרך תצוגת שולחן העבודה והיו מוכנים לעצור את ההליכון הרב-כיווני במקרה שהמשתמש יחווה אי נוחות או חוסר יציבות. הזן מזהה משתמש. בחר מדריך מקיף לטעינת סביבת תרגול קטנה המציגה למשתמש את המטרה הכוללת של הערכת CC-VRS, בנוסף למסלול הניווט, רשימת הקניות והדרישות הקוגניטיביות הנוספות של התרחיש המורכב. ודא שהמשתמש מרגיש בנוח עם פונקציות הבקר הבאות לפני שתמשיך בבדיקה: הפעילו את רשימת הקניות על ידי הרמת יד שמאל והחזקת כפתור A או B בבקר (איור 3A). סגור את רשימת הקניות על-ידי שחרור לחצן A או B . בחר פריטים מהמדפים באמצעות מפעילי הבקר (איור 3A). הכניסו פריטים לעגלת המכולת באמצעות מפעילי הבקר. ודא שהמשתמש מרגיש בנוח עם הדרישות הקוגניטיביות והמוטוריות הבאות של התרחיש המורכב: בצע היזכרות מילולית מאוחרת של חמש מילים שהוצגו באמצעות הודעה שמיעתית בתחילת התרחיש, בדומה למרכיב ההיזכרות המאוחרת במבחן ההערכה הקוגניטיבית של מונטריאול (MoCA)46. בצע משימת השוואת מחירים עבור פריטי מכירה (לדוגמה, בחירת האפשרות החסכונית ביותר בין 8 אונקיות של קטשופ תמורת $1.00 לעומת 16 אונקיות עבור $1.50) (איור 3B). הימנעו ממכשולים בחנות, כולל שפיכות על הרצפה ומעברים צרים הנגרמים כתוצאה מהצבת קונים או עגלות אחרים לאורך השביל (איור 3C). במידת הצורך, חזור על המדריך (בסך הכל כ -5 דקות) עד שהמשתמש יפגין מיומנות בפונקציות הנ”ל והבנה של המשימה. בחר תרחיש בסיסי. בחר את אורך הנתיב ואת מספר פריטי הרשימה. הורה למשתמש להתחיל ללכת ברגע שהחנות גלויה בתצוגת האוזניות. עודד את המשתמש להשלים את המשימה בצורה יעילה ככל האפשר, תוך כדי תנועה מהירה תוך מזעור שגיאות. לאחר שהמשתמש השלים את המשימה על-ידי הגעה לקופה בחנות, סקור את מדדי הסיכום המוצגים על מסך שולחן העבודה וצא מהסביבה הווירטואלית. בחר תרחיש מורכב. בחר את אורך הנתיב ואת מספר פריטי הרשימה. ספק הוראות דומות למשתמש כמו בתרחיש הבסיסי. הזכיר למשתמש את הדרישות הקוגניטיביות הנוספות בתרחיש המורכב. לאחר שהמשתמש השלים את המשימה על-ידי הגעה לקופה בחנות, סקור את מדדי הסיכום המוצגים במסך שולחן העבודה (איור 3D) וצא מהסביבה הווירטואלית. סקר סבילות אם אתם אוספים נתונים על מחלת VR, הורו למשתמש למלא את שאלון מחלת הסימולטור מיד עם השלמת חוויית ה-CC-VRS ושוב עד 30 דקות מאוחר יותר. סקר שמישות אם אתם אוספים נתונים על שימושיות הפלטפורמה, הורו למשתמש להשלים את סולם השימושיות של המערכת מיד עם השלמת ה-CC-VRS. איור 3: סביבת CC-VRS. (A) תצוגה בגוף ראשון של משתמש CC-VRS הצופה באופן פעיל ברשימת הקניות ביד שמאל ובוחר פריט מתאים ביד ימין. משתמשים יכולים לקיים אינטראקציה אינטואיטיבית עם כל פריט ברחבי המכולת באמצעות בקרי יד VR. (B) דוגמה למשימת השוואת מחירי מכירה שהמשתמש נתקל בה בתרחיש המורכב. עבור פריט ברשימת הקניות המסומן כפריט SALE, על המשתמש להשוות את מחירי היחידות של שני פריטים בגדלים שונים ולבחור את האפשרות המייצגת את העסקה הטובה יותר. (C) מבט בגוף ראשון על מעבר צר שנמצא בתרחיש המורכב. בנוסף לסיבובים המרובים לאורך מסלול הניווט, המעברים ההדוקים מוסיפים מורכבות מוטורית המגדילה את ההסתברות לגרום להקפאת הליכה באוכלוסיות נוירולוגיות. (ד) דוגמה לתוצאות הסיכום שהוצגו לנסיין עם השלמתו של תרחיש מורכב, כולל פריטים נכונים ושגויים, זמן כולל להשלמת התרחיש ומספר המילים שנזכרו בהצלחה. המדדים הספציפיים בתצוגה זו ניתנים להגדרה על ידי הנסיין. קיצורים: VR = מציאות מדומה; CC-VRS = קליבלנד קליניק-קניות מציאות מדומה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה. 4. קבצי נתונים ותוצאות סקור את קובץ הסיכום (.csv) שנוצר באופן אוטומטי עבור כל גירסת ניסיון, המכיל מדדים הניתנים להגדרה כדי לאפיין את הביצועים הכוללים של CC-VRS. סקור את קובץ הנתונים המפורט (.csv) המכיל את המיקום והסיבוב של הגששים, הבקרים והאוזניות לאורך כל משך המשימה. נתונים על הפעלות רשימה, אינטראקציה עם פריטים והתנגשויות מכשולים נרשמים גם הם באופן אוטומטי ופלט לקובץ זה.

