Video Bewegungsanalyse mit Smartphones (VIMAS): Eine Pilotstudie
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
Der Einsatz von Smartphones in der klinischen Praxis wird mit der Verfügbarkeit von kostengünstigen / frei verfügbar "Apps" stetig zu, die verwendet werden könnten menschlichen Gang zu beurteilen. Das primäre Ziel dieses Manuskripts ist die gleichzeitige Gültigkeit der kinematischen Maßnahmen durch eine Smartphone-Anwendung im Vergleich zu einem 3D-Motion-Capture-System in der Sagittalebene aufgezeichnet zu testen. Das sekundäre Ziel war es, ein Protokoll für die Kliniker auf dem Aufbau der Smartphone-Kamera für Video-Bewegungsanalyse zu entwickeln.
Die Sagittalebene Kniewinkel wurde während Fersenauftreffposition und toe off-Veranstaltungen mit dem Smartphone-App und eine 3D-Motion-Capture-System in 32 gesunden Probanden gemessen. Drei Versuche wurden in der Nähe (2-m) durchgeführt und weit (4-m) Smartphone-Kamera Distanzen. Die Reihenfolge der Abstände randomisiert wurde. Eine Regressionsanalyse wurde durchgeführt, um die Höhe der Kamera zu schätzen, die entweder auf das Thema der Höhe oder der Beinlänge.
Absolute Messfehler waren dest während Zehe ab (3,12 ± 5,44 Grad) im Vergleich zum Aufsetzen der Ferse (5,81 ± 5,26 Grad). Es gab signifikante (p <0,05), aber moderate Vereinbarungen zwischen den Anwendungs- und 3D Motion-Capture-Maßnahmen von Kniewinkel. Es gab auch keine signifikanten (p> 0,05) Unterschiede zwischen den absoluten Messfehler zwischen den beiden Kamerapositionen. 5 Grad während Zehe ab und Fersenauftreffposition Ereignisse des Gangzyklus – Die Messfehler zwischen 3 gemittelt.
Die Verwendung von Smartphone-Apps können zur Durchführung von Gang oder menschlichen Bewegungsanalyse ein nützliches Werkzeug in der Klinik sein. Weitere Untersuchungen sind erforderlich, um die Genauigkeit bei der Messung von Bewegungen der oberen Extremität und Stamm zu etablieren.
Introduction
Beurteilung des menschlichen Ganges ist ein wichtiger Bestandteil der physikalischen Therapie Auswertung und klinische Entscheidungsprozess. 1 Gait Beurteilung ist ein häufig verwendetes klinisches Werkzeug Gang Defizite bei Patienten mit neurologischen und muskuloskeletale Defizite zu bewerten. Neubeurteilung Gang kann dann liefern dem Arzt Informationen über die Wirksamkeit einer Intervention bei der Erreichung der Ziele, die sie bei ihrer ersten Bewertung gesetzt hatte. Es ist ein staatlich anerkannter Bedarf in den Vereinigten Staaten für Physiotherapeuten standardisierte Ergebnis Messungen zu verwenden, wenn die Patienten zu bewerten. 2 Diese Notwendigkeit ergibt sich aus den sich rasch verändernden Landschaft der Versicherung Erstattung Politik, sowie eine betonte Verschiebung für Physiotherapeuten stärker auf evidenzbasierte Praktiken zu verlassen. 3 Es gibt zahlreiche Maßnahmen Ergebnis verschiedener Aspekte des Gehens zu beurteilen, die in einer Anzahl von Wegen festgestellt werden kann , einschließlich: visual Beobachtung durch einen Kliniker, funktionelle Abschätzungen, Videomaßnahmen aufgezeichnet, elektronische Gehwege, Software dreidimensionale Bewegungsanalyse usw. In klinischen Umgebungen ist Beobachtungs (visuell) Ganganalyse häufig durchgeführt, da es eine minimale Ausrüstung und Zeit erfordert.
Während Beobachtungsganganalyse häufig in der Klinik verwendet wird, bleibt es immer noch eine subjektive Einschätzung. Daher 4 Faktoren wie Therapeut Erfahrung, Sehschärfe, Entfernung vom Motiv (Kameraabstand), Messinstrumenten und anderer solcher Faktoren können bei der Beurteilung Variabilität und Fehler einzuführen. Das Potential für eine solche Variabilität stellt eine kritische Notwendigkeit für eine zuverlässigere Messmittel, die letztlich durch die Verwendung von gültigen Instrumentierung überwunden werden können. 5
Seit seiner Gründung, Videografie und der damit verbundenen Technologie verwendet worden verschiedene funktionale Einschränkungen res zu untersuchenulting von eingeschränkter Bewegungsfähigkeit sowie eine Form der visuellen Feedback. Dies ist akut wahr in Bezug Beurteilung Gang. Stuberg et al. stellte fest, dass "Videografie Ausrüstung in der Klinik … und bietet dem Arzt zusätzliche objektive Informationen über die Haltung und die gemeinsame Position während des Gangzyklus allgemein verfügbar ist." 4 Da die Technologie hat sich weiter verbessert, so haben die Fähigkeiten der Videoanalyse. Diese Funktionen bieten die Physiotherapeuten mit einer größeren Fähigkeit, die verschiedenen Parameter des Gehens zu einer klinisch zu bewerten.
