ניתוח וידאו התנועה באמצעות טלפונים חכמים (ViMAS): מחקר פיילוט
Summary
This manuscript describes the method to test the concurrent validity of kinematic measures recorded by the smartphone application in comparison to a 3D motion capture system in the sagittal plane. This protocol will enable clinicians to set up smartphones for video capture of human movement.
Abstract
השימוש בטלפונים חכמים בקליניקה עולה בהתמדה עם הזמינות של עלות הנמוכה / זמינים באופן חופשי "יישומים" שיכול לשמש כדי להעריך הליכה אנושית. המטרה העיקרית של כתב היד הזה היא לבדוק את התוקף המקביל של אמצעי קינמטיקה שרשמו יישום חכם בהשוואת מערכת לכידת תנועת 3D במישור sagittal. המטרה המשנית הייתה לפתח פרוטוקול לקלינאים על ההגדרה של המצלמה החכמה לניתוח תנועת וידאו.
זווית הברך במישור sagittal נמדדה במהלך שביתת עקב בוהן את האירועים באמצעות האפליקציה לטלפון חכמה ומערכת 3D תנועה ללכוד ב -32 נבדקים בריאים. שלושה ניסויים בוצעו ליד (2 מ ') ורחוק (4 מ') מרחקי מצלמה חכמה. סדר המרחקים היה אקראי. ניתוח רגרסיה בוצע על מנת להעריך את גובה המצלמה המבוססת משני אורך הגובה או רגל של הנבדק.
Absoluשגיאות מדידת te היו לפחות במהלך בוהן את (3.12 ± 5.44 מעלות) לעומת שביתת עקב (5.81 ± 5.26 מעלות). היו מובהק (p <0.05), אבל הסכמים מתונים בין המדדים ללכוד יישומי 3D תנועה של זוויות ברך. בנוסף, לא נמצאו מובהק (p> 0.05) בין טעויות המדידה המוחלטות בין שתי עמדות המצלמה. שגיאות המדידה בממוצע בין 3 – 5 מעלות במהלך בוהן מעליו מכות עקב אירועי מחזור ההליכה.
שימוש אפליקציות סמארטפון יכול להיות כלי שימושי במרפאת לביצוע הליכה או ניתוח תנועה אנושי. יש צורך במחקרים נוספים כדי לקבוע את הדיוק במדידת תנועות של גפיים וגו העליונים.
Introduction
הערכת ההליכה אנושית היא מרכיב מרכזי של הערכת פיזיותרפיה ותהליך קבלת החלטות קלינית. הערכת 1 הילוך היא כלי קליני משמש לעתים קרובות כדי להעריך גירעונות הליכה בחולים עם גירעונות נוירולוגיות שלד ושרירים. בחינה מחדש של הליכה אז יכולה לספק מטפל עם מידע לגבי היעילות של התערבות בהשגת המטרות שהציבו בבית ההערכה הראשונית שלהם. יש צורך ארצי מוכר בארצות הברית עבור פיזיותרפיסטים לנצל מדידות תוצאה סטנדרטיות בעת הערכת חולים. 2 צורך זה נובע מן הנוף המשתנה במהירות של מדיניות החזר ביטוח, וכן משמרת הדגישה עבור פיזיותרפיסטים להסתמך יותר בכבדות על מנהגים מבוססים ראיות. 3 ישנם מדדי תוצאה רבים כדי להעריך אספקטים שונים של הליכה, אשר ניתן לצפות במספר דרכים, כוללות: מולתצפית רע"מ ידי קלינאי, הערכות תפקודיות, וידאו מוקלט אמצעים, שבילים אלקטרוניים, תוכנת ניתוח תנועה תלת ממדים, וכו במסגרות קליניות, תצפיתי ניתוח הליכה (ויזואלי) מבוצע בדרך כלל, כפי שהוא דורש ציוד בזמן מינימאלי.