Representative Results

בימים אלה מתנהל פרויקט לביסוס תוקפו של ה-CC-VRS בהערכת תפקוד קוגניטיבי, מוטורי ו-IADL בקרב צעירים, מבוגרים ללא מחלות נוירולוגיות ואנשים עם מחלת פרקינסון. כל משתתף השלים את התרחישים ‘ערכת לימוד’, ‘בסיסי’ ו’תרחישים מורכבים’ תוך שימוש באותן רשימות של 150 מ’ ו-5 פריטים כדי לאפשר השוואה בין ביצועים בקבוצות שונות. נעשה שימוש בנתונים קוגניטיביים ומיקום מפורטים כדי לקבוע מדדי סיכום אינפורמטיביים המבחינים בין ביצועי CC-VRS בין אוכלוסיות עם הבדלים ידועים בתפקוד הקוגניטיבי, המוטורי וה-IADL. מדדים ביומכניים וכפילי-משימה נוספים חושבו כדי לאפיין עוד יותר את רמת התפקוד בתחומים שונים (טבלה 1). תוצאת CC-VRS תחום קוגניטיבית פריטים נכונים ושגויים פונקציה ניהולית הפעלות רשימה (מספר ומשך זמן) זיכרון עבודה החזרת פריט מכירה (המספר נכון) זיכרון הצהרתי השוואת מחירי מבצע (הצלחה ומשך זמן) מהירות עיבוד קוגניטיבית-מוטורית משך תקופת הניסיון פונקציה גלובלית (IADL) עצירות (מספר ומשך) הפרעה כפולה למשימה מהירות הליכה בסמיכות של פריטי רשימה הפרעה כפולה למשימה התנגשויות עם מכשולי הימנעות עיכוב תגובה מנוע מהירות, אורך צעד, השתנות בהליכה מהירות הליכה ואיכות מהירות סיבוב, משך סיבוב הפוך את האיכות רוחב צעד, סימטריה יציבות יציבה מספר מעברי אפס בתאוצה נזילות הליכה משך ההגעה וההובלה בפריטים נבחרים תפקוד הגפיים העליונות טבלה 1: מדדי תוצאות CC-VRS. רשימה לא ממצה של מדדי תוצאה אפשריים של פלטפורמת CC-VRS, המוגדרת בעיקר כקוגניטיבית, מוטורית או קוגניטיבית-מוטורית באופיה. תוצאות אלה פותחו על בסיס ניתוח המשימות ששימש לתכנון ה-CC-VRS כהערכה תקפה מבחינה אקולוגית של פונקציית IADL. התחומים שנתפסו על ידי תוצאות אלה מייצגים את הספקטרום של פונקציות של משימה אחת וכפילה הדרושות לסיום מוצלח של קניות במכולת ו- IADLs אחרים. בניגוד לנוירופסיכולוגיה ולהערכות מוטוריות קיימות, ה-CC-VRS מעריך תחומים אלה בתנאים המשקפים בצורה מדויקת יותר את הדרישות המורכבות של סביבות IADL בתוך הסביבה הביתית והקהילתית. קיצורים: CC-VRS = קליבלנד קליניק-קניות מציאות מדומה; IADL = פעילות אינסטרומנטלית של חיי היומיום. איור 4 מספק סקירה כללית של ביצועי התרחיש הבסיסי של משתתף אחד עם PD. שביל ההליכה של המשתתף בחנות הושווה לנתיב האידיאלי של מסלול הניווט, ונבחנו מיקומים של פריטי קניות נכונים. באמצעות נתוני מיקום ממעקב ה-VR, המהירות המיידית של המשתתף דרך החנות נרשמה והתוותה. הוספת ההקשר של הפעלות רשימה ובחירת פריטים סיפקה תובנה לגבי יכולת המשימה הכפולה של המשתתף והיכולת הכוללת שלו להשלים ביעילות את משימת ה- IADL. בהתבסס על תוצאות של ניתוחים ראשוניים, הביצועים הכוללים של CC-VRS היו שונים בין צעירים בריאים לבין אנשים עם פרקינסון (איור 5). תוצאות של משך הניסיון הכולל, מספר ומשך העצירות, ומספר ומשך תצוגות הרשימה במהלך המשימה מבטיחים מדדים להבחנה בין קבוצות. מבוגרים ואנשים עם פרקינסון דרשו זמן רב יותר כדי להשלים כל תרחיש והשקיעו זמן רב יותר בעצירת והפעלת רשימת הקניות בהשוואה למבוגרים צעירים ובריאים. צעירים הציגו יכולת מוגברת של מטלות כפולות על ידי הליכה והפעלה בו-זמנית של הרשימה, בעוד שאנשים עם PD בדרך כלל מפעילים את רשימת הקניות בזמן שהם נעצרים. תוצאות נוספות, כולל