Video Analysis Movement Brug Smartphones (ViMAS): en pilotundersøgelse
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
Brugen af smartphones i klinisk praksis er støt stigende med tilgængeligheden af billige / frit tilgængelige "apps", der kunne bruges til at vurdere menneskelige gangart. Det primære mål med dette manuskript er at teste den samtidige gyldighed kinematiske foranstaltninger registreret af en smartphone applikation i forhold til et 3D motion capture-system i det sagittale plan. Det sekundære mål var at udvikle en protokol til klinikere på opsætningen af kameraet smartphone til video bevægelse analyse.
Den sagittale plan knæ vinkel blev målt under hæl strejke og tå off arrangementer ved hjælp af smart telefon app og en 3D-motion-capture-system i 32 raske forsøgspersoner. Tre forsøg blev udført ved nær (2-m) og langt (4-m) kamera smartphone afstande. Rækkefølgen af afstandene blev randomiseret. Regressionsanalyse blev udført for at estimere højden af kameraet baseret enten individets højde eller benlængde.
Absolute målefejl var mindst under tå off (3,12 ± 5,44 grader) i forhold til hælen strejke (5.81 ± 5,26 grader). Der var signifikant (p <0,05), men moderate aftaler mellem applikationen og 3D motion capture foranstaltninger af knæ vinkler. Der var heller ingen signifikante (p> 0,05) forskelle mellem de absolutte målefejl mellem de to kamerapositioner. De målefejl gennemsnit mellem 3 – 5 grader under toe off og hæl strejke begivenheder gangart cyklus.
Brugen af smartphone apps kan være et nyttigt redskab i klinikken til at udføre gangart eller menneskelig bevægelse analyse. er behov for yderligere undersøgelser for at fastslå nøjagtighed i måling bevægelser af den øvre ekstremitet og kuffert.
Introduction
Vurdering af menneskelige gangart er et centralt element i den fysiske terapi evaluering og klinisk beslutningsproces. 1 Bevægelse vurdering er et hyppigt anvendt klinisk redskab til at vurdere gangart underskud hos patienter med neurologiske og muskel-underskud. Revurdering af gangart kan derefter give klinikeren med oplysninger om effekten af en intervention i at nå de mål, de havde sat på deres første evaluering. Der er et nationalt anerkendt behov i USA for fysioterapeuter at udnytte standardiserede resultatmålinger, når de evaluerer patienter. 2 Dette behov skyldes den hurtigt skiftende landskab af forsikring refusionsordning samt en understreget skift for fysioterapeuter til at stole mere tungt på evidensbaseret praksis. 3 Der er mange resultatmål til at vurdere forskellige aspekter af gangart, som kan iagttages i en række måder, herunder: visual observation af en kliniker, funktionelle vurderinger, optaget video foranstaltninger, elektroniske gangbroer, tre-dimensionelle bevægelse analyse software mv I kliniske omgivelser, er observationsstudie (visuel) ganganalyse almindeligt udførte, da det kræver minimal udstyr og tid.
Mens observational ganganalyse er almindeligt anvendt inden for klinikken, er det stadig en subjektiv vurdering. 4 Derfor faktorer som terapeut erfaring, synsstyrke, afstand fra motivet (kamera afstand), måling værktøjer, og andre sådanne faktorer kan introducere variabilitet og fejl i vurderingen. Potentialet for en sådan variation præsenterer en kritisk behov for et mere pålidelige midler til måling, som i sidste ende kan overvindes ved brug af gyldige instrumentering. 5
Siden starten, videography og relateret teknologi er blevet brugt til at undersøge forskellige funktionelle begrænsninger resulting fra nedsat bevægelse kapacitet samt en form for visuel feedback. Dette er især sandt med hensyn til gait vurdering. Stuberg et al. fandt, at "Videography udstyr er almindeligt tilgængelige i klinikken … og giver klinikeren med yderligere objektiv information om kropsholdning og fælles position under gang cyklussen." 4 Som teknologien er fortsat med at forbedre, så har mulighederne i videoanalyse. Disse funktioner giver fysioterapeuten med større evne til klinisk vurdering af de forskellige parametre i gangart.
