Видео Анализ движения, используя смартфоны (VIMAS): Пилотное исследование
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
Использование смартфонов в клинической практике неуклонно растет с наличием низкой стоимости / свободно доступных "приложения", которые могут быть использованы для оценки человеческой походки. Основная цель этой рукописи, чтобы проверить правильность параллельной кинематической мер, записанных смартфон приложения по сравнению с 3D-системы захвата движения в сагиттальной плоскости. Вторичная цель состояла в том, чтобы разработать протокол для клиницистов на множестве вверх камеры смартфона для анализа движения видео.
Сагиттальный угол плоскости колена измеряли во время удара пяткой и носком офф событий с помощью смарт-приложение телефона и 3D-систему захвата движения в 32 здоровых субъектов. Три исследования были проведены в ближайшем (2-м) и дальнего (4-м) смартфон камеры расстояния. Порядок расстояний был случайным образом. Регрессионный анализ проводили для оценки высоты камеры на основе высоты или ноги длины либо субъекта.
Absoluпогрешности измерения ТЕ крайней мере в течение пят выключения (3.12 ± 5.44 градусов) по сравнению с пятки (5,81 ± 5,26 градуса). Были значимыми (р <0,05), но умеренные соглашения между мерами захвата приложений и 3D движения углов коленного сустава. Там также не было значимым (р> 0,05) различия между абсолютной погрешности измерения между двумя положениями камеры. Ошибки измерения в среднем от 3 – 5 градусов во время ног и от пятки событий цикла походки.
Использование смартфон приложений может быть полезным инструментом в клинике для проведения походку или анализа движения человека. Необходимы дальнейшие исследования для установления точности при измерении движений верхней конечности и туловища.
Introduction
Оценка человеческой походки является ключевым компонентом оценки физической терапии и клинического процесса принятия решений. 1 оценка Походка является часто используемым клиническим инструментом для оценки походки дефицита у больных с неврологическими и опорно – двигательного дефицита. Переоценка походки затем может предоставить клиницист с информацией об эффективности вмешательства в достижении целей, которые они установили на их первоначальной оценки. Существует национально признанная необходимость в Соединенных Штатах для физиотерапевтов, чтобы использовать стандартные измерения конечных результатов при оценке пациентов. 2 Эта потребность связана с быстро меняющегося ландшафта политики страховых выплат, а также подчеркнутой сдвига для физиотерапевтов , чтобы полагаться в большей степени на практике , основанных на фактических данных. 3 Существуют многочисленные критерии оценки для оценки различных аспектов походки, которые можно наблюдать в ряде способами , включая: Visнаблюдение UAL клиницист, функциональные оценки, видеозаписи меры, электронные пешеходные дорожки, трехмерное программное обеспечение для анализа движения и т.д. В клинических условиях, наблюдательное (визуальный) анализ походки обычно выполняется, так как она требует минимального оборудования и времени.
В то время как наблюдательное анализ походки обычно используется в клинике, она по-прежнему остается субъективная оценка. 4 Таким образом, такие факторы, как терапевт опыт, остроты зрения, расстоянии от объекта съемки (расстояние от камеры), измерительных инструментов, а также любых других таких факторов можно ввести изменчивость и ошибка в оценке. Потенциал такой изменчивости представляет собой критическую потребность в более надежных средств измерения, которые в конечном счете могут быть преодолены за счет использования действующего инструментария. 5
С момента своего создания, Видеосъемка и связанных с ними технологий используется для изучения различных функциональных ограничений Резulting с нарушенной способностью движения, а также форма визуальной обратной связи. Это остро верно в отношении походка оценки. Stuberg и др. установлено, что "видеографию оборудование обычно доступен в клинике … и обеспечивает клинициста с дополнительной объективной информации о положении и совместной позиции в течение цикла походки." 4 Поскольку технология продолжает улучшаться, так что есть возможности анализа видео. Эти возможности обеспечивают физический терапевт с большей способностью клинически оценить различные параметры походки.
Двумя ключевыми параметрами, которые физиотерапевты сосредоточены на включают кинематических и пространственно-временные параметры. Как следует из названия, пространственно-временные меры включают в себя элементы расстояния и времени. Конкретные к циклу походки, пространственно-временные меры будут включать в себя, но не ограничиваясь этим, длину шага, длина шага, частота вращения педалей и скорости. 6 кинематических меры по ОTher фокус рука на совместных движений / ротаций нижних конечностей, наблюдаемых в течение каждого цикла походки.
Ряд рецензируемых статей были опубликованы, которые ссылались на использование видеоанализа движения в качестве единицы измерения, в частности, 2D системы камер, для оценки кинематической, пространственно-временной, или сочетание обоих типов параметров. Эти статьи оценивали различные клинические группы населения, включая людей с историей инсульта (CVA), черепно-мозговые травмы (ЧМТ), травмы спинного мозга травмы (SCI), болезнь Паркинсона (PD), детский церебральный паралич (СР) и здоровых людей. Схема представлена ниже (Рисунок 1) обеспечивает основу , которая была принята для выявления соответствующих рецензируемых литературы , которая была опубликована на эту тему.