זמן המושקע בחיפוש אחר פריטים, מדדי הליכה ותוצאות הדרישות הקוגניטיביות בתרחיש המורכב, זמינות לניתוח. במחקר שימושיות נפרד של CC-VRS לאנשים עם מחלת פרקינסון, 10 משתתפים מילאו את שאלון מחלת הסימולטור (SSQ)47,48 כדי להעריך את הסימפטומים של מחלת VR בנקודת ההתחלה, מיד לאחר השלמת חוויית CC-VRS, ו-30 דקות לאחר השלמת המשימה. ה-SSQ, שפותח בהקשר של סימולציות טיסה, לוכד 16 תסמינים נפוצים בסולם של 4 נקודות ואומץ לשימוש ביישומי VR. ציוני התסמינים האינדיבידואליים משולבים ומשוקללים כדי ליצור תת-קבוצות בתחומים של בחילה, אוקולו-מוטוריקה ואשכולות תסמינים של דיסאוריינטציה, בנוסף לציון כולל. ציוני ה-SSQ הכוללים נעים בין 0 ל-235.6. איור 6 מציג את התוצאות של ה-SSQ שהושלם בנקודת ההתחלה (הציון הכולל הממוצע 13.1 ±-16.7), מיד אחרי CC-VRS (29.5 ± 27.9), ו-30 דקות אחרי CC-VRS (14.2 ± 15.6) למשתתפים עם PD (N = 10). באופן כללי, ציוני ה-SSQ הכוללים של משתתפים עם מחלת פרקינסון היו קלים לאחר CC-VRS, והתסמינים הנפוצים ביותר שאושרו היו אי נוחות כללית, עייפות, מאמץ בעיניים, קשיי מיקוד והזעה. יש לציין שרבים מהמשתתפים דיווחו על תסמינים קלים בנקודת ההתחלה. עם זאת, משתתפי 9/10 השלימו את ההערכה המלאה, כולל המדריך, התרחישים הבסיסיים והמורכבים, בממוצע של 29.0 ± 5.9 דקות. אחד לא היה מסוגל לסבול את CC-VRS עקב מחלה. נתונים אלה מספקים ראיות משכנעות לכך שפלטפורמת CC-VRS נסבלת היטב על ידי רוב האנשים עם מחלות נוירולוגיות. באופן קולקטיבי, המחסור הכללי בתסמיני מחלת VR משמעותיים שדווחו מצביע על כך שצימוד תוכן VR עם הליכון רב-כיווני הוא אפשרי ועשוי לטפל בבעיית תנועת ה-VR עבור רוב האנשים. 10 המשתתפים שסיימו את מחקר השימושיות השתתפו בראיון מובנה למחצה בעקבות השימוש שלהם ב-CC-VRS. כל המשתתפים אישרו כי המחקר היה הפעם הראשונה שהם השתמשו ב-VR ו/או בהליכון רב-כיווני. הערות סיכום על ההליכון כללו את הדברים הבאים: קלות ההסתגלות להליכון: המשתתפים הרגישו בנוח על ההליכון בדרך כלל תוך מספר דקות, כאשר ההליכה חיקתה את הדריכה מעל פני הקרקע. המשתתפים הצביעו על שני היבטים של הליכה שדרשו הסתגלות: (1) משיכת גשש המותניים בחזרה למרכז ההליכון במהלך העצירה ו-(2) נקיטת צעדים מעט קצרים יותר בשל גודלה של פלטפורמת ההליכון. התמיכה בגפיים העליונות התייצבה: השימוש במעקה המעגלי המקיף את ההליכון סיפק רמה מתאימה של תמיכה בגפיים העליונות שסייעה בהשלמת המשימה. סביבה פיזית וקוגניטיבית מאתגרת: המשתתפים דיווחו כי השליטה ביציבה שלהם אותגרה בעת ביצוע מטלות הקנייה. היתה נחמה ברתימתם, אבל הרתמה לא הגבילה את התנועה בשום מישור. סביבה מציאותית: התצוגות החזותיות והמיעיעתיות דמו מאוד למכולת אמיתית והיו מרשימות עבור משתמשים תמימים של VR. המשתתפים דיווחו כי הריאליזם של הקונים האחרים ומכשולי המעבר הניע אותם להימנע מהתנגשויות וכי מסלול הניווט היה פשוט למעקב. דיסאוריינטציה: תלונות על דיסאוריינטציה ומחלה תואמות את ציוני ה-SSQ האינדיבידואליים. חלק מהמשתתפים הציגו אתגרים חזותיים ראשוניים במהלך הדקות הראשונות של ה- CC-VRS שגרמו לאדם להתקרב למדפי המכולת, שלדעתם יצרו תחושה של חוסר התמצאות. משתתפים עם מחלת פרקינסון משני המחקרים הנ”ל (N = 24) השלימו את סולם השימושיות של המערכת (SUS) לאחר השלמת CC-VRS. ה- SUS