Klinicznie zorientowana metoda trójwymiarowej analizy chodu do oceny zaburzeń chodu
4 marca 2018
W tym badaniu przedstawiono przyjazną dla klinicystów metodę trójwymiarowej analizy chodu, która została zaprojektowana do przeprowadzenia w klinice rehabilitacyjnej. Metoda składa się z uproszczonej metody pomiaru i intuicyjnych danych liczbowych, które ułatwiają lekarzom zrozumienie wyników.
Ogólnym celem tej metody jest uproszczenie obiektywnego pomiaru wzorców chodu w codziennej rehabilitacji poprzez zastosowanie trójwymiarowej analizy ruchu. Metoda ta pozwala zdiagnozować postęp rehabilitacji chodu, szczególnie w przypadku zaburzeń chodu spowodowanych chorobami, takimi jak udar, uraz rdzenia kręgowego czy złamanie szyjki kości udowej. Główną zaletą tej techniki jest to, że ta metoda jest przyjazna dla połączenia.
Wykorzystuje prostą procedurę pomiarową i posiada intuicyjną prezentację danych. Zabieg zademonstruje Junya Yamada, fizjoterapeutka z naszego szpitala. Jest głównym technikiem naszego laboratorium analizy chodu.
Przed przygotowaniem obiektu należy upewnić się, że sprzęt do przetwarzania obrazu został skalibrowany zgodnie z instrukcjami producenta. Protokół ten wykorzystuje uproszczony system analizy ruchu oparty na wideo. Mówi się, że pobiera próbki z częstotliwością 60 Hz i nie jest tak kosztowny jak standardowe systemy 3D GA.
Osoba badana powinna nosić wygodne, obcisłe legginsy, które umożliwiają łatwe przymocowanie kolorowych czujników w pobliżu skóry. Markery, wykrywane przez sprzęt do obrazowania, mają średnicę 30 milimetrów i wymagają specjalnego umieszczenia. Najpierw umieść znaczniki na obu wyrostkach barkowych.
Następnie umieść znaczniki na bocznych kostkach kostek. Następnie umieść znaczniki na piątej główie kości śródstopia stóp. Następnie umieść znaczniki na kolanach, a konkretnie wzdłuż linii środkowej przedniej tylnej średnicy każdego bocznego nadkłykcia kości udowej.
Następnie umieść znaczniki na obu biodrach między przednim górnym kręgosłupem biodrowym a krętarzem większym, około jednej trzeciej drogi od krętarza większego. Następnie umieść ostatnie wymagane znaczniki na grzebieniu biodrowym, wzdłuż pionowej linii grzebienia biodrowego przechodzącej przez biodra. W celu wykonania pomiarów poproś osobę, aby chodziła po bieżni, podczas gdy kamery rejestrują ruch znaczników.
Uruchom bieżnię z konserwatywną prędkością, około 70 procent przewidywanej prędkości chodzenia badanego. Następnie stopniowo zwiększaj prędkość, prosząc badanego o zgłoszenie, kiedy bieżnia wydaje się, że porusza się z normalną prędkością chodzenia. Teraz zrób 20-sekundowe nagranie aparatem w celu pomiarów.
Dla każdej testowanej prędkości bieżni potrzebne jest tylko jedno 22. nagranie. Jeśli testowanych jest kilka prędkości chodu, pozwól badanemu odpocząć przez minutę między testami. Na potrzeby analizy należy najpierw obliczyć parametry odległości w czasie.
Dane dotyczące kontaktu ze stopą i podnoszenia stopy są automatycznie obliczane przez system na podstawie trajektorii znaczników palców i kostek. Aby uniknąć błędów w wykrywaniu kroków, poproś dwóch doświadczonych fizjoterapeutów o sprawdzenie dokładności czasu. I napraw wszelkie błędy w automatycznym gromadzeniu danych.
Obliczenia różnych parametrów można wykonać w oprogramowaniu do analizy chodu lub w arkuszu kalkulacyjnym. Następnie utwórz obraz przeglądu logistyki lub LOP. LOP pokazują trajektorie znacznik-połączenie na głównych stawach.
Dane te opisywały holistyczny wzorzec chodu badanego. Aby rozpocząć obliczanie LOP, najpierw określ wirtualny środek ciężkości. Nadaj każdemu segmentowi bryły zestaw znormalizowanych wartości, skonstruuj segmenty linii i użyj środka segmentów jako wirtualnego środka ciężkości.
