Video Movement Analysis Bruke Smartphones (VIMAS): en 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

Bruken av smarttelefoner i klinisk praksis er stadig økende med tilgjengeligheten av lavpris / fritt tilgjengelig "apps" som kan brukes til å vurdere menneskelig gangart. Hovedmålet med dette manuskriptet er å teste samtidig gyldigheten av kinematiske tiltak innspilt av en smarttelefon program i forhold til en 3D motion capture-systemet i sagittal plan. Sekundært mål var å utvikle en protokoll for klinikere på oppsett av smarttelefonen kamera for videobevegelsesanalyse.

Den sagittal plan knevinkel ble målt under hælen streik og tå av hendelser ved hjelp av smart telefon app og en 3D-motion-capture-systemet i 32 friske forsøkspersoner. Tre forsøk ble utført ved nær (2-m) og langt (4-m) smartkamera avstander. Rekkefølgen av avstandene ble randomisert. Regresjonsanalyse ble utført for å beregne høyden på kameraet basert enten på emnet høyde eller benlengde.

Absolute målefeil var minst under toe off (3,12 ± 5,44 grader) i forhold til hælen streik (5,81 ± 5,26 grader). Det var signifikant (p <0,05), men moderate avtaler mellom applikasjonen og 3D motion capture mål på kne vinkler. Det var heller ingen signifikante (p> 0,05) forskjeller mellom de absolutte målefeil mellom de to kameraposisjoner. De målefeil i gjennomsnitt mellom 3 – 5 grader under toe off og hæl streik hendelsene i gangart syklus.

Bruken av smartphone apps kan være et nyttig verktøy i klinikken for å utføre gangart eller menneskelig bevegelsesanalyse. Videre studier er nødvendig for å fastslå nøyaktigheten i å måle bevegelser av den øvre ekstremitet og stammen.

Introduction

Vurdering av menneskelig gangart er en viktig del av fysioterapi evaluering og klinisk beslutningsprosessen. ¹ Gait vurdering er en hyppig brukt klinisk verktøy for å vurdere ganglag underskudd hos pasienter med nevrologiske og muskel underskudd. Revurdering av gangart kan da gi klinikeren informasjon om effekten av en intervensjon i å oppnå målene de hadde satt på sitt første evaluering. Det er et nasjonalt anerkjent behov i USA for fysioterapeuter til å utnytte standardiserte utfallet målinger ved vurdering av pasienter. ² Dette behovet stammer fra den raskt skiftende landskap av forsikring refusjon politikk, samt en vektlagt skift for fysioterapeuter til å stole mer tungt på kunnskapsbasert praksis. ³ Det er mange effektmål for å vurdere ulike aspekter av gangart, som kan observeres på en rekke måter, inkludert: visUAL observasjon av lege, funksjonelle vurderinger, video spilt inn tiltak, elektroniske gangveier, tredimensjonal bevegelsesanalyse programvare, etc. I kliniske settinger, er observasjons (visuell) ganganalyse ofte utføres, da det krever minimalt med utstyr og tid.

Mens observasjonsganganalyse er ofte brukt i klinikken, gjenstår det fortsatt en subjektiv vurdering. ⁴ Derfor faktorer som terapeut erfaring, synsskarphet, avstand fra (kamera avstand) motivet, måleverktøy, og andre slike faktorer kan introdusere variasjon og feil i vurderingen. Potensialet for en slik variasjon presenterer et kritisk behov for en mer pålitelig metode for måling, som til slutt kan overvinnes ved bruk av gyldige instrumentering. ⁵

Siden begynnelsen, videoopptak og relatert teknologi har blitt brukt til å undersøke ulike funksjonelle begrensninger resulting fra nedsatt bevegelsesevne, så vel som en form for visuell tilbakemelding. Dette er akutt sant i forhold til gangart vurdering. Stuberg et al. fant at "videoopptak utstyr er allment tilgjengelig i klinikken … og gir klinikeren med ekstra objektiv informasjon om holdning og felles posisjon under gangart syklus." ⁴ Etter hvert som teknologien har fortsatt å øke, så har mulighetene til videoanalyse. Disse funksjonene gir fysioterapeut med større evne til klinisk vurdere de ulike parametere av gangart.

