Abstract
Caratteristiche spaziali e temporali del cammino umano sono spesso valutati per identificare eventuali perdite di valore deambulazione, principalmente in pazienti ortopedici e neurologici 1-4, ma anche in soggetti sani adulti più anziani 5,6. L'analisi quantitativa del cammino descritto in questo protocollo è eseguita con un sistema fotoelettrica recentemente introdotta (vedi tabella Materials) che ha il potenziale per essere usato in clinica perché è portatile, facile da installare (nessuna preparazione soggetto richiesto prima un test ), e non richiede manutenzione e calibrazione del sensore. Il sistema fotoelettrica consiste serie di fotocellule basati pavimento ad alta densità con diodi emettitori di luce e la luce di ricezione che sono posti paralleli tra loro per creare un corridoio, e sono orientati perpendicolarmente alla linea di progressione 7. Il sistema rileva semplicemente interruzioni nel segnale luminoso, ad esempio a causa della presenza dei piedi all'interno dell'area di registrazione. Temporaleparametri dell'andatura e 1D coordinate spaziali di fasi consecutive sono successivamente calcolate per fornire parametri dell'andatura comuni come la lunghezza del passo, il supporto singolo arto e la velocità a piedi 8, la cui validità nei confronti di un strumento di criterio è stato recentemente dimostrato 7,9. Le procedure di misurazione sono molto semplici; un singolo paziente può essere testato in meno di 5 minuti e un rapporto completo può essere generato in meno di 1 minuto.
Introduction
Camminare è una delle più importanti attività fisica nella vita di tutti i giorni, ed è un fattore determinante principale della qualità della vita delle popolazioni anziane e pazienti, che possono presentarsi con alterazioni dell'andatura. La valutazione clinica della funzione andatura è quindi importante per rivelare potenziali alterazioni indotte dall'invecchiamento e / o patologie neurologiche / ortopediche, ma anche per dimostrare i vantaggi funzionali di un trattamento. Diversi strumenti sono stati sviluppati per la valutazione quantitativa dei parametri di andatura, ad esempio, piattaforme di forza, di analisi del movimento 3D video-based, accelerometri montati sul telaio 10,11, e strumentato stuoie passerella o tapis roulant 12. Tuttavia, questi sistemi sono utilizzati principalmente per studi di ricerca piuttosto che per scopi clinici, perché sono complessi da usare, avere una bassa accessibilità e sensori fragili.
Un sistema basato fotoelettrica piano è stato recentemente introdotto, che è in grado di fornire una valida calcal- delle caratteristiche temporali e 1D coordinate spaziali di passi a piedi. Questo strumento di misura ha diversi vantaggi rispetto ai sistemi preesistenti: è facile da maneggiare, i dati sono raccolti molto velocemente, è semplice da creare una relazione dettagliata ed è un sistema modulare che significa che la lunghezza del sistema può essere cambiato . Quindi, può essere usato con sicurezza per misurare all'interno del gruppo i cambiamenti nelle valutazioni longitudinali e differenze tra i gruppi nei confronti trasversali. Gli obiettivi del protocollo descritto sono di concentrarsi sulle attrezzature e la sua installazione, e di obiettività e semplicemente descrivere le procedure di valutazione per la valutazione dei parametri spazio-temporali del cammino in popolazioni di anziani e di pazienti.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Il protocollo segue le linee guida del Comitato Etico locale umana a Zurigo (KEK Zurigo).
1. Installazione hardware (Figura 1)
- Utilizzare due 10-m gruppi di barre pavimento-based e posizionarli parallele tra loro (e alla linea di progressione) per creare un corridoio con interasse set di circa 1 m.
NOTA: Questa distanza può essere aumentata fino a 8 m. Ogni barra ha una lunghezza di 1 m ed è costituito da 96 diodi. - Effettuare una distinzione tra luce-trasmissione (T) e luce di ricezione (R) per il montaggio delle barre posizionando luce-trasmissione (T) unità sul lato destro e la spia di ricezione (R) unità a sinistra lato rispetto alla direzione di marcia.
NOTA: Le prime barre dell'indicatore (sia T e R) hanno fusti d'argento. Le barre T e R disposti sul restante 9 m sono tutte uguali e intercambiabili. - Collegare tutti i bar di una riga con i tappi (wireless). Utilizzare 2 Potenzar forniture: uno per ogni gruppo di barre (T e R).
- Collegare il primo bar R al computer portatile con un cavo USB.
- Posizionare la fotocamera accanto al primo bar per le verifiche in linea (ad esempio, piede di partenza), e collegarlo al portatile con un cavo USB.