Następnie oblicz ruch w płaszczyźnie poziomej, strzałkowej i czołowej. Przy każdym znaczniku wyodrębnij nieprzetworzone dane dla trzech składników dla każdego cyklu chodu. Następnie dostosuj dane do wirtualnego środka ciężkości w płaszczyźnie poziomej, aby zniwelować poziome przemieszczenie obiektu podczas chodzenia po bieżni.
Następnie znormalizuj te wartości według cyklu chodu i oblicz średnią wartość w całym cyklu chodu. Teraz narysuj LOP za pomocą oprogramowania do analizy chodu lub konstruując wykres rozrzutu, który obejmuje zakres ruchu wszystkich znaczników w arkuszu kalkulacyjnym. Wykorzystaj trajektorie współrzędnych 10 znaczników i wirtualny środek ciężkości.
Opisana procedura została wykorzystana do oceny pacjenta po udarze mózgu z połowiczym chodem i zdrową grupą kontrolną. W LOP pełnego wzorca chodu pacjenta po udarze można zaobserwować typowe wzorce chodu, takie jak obwódka, uniesienie bioder i boczne ruchy tułowia. Ten wzorzec chodu został następnie przeanalizowany za pomocą wykresu radarowego.
Standaryzowane wyniki obwodu i uniesienia bioder były wysokie, co wskazuje, że te ruchy u pacjenta po udarze były znacznie większe niż u zdrowych osób. Na koniec oceniono strategie prześwitywania palców. U zdrowego osobnika prześwit palca u nogi uzyskuje się zwykle poprzez skrócenie kończyny, podczas gdy pacjent po udarze osiąga prześwit palca głównie poprzez ruchy kompensacyjne, takie jak skośność miednicy i woltyżerka.
Od momentu opracowania, technika ta pomogła pacjentom w dziedzinie medycyny rehabilitacyjnej w zbadaniu mechanizmów zaburzeń chodu i interwencji terapeutycznych.
Przegląd
Niniejsze badanie przedstawia przyjazną dla klinicystów metodę trójwymiarowej analizy chodu, zaprojektowaną do stosowania w klinikach rehabilitacyjnych. Metoda ta upraszcza pomiar wzorców chodu i dostarcza intuicyjnych wykresów, które ułatwiają klinicystom interpretację wyników.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neurobiologia
- Rehabilitacja
- Analiza chodu
Wstęp
- Zaburzenia chodu mogą wynikać z takich stanów jak udar, uraz rdzenia kręgowego lub złamania biodra.
- Tradycyjne metody analizy chodu mogą być złożone i kosztowne.
- Istnieje zapotrzebowanie na uproszczone techniki, które byłyby dostępne w warunkach klinicznych.
- Celem niniejszego badania jest rozwiązanie tych problemów za pomocą innowacyjnego podejścia.
Cel badania
- Uproszczenie obiektywnego pomiaru wzorców chodu w codziennej rehabilitacji.
- Zapewnienie metody łatwej do zrozumienia i wdrożenia przez klinicystów.
- Usprawnienie diagnostyki i monitorowania postępów w rehabilitacji chodu.
Zastosowane metody
- Wykorzystano uproszczony system analizy ruchu oparty na zapisie wideo.
- Markery umieszczono na określonych punktach anatomicznych badanego.
- Badany szedł na bieżni, podczas gdy jego ruchy były rejestrowane.
- Przeanalizowano dane w celu obliczenia parametrów chodu oraz wizualizacji wzorców chodu.
Główne wyniki
- Metoda ta skutecznie zidentyfikowała typowe wzorce chodu u pacjentów po udarach.
- U pacjentów po udarach zaobserwowano wysokie wyniki standaryzowane dla cyrkumdukcji i uniesienia biodra w porównaniu z grupą kontrolną osób zdrowych.
- Strategie prześwitu palców różniły się znacząco pomiędzy zdrowymi ochotnikami a pacjentami po udarach.
- Technika ta okazała się pomocna w badaniu zaburzeń chodu oraz interwencji terapeutycznych.
Wnioski
- Ta metoda analizy chodu jest skuteczna dla klinicystów w warunkach rehabilitacyjnych.
- Dostarcza ona cennych informacji na temat mechanizmów zaburzeń chodu.