De to viktigste parametrene som fysioterapeuter fokuserer på inkluderer kinematiske og tid og rom parametere. Som navnet tilsier, tid og rom tiltak medfører elementer av distanse og tid. Spesielt for en gangart syklus, ville tid og rom tiltak inkluderer, men ikke begrenset til, skrittlengde, skrittlengde, pedalfrekvens og hastighet. ⁶ Kinematisk tiltak på other hånd fokus på felles bevegelser / rotasjoner av nedre ekstremiteter observert i løpet av hver gangart syklus.

En rekke fagfellevurderte artikler har blitt publisert som har sitert bruk av video bevegelsesanalyse som et effektmål, spesielt 2D kamerasystemer, for å vurdere kinematisk, tid og rom, eller en kombinasjon av begge typer parametre. Disse artiklene har vurdert ulike kliniske populasjoner, inkludert personer med en historie med slag (CVA), traumatiske hjerneskader (TBI), ryggmargsskader (SCI), Parkinsons sykdom (PD), cerebral parese (CP), og friske individer. Skjematisk vist nedenfor (figur 1) gir rammen som ble vedtatt for å identifisere relevante peer-reviewed litteratur som har blitt publisert på dette emnet.

Figur 1. Skjematisk for Artikkel utvalgskriterier. the skjematisk beskriver fremgangsmåten som brukes i å velge fagfellevurderte artikler å fastslå hvilken type variabler som ble rapportert i ganganalyse. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Flertallet av de undersøkelser som har brukt video bevegelsesanalyse for opptak ganglag parametere var valideringsstudier. Kinematiske valideringsstudier kan videre brytes ned i en av tre kategorier: vurdere unormal bevegelse som følge av en spesifikk diagnose / patologi, ⁷ undersøke leddvinkler under spesifikke funksjonelle bevegelser, ^{8, 9} og vurdere effektiviteten av behandlingen via sammenligning av pre-intervensjon bevegelse og etter intervensjonen bevegelse. ^{10, 11} Tilsvarende undersøkelser vurdere spatiotemporal paramålere kan også deles inn i tre kategorier: vurdering av unormal bevegelse som følge av en spesifikk patologi, ^{12, 13, 14} undersøkelse av en plattform i en bestemt funksjonell aktivitet, ^{15, 16} og bestemmelse av effekten av et bestemt inngrep. ¹⁷ De undersøkelser som evaluerte både kinematiske og tid og rom parametre ble først og fremst rettet mot å bestemme effektiviteten av spesifikke behandlingstiltak som ortoser ¹⁷ eller kroppsvekt / kroppsvekt delvis understøttet tredemølle trening. ^{18, 19.} En foreløpig beskrivende analyse av disse artiklene fastslått at 52,1% av studiene (summen av de som ser utelukkende på kinematikk (30,4%), og de som undersøkte en kombinasjon av parametere (21,7%)) researched kinematiske parametre med et 2D-kamerasystem. Dette er i forhold til 69,5% av artiklene (sum av artikler som undersøkt i tid og rom parametre (47,8%) og en kombinasjon av parametere (21,7%)) som vurderte tid og rom parametere.

De metodiske forskjeller i opptak og vurdere kinematiske og tid og rom ganglag parametere er også sett i klinisk praksis når det gjelder den type observasjonsganganalyse blir brukt. Tid og rom parametrene blir vurdert med mye høyere frekvens som antydet med forskningen. Det er tre vanligvis avtalt årsakene til denne utviklingen: lav pris, brukervennlighet, og eksistensen av en standard protokoll for å måle slike parametre. Observasjons kinematiske målinger har vist seg å ha meget lav intra-rater (60%) og inter-rater pålitelighet (40% – 94%) i kliniske omgivelser. ⁴ Denne rekke er forstått å være på grunn av variasjon i plasseringen av markører påbenete landemerker og de spesifikke verktøy som brukes til å vurdere leddvinkler. Ørsmå forskjeller i plassering plassering av markørene i betydelig grad kan endre resulterende vinkler. Spatiotemporal målinger har mye høyere pålitelighet (varierer 69% – 97%), spesielt når du bruker papir, blyant og stoppe klokke metode for å vurdere gangart. ²⁰