- Mettere un segno 2 m prima e dopo l'inizio e la fine della traccia.
- Accendere il dispositivo fotoelettrico utilizzando l'interruttore on-off del primo R e T bar.
- Verificare che i LED di controllo si trovano su tutte le barre R sono verdi.
NOTA: Se è così, il sistema è posizionata correttamente e collaudo può iniziare; Tuttavia, se uno o più LED di controllo sono rossi il sistema non è posizionato e / o collegato correttamente. Controllare tutti i tappi controllando che siano completamente scattati in posizione e poi spegnere il sistema e riaccenderlo.
Figura 1. Il photSistema oelectric consiste trasmette la luce (T) e di ricezione luce (R) unità che sono posti paralleli tra loro ad una distanza di circa 1 m. La telecamera è installata vicino alla zona di inizio per scopi di controllo. Il portatile è collegato con i cavi USB per la prima barra R e alla fotocamera. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
2. Installazione del software e la preparazione di un test
- Caricare il software operativo del sistema fotoelettrica da www.optogait.com/Support/Downloads. Nota: Questo protocollo è descritto utilizzando la versione 1.8.1.
- Se il software viene utilizzato per la prima volta per l'analisi del cammino creare un nuovo test come segue (altrimenti passare al punto 2.3):
- Selezionare Test quindi fare clic su Definisci / Modifica test. Ora cliccate sulla prova del cammino e quindi selezionare campioni in doppio.Fare clic su Conferma nella finestra pop-up in modo che il test è duplicato.
- Fare doppio clic sul test duplicato per modificare il nome (ad esempio, Gait prova 10 bar) e selezionare 10 per il numero di barre. Utilizzare i parametri standard per il test del cammino, che sono presentati nella figura 2. Infine, selezionare Salva per salvare tutte le modifiche.
- Aggiungere un nuovo paziente al database. Selezionare i pazienti, clicca su Inserisci / Modifica paziente, e quindi fare clic su Nuovo paziente di inserire i dati. Quindi salvare i dati.
Figura 2. Impostazioni standard per un test del cammino con 10 bar, come descritto nel presente protocollo. Queste impostazioni devono essere definite quando il sistema fotoelettrico viene utilizzato per la prima volta. In questo protocollo il piede di partenza non è definito.Il sistema avvia la misurazione quando il paziente entra nell'area di registrazione e si ferma la misurazione quando il paziente lascia le unità di misura. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
3. Procedure di test
- Dare sempre le stesse istruzioni al paziente 13.
- Chiedere al paziente di camminare con le scarpe con la suola piatta lungo la passerella di 10 metri a due velocità diverse: normale ("camminare a un ritmo che è comodo per voi"), e più velocemente del normale ("camminare a un ritmo che è più veloce di che normalmente camminare ").
- Chiedere al paziente di guardare dritto davanti a sé durante le prove a piedi.
- Chiedi al paziente di avviare il primo passo con lo stesso piede standardizzare meglio le condizioni di prova.
- Chiedere al paziente di iniziare a camminare 2 m prima della prima barra fotoelettrica e di concludere ogni trial 2 m dopo l'ultima barra in modo da mantenere costante la velocità del cammino 13.
- Dimostrare una prova a velocità normale per il paziente.
- Chiedere al paziente di effettuare tre prove di familiarizzazione seguiti da uno studio sperimentale ad ogni velocità. Sempre completi prove di velocità normali prime.
- Per prepararsi con il software, fare clic su Test e quindi eseguire per avviare le misure con il test creato.
- Selezionare il paziente facendo clic su Seleziona, scegliere il paziente e poi cliccando su Conferma.
- Selezionare il test facendo clic su Seleziona e scegliere il test ad esempio, Gait di prova 10 bar. Verificare che solo questo test è selezionato per la misurazione.
- Posizionare la fotocamera in modo che possa registrare l'intero cammino. Modificare la posizione della fotocamera controllando l'immagine dal vivo sullo schermo del vostro computer portatile.
- Infine, fare clic su Eseguinuovo.
NOTA: Ora il software è pronto per misurare. Non appena il paziente entra bar, il sistema inizia a misurare e viene visualizzata una finestra pop-up chiedendo il piede di partenza.
- Istruzioni sul piede appropriata in modo che i parametri dell'andatura saranno calcolati correttamente.
NOTA: La fotocamera registra automaticamente una volta che il test viene avviato. - Salvare il test.
