Abstract
Caractéristiques spatiales et temporelles de la marche humaine sont souvent évalués à identifier les déficiences possibles de la démarche, principalement chez les patients orthopédiques et neurologiques 1-4, mais aussi chez les adultes âgés en bonne santé 5,6. L'analyse de la démarche quantitative décrite dans ce protocole est réalisée avec un système photoélectrique récemment introduit (voir le tableau des matériaux) qui a le potentiel d'être utilisé à la clinique car il est portable, facile à mettre en place (pas de préparation de l'objet est nécessaire avant un test ), et ne nécessite pas d'entretien et d'étalonnage de la sonde. Le système photo-électrique consiste en une série de cellules photo-électriques à base de sol de haute densité avec des diodes d'émission et de réception de lumière qui sont placés parallèlement les uns aux autres pour créer un couloir, et sont orientées perpendiculairement à la ligne de progression 7. Le système détecte simplement les interruptions en signal lumineux, par exemple en raison de la présence des pieds à l'intérieur de la zone d'enregistrement. Temporelparamètres de la marche et 1D coordonnées spatiales de mesures consécutives sont ensuite calculées pour fournir des paramètres de la marche communs tels que la longueur de l'étape, le soutien des membres unique et la vitesse de marche 8, dont la validité contre un instrument de critère a été récemment démontré 7,9. Les méthodes d'évaluation sont très simples; un patient peut être testé en moins de 5 min et un rapport global peut être généré en moins de 1 min.
Introduction
La marche est l'une des activités physiques les plus importantes dans la vie de tous les jours, et est un des principaux déterminants de la qualité de vie des personnes âgées et les patients qui peuvent présenter des altérations de la marche. L'évaluation clinique de la fonction de marche est donc important de mettre en évidence des altérations possibles induits par le vieillissement et / ou les pathologies neurologiques / orthopédiques, mais également de démontrer les avantages fonctionnels d'un traitement. Différents instruments ont été développés pour l'évaluation quantitative des paramètres de la marche, par exemple, des plaques de force, l'analyse du mouvement 3D basé sur la vidéo, les accéléromètres du corps monté 10,11, et instrumenté tapis de passage ou de tapis roulants 12. Cependant, ces systèmes sont principalement utilisés pour des études de recherche plutôt qu'à des fins cliniques, car ils sont complexes à utiliser, ont une faible accessibilité, et des capteurs fragiles.
Un système photoélectrique en fonction du sol a été récemment mis en place, qui est en mesure de fournir un cal valideculation des caractéristiques temporelles et 1D coordonnées spatiales des étapes de marche. Cet instrument de mesure présente plusieurs avantages par rapport aux systèmes pré-existants: il est facile à manipuler, les données sont collectées très rapidement, il est simple de créer un rapport détaillé et il est un système modulaire qui signifie que la longueur du système peut être modifié . Ainsi, il peut être utilisé avec confiance pour mesurer les changements au sein de groupe dans les évaluations longitudinales et différences entre les groupes dans les comparaisons transversales. Les objectifs du protocole décrit sont de se concentrer sur l'équipement et son installation, et de décrire objectivement et sans détour les procédures d'évaluation pour évaluer les paramètres de marche spatio-temporelles dans les populations âgées et des patients.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Le protocole suit les directives du Comité local des droits de l'éthique à Zurich (Zurich KEK).
1. Installation du matériel (Figure 1)
- Utilisez deux jeux de 10 m de barres à base de sol et posez-les parallèles les uns aux autres (et à la ligne de progression) pour créer un couloir avec une distance inter-ensemble d'environ 1 m.
NOTE: Cette distance peut être augmentée jusqu'à 8 m. Chaque barre a une longueur de 1 m et se compose de 96 diodes. - Faire une distinction entre la lumière de transmission (T) et de réception de lumière (R) unités pour l'installation des barres en plaçant la transmission de la lumière (T) unités sur le côté droit et le récepteur de lumière (R) unités sur la gauche côté par rapport à la direction de marche.
NOTE: Les premières mesures des compteurs (T et R) ont tambours argent. Les barres T et R disposés sur le reste 9 m sont tous égaux et interchangeables. - Connecter tous les barreaux d'une rangée avec des bouchons (sans fil). Utilisez 2 Power fournitures: un pour chaque ensemble de barres (T et R).
- Connectez le premier bar de R à l'ordinateur portable avec un câble USB.
- Placez l'appareil à côté de la première barre de vérifications hors ligne (par exemple, le pied de départ), et le connecter à l'ordinateur portable avec un câble USB.