הוא שאלון בן 10 פריטים המודד קלות שימוש, שביעות רצון גלובלית ויכולת למידה של מערכת49,50. הציונים נעים בין 0 ל-100, כאשר 68 מצביעים על שימושיות ממוצעת. ציוני SUS כוללים בין 72.6 ל-78.8 תואמים לציון של “B” וציונים גבוהים מ-78.8 מרוויחים “A”51. בקרב 24 משתתפים עם PD שהשלימו את פלטפורמת CC-VRS (הדרכה, בסיסית ומפגשים מורכבים), ה- CC-VRS קיבל ציון ממוצע של 75.7 ± 18.9. איור 4: סיכום ביצועים של CC-VRS. (A) אדם עם מחלת פרקינסון משלים את התרחיש הבסיסי של פלטפורמת CC-VRS. (ב) נתיב הניווט ומהירות ההליכה של המשתתף בעת השלמת המשימה. הריבועים הכחולים מייצגים פריט שהיה ברשימת הקניות ונשלף בהצלחה. על קו הנחיית הניווט מוטבע קו מפת חום המייצג את מהירות ההליכה המיידית של המשתתף; מהירות ההליכה הבסיסית מחושבת על פני ההליכה הראשונה בקו ישר של 20 מטרים. כל מהירות מיידית הנמוכה מפי 0.5 ממהירות ההליכה הבסיסית היא אדומה; מהירות מיידית מעל פי 1.5 מהמהירות הממוצעת הנ”ל היא ירוקה. יש מעבר ליניארי מאדום לצהוב לירוק בין פי 0.5 עד פי 1.5 ממהירות ההליכה הממוצעת בקו ישר. מוצגות מהירות הליכה במהלך הניסוי (C) ומספר הפעלות הרשימה (D). יש לציין כי למשתתף זה היו 15 צפיות ברשימה במהלך הניסוי, למרות שהיו לו רק חמישה פריטים ברשימת הקניות. קיצור: CC-VRS = קליבלנד קליניק-קניות מציאות מדומה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה. איור 5: CC-VRS של צעירים בריאים לעומת מחלת פרקינסון. המרחק המצטבר עבר על ידי צעיר בריא (A) ומשתתף עם PD (B) במהלך הביצועים של התרחיש הבסיסי. באופן כללי, שני המשתתפים הלכו בערך באותו מרחק כשהם עקבו אחר קו הניווט. עם זאת, למשתתף עם PD לקח הרבה יותר זמן (410 שניות) מהמבוגר הצעיר (350 שניות) כדי להשלים את התרחיש. הסרגלים הירוקים מייצגים את המספר והמשך של הפעלת רשימה במהלך הפעילות. הצעיר צפה ברשימה שבע פעמים בסך הכל 73.1 שניות, בעוד שהמשתתף עם PD צפה ברשימה 16 פעמים בסך הכל 94.3 שניות. הנקודות הכחולות משקפות עצירה פיזית של המשתתף. בדיקה של ביצועי המבוגרים הצעירים מצביעה על כך שהיו להם פחות עצירות כלליות ויכלו בו זמנית ללכת ולצפות ברשימה. לעומת זאת, למשתתף עם PD היו 17 תחנות שכל אחת מהן התאימה לתצוגת רשימה, מה שמרמז על כך שהם לא הצליחו לבצע ביעילות משימה כפולה (למשל, ללכת ולהציג את הרשימה בו זמנית). קיצורים: CC-VRS = קליבלנד קליניק-קניות מציאות מדומה; PD = מחלת פרקינסון. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה. איור 6: חוויית התסמינים בעקבות CC-VRS. בסך הכל 10 משתתפים עם PD ביצעו את ה-CC-VRS כחלק ממחקר שמישות. כל משתתף מילא את שאלון מחלת הסימולטור לפני, מיד לאחר מכן, ו -30 דקות לאחר סיום חווית CC-VRS. ה-SSQ לוכד 16 תסמינים של מחלת VR, עם ציון מרבי של 235.6. רוב המשתתפים עם מחלת פרקינסון אישרו תסמינים קלים בנקודת ההתחלה, כאשר התסמינים עלו מעט מיד לאחר ה-CC-VRS וחזרו לרמות הבסיסיות תוך 30 דקות מהשלמת הפלטפורמה. השלמת כל ה-CC-VRS (הדרכה, תרחישים בסיסיים ומורכבים) ארכה בממוצע 29 דקות, וציון ה-SSQ הממוצע עם השלמת ה-CC-VRS היה 29.5 (באדום). קיצורים: CC-VRS = קליבלנד קליניק-קניות מציאות מדומה; PD = מחלת פרקינסון; SSQ = שאלון מחלת סימולטור. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