בעוד ניתוח הליכה תצפיתי הוא נפוץ בתוך המרפאה, הוא נותר הערכה סובייקטיבית. 4 לכן, גורמים כגון ניסיון מטפל, חדות ראייה, מרחק בין (מרחק המצלמה) הנושא, כלי מדידה, וכל גורמים כגון אחרים יכולים להציג השתנות וטעייה בהערכה. פוטנציאל השתנות כאלה מציג צורך קריטי עבור אמצעי אמין יותר של מדידה, אשר בסופו של דבר ניתן להתגבר על ידי שימוש במכשור תקף. 5
מאז הקמתה, צילום הווידאו והצדדים קשור הטכנולוגיה שלה נעשה שימוש כדי לבחון מיל מגבלות תפקודיות שונהulting מ יכולת תנועה פגומה וכן צורה של משוב חזותי. זהו בחריפות נכונה לגבי בהליכת הערכה. Stuberg et al. נמצא כי "ציוד צילום וידאו זמין בדרך כלל במרפאת … ומספק קלינאי עם מידע אובייקטיבי נוסף על יציבה ועל עמדה משותפת במהלך מחזור ההליכה." 4 ככל שהטכנולוגיה ממשיכה להשתפר, אז יש את היכולות של ניתוח וידאו. יכולות אלה מספקות את הפיזיותרפיסט עם יכולת טובה יותר קליני להעריך את הפרמטרים השונים של הליכה.
שני פרמטרים מרכזיים כי פיזיותרפיסטים להתמקד לכלול פרמטרים קינמטיקה ו spatiotemporal. כפי שהשם מרמז, אמצעי spatiotemporal כרוכים באלמנטים של מרחק וזמן. ספציפית מחזור ההליכה, צעדים spatiotemporal יכלול, אך לא יהיה מוגבל, אורך צעד, צעד אורך, קצב ומהירות. 6 צעדים קינמטית על oמוקד יד יס על תנועות / סיבובים המשותפים של הגפיים התחתונים שנצפו במהלך כל מחזור הליכה.
מספר מאמרי ביקורת עמיתים פורסם אשר צטט את השימוש בניתוח תנועת וידאו כאמצעי תוצאה, מערכות מצלמת 2D במיוחד, להעריך קינמטיקה, spatiotemporal, או שילוב של שני סוגי פרמטרים. מאמרים אלה העריכו אוכלוסיות קליניות שונות, כולל אנשים עם היסטוריה של שבץ מוחי (CVA), פגיעות מוח טראומטית (TBI), פגיעות בחוט השדרה (SCI), מחלת פרקינסון (PD), (CP) שיתוק מוחין, ו אנשים בריאים. סכמטית המובא להלן (איור 1) מספק את המסגרת שאומצה לזהות ספרות ביקורת עמיתים רלוונטי שפורסם בנושא זה.
איור 1. סכמטי עבור קריטריונים לבחירת סעיף. thסכמטי דואר מתאר את הצעדים להשתמש בבחירת המאמרים ביקורת עמיתים מנת לבדוק איזה סוג של משתנים כפי שדווחו במסגרת ניתוח הליכה. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
רוב המחקרים שהשתמשו ניתוח תנועת וידאו להקלטת פרמטרי הליכה היו מחקרי אימות. ניתן מחקרי אימות קינמטית בחלוקה נוספת לאחת משלוש קטגוריות: הערכת תנועה חריגה נובעת אבחנה / פתולוגיה ספציפית, 7 בחינת זוויות משותפות במהלך תנועות תפקודיות ספציפית, 8, 9 ו ההערכה האפקטיבית הטיפול באמצעות השוואה של תנועה טרום התערבות ותנועה שלאחר ההתערבות. 10, 11 בדומה לכך, מחקרים להערכת פסק spatiotemporalמטר יכול גם להיות מחולק לשלוש קטגוריות: הערכת התנועה חריגה הנובעת פתולוגיה ספציפית, 12, 13, 14 בחינת פלטפורמה במהלך פעילות ספציפית פונקציונלית, 15, 16 וקביעת ההשפעה של התערבות ספציפית. 17 המחקרים שהעריכו הוא פרמטרי קינמטיקה ו spatiotemporal מכוונים בעיקר בקביעה האפקטיבית של התערבויות טיפול ספציפיות כגון orthoses 17 או משקל גוף / אימון הליכון נתמך משקל הגוף חלקי. 18, 19 ניתוח תיאורי ראשוני של מאמרים אלה נקבע כי 52.1% מן המחקרים (סכום של אלה שמחפשים אך ורק קינמטיקה (30.4%) לבין אלה שבדקו שילוב של פרמטרים (21.7%)) rפרמטרים קינמטיקה esearched עם מערכת המצלמה 2D. זאת בהשוואה ל 69.5% מהמאמרים (הסכום של מאמרים נחקרו פרמטרי spatiotemporal (47.8%) וכן שילוב של פרמטרים (21.7%)) כי העריך פרמטרי spatiotemporal.
