تدبير وظائف العضلات موضوعي صعوبة خاصة في الأطفال. استناداً إلى جهاز استشعار ثلاثي الأبعاد رقمية متاحة تجارياً، تم تطوير اختبار ألعاب الصديقة للطفل لتقييم الدالة الطرف العلوي للتجارب السريرية.
ضمور العضلات تدريجيا ولا رجعة فيه يميز ضمور العضلات الشوكي (SMA)، وأمراض اضطراب العضلات مماثلة أخرى. تقييم موضوعي لوظائف العضلات ضرورية وهامة، على الرغم من أن التحدي، شرط أساسي لنجاح التجارب السريرية. جداول تصنيف السريرية الحالية كبح شذوذ الحركة إلى بعض العناصر الفردية خشن الحبيبات المعرفة مسبقاً. كينكت ثلاثي الأبعاد برز اقتراح منخفضة التكلفة والمحمولة الاستشعار عن التكنولوجيا المستخدمة في التقاط والحركة في الطب العديد من تعقب الناس وحقول البحث. ووضعت نهجاً جديداً باستخدام هذا المجس ثلاثي الأبعاد واختبار مثل لعبة صمم لقياس موضوعية وظيفة الطرف العلوي للمرضى الذين يعانون من SMA. اختبار النموذج الأولى تستهدف قدرة الحركة المشتركة. وبينما كان جالساً في مشهد ظاهري، كلف المريض بتمديد والمرن، ورفع الذراع كله بغية الوصول إلى وضع بعض الكائنات. كل الخصائص الحركية والزمانية المكانية لحركة الطرف العلوي استخرجت وتحليلها، مثلتمديد الكوع وزوايا الانحناء، من ناحية السرعة والتسارع. وشملت الدراسة الأولى مجموعة صغيرة من 18 مريضا SMA حركيا وضوابط صحية 19 مطابقة العمر ونوع الجنس. تم إجراء تحليل شامل لحركة الذراع؛ ومع ذلك، تم العثور على لا يوجد فرق كبير بين الجماعات بسبب عدم تطابق قدرة المريض وصعوبة اختبار. وبناء على هذه التجربة، كانت نسخة ثانية من الاختبار يتكون من نسخة معدلة من المباراة الأولى مع زيادة الصعوبات والمباراة ثانية استهداف العضلات القدرة على التحمل صممت ونفذت. لم يتم إجراء الاختبار الجديد في أي مجموعات المرضى حتى الآن. عملنا قد أظهرت القدرة المحتملة على استشعار ثلاثي الأبعاد في تقييم هذه وظيفة العضلات واقترح نهجاً موضوعيا لتكملة جداول تصنيف السريرية.
تقييم شامل لوظيفة العضلات تقييم نقدي في الكثير من الأمراض العصبية العضلية وشرطا أساسيا هاما لنجاح التجارب السريرية. جداول تصنيف السريرية وتستخدم على نحو متزايد كأداة لتقييم موحدة ونتيجة راسخة قياس1. بيد أنها تعتمد بشدة على حكم ذاتي للأطباء وقد يؤدي إلى تباينات كبيرة مما يؤدي إلى عدم تناسق في جملة-وداخل-المقيم2 أو إنشاء الأرقام التي لا تفي بالمعايير الخاصة بالقياسات الدقيقة1. وبالإضافة إلى ذلك، العديد من الأمراض العصبية العضلية تؤثر إلى حد كبير على الأطفال ومعظم جداول تصنيف هذه طويلة ومملة، مما يفرض تحديات إضافية. مثال الأمراض العصبية العضلية هو العمود الفقري العضلات ضمور (SMA)، ومرض قاتل العضلية تتميز ب ضعف العضلات التدريجي3. اعتماداً على تعمل السريرية، يعيش بعض المرضى مع الكراسي المتحركة (النوع 2)، وبعضها يمكن الوقوف والمشي دون مساعدة (النوع 3)4. وهناك طلبا متزايداً على أداة لتقييم أكثر حساسية وموضوعية لقياس وظيفة العضلات من حيث نطاق حركة مشتركة، وقوة العضلات، والعضلات والإرهاق وهلم جرا، من أجل تتبع تطور المرض وفعالية العقاقير.
