Haptic/VR Assessment Tool for Fine Motor Control(2010)

Emery, Christophe & Samur, Evren & Lambercy, Olivier & Bleuler, Hannes & Gassert, Roger. (2010). Haptic/VR Assessment Tool for Fine Motor Control. 6192. 10.1007/978-3-642-14075-4_27.

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• Abstract
  • NHPT는 clinical 환경에서 환자의 소근육 조절을 평가하기 위해 일상적으로 사용된다.
  • 의사는 9개의 구멍에 9개의 peg들을 넣는 데에 요구되는 전체적인 시간을 측정하고, 환자의 dexterity에 있어 정보를 획득한다.
  • Classical한 device 사용하는 대신, haptic feedback이 있는 가상 환경에서 사용하는 것은 더 완전한 진단-병리학에서 서로 다른 구성요소를 분리하고 객관적으로 운동 능력을 평가하는- 을 준다.
  • Haptic device들은 더 높은 주파수(1kHz)에서 위치와 가해진 힘을 기록하여 많은 양의 정보를 추출할 수 있다.
  • NHPT의 현실적인 virtual 대응물을 만드는 것 이외에도, 본 연구는 의사와 환자에게 의미있고 객관적인 점수 추출을 위해 실시간 데이터 분석의 구현도 포함한다.
• Introduction
  • NHPT는 mobility을 다친 피험자의 dexterity를 평가하는 일반적인 의학 도구이다. 하나의 손으로 최대한 빠르게 9개의 peg를 9개의 구멍에 삽입하고 제거하는 것으로 구성되어 있다.
  • 측정된 전체적인 시간은 의사가 환자의 dexterity를 평가하도록 한다. 하지만, 이 측정은 reaction time이나 stability 혹은 speed와 같은 세부적인 파라미터의 정보를 제공하지 않는다.
• Materials and Methods
  • Nine Hole Peg Test
  
  • Virtual NHPT
    • test 실행을 위한 PC, virtual 환경을 보여주기 위한 LCD 스크린, haptic interaction을 자극하기 위한 force-feedback 장치(PHANTOM OMNI) 사용
  • Subjects and Procedure
    • 23~38세의 건강한 지원자 10명(2명은 왼손잡이, 8명은 haptic interface에 익숙하지 않는 사람)
    • 이 연구의 목표 : 실제와 가상 테스트를 비교하고, 건강한 피험자의 dexterity를 측정하는 parameter의 baseline을 결정

 

• Data Analysis

출처 : Emery, Christophe & Samur, Evren & Lambercy, Olivier & Bleuler, Hannes & Gassert, Roger. (2010). Haptic/VR Assessment Tool for Fine Motor Control. 6192. 10.1007/978-3-642-14075-4_27.

 

 

• Extraction of the Raw Parameters
  • 9개의 raw parameter
    • reaction time
    • approach time
    • mean velocity
    • maximum velocity
    • maximum acceleration
    • sensitivity to orientation
    • number of zero-crossings of the acceleration signal
    • number of drops
    • root mean square of the forces

• Extraction of the Scores

출처 : Emery, Christophe & Samur, Evren & Lambercy, Olivier & Bleuler, Hannes & Gassert, Roger. (2010). Haptic/VR Assessment Tool for Fine Motor Control. 6192. 10.1007/978-3-642-14075-4_27.

• Velocity : 속도가 느리면 근육 약화나 기형이 나타날 수 있다.
• Acceleration : 힘의 부족이 약한 가속도의 원인일 수 있다.
• Stability : 안정성이 부족하면 버튼을 지속적으로 누르는 것에 어려움을 겪거나 virtual element들을 자주 충돌한다.
• Precision : peg 혹은 구멍(벽에 너무 밀리지 않고)을 빠르고 정확하게 사용하는 능력
• Flexibility : 스타일러스로 복잡한 방향에 접근하기 위해 손목을 움직일 수 있는 기능
• Reactivity : peg를 잡거나 삽입한 후, 이동을 시작하는 데 필요한 시간을 기준으로 측정한다.

 

• Results and Discussion
  • Comprehensibility
    • 직면했던 주요 issue는 cursor를 정확하게 peg들에 겹쳐야 하는 필요성이다.
    • cursor와 peg 사이의 force feedback이 없고, feedback은 시각적인 것밖에 없어 일부 유저에게 충분하지 않았다.
  • General Trends
    • 기록된 궤적과 힘은 모든 peg들과 각 유저에 대해 관찰된 반복 가능한 패턴을 명확하게 보여주었다.
    

 

• Comparison between Real and Virtual Tests
  • virtual one은 실제보다 약 3배 길고, 이는 커서를 peg와 정렬하는 데 필요한 시간 때문이다.
  • virtual test가 실제 NHPT와 유사한 결과를 주고, dexterity를 평가하는 도구로 사용되는지 검증한다는 것을 시사한다.
  • virtual test는 소근육 기능을 정량적이고 객관적으로 평가하기 위해 추가적인 값을 추출할 수 있는 가능성을 제공한다.
• Effect of Hand Dominance on Virtual Tests

출처 : Emery, Christophe & Samur, Evren & Lambercy, Olivier & Bleuler, Hannes & Gassert, Roger. (2010). Haptic/VR Assessment Tool for Fine Motor Control. 6192. 10.1007/978-3-642-14075-4_27.

 

출처 : Emery, Christophe & Samur, Evren & Lambercy, Olivier & Bleuler, Hannes & Gassert, Roger. (2010). Haptic/VR Assessment Tool for Fine Motor Control. 6192. 10.1007/978-3-642-14075-4_27.

• Conclusion
  • 손 움직임의 주요 특징은 쉽게 감지할 수 있으며, 모든 건강한 피험자 중 모든 시험에서 찾을 수 있어 일반화된 알고리즘으로 raw data를 분석하고, 건강한 유저의 점수를 나타내는 가준선을 고정할 수 있다.
  • 게다가 본 연구에서 정의한 mobility의 축은 유저의 소근육 운동 기능을 반영하고 성공적으로 시뮬레이션된 장애를 드러낸다.