ההבדלים המתודולוגיים הקלטה והערכת פרמטרים הילוך קינמטיקה ו spatiotemporal נראים גם בפרקטיקה הקלינית מבחינת סוג של ניתוח הליכה תצפיתי בשימוש. פרמטרים Spatiotemporal מוערכים בתדירות הרבה יותר כפי שצוין על ידי מחקר. ישנם שלוש הסכמה כללית על סיבות למגמה זו: בעלות נמוכה, קל שימוש, ואת קיומו של פרוטוקול סטנדרטי למדידת פרמטרים כגון. מדידות קינמטיקה תצפיתיים הוכחו יש נמוך מאוד-rater התוך (60%) ואמינות-rater היתר (40% – 94%) במסגרות קליניות. 4 טווח רחב זה הוא הבין להיות בשל הווריאציה את המיקום של סמנים עלציוני דרך גרמיים והכלים הספציפיים המשמשים להערכת זוויות משותפות. הבדלים דקים בהשמת מיקום של הסמנים יכולים לשנות את הזוויות כתוצאה משמעותיות. מדידות Spatiotemporal יש הרבה אמינות גבוהה יותר (החל 69% – 97%), במיוחד כאשר באמצעות נייר, עיפרון ולהפסיק שיטת השעון להעריך ההליכה. 20
ההתקדמות הטכנולוגית בעשורים האחרונים באופן משמעותי שינתה את דרך הבריאות הוא התאמנה. עם הופעתה האחרונה של טלפונים חכמים, גישה לאינטרנט, מאמרי מחקר באינטרנט, ומשאבים אלקטרוניים אחרים נמצאים כעת זמינים יותר לרופאים בכל עת. מרטין et al. דיווח כי "שימוש כללי הסמארטפונים גדל בפרקטיקה קלינית, חינוך ומחקר רפואיים." 21 במחקר זה, יותר מ -50% של רופאים מתחת לגיל 35 השיבו כי הם יישמו באמצעות סמארטפון בפרקטיקה הקלינית. אינקר מגמה זוהקל בשנת 2009 כאשר 64% מהרופאים בארצות הברית נמצאו באמצעות טלפונים חכמים בקליניקה שלהם. מחקר סקירת מנהטן נוסף חזה כי צמיחה זו תמשיך לטפס ל -81% מהרופאים וקלינאים בריאות ליישום שימוש חכם בקליניקה עד 2012. 22 בעוד מחקר נוסף לא נערך כדי לקבוע אם מגמת העלייה הזו המשיכה אכן לטפס, סביר להניח, עם היישום הידוע של טכנולוגית בריאות, כי השימוש של פלטפורמות הסמארטפונים בקליניקה יהפוך יותר רגיל.
השימוש הנוכחי של יישומי טלפון חכמים בפועל פיזיותרפיה לא הוקם. לא חלו מחקרים להערכת השימוש ביישומי תוכנה לניתוח וידאו חכמים ידי פיזיותרפיסט עד כה. עם זאת, יישומי טלפון חכמים שונים שנוצלו על ידי פיזיותרפיסטים פרט ככלי עזר פריצת דרך oהגדרות אורתופדי utpatient לשימוש הן שיקום ספורטאים מתאמנים מתחומים שונים. יישומי Smartphone זמינים גם כי ניתן למדוד זוויות משותפות, שחלקם אומתו. 23, 24 טפל יחידנים החלו להשתמש יישומי ניתוח שונים בסמארטפונים עבור משוב חזותי עבור המטופל ועבור פירוט קל של רכיבים שונים שעשויים להיות חסר מחזור ההליכה של מטופל, בהתבסס על ראיות אנקדוטיות. עם זאת, את תוקפו של אמצעים אלה נותר עלום. המחקר המוגבל כי קיים בנוגע לבקשות ניתוח וידאו החכמות אלה התמקד בנושא תיקוף פרמטרי הילוך קינמטיקה, במיוחד קרסול, זוויות ברך ירך, במישור חזיתית, 25 ואמינות-rater יתר של המכשיר. 26 אין מחקרים שפורסם עד כה כי יש תוקף השימוש ביישומי תוכנה לניתוח וידאו החכם להקליט kinematics של הליכה במישור sagittal, אשר ביותר שבוצע בדרך כלל ניתוח הליכה קליני.