Discussion

נראה כי פלטפורמת CC-VRS, עד כה, מטפלת בצורה היעילה ביותר בבעיית התנועה ב-VR על ידי שילוב תוכן VR חדשני עם הליכון רב-כיווני. היבט קריטי של הסביבה הסוחפת בצורה חלקה של ה-CC-VRS הוא הבטחת תקשורת נאותה בין ההליכון לתוכנת ה-VR. הגדרה נכונה של כל ההיבטים של מערכת ה-VR – כולל תחנות בסיס, גששי רגליים ומותניים ובקרי יד – היא הכרחית. אם המעקב אינו עקבי או לא אמין, נדרשת התאמה של הכיוון והמיקום של תחנות הבסיס, או תוספת של יחידת תחנת בסיס אחרת. כיסוי נכון של המרחב הפיזי מספק סנכרון יציב בין חומרת ה-VR להליכון הרב-כיווני ומבטיח שנתוני המיקום וההתמצאות ממכשירי ה-VR יהיו שלמים, מדויקים ומדויקים52. כיול ההליכון הרב-כיווני מומלץ בתחילת כל מפגש איסוף נתונים כדי להבטיח אחריות אופטימלית תוך כדי ניווט בסביבה הווירטואלית.

היכרות המטופל עם ההליכון היא קריטית לפני מתן ה-CC-VRS. למרות שהוא אינטואיטיבי ופשוט לתפעול, ההליכון הרב-כיווני דורש היכרות מיטבית עם המשתמש לפני הצגת משקפי המציאות המדומה ואתגרי הכיוון המרחבי הנובעים מכך. כדי לענות על הצרכים של המשתמש הבודד ועל המטרות של ההערכה הנוכחית, התכונות הבאות ניתנות להגדרה עבור כל תרחיש CC-VRS: 1) הליכון במהירות מקסימלית נמוכה או גבוהה, 2) חזרה על מודול הדרכה, 3) אורך מסלול דרך החנות, ו-4) מספר הפריטים ברשימת הקניות. שינויים אלה מייעלים את ההערכה עבור היכולות הקוגניטיביות, המוטוריות והכפולות של מגוון רחב של מטופלים.