- Mettez un marque 2 m avant et après le début et la fin de la piste.
- Allumez le dispositif photoélectrique aide de l'interrupteur marche-arrêt de la première R et T bar.
- Vérifiez que les voyants de contrôle situés sur les barres de recherche sont en vert.
REMARQUE: Si oui, le système est correctement positionné et les tests peuvent commencer; Toutefois, si un ou plusieurs des voyants de contrôle sont rouges le système est mal positionné et / ou connecté. Contrôlez tous les bouchons en vérifiant qu'ils sont complètement emboîtées puis éteignez le système et rallumez-le.
Figure 1. La photoelectric système se compose de transmission de lumière (T) et de réception de lumière (R) des unités qui sont placés parallèlement les uns aux autres avec une distance d'environ 1 m. L'appareil est installé à proximité de la zone de départ à des fins de contrôle. L'ordinateur portable est connecté avec un câble USB à la première barre de R et à la caméra. Se il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
2. Installation et préparation d'un test logiciel
- Chargez le logiciel d'exploitation du système photoélectrique de www.optogait.com/Support/Downloads. Remarque: Ce protocole est décrit en utilisant la version 1.8.1.
- Si le logiciel est utilisé pour la première fois pour l'analyse de la démarche de créer un nouveau test comme suit (sinon passez à l'étape 2.3):
- Choisir le test puis cliquez sur Définir / Modifier tests. Maintenant, cliquez sur le test de la marche, puis sélectionner le test en double.Cliquez sur Valider dans la fenêtre pop-up pour que le test est dupliqué.
- Double-cliquez sur le test dupliqué à modifier le nom (par exemple, la marche d'essai de 10 barres) et sélectionner 10 pour le nombre de barres. Utilisez les paramètres standard pour le test de marche, qui sont présentés dans la figure 2. Enfin, sélectionnez Enregistrer pour enregistrer toutes les modifications.
- Ajouter un nouveau patient à la base de données. Sélectionnez patients, cliquez sur Insérer / Modifier des patients, puis cliquez sur Nouveau patient à entrer les données. Puis sauvegardez les données.
Figure 2. Les paramètres standard pour un test de marche de 10 bars, tels que décrits dans le présent protocole. Ces paramètres doivent être définis lorsque le système photoélectrique est utilisée pour la première fois. Dans ce protocole, le pied de départ est pas défini.Le système commence à mesurer quand le patient entre dans la zone d'enregistrement et arrête la mesure lorsque le patient quitte les unités de mesure. Se il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
3. Procédures de test
- Toujours donner les mêmes instructions pour le patient 13.
- Demandez au patient de marcher avec des chaussures à semelles plates le long de la 10-m passerelle à deux vitesses différentes: normale («marcher à un rythme qui est confortable pour vous"), et plus vite que la normale («marcher à un rythme plus rapide que vous auriez normalement marcher ").
- Demandez au patient de regarder droit devant lors des essais de marche.
- Demandez au patient de lancer la première étape avec le même pied pour mieux uniformiser les conditions d'essai.
- Demandez au patient de commencer à marcher 2 m avant le premier bar photoélectrique et pour conclure chaque trIAL 2 m après la dernière barre afin de maintenir constante la vitesse de la marche 13.
- Démontrer un essai à vitesse normale pour le patient.
- Demander au patient d'effectuer trois essais de familiarisation suivie par un essai expérimental à chaque vitesse. Toujours essais de vitesse normales complètes premiers.
- Pour se préparer avec le logiciel, cliquez sur Tester, puis sur Exécuter pour commencer les mesures avec le test créé.
- Sélectionnez le patient en cliquant sur Select, le choix du patient, puis en cliquant sur Valider.
- Sélectionnez le test en cliquant sur Select, et le choix du critère, par exemple, la marche d'essai 10 bars. Vérifiez que seul ce test est sélectionné pour la mesure.
- Placez l'appareil afin qu'il puisse enregistrer la totalité du pied. Changez la position de la caméra tout en vérifiant l'image en direct sur l'écran de votre ordinateur portable.
- Enfin, cliquez sur Exécuternouveau.
NOTE: Maintenant, le logiciel est prêt à mesurer. Dès que le patient entre les barres, le système commence à mesurer et une fenêtre pop-up apparaît pour vous demander pour le pied de départ.
- Cliquez sur le pied approprié afin que les paramètres de la marche seront calculés correctement.
NOTE: La caméra enregistre automatiquement une fois que le test est lancé. - Enregistrez le test.