التقدم السريع في تكنولوجيا الاستشعار الحركة جعلت من الممكن لتحليل خصائص الحركة بتكاليف منخفضة نسبيا، بينها دراسة قيمة استشعار ثلاثي الأبعاد (Kinect) في التقاط حركة الجسم بكامله بطريقة خالية من علامة قد تم على نطاق واسع. باستخدام المتكاملة استشعار الأشعة تحت الحمراء، وآله تنفذ تعلم الخوارزميات، هي الاستدلال على مواقع هيئة من الأشخاص يتم تعقبها من خلال مواقف 3 الأبعاد من المعالم التشريحية 20 تسمى مفاصل الجسم أو نقاط بما في ذلك الرأس، والرقبة، الأيدي والمعصمين والمرفقين، الكتفين، العمود الفقري، الوركين، الركبتين، الكاحلين والقدمين5. الأزمنة هو يصل إلى 30 هرتز، وكاف للحركة المادية الأكثر باستثناء بعض الأعراض المرضية الحركية مثل الهزات. دقة استشعار ثلاثي الأبعاد المكانية قد صودق على نطاق واسع مع الحقيقة الأرض6 أو معيار الذهب، وهي حركة ثلاثية الأبعاد على أساس العلامة تحليل نظام7،،من89،10 ،،من1112. صحة جيدة المتزامنة وإمكانية تكرار نتائج قد كشفت عن طريق الاختبارات المختلفة، لا سيما من أمامي عرض12 لإجمالي حركات7. من أجل تقييم موضوعي وظيفة الطرف العلوي للأطفال مع SMA، نحن صممت ونفذت مثل لعبة اختبار استناداً إلى جهاز استشعار ثلاثي الأبعاد لقياس القدرة على الحركة المشتركة.
قدم التقييم المقترح القائم على Kinect بموضوعية وتحليل حركة شاملة مع توفير حل الصديقة للطفل، ومنخفضة التكلفة، والمحمولة فيما يتعلق بجداول تصنيف السريرية التقليدية أو المتطورة الفيديو المستندة إلى علامة نظم. مع اختبار ألعاب التي استمرت أقل من 5 دقائق، مكثف تم فحص نقاط الجسم متعددة في نفس الوقت، والعديد من الخصائص الزمانية المكانية والحركية قد تم تحليلها بدقة عالية، بما في ذلك السرعة، الزوايا المشتركة، وهلم جرا. إنشاء أسرة وجهود التدريب كانت أيضا الكثير أقل تطلبا مقارنة بجداول تصنيف أو أنظمة الفيديو.
أن الخطوة الأكثر أهمية في هذا النهج تم تصميم الاختبار. بغية التقاط الأعراض الحركة الأساسية، ينبغي أن تغطي نطاق القدرة المقابلة مهمة تصميم وتجنب تأثيرات السقف أو الكلمة. في مثال هذا إشارة محددة، تشمل الأعراض البدنية الشائعة من SMA ضعف العضلات ومحدودة النطاق المشترك، وتصلب العضلات، والتعب، وهكذا. الاختبار المقترح المناسب لهذه الأعراض التي تشمل النطاق المشتركة المحدودة، التي كانت نموذجية لمرضى النوع الثاني SMA. ولسوء الحظ، تم اختبار النموذج الأولى فقط كمحاولة أولى في دراسة مخطط المعينين فقط SMA النوع 3 مرضى. نظراً لقدرة هؤلاء المرضى أعلاه ما هو الاختبار الحالي يمكن قياس (الحد الأقصى أثر)، لا يمكن تحقيق النتائج المرجوة. لهذه الفئة من المرضى حركيا، سيكون نقل العضلات التعب والجسم مقياسا أفضل.
استناداً إلى هذه التجربة، تم تصميم نسخة ثانية من الاختبار يتكون من نسخة معدلة من لعبة “خزانة الملابس” ولعبة “قوارب تجديف” إضافية. وقد نسخة معدلة من لعبة “خزانة” ثلاثة مستويات صعوبة. في المستوى الأول، يتم وضع الكائنات قرب الجسم حيث أن هذا الموضوع لا يحتاج إلى تمديد الذراع، والتي تستهدف مجموعة المريض ضعيفة، الذين يمكن إلا يجلس في كرسي متحرك ويتعذر تماما تمديد أسلحتهم دون الدعم الكامل. في المستوى الثاني، يتم وضع الكائنات في مسافة طول الذراع كله، الذي يستهدف مجموعة المرضى الذين يمكن رفع وتوسيع نطاق الأسلحة دون أي دعم. في المستوى الأكثر صعوبة، يتم وضع الكائنات قليلاً خارج نطاق الذراع؛ ولذلك، يحتاج هذا الموضوع لتحريك الجذع العلوي كملحق. المستوى الثالث من أهداف الفريق المريض حركيا حيث يقاس أيضا حركة محورية والدانية. خلال مرحلة تحديد المواقع اللعبة، تلقائياً يقاس طول الذراع للموضوع وتستخدم بعد ذلك لحساب مواقع الكائنات في اللعبة التالية؛ ولذلك، مستويات الصعوبة يتم تعديلها تلقائياً إلى قدرة الفرد. عند الوصول إلى حد قدرة كل فرد، ولا يمكن الوصول إلى الكائنات أو وضعها، سيتم تخطي المستوى أما تلقائياً بعد فترة معينة من الزمن، أو يدوياً بالمشغل عن طريق الضغط على زر “تخطي” على الشاشة. أهداف لعبة عضل التحمل “قوارب التجديف” وأنه يتطلب الموضوع إلى تكرار ذراع المتداول الحركة في أسرع وقت ممكن لمدة 1 دقيقة. في دراسة في مستقبل، الإصدار الثاني يهدف إلى تغطية المريض من SMA النوع 2 لكتابة 3، نظراً للمهام التي تقيس قدرة المرضى مع قدرة حركة الذراع محدودة للمرضى مع وظيفة الذراع كامل ومحدودية حركة محورية.