De to vigtigste parametre, som fysioterapeuter fokuserer på omfatter kinematiske og spatiotemporale parametre. Som navnet antyder, spatiotemporale foranstaltninger indebærer elementer af afstand og tid. Specifikt for en gangart cyklus, ville spatiotemporale foranstaltninger omfatter, men er ikke begrænset til, skridtlængde, skridt længde, kadence og hastighed. 6 Kinematisk foranstaltninger på other hånd fokus på fælles bevægelser / rotationer af de nedre ekstremiteter blev observeret under hver gang cyklussen.
En række peer-reviewed artikler er blevet offentliggjort, som har citeret brug af video bevægelse analyse som et resultat foranstaltning, specielt 2D kamerasystemer, at vurdere kinematiske, spatiotemporale, eller en kombination af begge typer af parametre. Disse artikler er evalueret forskellige kliniske populationer, herunder personer med en historie af et slagtilfælde (CVA), traumatiske hjerneskader (TBI), rygmarvsskader (SCI), Parkinsons sygdom (PD), cerebral parese (CP) og raske personer. Den skematiske nedenfor (figur 1) giver den ramme, der blev vedtaget for at identificere relevante peer-reviewed litteratur, der er offentliggjort på dette emne.
Figur 1. Skematisk for artikel Udvælgelseskriterier. the skematiske skitserer de trin, der anvendes i at vælge peer-reviewed artikler at fastslå typen af variabler, der blev rapporteret i ganganalyse. Klik her for at se en større version af dette tal.
Størstedelen af de forskningsundersøgelser, der har brugt video bevægelsesanalyse til optagelse gangart parametre var valideringsundersøgelser. Kinematisk valideringsundersøgelser kan yderligere opdeles i en af tre kategorier: vurdering unormal bevægelse som følge af en specifik diagnose / patologi, 7 undersøge fælles vinkler under specifikke funktionelle bevægelser, 8, 9 og evaluering af effektiviteten af behandling via sammenligning af præ-indgreb bevægelse og post-indgreb bevægelse. 10, 11 Tilsvarende undersøgelser vurderer Spatiotemporal paramålere kan også opdeles i tre kategorier: vurdering af unormal bevægelse som følge af en specifik patologi, 12, 13, 14 undersøgelse af en platform i en bestemt funktionel aktivitet, 15, 16 og bestemmelse af effekten af en bestemt intervention. 17 De undersøgelser, der evaluerede både kinematiske og spatiotemporale parametre blev primært rettet mod at bestemme effektiviteten af specifikke behandlingsmetoder interventioner såsom ortoser 17 eller kropsvægt / delvis kropsvægt understøttet løbebånd træning. 18, 19 En foreløbig beskrivende analyse af disse artikler bestemmes, at 52,1% af studierne (summen af dem, der søger udelukkende på kinematik (30,4%), og dem, der undersøgte en kombination af parametre (21,7%)) researched kinematiske parametre med en 2D kamerasystem. Dette er i forhold til 69,5% af artiklerne (summen af artikler, der forsket spatiotemporale parametre (47,8%) og en kombination af parametre (21,7%)), der har vurderet spatiotemporale parametre.