Analisi 4. Dati
- Fare clic su Risultati per visualizzare i processi completati. Quindi fare clic sulla freccia accanto alla prova di interesse per trasferire il test dall'elenco Test per la sezione di analisi del test. Ora fare clic su Visualizza per visualizzare il test selezionato. Fare riferimento alla sezione risultati di tutti i test eseguiti in questo studio.
NOTA: una finestra con tutti i dati di test (Figura 3). Sul lato sinistro della finestra ci sono alcuni pulsanti di comando per l'attivazione di varie funzioni. L'altra parte della finestra presenta 4 types di informazioni per quanto riguarda il test in corso. Ogni set di dati può essere mostrato / nascosto utilizzando i comandi di configurazione. Dall'alto verso il basso le voci sono le seguenti: video, grafici che mostrano i risultati, tabella con dati numerici, e bar fotoelettrici. - Clicca sui dati del cammino per visualizzare un rapporto di andatura (Figura 3).
- Fare clic su Stampa (appare una finestra con la relazione) per stampare il report.
NOTA: Il rapporto può essere stampato come è o può essere modificato. Per i differenti parametri spazio-temporali, i seguenti risultati sono presentati nella relazione: media dei valori ± deviazione standard (SD) del lato destro e sinistro, coefficienti di variazione (CV) che esprime la variabilità andatura 14,15, e la differenza percentuale tra la sinistra e il lato destro (asimmetria).- Se necessario, modificare il report nel modo seguente: aprire il report come descritto in precedenza (punto 4.3). Fare clic sui pulsanti Mostra o Nascondi sulla sid sinistrae dello schermo per adattare i dati presentati e grafici del report.
- Per cambiare il logo e / o il piè di pagina del report, fare clic sul relativo tasto (Change logo o Cambia piè di pagina) per modificare questi parametri.
- Per confrontare due o più test eseguiti in diverse occasioni, ad esempio, prima e dopo un intervento, selezionare i diversi test nella sezione risultati facendo clic sulla freccia accanto alle prove e poi clicca sul pulsante Confronta.
Viene visualizzato un report con il confronto diretto di tutti i parametri dei vari test: NOTA.
Figura 3. schermo di tutti i dati di test. I pulsanti di comando compaiono sul lato sinistro della finestra (ad esempio, cliccando su stampa viene generato un rapporto, che può essere eventualmente modificato). L'altraparte della finestra presenta le seguenti informazioni per quanto riguarda la prova di corrente, dall'alto verso il basso: video, grafici visualizzazione dei risultati, tabella con dati numerici, e bar fotoelettrici. Questi dettagli possono essere visualizzati / nascosti utilizzando il pulsante Configura sul lato destro. Il punto di vista reale dei dati può essere modificata facendo clic su dati Gait o rapporto Gait, rispettivamente. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Uno studio recente ha dimostrato la validità del sistema fotoelettrico contro uno strumento criterio (un tappeto elettronico convalidato) per la valutazione dei parametri spazio-temporali del cammino in pazienti ortopedici e controlli sani anziani 7. Le stesse differenze tra i gruppi nelle variabili andatura sono stati rilevati dai due sistemi. Anche se validità concorrente era eccellente, con coefficienti di correlazione intraclasse compresi tra 0,933 e 0,999 (p <0,001), un errore sistematico (p <0,001) è stata osservata tra i due strumenti di misura. Tempo di posizione e tempo di ciclo sono risultati significativamente più lungo mentre il tempo swing e lunghezza del passo erano più corti per il sistema fotoelettrico che per la passerella elettronica. Allo stesso modo, la velocità e cadenza piedi sono leggermente (1-2%), ma significativamente inferiore per il sistema fotoelettrico.
I dati di un prospetto rappresentativo sono presentati nella Figura 4. Il rapporto mostra i risultati di unacamminare studio condotto a velocità normale con 12 punti (6 a sinistra e 6 a destra). Parametri spazio-temporali del cammino di questo studio sono presentati come media ± DS e CV per il lato sinistro e destro. Inoltre, la differenza percentuale tra il lato sinistro e destro (Diff.) È presentato. I dati del lato destro e sinistro sono presentati in viola e turchese, rispettivamente. I parametri del cammino più comuni, come la lunghezza del passo, fase statica, altalena fase, unico supporto, il tempo passo, cadenza e velocità sono istantaneamente (on-line) computati e rappresentati sullo schermo durante le prove reali (Figura 3). Gli stessi valori sono presentati nella relazione andatura off-line (Figura 4). Differenza percentuale tra le due parti esprime il cosiddetto (o bilaterale) asimmetria da lato a lato che è un buon indicatore di recupero deambulazione, ad esempio, prima e dopo l'intervento. Il recupero della funzione andatura simmetrica è uno degli obiettivi primari nei pazienti di riabilitazione in modo da regain indipendenza nelle attività quotidiane. CV è utilizzato come indicatore della variabilità del passo, che è generalmente aumentata nei pazienti con sindromi clinicamente rilevanti come in calo e le malattie neuro-degenerative 16,17 e quindi si tratta di una misura di esito rilevante per i pazienti neurologici e per i soggetti con deficit cognitivi lievi e la demenza.