4. Analyse des données
- Cliquez sur Résultats pour afficher les essais terminés. Ensuite, cliquez sur la flèche à côté du critère de l'intérêt de transférer le test de la liste de test pour la section d'analyse de test. Maintenant, cliquez sur Afficher pour afficher le test sélectionné. Reportez-vous à la section Résultats pour tous les tests effectués dans cette étude.
NOTE: Une fenêtre avec toutes les données de test apparaît (Figure 3). Sur le côté gauche de la fenêtre il ya des boutons de commande pour activer diverses fonctions. L'autre partie de la fenêtre présente 4 types d'informations concernant le test en cours. Chaque ensemble d'informations peut être affiché / caché en utilisant les commandes de configuration. De haut en bas les éléments sont les suivants: vidéo, graphiques affichant les résultats, une table avec des données numériques et des bars photoélectriques. - Cliquez sur les données de démarche pour afficher un rapport de la démarche (Figure 3).
- Cliquez sur Imprimer (une fenêtre avec le rapport apparaît) pour imprimer le rapport.
NOTE: Le rapport peut être imprimé tel qu'il est ou peut être modifié. Pour les différents paramètres spatio-temporelles, les résultats suivants sont présentés dans le rapport: valeurs moyennes ± déviation standard (SD) du côté gauche et à droite, les coefficients de variation (CV) exprimant démarche Variabilité 14,15, et la différence de pour cent entre la gauche et le côté droit (asymétrie).- Si nécessaire, modifier le rapport comme suit: ouvrir le rapport tel que décrit ci-dessus (étape 4.3). Cliquez sur les boutons Afficher ou masquer le sid gauchee de l'écran pour adapter les données et les graphiques présentés dans le rapport.
- Pour changer le logo et / ou le pied de page du rapport, cliquez sur le bouton correspondant (changement de logo ou Modifier le pied de page) pour modifier ces paramètres.
- Pour comparer deux ou plusieurs tests effectués à différentes occasions, par exemple, avant et après une intervention, sélectionner les différents tests de la section de résultats en cliquant sur la flèche à côté des tests et cliquez sur le bouton Comparer ensuite.
REMARQUE: Un rapport avec la comparaison directe de tous les paramètres des différents tests est affiché.
Figure 3. Capture d'écran de toutes les données de test. Les boutons de commande apparaissent sur le côté gauche de la fenêtre (par exemple, en cliquant sur Imprimer un rapport est généré, qui peut être éventuellement modifié). L'autrepartie de la fenêtre présente les informations suivantes concernant le test en cours, de haut en bas: vidéo, graphiques affichant les résultats, une table avec des données numériques et des bars photoélectriques. Ces détails peuvent être affichés / cachés en utilisant le bouton Configurer sur le côté droit. La vue réelle des données peut être modifiée en cliquant sur les données de démarche ou rapport de la marche, respectivement. Se il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Une étude récente a démontré la validité du système photoélectrique contre un instrument de critère (une passerelle électronique validé) pour l'évaluation des paramètres de marche spatio-temporelles chez les patients orthopédiques et des contrôles sains âgés 7. Les mêmes différences entre les groupes dans les variables de la marche ont été détectés par les deux systèmes. Bien que la validité concurrente était excellent, avec des coefficients de corrélation intra comprises entre 0,933 et 0,999 (p <0,001), un biais systématique (p <0,001) a été observée entre les deux instruments de mesure. temps de Stance et temps de cycle étaient beaucoup plus en temps de rotation et la longueur de l'étape était plus courte pour le système photoélectrique que pour la passerelle électronique. De la même manière, la vitesse de marche et la cadence sont légèrement (1-2%), mais significativement plus faible pour le système photoélectrique.
Les données d'un rapport représentant sont présentés dans la figure 4. Le rapport présente les résultats d'uneessai réalisé à vitesse normale avec 12 étapes de la marche (6 à gauche et 6 à droite). Paramètres de marche spatio-temporelles de cet essai sont présentés sous forme de moyenne ± écart-type et CV pour le côté gauche et droit. En outre, la différence de pour cent entre le côté gauche et droit (Diff.) Est présenté. Les données de la gauche et la droite sont présentées en violet et turquoise, respectivement. Les paramètres de la marche plus courantes telles que la longueur de l'étape, la phase d'appui, phase pendulaire, support unique, le temps de l'étape, la cadence et la vitesse sont instantanément (en ligne) calculés et présentés à l'écran pendant les essais réels (figure 3). Les mêmes valeurs sont présentées dans le rapport de la marche hors ligne (Figure 4). Le pourcentage de différence entre les deux parties exprime la dite (ou bilatérale) asymétrie côté à l'autre qui est un bon indicateur de reprise de la marche, par exemple, avant et après une intervention. Récupération de la fonction démarche symétrique est l'un des principaux objectifs de réhabilitation des patients afin de regain autonomie dans les activités quotidiennes. CV est utilisé comme un indicateur de la marche variabilité, qui est généralement augmentée chez les patients atteints de syndromes cliniquement pertinents tels que la baisse et les maladies neuro-dégénératives 16,17 et il est donc une mesure de résultats pertinents pour les patients neurologiques et pour les sujets atteints de troubles cognitifs légers et de la démence.