היעדרה של טכנולוגיה בעלת פלטפורמה אחת המסוגלת לתקנן את ביצועי IADL על ידי שימוש בתוצאות אובייקטיביות וכמותיות המאפיינות תפקוד קוגניטיבי ומוטורי מייצג מחסום קריטי בזיהוי מוקדם ובטיפול יעיל במחלות נוירולוגיות הקשורות לגיל כגון מחלת פרקינסון או אלצהיימר. השיטות הנוכחיות להערכת תפקוד IADL באמצעות שאלוני דיווח עצמי, אף שהן קלות למתן, רגישות להטיה. במהלך דיווח עצמי, מבוגרים נוטים להעריך יתר על המידה או להמעיט בערכן של יכולות IADL53. באופן דומה, מודיעים המשלימים שאילתות IADL לעתים קרובות טועים בשיפוט יכולות בשל תפיסות שגויות של המשקיפים או פערי ידע35.

חלופה לשאלונים בדירוג דיווח עצמי ומדורגים על ידי מודיעים היא הערכת IADL מבוססת ביצועים. הערכות מבוססות ביצועים מסתיימות בדרך כלל על ידי מרפא בעיסוק או פיזיותרפיסט מיומן. בעוד מספר מבחני ביצועים ומדריכים זמינים, הם אינם תורמים לשילוב בטיפול קליני, ולעתים קרובות דורשים מספיק זמן ומרחב וציוד מיוחדים שאינם נמצאים בדרך כלל במשרד של מטפל ראשוני או נוירולוגיה. אחת ההערכות מבוססות הביצועים הנפוצות ביותר, הערכה ישירה של מצב תפקודי (DAFS), דורשת כ -40 דקות כדי לנהל, והניקוד שלה מבוסס במידה רבה על חוות דעת מומחה של מנהל הבדיקה. למרות שה- DAFS שימושי בהיערכות מחלת אלצהיימר, הוא חסר רגישות ואינו מזהה ירידות IADL בשלב הפגיעה הקוגניטיבית הקלה24. מיזוג העולם הווירטואלי והמציאותי על ידי שילוב VR עם הליכון רב-כיווני מספק הזדמנות ללכוד את ביצועי IADL בתנאים קוגניטיביים מורכבים המשכפלים טוב יותר סביבות בעולם האמיתי, מה שעלול לגרום לאבחנות מוקדמות יותר של מחלה נוירולוגית54.

פלטפורמת CC-VRS מטפלת בפער הקליני על ידי מתן גישה סטנדרטית, שיטתית, אובייקטיבית וכמותית לאפיון יכולות IADL במבוגרים ובאנשים עם מחלות נוירולוגיות. בהתבסס על בדיקות שימושיות ראשוניות ונתונים, ניתן להשלים את תרחישי ה-CC-VRS הבסיסיים והמורכבים תוך פחות מ-30 דקות. בדומה למחקרי VR סוחפים אחרים עם PD18, רוב האנשים עם מחלת פרקינסון חווים תסמינים קלים של מחלת תנועה. מנקודת מבט של שימושיות, ה- CC-VRS קיבל דירוג SUS כולל של 75.7, המקביל לציון אותיות “B” ונופל בין קטגוריות המתאר “טוב” ו”מצוין “55. לשם השוואה, הערכה עדכנית של יישומי טלפון וטאבלט פופולריים מדווחת על ציון SUS ממוצע של 77.7 עבור 10 היישומים המובילים בכל הפלטפורמות56, כולל אפליקציות סלולריות כגון ערוץ מזג האוויר ויוטיוב. תגובות של המשתתפים הצביעו על כך שרוב המשתמשים נהנו מהריאליזם ומהיכולת לקיים אינטראקציה עם פלטפורמת CC-VRS. חשוב לציין שהמשתתפים הרגישו מאותגרים מההיבט הפיזי והקוגניטיבי, מה שמעיד על כך שהעיצוב השיג את מטרתו ליצור פלטפורמה דינמית שיצרה מחדש חוויית IADL מורכבת.