Figura 4. Relazione andatura Rappresentante di un percorso a piedi condotta alla velocità normale da parte di un paziente ortopedico. La figura in alto presenta un ciclo del passo semplificata con i diversi parametri dell'andatura temporali (per piede). La tabella presenta una media di dati di prova di fasi consecutive per il test selezionato. Per la diversa andatura spazio-temporale parametri i seguenti risultati sono presentati: media ± deviazione standard (SD) per il lato destro e sinistro, coefficiente di Variatisu (CV) per il lato destro e sinistro, e la differenza percentuale (Diff.) tra il lato destro e sinistro. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Il protocollo qui presentato può essere utilizzato per valutare i parametri dell'andatura spaziali e temporali dei pazienti (ortopedica, neurologica, cardio, ecc) e sani adulti più anziani con un sistema fotoelettrico di recente introduzione. La lunghezza e la larghezza totale del sistema può essere modulata a seconda dello spazio disponibile budget. Il costo stimato (in Europa) è di circa 2.800 dollari al metro per un sistema di 10 metri e la lunghezza minima consigliata è di 3 metri per l'analisi del cammino pavimento-based. Una nuova caratteristica del sistema fotoelettrica è stato anche recentemente introdotto, che consiste nel chiudere il corridoio con due barre aggiuntive che sono posizionati perpendicolarmente T e R barre, creando così una sorta di griglia che consente il calcolo di modelli di passo 2D. Inoltre, solo le due barre primi metri possono essere usate per l'analisi del cammino basata tapis roulant, anche se ciò richiederebbe una validazione.
Prima di iniziare le MISUREts è importante verificare che tutte le barre sono collegati correttamente; questo è facilitato dai LED di controllo rosso / verde disposte su ciascuna barra fotoelettrica. Un altro punto critico è la definizione del piede di partenza, che deve essere selezionata all'inizio di ogni prova. Nel caso in cui si seleziona la parte sbagliata, le modifiche non in linea possono essere effettuate in qualsiasi momento (aprire il test appropriato e selezionare rapporto Gait, quindi modificare il piede), anche dopo aver verificato il piede di partenza (e di ogni altro eventuale dubbio) sul video.
Il limite principale di questo protocollo è l'uso di velocità di andatura auto-selezionati (normali e più veloce rispetto al normale), in quanto tutti i parametri spazio-temporali del cammino sono notevoli colpiti dalla velocità di 18 piedi. Una soluzione alternativa potrebbe essere quella di imporre una velocità del passo fisso per tutti i soggetti mediante un metronomo (ad esempio, a 4 km / h). La validità di questo approccio si chiede, tuttavia non tutti i pazienti possono camminaread una data velocità e / o mantenere una velocità del passo fisso. Una importante limitazione del sistema fotoelettrica è l'altezza di diodi rispetto al piano (3 mm). Questo strumento sopravvaluta un po 'di tempo la posizione e sottovaluta il tempo di rotazione rispetto agli strumenti a pavimento integrato (ad esempio, passaggi pedonali elettronici o piattaforme di forza), perché i diodi rilevano parte posteriore del piede di carico e scarico dell'avampiede 3 mm sopra il livello del pavimento (si veda la Figura 3A in riferimento 7) 7. A causa di questa limitazione il sistema può fornire solo dati validi per i soggetti che sono in grado di aumentare in misura sufficiente i piedi durante la deambulazione e che hanno una lunghezza del passo più lungo di lunghezza del piede 7. Questo potrebbe rappresentare un problema per la valutazione delle variabili andatura in alcuni pazienti neurologici seriamente ridotta.