Die beiden wichtigsten Parameter, die Physiotherapeuten auf das konzentrieren, sind kinematische und Raum-Zeit-Parameter. Wie der Name andeutet, umfassen Raum-Zeit-Maßnahmen Elemente Entfernung und Zeit. Spezifisch für einen Gangzyklus würde Raum-Zeit-Maßnahmen umfassen, jedoch nicht beschränkt auf, Schrittlänge, Schrittlänge, Kadenz und Geschwindigkeit begrenzt werden. 6 Kinematic Maßnahmen auf der other Hand konzentrieren sich auf die Gelenkbewegungen / Drehungen der unteren Extremitäten bei jedem Gangzyklus beobachtet.
Eine Reihe von Peer-Review-Artikel wurden veröffentlicht, die die Verwendung von Video-Bewegungsanalyse als Ergebnis zu messen, zu bewerten speziell Systeme 2D-Kamera, kinematische zitiert haben, Raum-Zeit oder eine Kombination beider Arten von Parametern. Diese Artikel wurden verschiedene klinische Populationen einschließlich Personen mit einer Vorgeschichte von einem Schlaganfall (CVA), Schädel-Hirn-Verletzungen (TBI), Rückenmarksverletzungen (SCI), Parkinson-Krankheit (PD), Zerebralparese (CP) und gesunden Personen ausgewertet. Das Schema unten dargestellt (Abbildung 1) bietet den Rahmen , die angenommen wurde relevanten Peer-Review – Literatur zu identifizieren , die zu diesem Thema veröffentlicht wurde.
Abbildung 1. Schematische für Artikel Auswahlkriterien. the schematische fasst die Schritte in Peer-Review-Artikel der Wahl der Art von Variablen zu ermitteln, die in der Ganganalyse ausgewiesen wurden. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Die Mehrzahl der Studien, die Videobewegungsanalyse zur Erfassung Gangparameter waren Validierungsstudien verwendet wurden. Kinematic Validierungsstudien können weiter in eine von drei Kategorien unterteilt werden: anormale Bewegung von einer bestimmten Diagnose / Pathologie resultierende Beurteilung, 7 Gelenkwinkel bei spezifischen funktionellen Bewegungen, 8, 9 und Bewertung der Wirksamkeit der Behandlung über den Vergleich der Pre-Intervention Bewegung Prüfung und nach der Intervention Bewegung. 10, 11 Ähnlich Beurteilung Studien Raum – Zeit – param kann auch in drei Kategorien unterteilt werden: Beurteilung der anormale Bewegung von einer bestimmten Pathologie resultierenden, 12, 13, 14 Untersuchung einer Plattform während einer bestimmten funktionellen Aktivität, 15, 16 und die Bestimmung der Wirkung einer bestimmten Intervention. 17 Die Studien , die beide kinematischen und Raum – Zeit – Parameter bewertet in erster Linie auf die Bestimmung der Wirksamkeit der spezifischen Behandlungsmaßnahmen wie Orthesen zielten 17 oder Körpergewicht / Teilkörpergewicht unterstützt Laufband – Training. 18, 19 eine vorläufige beschreibende Analyse dieser Artikel festgestellt , dass 52,1% der Studien (die Summe dieser ausschließlich auf Kinematik suchen (30,4%) und solche , die eine Kombination von Parametern untersucht (21,7%)) researched kinematischen Parameter mit einer 2D-Kamerasystem. Dies ist im Vergleich zu den 69,5% der Artikel (Summe von Artikeln, die Raum-Zeit-Parameter (47,8%) und eine Kombination von Parametern (21,7%) untersucht), die Raum-Zeit-Parameter beurteilt.