הוכחנו בעבר כי ניתן לשלב טכנולוגיה בהצלחה בתהליכי עבודה קליניים בהערכת חולים עם זעזוע מוח57 ובשירות נוירולוגי עמוס לחולים עם טרשת נפוצה (MS)58. יתר על כן, השימוש בטכנולוגיה בניהול זעזוע מוח שיפר את התוצאות והפחית את העלויות59, בעוד שהשימוש בה בטיפול בטרשת נפוצה הוביל לחיסכון של 27% בזמן שהושקע בתיעוד הרשומה הרפואית האלקטרונית עבור כל חולה60. בהתחשב במטרה המתמשכת להפחית את העלות של מתן טיפול61 וכי הזמן המושקע בתיעוד ברשומה הרפואית האלקטרונית מצוטט לעתים קרובות עבור שחיקת רופאים62, השילוב של פלטפורמת CC-VRS בטיפול קליני עשוי לספק ערך מוסף משמעותי למערכות בתי החולים. שני פרויקטים נמשכים שבהם פלטפורמת CC-VRS משולבת ב-1) מרכז אזורי לבריאות המשפחה לטיפול ראשוני המטפל בעיקר בקשישים בריאים ו-2) מרפאה מיוחדת להפרעות תנועה במרפאת קליבלנד.

היעדר סמן ביולוגי פיזיולוגי או דיגיטלי מדויק ואמין למחלת פרקינסון ואלצהיימר גורם לקושי רב באבחון מוקדם ובמדידת התקדמות המחלה63,64. לפלטפורמת CC-VRS יש פוטנציאל לספק סמן ביולוגי דיגיטלי תחת פלטפורמה טכנולוגית אחת שתשפר את הטיפול הקליני ועשויה לגרום לניסויים קליניים קצרים ויעילים יותר על ידי הפחתת ההסתמכות על תוצאות קליניות סובייקטיביות ומשתנות מאוד (למשל, החברה להפרעות תנועה – חלק מוטורי מאוחד של מחלת פרקינסון (MDS-UPDRS III)). הערכת התפקוד המוטורי והקוגניטיבי בתחום הנוירולוגיה הקלינית לא התקדמה באופן דרמטי בשלושת העשורים האחרונים מבחינת הערכת אנשים עם PD והתסמינים המוטוריים הקרדינליים הקשורים אליהם, שלא לדבר על בעיות קוגניטיביות או כפולות משימה. ההתקדמות המפורסמת ביותר בהערכת אנשים עם מחלת פרקינסון היא עדכון סולם הדירוג הקליני הסובייקטיבי (MDS-UPDRS III). חשוב לציין, איננו מאמינים שה-CC-VRS יחליף את ה-MDS-UPDRS III. במקום זאת, אנו מאמינים שהערך הגדול ביותר שלה עשוי להתממש בפרקטיקות של רפואה ראשונית על ידי מתן גישה סטנדרטית ואובייקטיבית לכימות של IADLs. אמנם מוקדם להאמין שה-CC-VRS בצורתו הנוכחית הוא סמן פרודרומלי של מחלות נוירולוגיות, אך ניתן להשתמש בתוצאות כדי להרים דגל “אדום” או “צהוב” במונחים של תפקוד נוירולוגי שעשוי לעורר התייעצות על ידי מומחה להפרעות תנועה, נוירופסיכולוגיה או גריאטריה. מבחינת השימוש בו בטיפול קליני במחלת פרקינסון, הצפי הוא שה-CC-VRS יוכל לשמש בטיטרציה של תרופות או בתכנות בסופו של דבר של מכשירי גירוי מוחי עמוק. גם מקרי הרפואה הראשונית וגם מקרי השימוש הספציפיים ל-PD נמצאים כעת בשלב הפיילוט. על ידי טבילה אמיתית של המשתמש בסביבה מציאותית ומדידת היבטים משמעותיים וחשובים של תפקוד קוגניטיבי ומוטורי, ה- CC-VRS מייצג צעד ראשוני ביצירת סמן ביולוגי דיגיטלי שעשוי להיות יעיל ומדרגי למחלות נוירולוגיות.