De metodologiske forskelle i optagelse og vurdering af kinematiske og spatiotemporale gangparametre ses også i klinisk praksis med hensyn til den type observerende ganganalyse bliver brugt. Spatiotemporale parametre vurderes med meget større hyppighed som angivet af forskningen. Der er tre generelt aftalt årsager til denne udvikling: lave omkostninger, brugervenlighed, og eksistensen af en standardprotokol til at måle sådanne parametre. Observationelle kinematiske målinger har vist sig at have meget lav intra-rater (60%) og inter-rater pålidelighed (40% – 94%) i kliniske omgivelser. 4 Denne brede vifte forstås at skyldes variationen i placeringen af markører påbenede vartegn og de specifikke værktøjer, der anvendes til at vurdere fælles vinkler. Minute forskelle i placering placering af markørerne kan i væsentlig grad ændre de resulterende vinkler. Spatiotemporale målinger har meget højere pålidelighed (lige 69% – 97%), især når du bruger papir, blyant og stop ur metode til at vurdere gangart. 20
De teknologiske fremskridt i de seneste årtier har væsentligt ændret den måde sundhedspleje praktiseres. Med den seneste fremkomsten af smartphones, adgang til internettet, online forskningsartikler, og andre elektroniske ressourcer er nu mere let tilgængelige for klinikere på ethvert tidspunkt. Martin et al. rapporterede, at "almindelig brug af smartphones er stigende i klinisk praksis, medicinsk uddannelse og forskning." 21 I denne undersøgelse over 50% af læger under en alder af 35 har svaret, at de har gennemført under anvendelse af en smartphone i klinisk praksis. Denne tendens incrlempet i 2009, hvor 64% af læger i USA viste sig at være ved hjælp af smartphones i deres kliniske praksis. The Manhattan anmeldelse undersøgelsen yderligere forudsagt, at denne vækst vil fortsætte med at stige til 81% af læger og sundhedspersonale klinikere til gennemførelse smartphone brug i klinisk praksis i 2012. 22 Selv om der ikke er blevet udført yderligere forskning for at afgøre, om dette opadgående tendens faktisk er fortsat med at klatre, er det rimeligt at antage, med den kendte implementering af teknologi i sundhedsvæsenet, at brugen af smartphone-platforme i klinisk praksis vil blive mere almindeligt.
er ikke fastlagt Den nuværende brug af smartphone applikationer i fysisk terapi praksis. Der har ikke været studier, der evaluerer brugen af smartphone video analyse applikationer ved en fysioterapeut til dato. Imidlertid har forskellige smartphone-applikationer blevet brugt af de enkelte fysioterapeuter som et gennembrud hjælpemidler værktøj i outpatient ortopædiske indstillinger til brug i både rehabilitere og uddannelse atleter i forskellige discipliner. Smartphone apps er også tilgængelige, som kan måle fælles vinkler, hvoraf nogle er blevet valideret. 23, 24 Individuelle terapeuter er begyndt at bruge forskellige analyseprogrammer på smartphones til visuel feedback til patienten og lettere nedbrydning af forskellige komponenter, der kan være mangler i en patients gangart cyklus, baseret på anekdotiske beviser. Men gyldigheden af disse foranstaltninger er fortsat ukendt. Den begrænsede forskning, der findes om disse smartphone video analyseprogrammer har fokuseret på valideringen af kinematiske gangparametre, specielt ankel, knæ og hofte vinkler, i det frontale plan, 25 og inter-rater pålidelighed af enheden. 26 Der er ingen undersøgelser til dato, der har valideret brug af video smartphone analyseprogrammer til at registrere kinemATICS af gangart i det sagittale plan, som er mest almindeligt udførte i klinisk ganganalyse.
Formålet med denne undersøgelse var at teste den samtidige gyldighed kinematiske foranstaltninger registreret af ansøgningen smartphone og sammenligne dem med foranstaltninger, der er optaget af en 3D motion capture system i sagittale plan. Vi forudser, at der vil være nogen betydelige forskelle mellem de foranstaltninger, der er optaget ved anvendelse smartphone sammenlignet med de foranstaltninger registreret af 3D motion capture system. Det sekundære formål er at teste, om to adskilte placeringer af smartphone kamera fra emnet (nær afstand af 2-m langt afstand af 4 -NT forskel i foranstaltninger mellem de to forskellige placeringer af kameraets smartphone Den endelige formål med undersøgelsen. er at udarbejde en protokol til klinisk video ganganalyse ved hjælp af en smartphone-applikation.
Protocol
Representative Results
Discussion
Formålet med denne validering undersøgelse var at bestemme gyldigheden af en frit tilgængelig smartphone ansøgningen for at være klinisk anvendt som en objektiv og omkostningseffektive midler til at bruge smartphone teknologi til kinematisk ganganalyse i kliniske omgivelser. Eksisterende valideringsundersøgelser der undersøgte kinematiske foranstaltninger med ansøgning smartphone er begrænsede og har ikke vurderet dynamiske kinematiske foranstaltninger registreret under gang i det sagittale plan. Denne va…
Disclosures
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 |
References
- 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).