מטרת המחקר הנוכחי הייתה לבחון את התקפות המקבילה של אמצעי קינמטיקה שרשמו היישום החכם ולהשוות אותם אמצעים שרשמו מערכת לכידת תנועת 3D במישור sagittal. אנו צופים כי יהיו הבדלים משמעותיים בין המדדים שרשמו היישום החכם כשמשווה את האמצעים שרשמו מערכת לכידת תנועת 3D. המטרה המשנית היא לבדוק אם שני מיקומים ברורים של המצלמה החכמה מהנושא (ליד במרחק של 2 מ '; למרחקים של 4 הבדל -nt במדדים בין שני המיקומים ברורים של המצלמה החכמה המטרה הסופית של המחקר. הוא לנסח פרוטוקול ניתוח הליכת וידאו קליני באמצעות יישום טלפון חכם.
Protocol
Representative Results
Discussion
מטרת מחקר האימות הנוכחית הייתה לקבוע את תוקפו של יישום חכם זמין בחינם כדי לשמש קליני כאמצעי מטרה והחסכונית של שימוש בטכנולוגית טלפון חכמה ניתוח הליכה קינמטיקה במסגרת הקלינית. קיימים מחקרי אימות שבחנו אמצעי קינמטיקה עם יישום חכם מוגבלים ולא העריכו אמצעי קינמטיקה די?…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors wish to thank all the participants who generously gave their time to participate in this study.
Materials
| Hudl Technique App | Hudl | Online app | Freely downladable app from adroid /apple store |
| Optotrak Certus 3D motion capture system | Northern Digital inc | Optotrak certus System | http://www.ndigital.com/msci/products/optotrak-certus/ |
| Smartphone | Apple | Iphone 5 | www.apple.com |
Referenzen
- Brunnekreef, J. J., van Uden, C. J., van Moorsel, S., Kooloos, J. G. Reliability of videotaped observational gait analysis in patients with orthopedic impairments. BMC Musculoskelet Disord. 6 (17), (2005).
- Jette, D. U., Halbert, J., Iverson, C., Miceli, E., Shah, P. Use of standardized outcome measures in physical therapist practice: perceptions and applications. Phys Ther. 89 (2), 125-135 (2009).
- Jette, D. U., et al. Evidence-based practice: beliefs, attitudes, knowledge, and behaviors of physical therapists. Phys Ther. 83 (9), 786-805 (2003).
- Stuberg, W. A., Colerick, V. L., Blanke, D. J., Bruce, W. Comparison of a Clinical Gait Analysis Method Using Videography and Temporal-Distance Measures with 16-Mm Cinematography. Phys Ther. 68 (8), 1221-1225 (1988).
- Norris, B. S., Olson, S. L. Concurrent validity and reliability of two-dimensional video analysis of hip and knee joint motion during mechanical lifting. Physiother Theory Pract. 27 (7), 521-530 (2011).
- Robinson, J. L., Smidt, G. L. Quantitative gait evaluation in the clinic. Phys Ther. 61 (3), 351-353 (1981).
- Krystkowiak, P., et al. Gait abnormalities induced by acquired bilateral pallidal lesions: a motion analysis study. J Neurol. 253 (5), 594-600 (2006).
- Grunt, S., et al. Reproducibility and validity of video screen measurements of gait in children with spastic cerebral palsy. Gait Posture. 31 (4), 489-494 (2010).