תחום הנוירולוגיה הקלינית, הפרעות תנועה בפרט, מלא בדוגמאות של טכנולוגיה שפותחה לכימות סימפטום פרקינסון יחיד ומבודד באמצעות מד תאוצה או טכנולוגיות חיישנים אחרות 65,66,67,68,69. למיטב ידיעתנו, אף אחת מהגישות הללו, מלבד האיזון שלנו 70,71,72,73 ויישומי רעידות74, לא שולבה בטיפול הקליני השגרתי במחלת פרקינסון. טכנולוגיה קודמת לעתים קרובות תקפה ואמינה; עם זאת, ההתמקדות הייתה בפיתוח טכנולוגיה עם מעט מאוד התייחסות להיתכנות של אינטגרציה קלינית75,76. מטופלים, ספקים, בתי חולים וגופים רגולטוריים מתעניינים יותר ויותר במדדי תוצאה המכמתים שינויים בפעולות יומיומיות משמעותיות 77,78,79,80. השילוב הקליני של מדדים מדויקים ומשמעותיים של תסמינים נוירולוגיים וביצועי IADL נחוץ כדי להעריך באופן שיטתי את היעילות הכוללת של התערבות או לקבוע את הפוטנציאל של התערבות להאטת התקדמות המחלה. פיתוח גישה סטנדרטית להערכת IADL המתאימה לשימוש קליני שגרתי מושך כדי להקל על הבנה וטיפול מקיפים במחלות נוירולוגיות בפעילויות משמעותיות.

לגישת CC-VRS להערכת ביצועי IADL כדי לסייע באבחון ובניהול של מחלות נוירולוגיות יש פוטנציאל לשנות את שירותי הבריאות באמצעות אבחון מוקדם ומעקב מדויק יותר אחר התקדמות המחלה. עם זאת, הוא מכיר באופן מלא בכך שהמערכת אינה נטולת מגבלות. העלות של ההליכון הרב-כיווני היא משמעותית ועשויה לשמש חסם לאימוץ נרחב של מחקרים שיטתיים בכלכלת בריאות כדי לזהות את נקודת ה”שבירה” הפוטנציאלית בין עלות ההערכה ביחס לערך של אבחון מוקדם או מעקב מדויק יותר אחר התקדמות המחלה. יש לציין כי הפערים ברכישת תוצאות ממוקדות PD עם טכנולוגיה הודגשו על ידי המכון הלאומי להפרעות נוירולוגיות ושבץ PD כנס78, כוח המשימה של MDS לטכנולוגיה77, וה-FDA. הם קראו לטכנולוגיה שמודדת פעילויות משמעותיות של מחלת פרקינסון ולשילוב התוצאות הללו בטיפול הקליני. אנו בוחנים כעת את השילוב של CC-VRS במסגרת טיפול ראשוני ומרכז הפרעות תנועה בקליבלנד קליניק; פריסות אלה ישתמשו בהליכונים רב-כיווניים במחירים נוחים יותר. איסוף מוצלח של נתונים אכן דורש השקעה ראשונית של זמן על ידי המטפל כדי ללמוד כיצד להגדיר ולהפעיל את המערכת. פיילוטים קליניים מתמשכים יידעו טוב יותר את כמות ההכשרה הנדרשת כדי להפוך למשתמש מיומן. אפשר לדמיין מודל שבו טכנאי מועסק כדי להפעיל את המערכת, והמטופלים משלימים את מטלות הקניות במקום לשבת בחדר המתנה לפני פגישה. לאחר מכן ניתן לשלב נתונים אלה באופן מיידי ברשומה הרפואית האלקטרונית לפני שהם רואים את הספק שלהם. ליישומים מסוג זה יש פוטנציאל להפוך לחדר ההמתנה של העתיד עבור המטופלים.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

מחקר זה מומן על ידי קרן מייקל ג’יי פוקס לחקר פרקינסון (MJFF-020020) והקתדרה למשפחת אדוארד וברברה בל. אנו מודים למעבדות אלם פארק (דטרויט, מישיגן) על הסיוע בבניית סביבת ה-VR והחיבור עם ההליכון הרב-כיווני. אנו מודים גם לאוולין תומן ובריטני מוזר על עזרתן בפיתוח הפרויקט ובביצועו.

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
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Grand Challenges for Engineering. National Academy of Sciences 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. , 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. , (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. , 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. , (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

Virtual RealityInstrumental Activities Of Daily LivingOmnidirectional TreadmillMotion SicknessParkinson’s DiseaseAlzheimer’s DiseaseObjective AssessmentCalibrationBody TrackingHarness

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
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).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image