Figure 4. Rapport de la marche Représentant d'un sentier de randonnée menée à la vitesse normale chez un patient orthopédique. Le chiffre sur le dessus présente un cycle de marche simplifiée avec les différents paramètres de la marche temporelles (par pied). Le tableau présente la moyenne des données de test d'étapes consécutives pour le test sélectionné. Pour les différents paramètres spatio-temporelle démarche les résultats suivants sont présentés: moyenne ± déviation standard (SD) pour le côté gauche et droit, le coefficient de Variatisur (CV) pour le côté gauche et droit, et la différence de pour cent (Diff.) entre la gauche et la droite. Se il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Le protocole présenté ici peut être utilisé pour évaluer les paramètres de la marche spatiales et temporelles des patients (orthopédique, neurologique, cardio-respiratoires, etc.) et les adultes âgés en bonne santé avec un système photoélectrique récemment introduit. La longueur totale et la largeur du système peuvent être modulés en fonction de l'espace et du budget disponible. Le coût estimatif (en Europe) est d'environ 2800 USD par mètre pour un système de 10 mètres et la longueur minimale recommandée est de 3 mètres pour analyse de la marche en fonction du sol. Une nouvelle fonctionnalité du système photo-électrique a également été récemment introduit, qui consiste à fermer le couloir avec deux barres supplémentaires qui sont positionnées perpendiculairement à barres T et R, en créant ainsi une sorte de grille qui permet le calcul de modèles de bruit de pas 2D. En outre, seules les deux premières barres de mètres peuvent être utilisées pour l'analyse de la démarche basée sur tapis roulant, même si cela nécessiterait une validation.
Avant de commencer les MESURE DEct il est important de vérifier que tous les bars sont correctement connectés; Ceci est facilité par les LED rouge / vert commande disposés sur chaque barre photoélectrique. Une autre étape importante est la définition de la patte de départ, qui doit être sélectionné au début de chaque essai. Dans le cas où le mauvais côté est sélectionné, hors modifications peuvent être apportées à tout moment (ouvrir le critère approprié et sélectionnez rapport Gait, puis changer le pied), également après avoir vérifié le pied de départ (et tout autre doute éventuel) sur la vidéo.
La principale limitation de ce protocole est l'utilisation de vitesses de la démarche auto-sélectionné (normales et rapides que la normale), parce que tous les paramètres de marche spatio-temporelles sont considérables affectées par la vitesse de marche 18. Une autre option serait d'imposer une vitesse de marche fixe pour tous les sujets au moyen d'un métronome (par exemple, à 4 km / h). La validité de cette approche est néanmoins incertain car tous les patients peuvent marcherà une vitesse donnée et / ou de maintenir une vitesse de marche fixe. Une limitation importante du système photo-électrique est la hauteur de diodes par rapport à la chaussée (3 mm). Cet instrument surestime légèrement le temps de position et sous-estime les temps de rotation par rapport aux instruments de sol intégré (par exemple, les passerelles électroniques ou des plaques de force) parce que les diodes détectent arrière-pied chargement et l'avant déchargement 3 mm au-dessus du niveau du sol (voir la figure 3A en référence 7) 7. En raison de cette limitation, le système ne peut fournir des données valables pour les sujets qui sont en mesure d'augmenter suffisamment leurs pieds pendant la marche et qui ont une longueur de pas plus que leur longueur de pied 7. Cela pourrait représenter un problème pour l'évaluation des variables de la marche chez certains patients neurologiques sérieusement déficients.
Puisque ce système photoélectrique est très simple à utiliser et des données valides peuvent être rapidement et facilement collectées organisé dans un rapport complet, ceci est unesystème potentiellement utile pour l'évaluation clinique des variables spatio-temporelles de la marche chez les patients âgés et les adultes. Les cliniciens pourraient, en fait, la mise en œuvre de ces évaluations dans les examens physiques de routine avec les objectifs de détecter les troubles de la marche et / ou de surveiller les progrès des patients après une intervention.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Les auteurs ont rien à divulguer.
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).