Рисунок 1. Схема для критериев выбора статьи. Thе схематически описывает шаги, используемые при выборе рецензируемых статей, чтобы установить тип переменных, которые были представлены в анализе походки. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Большинство исследований, которые использовали анализ движения видео для записи параметров походки были исследования по валидации. Исследования кинематических проверки могут быть разбиты на одну из трех категорий: оценка ненормальное движение в результате специфической диагностики / патологии, 7 изучения совместных углов при выполнении определенных функциональных движений, 8, 9 и оценки эффективности лечения путем сравнения движения до вмешательства и движение после вмешательства. 10, 11 Кроме того , исследования оценки пространственно – временной пунктм также могут быть разбиты на три категории: оценка аномального движения , обусловленного специфической патологии, 12, 13, 14 рассмотрение платформы во время специфической функциональной активности, 15, 16 и определение влияния конкретного вмешательства. 17 научных исследований , которые оценивали как кинематические и пространственно – временные параметры были в первую очередь направлены на определение эффективности конкретных лечебных вмешательств , таких как ортезы 17 или веса тела / частичный вес тела тренировки поддерживается беговой дорожке. 18, 19 Предварительный описательный анализ этих статей определяют , что 52,1% исследований (сумма тех , кто исключительно на кинематику (30,4%) , а также те , которые исследовали комбинацию параметров (21,7%)) гesearched кинематических параметров с системой камер 2D. Это по сравнению с 69,5% статей (сумма статей, проработанный пространственно-временные параметры (47,8%) и комбинацию параметров (21,7%)), который оценивал пространственно-временные параметры.
Методологические различия в записи и оценки кинематических и пространственно-временных параметров походки наблюдаются также в клинической практике с точки зрения типа наблюдательной анализа походки используются. Пространственно-временные параметры оцениваются с гораздо большей частотой, как показано исследования. Есть три согласованы в целом причины этой тенденции: низкая стоимость, простота использования, а также наличие стандартного протокола для измерения таких параметров. Обсервационные кинематических измерений было показано, имеют очень низкий уровень внутрисистемных рейтер (60%) и надежности между оценщик (40% – 94%) в клинических условиях. 4 Этот широкий диапазон понимается из – за изменения в размещении маркеров накостные ориентиры и конкретные инструменты, используемые для оценки совместных углов. Минимальных различий в размещении маркеры местоположения могут значительно изменить результирующие углы. Пространственно-временные измерения имеют гораздо более высокую надежность (в диапазоне 69% – 97%), особенно при использовании бумаги, карандаш и остановить метод синхронизации для оценки походки. 20
Технологический прогресс в последние несколько десятилетий существенно изменили способ здравоохранение практикуется. С недавним появлением смартфонов, доступ к сети Интернет, интернет-научных статей, а также другие электронные ресурсы в настоящее время более легко доступны врачам в любое время. Martin и др. сообщил, что "общее использование смартфонов растет в клинической практике, медицинского образования и научных исследований." 21 В этом исследовании, более 50% врачей в возрасте до 35 лет ответили , что они реализовали с помощью смартфона в клинической практике. Эта тенденция инкрснизились в 2009 году, когда 64% врачей в Соединенных Штатах было обнаружено, что используют смартфоны в своей клинической практике. Исследование Манхэттен Обзор далее предсказал , что этот рост будет продолжать расти до 81% врачей и врачей медицинских исполнителей смартфон использование в клинической практике к 2012 году 22 Хотя дальнейшие исследования не были проведены , чтобы определить , является ли эта тенденция действительно продолжает расти, разумно предположить, с известным применением технологий в здравоохранении, что использование платформ смартфонов в клинической практике станут более распространенным.
Не было установлено текущее использование смартфонов приложений в физической практике терапии. Там не было никаких исследований, оценивающих использование смартфон приложений для анализа видео по физиотерапевтом на сегодняшний день. Тем не менее, различные приложения для смартфонов, были использованы отдельными физиотерапевтов как прорыв в реабилитационной инструмента Outpatient ортопедические настройки для использования как в реабилитации и подготовки спортсменов различных дисциплин. Смартфон приложения также доступны, которые могут измерить совместные углы, некоторые из которых были подтверждены. 23, 24 Отдельные врачи начали использовать различные приложения для анализа на смартфоны для визуальной обратной связи для пациента и для более легкого пробоя различных компонентов , которые могут отсутствовать в цикле походки пациента, основываясь на неподтвержденной. Однако обоснованность этих мер остается неизвестным. Ограниченное исследование , которое существует в отношении этих смартфонов приложений анализа видео было сосредоточено на проверке кинематических параметров походки, особенно лодыжки, колена и бедра углы, во фронтальной плоскости, 25 и надежности между оценщик устройства. 26 Там нет никаких исследований на сегодняшний день, которые валидированные использование приложений для анализа видео смартфон для записи kinematics походки в сагиттальной плоскости, которая чаще всего выполняется в клиническом анализе походки.
Цель данного исследования состояла в том, чтобы проверить параллельную действительность кинематических мер, записанных приложением смартфонов и сравнить их с мерами, записанные с помощью 3D-системы захвата движения в сагиттальной плоскости. Мы прогнозируем, что не будет никаких существенных различий между показателями, зарегистрированных приложением смартфон по сравнению с мерами, записанных с помощью 3D-системы захвата движения. Вторичная цель состоит в том, чтобы проверить, если два различных размещений смартфон камеры от объекта (близком расстоянии 2-м, далеко расстояние от 4 -nt разницы в мерах между двумя различными размещений камеры смартфона Конечная цель исследования. является разработка протокола для клинического анализа видео походки с помощью приложения смартфона.
Protocol
Representative Results
Discussion
Целью данного исследования было проверки для определения достоверности свободно доступного смартфона приложения для того, чтобы быть клинически используется в качестве объективного и экономически эффективных способов использования смартфона технологии для кинематического анализ…
Divulgazioni
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 |
Riferimenti
- 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).