Den teknologiske fremskritt i de siste tiårene har betydelig endret måten helsevesenet er praktisert. Med den nylige framveksten av smarttelefoner, tilgang til Internett, online forskningsartikler, og andre elektroniske ressurser er nå lettere tilgjengelig for klinikere til enhver tid. Martin et al. rapporterte at "generell bruk av smarttelefoner øker i klinisk praksis, medisinsk utdanning og forskning." ²¹ I denne studien, mer enn 50% av leger under 35 år svarer at de har iverksatt ved hjelp av en smarttelefon i klinisk praksis. Denne trenden INCRlettet i 2009 da 64% av leger i USA viste seg å være å bruke smarttelefoner i sin kliniske praksis. The Manhattan omtale studien videre spådd at denne veksten vil fortsette å stige til 81% av leger og helsepersonell klinikere gjennomføringssmarttelefon-bruk i klinisk praksis innen 2012. ²² Mens videre forskning ikke har blitt gjennomført for å finne ut om denne oppadgående trenden har faktisk fortsatte å klatre, det er rimelig å anta, med den kjente implementering av teknologi i helsevesenet, at bruken av smarttelefon plattformer i klinisk praksis vil bli mer vanlig.

er ikke klarlagt dagens bruk av smartphone programmer i fysioterapi praksis. Det har ikke vært noen studier som evaluerte bruken av smartphone video analyse applikasjoner av en fysioterapeut til dags dato. Imidlertid har ulike smartphone programmer blitt brukt av private fysioterapeuter som et gjennombrudd hjelpeverktøy i outpatient ortopediske innstillinger for bruk i både rehabiliterende og opplæring utøvere av ulike disipliner. Smartphone apps er også tilgjengelig som kan måle leddvinkler, noen som har blitt validert. ^{23, 24} Individuelle terapeuter har begynt å bruke ulike analyse applikasjoner på smarttelefoner for visuell tilbakemelding for pasienten og for enklere oversikt over ulike komponenter som kan være mangler i pasientens gangart syklus, basert på anekdotiske bevis. Men gyldigheten av disse tiltakene er fortsatt ukjent. Den begrensede forskningen som eksisterer om disse smartphone video analyse applikasjoner har fokusert på validering av kinematiske ganglag parametere, spesielt ankel, kne og hofte vinkler, i frontal plan, ²⁵ og inter-rater reliabilitet av enheten. ²⁶ Det finnes ingen studier hittil som har validert bruken av smarttelefonen video analyse applikasjoner for å spille inn kinematics av ​​gangart i sagittal plan, som oftest utført i klinisk ganganalyse.

Hensikten med denne studien var å teste samtidig gyldigheten av kinematiske tiltak registrert av smarttelefon program og sammenligne dem til tiltak innspilt av en 3D motion capture-systemet i sagittal plan. Vi spår at det vil være ingen signifikante forskjeller mellom de tiltak som er registrert av smarttelefonen søknaden i forhold til de tiltak som er registrert av 3D motion capture system. Den sekundære formål er å teste om to forskjellige plasseringer av smarttelefonen kameraet fra motivet (nær avstand av 2-m; langt avstand på fire -nt forskjell i tiltak mellom de to forskjellige plasseringer av smarttelefonen kamera Den endelige formålet med studien. er å utarbeide en protokoll for klinisk video ganganalyse ved hjelp av en smarttelefon program.

Protocol

Denne protokollen ble godkjent av Institutional Review Board of Wayne State University. 1. Eksperimentell Forberedelse Posisjons kameraer for å fange hele 6-meter gangvei. Bruk en total av 4 3D bevegelse fanger kameraene til å ta gang over en 6-m gangvei. Plasser hvert av kameraene på de 4 hjørnene av 6 m gangvei. Orienter hvert av kameraene på de diagonale endene av gangvei til å møte hverandre. Samle høyde, vekt og benlengde tiltak av hver de…

Representative Results

Alle 32 personer fullførte de 6 walking prøvelser; Men data fra seks av deltakerne ble ikke inkludert i dataanalysen på grunn av tekniske problemer som resulterer i dårlig markør sikt. De absolutte målefeil av kne vinkler var minst under toe off hendelser (3,12 ± 5,44 grader) sammenlignet med hælen streik (5,81 ± 5,26 grader) (tabell 1b). Det var ingen statistisk signifikante avtaler (P> 0,05) mellom smarttelefon program og 3D motion capture mål på kne vink…

Discussion

Hensikten med denne valideringsstudie var å avgjøre gyldigheten av et fritt tilgjengelig program smarttelefon for å være klinisk brukes som en objektiv og kostnadseffektiv måte å bruke smarttelefonen teknologi for kinematisk gangart analyse i klinisk setting. Eksisterende valideringsstudier som undersøkte kinematiske tiltak med en smarttelefon program er begrenset, og har ikke vurdert dynamiske kinematiske tiltak er tatt under gangart i sagittal plan. Dette valideringsstudie er den første som har undersøkt kine…

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