على الجانب الآخر من تصميم الاختبار هو النظر في تأثير الكلمة. نظراً لمحدودية القرار المكانية والزمانية، المجس ثلاثي الأبعاد فقط قادرة على التقاط دقة إجمالي حركات مثل المشي ويلوحون بالذراع، وهلم جرا. لغرامة حركة الكشف، بما في ذلك تحول التنصت أو من ناحية الشكل، أكثر حساسية من الأجهزة الرقمية مثل الهواتف النقالة أو ويرابليس المعصم مطلوبة. كما تمت مناقشته، المفتاح لنجاح هذا التطبيق إقامة المباراة الصحيحة بين أعراض المرض الكامنة وقدرات الجهاز والمهام المصممة.
وتشمل بعض اعتبارات أخرى خلال تصميم اختبار الفئة العمرية وتأثير التعلم واللغات وهلم جرا. الاختبار منذ SMA يصيب أساسا الأطفال، ينبغي أن تكون بسيطة وواضحة قدر الإمكان مع الحفاظ على سمة gamification جذابة. واستخدمت في تصميمنا، شخصيات رسوم متحركة وكائنات مرسومة باليد. المهمة تقليد سلوك التضميد الذاتي الذي يكتسب عادة الأطفال بعد سنتين أو ثلاث سنوات من العمر. وأبقى الحركات بسيطة مثل أنه يمكن فهم المواضيع وإجراء اختبار بعد مرحلة تدريبية قصيرة وتم تجنب الآثار التعلم، التي تم قياسها ومناقشتها في لدينا المنشور السابق13.
عند تنفيذ بروتوكول الاختبار، وتحليل البيانات، قد تنشأ بعض القضايا وبالمثل لتطبيقات الاستشعار ثلاثي الأبعاد الأخرى. وتشمل هذه القضايا تدخل الشمس المشرقة، والملابس الخاصة، أكثر من موضوع واحد في مجال الرؤية، وأوقات أخذ العينات غير النظامية. ووجدنا حالة واحدة فيها موضوعا في ملابس سوداء لم يتم الكشف عنه باستشعار ثلاثي الأبعاد في غرفة مشمسة، حتى عند هذا الموضوع لم يكن مباشرة في ضوء الشمس. عندما أكثر من موضوع واحد يظهر ويختفي من مجال الرؤية، تعيين أرقام معرف للكشف عن الهياكل العظمية قد الانتقال، أي أعباء التحليل. على الرغم من أن النواتج استشعار ثلاثي الأبعاد الإشارة في تواتر 30 هرتز ومن الناحية النظرية، أن الإنتاج الفعلي قد يكون الثغرات ليصل إلى مائة السيدة ولذلك، من المهم أن تتبع وتصدير الطابع الزمني.
لدينا أول اختبار أجرى على الصيغة الأولى للاستشعار ثلاثي الأبعاد، والتي استبدلت حاليا بصيغة ثانية، وينفذ لدينا النسخة المعدلة استناداً إلى هذا الإصدار الثاني. بين الإصدارات، برامج التشغيل الأساسية مختلفة، وأيضا قد تغيرت واجهة التطبيق (API). وهناك اختلافات أخرى عند ترحيل التطبيق. منذ كلا الإصدارين من التطبيق يمكن أن توفرها بحرية بناء على طلب مقدمي البلاغ، وبرامج تشغيل أجهزة الاستشعار التي يمكن تحميلها من الموقع Kinect، وهذا هو القلق ليس للمستخدم.
استخدام جهاز استشعار ثلاثي الأبعاد، قمنا بتطوير أداة تقييم دالة الطرف العلوي مبتكرة والكمية، وهدف إدماج التكنولوجيا الصديقة للأطفال مثل لعبة. استكشاف الجدوى وتحليلها. عملنا أثبت قوة محتملة لاستشعار ثلاثي الأبعاد كنهج بديلة وتكميلية لتقييم حركة.
The authors have nothing to disclose.
ونحن نشكر باستيان Strahm للمشاركة في مظاهرة الاختبار واغيار لورا لتصحيح هذه المخطوطة.
Microsoft Kinect for Windows v1 sensor | Microsoft | N/A | The first version of the test was developed on Kinect sensor v1 which is not sold any more. But the second version was developed on the Kinect sensor v2 which can be tested in a similar way by using Microsoft Kinect for Windows v2 sensor (GT3-00003) together with Microsoft Kinect Adapter (9J7-00009) |
DELL XPS 2720 All-In-One PC with windows 8 operating system, 16G RAM, Intel Core i7 and 64-bits | DELL | N/A | In our setup, a All-in-one computer was used, but in fact any laptop or computer which fullfills the following requirements and a big screen for the subjects to see will work: windows 8 or higher operating system; 64-bit processor; dual-core 3.2 GHz or faster processor; dedicated USB 3.0 bus; 2 GB RAM |