Poiché questo sistema fotoelettrico è molto semplice da usare e dati validi può essere rapidamente e facilmente raccolte organizzato in un rapporto completo, questo è unsistema potenzialmente utile per la valutazione clinica delle variabili spazio-temporali del cammino in pazienti adulti e anziani. I medici potrebbero, infatti, l'attuazione di tali valutazioni in esami fisici di routine con gli obiettivi di rilevare i disturbi della deambulazione e / o per monitorare i progressi del paziente a seguito di un intervento.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Optogait system (10 meters) | Microgate, Bolzano, Italy | www.optogait.com | |
| Optogait software | www.optogait.com/Support/Downloads | ||
| Laptop | |||
| The Optogait system contains the following equipment: | |||
| 10 Light-transmitting (T) bars (1 as a first meter) | |||
| 10 Light-receiving (R) bars (1 as a first meter) | |||
| 18 Caps to connect the bars within a set (9 for T and 9 for R bars) and 2 special caps for the last T and R bar | |||
| 1 Camera with its tripod | |||
| 1 Cable for connecting the Optogait to the laptop | |||
| 1 Cable for connecting the camera to the laptop | |||
| 2 Power supplies (one for each set of bars) | |||
References
- Chow, J. W., Yablon, S. A., Horn, T. S., Stokic, D. S. Temporospatial characteristics of gait in patients with lower limb muscle hypertonia after traumatic brain injury. Brain. Inj. 24, 1575-1584 (2010).
- Esser, P., Dawes, H., Collett, J., Feltham, M. G., Howells, K. Assessment of spatio-temporal gait parameters using inertial measurement units in neurological populations. Gait Posture. 34, 558-560 (2011).
- Maffiuletti, N. A., et al. Spatiotemporal parameters of gait after total hip replacement: anterior versus posterior approach. Orthop. Clin. North Am. 40, 407-415 (2009).
- Webster, K. E., Wittwer, J. E., Feller, J. A. Quantitative gait analysis after medial unicompartmental knee arthroplasty for osteoarthritis. J. Arthroplasty. 18, 751-759 (2003).
- Chui, K. K., Lusardi, M. M. Spatial and temporal parameters of self-selected and fast walking speeds in healthy community-living adults aged 72-98 years. J. Geriatr. Phys. Ther. 33, 173-183 (2010).
- Hollman, J. H., McDade, E. M., Petersen, R. C. Normative spatiotemporal gait parameters in older adults. Gait Posture. 34, 111-118 (2011).
- Lienhard, K., Schneider, D., Maffiuletti, N. A. Validity of the Optogait photoelectric system for the assessment of spatiotemporal gait parameters. Med. Eng. Phys. 35, 500-504 (2013).
- Perry, J. Gait analysis, normal and pathological function. First edn, Slack Inc. , (1992).
- Lee, M. M., Song, C. H., Lee, K. J., Jung, S. W., Shin, D. C., Shin, S. H. Concurrent validity and test-retest reliability of the OPTOGait photoelectric cell system for the assessment of spatio-temporal parameters of the gait of young adults. J. Phys. Ther. Sci. 26, 81-85 (2014).
- Item-Glatthorn, J. F., Casartelli, N. C., Petrich-Munzinger, J., Munzinger, U. K., Maffiuletti, N. A. Validity of the intelligent device for energy expenditure and activity accelerometry system for quantitative gait analysis in patients with hip osteoarthritis. Arch. Phys. Med. Rehabil. 93, 2090-2093 (2012).
- Maffiuletti, N. A., et al. Concurrent validity and intrasession reliability of the IDEEA accelerometry system for the quantification of spatiotemporal gait parameters. Gait Posture. 27, 160-163 (2008).
- Reed, L. F., Urry, S. R., Wearing, S. C. Reliability of spatiotemporal and kinetic gait parameters determined by a new instrumented treadmill system. BMC Musculoskelet. Disord. 14, 249 (2013).
- Kressig, R. W., Beauchet, O. Guidelines for clinical applications of spatio-temporal gait analysis in older adults. Aging Clin. Exp. Res. 18, 174-176 (2006).
- Dubost, V., et al. Relationships between dual-task related changes in stride velocity and stride time variability in healthy older adults. Hum. Mov. Sci. 25, 372-382 (2006).
- Hausdorff, J. M. Gait variability: methods, modeling and meaning. J. Neuroeng. Rehabil. 2, (2005).
- Blin, O., Ferrandez, A. M., Serratrice, G. Quantitative analysis of gait in Parkinson patients: increased variability of stride length. J. Neurol. Sci. 98, 91-97 (1990).
- Webster, K. E., Merory, J. R., Wittwer, J. E. Gait variability in community dwelling adults with Alzheimer disease. Alzheimer. Dis. Assoc. Disord. 20, 37-40 (2006).
- Bejek, Z., Paroczai, R., Illyes, A., Kiss, R. M. The influence of walking speed on gait parameters in healthy people and in patients with osteoarthritis. Knee Surg. Sports Traumatol. Arthrosc. 14, 612-622 (2006).
