Aplicação do Leap Motion na avaliação da doença de Parkinson

Abstract

The main goal of this study is to apply the Leap Motion Controller (LMC) in the assessment of hand motor symptoms in patients with Parkinson's disease (PD). The motor symptoms of interest are resting tremor, postural tremor and bradykinesia. Thus, five interfaces were developed simulating MDS-UPDRS clinical diagnostic procedures. The interfaces were based on tasks 3.4, 3.5, 3.6, 3.15 and 3.17 of the scale corresponding to thumb forefinger tapping, open and close fist-shaped hand, supination and pronation of the hands, postural tremor and resting tremor, respectively.For that purpose, 32 patients with PD and 53 healthy subjects were recruited. Both scores for each of the MDS-UPDRS tasks and the classification regarding the Hoehn and Yahr (HeY) scale were assessed for comparative purposes. From the data collected by the LMC, parameters in the temporal and spectral domains have been computed. These parameters have been used to distinguish between the healthy and patients groups, and also between the stadiums of the HeY scale. For resting tremor, the average dominant frequency was 0.7 +/- 0.3 Hz for the healthy group and 0.9 +/- 1.2 Hz for the symptomatic group. For postural tremor, this parameter was calculated for the right and left hands, and resulted in an average value of 3.7 +/- 0.8 Hz and 4.1 +/- 1.1 Hz for healthy and patients with PD groups, respectively. Regarding the characterization of bradykinesia by thumb forefinger tapping, parameters in the time domain have been computed. The angular velocity of the index finger was 4.2 +/- 2.8 rad/s for the control group and 3.4 +/- 2.0 rad/s for the patients with PD group. Still, the total time required for the game was estimated. Participants in the healthy group took an average of 15.1 +/- 13.5 s while patients with PD needed 21.6 +/- 13.2 s to complete the game. In the spectral domain, the dominant frequency was 2.4 +/- 1.4 Hz and 1.7 +/- 1.3 Hz for the respectively sample groups.Finally, it is possible to demonstrate the applicability of the LMC in detecting and quantifying hand movements that are characteristic of PD motor symptoms. However, further studies will be necessary to obtain a set of parameters that assist in the diagnosis of the disease as well as in the correct monitoring of the therapeutic evolution.

O principal objetivo do presente estudo é aplicar o Leap Motion Controller (LMC) na avaliação dos sintomas motores da mão em doentes com doença de Parkinson (DP). Os sintomas motores em análise são o tremor de repouso, tremor postural e bradicinésia. Assim, foram desenvolvidas cinco interfaces simulando procedimentos clínicos de diagnóstico da escala MDS-UPDRS. As interfaces basearam-se nas tarefas 3.4, 3.5, 3.6, 3.15 e 3.17 da referida escala, correspondentes à execução de movimentos de bater dos dedos da mão, em forma de pinça; abrir e fechar a mão, em forma de punho; supinação e pronação das mãos; tremor postural e tremor de repouso, respetivamente. Para tal, foram recrutados 32 doentes com DP e 53 participantes saudáveis. As pontuações obtidas clinicamente para cada uma das tarefas pela escala MDS-UPDRS bem como a classificação relativamente à escala Hoehn e Yahr (HeY) serviram para efeitos comparativos. Partindo dos dados recolhidos pelo LMC foram estimados parâmetros nos domínios temporal e espetral, o que permitiu estabelecer comparações entre os grupos de controlo e de doentes com DP e, ainda, entre os estádios da escala HeY.Relativamente ao tremor de repouso, a frequência dominante foi, em média, de 0,7 +/- 0,3 Hz para o grupo saudável e de 0,9 +/- 1,2 Hz para o grupo sintomático. Para o tremor postural, este parâmetro foi calculado para as mãos direita e esquerda, o que resultou no valor médio de 3,7 +/- 0,8 Hz e 4,1 +/- 1,1 Hz para os grupos de controlo e de doentes, respetivamente. No que toca à caracterização da bradicinésia pela tarefa de bater os dedos em forma de pinça, pela análise de parâmetros no domínio temporal, obteve-se a velocidade angular do movimento, sendo 4,2 +/- 2,8 rad/s para o grupo de controlo e 3,4 +/- 2,0 rad/s para o grupo de doentes com DP e, ainda, o tempo total para a realização do jogo. Os participantes do grupo saudável demoraram, em média, 15,1 +/- 13,5 s enquanto que os doentes com DP precisaram de 21,6 +/- 13,2 s para completar a tarefa. No domínio espetral, a frequência dominante obtida foi de 2,4 +/- 1,4 Hz e de 1,7 +/- 1,3 Hz para os respetivos grupos amostrais.Por fim, demonstra-se a aplicabilidade do LMC na deteção e quantificação dos movimentos da mão, característicos dos sintomas motores da DP. Contudo, serão necessários mais estudos a fim de se obter um conjunto tal de parâmetros que permitam o auxílio do diagnóstico da doença bem como o correto acompanhamento da evolução terapêutica.