- Zastosowane podejście może ułatwić wprowadzenie lepszych interwencji terapeutycznych dla pacjentów.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Trójwymiarowa analiza chodu (3DGA) oferuje obiektywną, ilościową ocenę zaburzeń chodu, wspierając redukcję ryzyka mechanistycznego oraz walidację celów w badaniach nad układem nerwowo-mięśniowym i rehabilitacją. Zorientowana na klinicystę metoda 3DGA usprawnia pozyskiwanie i interpretację danych, umożliwiając uzyskanie powtarzalnych, zestandaryzowanych wyników, które mogą dostarczyć informacji na etapie wczesnych odkryć i badań translacyjnych. Szybki i intuicyjny przebieg pracy sprawia, że jest to skalowalne narzędzie do selekcji portfolio oraz integracji międzyfunkcyjnej w obszarze B+R.
Zastosowania strategiczne w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne etapy odkrywania i walidacja celu
- Umożliwia obiektywną kwantyfikację nieprawidłowości chodu w celu walidacji celów terapeutycznych w oparciu o postawione hipotezy.
- Wspiera ograniczanie ryzyka mechanistycznego poprzez rozróżnienie deficytów ruchowych kompensacyjnych od pierwotnych.
- Ułatwia funkcjonalną ocenę potencjalnych interwencji w systemach istotnych dla danej jednostki chorobowej.
- Zapewnia zestandaryzowane wskaźniki do analizy porównawczej w modelach przedklinicznych i klinicznych.
Przesiewy i opracowywanie testów
- Zapewnia powtarzalne, ilościowe wskaźniki chodu, odpowiednie dla procesów opracowywania testów i przepływów przesiewowych.
- Usprawnia przygotowanie i pomiary, zmniejszając bariery operacyjne w badaniach wysokoprzepustowych.
- Umożliwia szybkie, zestandaryzowane gromadzenie danych w celu wiarygodnej oceny związków lub interwencji.
- Wspiera ponowne wykorzystanie platformy dzięki intuicyjnej wizualizacji danych i minimalnym zestawom markerów.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Umożliwia dopasowanie wskaźników wzorca chodu do punktów końcowych badania klinicznego w celu opracowania biomarkerów translacyjnych.
- Zapewnia ciągłość procesu od etapu odkrycia po walidację przedkliniczną w modelach zaburzeń ruchowych.
- Wspiera decyzje o dalszym rozwoju projektu w oparciu o analizę ryzyka, dostarczając mechanistycznego wglądu w efekty terapeutyczne.
- Ułatwia porównywalność wyników między różnymi badaniami dzięki ustandaryzowanym wynikom istotnym z punktu widzenia klinicystów.
Integracja potoków i przepływu pracy
Ta przyjazna dla klinicystów metoda 3DGA integruje się z continuum od etapu odkrywania do badań przedklinicznych, umożliwiając szybką weryfikację hipotez, screening funkcjonalny oraz badania translacyjne w obszarze neuromięśniowym i rehabilitacyjnym.
- Biologia odkrywcza: Wspiera obiektywną ocenę fenotypów ruchu oraz wyjaśnianie szlaków sygnałowych.
- Przesiewanie: Zapewnia powtarzalne, ilościowe parametry chodu w celu przygotowania testów i zapewnienia skalowalności.
- Analityka: Generuje zestandaryzowane indeksy i wizualizacje umożliwiające rzetelne porównania między różnymi warunkami.
- Badania translacyjne: Uzgadnia parametry chodu z istotnością kliniczną w celu zapewnienia ciągłości biomarkerów.
- Wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Oferuje skalowalną, intuicyjną platformę, którą można dostosować do różnych modeli chorób i typów interwencji.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną i redukuje niejednoznaczność mechanistyczną w badaniach nad zaburzeniami chodu.
- Wartość operacyjna: Poprawia standaryzację, powtarzalność i przepustowość w procesach analizy ruchu.
- Wartość strategiczna: Wspiera podejmowanie decyzji o kontynuacji lub przerwaniu projektu oraz optymalizuje alokację zasobów dzięki obiektywnym, praktycznym danym.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację uwzględniającą ryzyko oraz współpracę międzyfunkcyjną w obszarze B+R nad układem nerwowo-mięśniowym.
Wskazówki dotyczące wdrożenia
- Wymaga doświadczenia w analizie ruchu i klinicznej ocenie chodu.
- Wymaga dostępu do systemów przechwytywania ruchu opartych na wideo oraz odpowiedniego oprogramowania analitycznego.
- Wymaga standaryzacji rozmieszczenia markerów i interpretacji danych pomiędzy zespołami.
- Możliwość adaptacji do różnych modeli chorób przy minimalnych modyfikacjach protokołu.
- Ograniczenia wynikające z konieczności dostępu do bieżni oraz współpracy badanego podczas pomiaru.