- Womersley, L., May, S. Sitting posture of subjects with postural backache. J Manipulative Physiol Ther. 29 (3), 213-218 (2006).
- DeForge, D., et al. Effect of 4-aminopyridine on gait in ambulatory spinal cord injuries: a double-blind, placebo-controlled, crossover trial. Spinal Cord. 42 (12), 674-685 (2004).
- Lucareli, P. R., et al. Gait analysis following treadmill training with body weight support versus conventional physical therapy: a prospective randomized controlled single blind study. Spinal Cord. 49 (9), 1001-1007 (2011).
- Lucareli, P. R., et al. [Gait analysis and quality of life evaluation after gait training in patients with spinal cord injury]. Rev Neurol. 46 (7), 406-410 (2008).
- McFadyen, B. J., Swaine, B., Dumas, D., Durand, A. Residual effects of a traumatic brain injury on locomotor capacity: a first study of spatiotemporal patterns during unobstructed and obstructed walking. J Head Trauma Rehabil. 18 (6), 512-525 (2003).
- Shin, J. C., Yoo, J. H., Jung, T. H., Goo, H. R. Comparison of lower extremity motor score parameters for patients with motor incomplete spinal cord injury using gait parameters. Spinal Cord. 49 (4), 529-533 (2011).
- Reid, S., Held, J. M., Lawrence, S. Reliability and Validity of the Shaw Gait Assessment Tool for Temporospatial Gait Assessment in People With Hemiparesis. Arch Phys Med Rehabil. 92 (7), 1060-1065 (2011).
- Stokic, D. S., Horn, T. S., Ramshur, J. M., Chow, J. W. Agreement Between Temporospatial Gait Parameters of an Electronic Walkway and a Motion Capture System in Healthy and Chronic Stroke Populations. Am J Phys Med Rehabil. 88 (6), 437-444 (2009).
- Arazpour, M., et al. Evaluation of a novel powered hip orthosis for walking by a spinal cord injury patient: a single case study. J. Prosthet. Orthot. Int. 36 (1), 105-112 (2012).
- Prado-Medeiros, C. L., et al. Effects of the addition of functional electrical stimulation to ground level gait training with body weight support after chronic stroke. Revista Brasileira De Fisioterapia. 15 (6), 436-444 (2011).
- Sousa, C. O., Barela, J. A., Prado-Medeiros, C. L., Salvini, T. F., Barela, A. M. Gait training with partial body weight support during overground walking for individuals with chronic stroke: a pilot study. J Neuroeng Rehabil. 8 (48), (2011).
- Krebs, D. E., Edelstein, J. E., Fishman, S. Reliability of observational kinamatic gait analysis. J Am Phys Ther Assoc. 65, 1027-1033 (1995).
- Martin, S. More than half of MDs under age 35 now using PDAs. Can. Med. Assoc. J. 169 (9), 952 (2003).
- Mosa, A. M., Yoo, I., Sheets, L. A Systematic Review of Healthcare Applications for Smartphones. BMC Med Inform Decis Mak. 12, (2012).
- Ferriero, G., et al. Reliability of a smartphone-based goniometer for knee joint goniometry. Int J Rehabil Res. 36 (2), 146-151 (2013).
- Vohralik, S. L., Bowen, A. R., Burns, J., Hiller, C. E., Nightingale, E. J. Reliability and validity of a smartphone app to measure joint range. Am J Phys Med Rehabil. 94 (4), 325-330 (2015).
- Scholtes, S. S., Gretchen, Ability to detect change in single leg squat movement patterns following instruction in females with patellofemoral pain using 2D motion analysis methods. Combined Sections Meeting. , (2014).
- Eltoukhy, M. A., Asfour, S., Thompson, C., Latta, L. Evaluation of the performance of digital video analysis of human motion: dartfish tracking system. IJSER. 3 (3), 1-6 (2012).
- Boone, D. C., et al. Reliability of goniometric measurements. Phys Ther. 58 (11), 1355-1360 (1978).
- Bovens, A. M., van Baak, M. A., Vrencken, J. G., Wijnen, J. A., Verstappen, F. T. Variability and reliability of joint measurements. Am J Sports Med. 18 (1), 58-63 (1990).