Die methodischen Unterschiede bei der Erfassung und Bewertung der kinematischen und Raum-Zeit-Gangparameter werden auch in der klinischen Praxis in Bezug auf die Art der beobachtenden Ganganalyse verwendet wird, gesehen. Räumlich-zeitliche Parameter werden mit viel größerer Häufigkeit bewertet, wie durch die Forschung angegeben. Es gibt drei allgemein auf Gründe für diesen Trend vereinbart: geringe Kosten, einfache Verwendung und das Vorhandensein eines Standardprotokolls solche Parameter zu messen. (- 94% 40%) in der klinischen Einstellungen Beobachtende kinematischen Messungen wurden sehr niedrige Intra-Rater (60%) und Interraterreliabilität haben gezeigt. 4 Diese breite Palette versteht sich auf die Variation in der Platzierung von Markern zurückzuführen sein aufKnochenpunkte und die spezifischen Werkzeuge verwendet, um Gelenkwinkel zu beurteilen. Minute Unterschiede in Lage Platzierung der Marker können die resultierenden Winkel erheblich verändern. Spatiotemporal Messungen haben viel höhere Zuverlässigkeit (zwischen 69% – 97%), vor allem bei der Verwendung der Papier, Bleistift und Taktverfahren stoppen Gang zu beurteilen. 20
Die technologischen Fortschritte in den letzten Jahrzehnten haben sich deutlich die Art und Weise im Gesundheitswesen praktiziert wird geändert. Mit dem Aufkommen von Smartphones Zugriff auf das Internet, Online-Forschung Artikel und andere elektronische Ressourcen sind nun leichter zugänglich zu Ärzten jederzeit. Martin et al. berichtete, dass "die allgemeine Verwendung von Smartphones wird in der klinischen Praxis, medizinische Ausbildung und Forschung zu erhöhen." 21 In dieser Studie wurden mehr als 50% der Ärzte unter dem Alter von 35 antworteten , dass sie mit einem Smartphone in der klinischen Praxis umgesetzt haben. Dieser Trend incrim Jahr 2009 gelockert, wenn 64% der Ärzte in den Vereinigten Staaten gefunden wurden unter Verwendung von Smartphones in ihrer klinischen Praxis werden. Die Manhattan Review Studie prognostiziert weiter , dass dieses Wachstum auf 81% der Ärzte und Gesundheits Kliniker Umsetzung Smartphone – Nutzung in der klinischen Praxis bis zum Jahr 2012 22 steigen würde weiterhin Während die weitere Forschung hat , wenn sich dieser Aufwärtstrend in der Tat zu klettern nicht durchgeführt worden , um zu bestimmen hat sich fortgesetzt, ist es sinnvoll, mit der bekannten Anwendung von Technologien im Gesundheitswesen zu übernehmen, dass die Verwendung von Smartphone-Plattformen in der klinischen Praxis alltäglicher wird.
Die aktuelle Nutzung von Smartphone-Anwendungen in der physikalischen Therapie Praxis ist nicht nachgewiesen. Es wurden keine Studien, die von einem Physiotherapeuten bisher die Verwendung von Smartphone-Videoanalyseanwendungen zu bewerten. Allerdings haben verschiedene Smartphone-Anwendungen von einzelnen Physiotherapeuten als Durchbruch assis Werkzeug in o verwendet wordenutpatient orthopädische Einstellungen für den Einsatz sowohl in der Rehabilitierung und trainierende Athleten verschiedener Disziplinen. Smartphone-Apps sind auch zur Verfügung, die Gelenkwinkel messen kann, von denen einige validiert wurden. 23, 24 Individuelle Therapeuten haben mit verschiedenen Analyseanwendungen auf Smartphones für visuelles Feedback für den Patienten begonnen und für eine einfachere Verteilung der verschiedenen Komponenten , die in einem Patientengangzyklus fehlen kann, basierend auf anekdotische Evidenz. Allerdings bleibt die Gültigkeit dieser Maßnahmen nicht bekannt. Die begrenzte Forschung , die in Bezug auf diese Smartphone – Videoanalyse – Anwendungen existiert hat sich auf die Validierung von kinematischen Gangparameter konzentriert, speziell Knöchel, Knie und Hüfte Winkel, in der Frontalebene, 25 und Interraterreliabilität des Gerätes. 26 Es gibt keine Studien bisher, die die Verwendung von Smartphone – Videoanalyseanwendungen validiert Kinem aufzeichnenatics des Gehens in der Sagittalebene, die am häufigsten in der klinischen Ganganalyse durchgeführt wird.
Das Ziel dieser Studie war es, die gleichzeitige Gültigkeit der kinematischen Maßnahmen von der Smartphone-Applikation aufgenommen zu testen und zu Maßnahmen, die von einem 3D-Motion-Capture-System in der Sagittalebene vergleichen. Wir gehen davon aus, dass es keine signifikanten Unterschiede zwischen den Maßnahmen, die von der Smartphone-Applikation aufgenommen werden, wenn die Maßnahmen der 3D-Motion-Capture-System erfasst verglichen. Der sekundäre Ziel ist es, wenn zwei unterschiedliche Platzierungen der Smartphone-Kamera aus dem Subjekt (in der Nähe von Abstand von 2 m zu testen, weit Abstand von 4 -nt Unterschied in der Maßnahmen zwischen den zwei verschiedenen Platzierungen der Smartphone-Kamera Das endgültige Ziel der Studie. mit einer Smartphone-Anwendung ist ein Protokoll für die klinische Video Ganganalyse zu entwerfen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Der Zweck dieser Validierungsstudie war es, die Gültigkeit eines frei verfügbaren Smartphone-Anwendung, um zu bestimmen, klinisch als eine objektive und kostengünstiges Mittel zur Verwendung von Smartphone-Technologie für kinematische Ganganalyse im klinischen Umfeld eingesetzt werden. Bestehende Validierungsstudien, die kinematische Maßnahmen mit einer Smartphone-Anwendung geprüft sind begrenzt und haben keine dynamischen kinematischen Maßnahmen während des Gehens in der Sagittalebene aufgezeichnet beurteilt. D…
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 |
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