Video rörelseanalys använder 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

Användningen av smartphones i klinisk praxis ökar stadigt med tillgången på Ande / fritt tillgängliga "appar" som kan användas för att bedöma mänsklig gång. Det primära syftet med detta manuskript är att testa den samtidiga giltigheten av kinematiska åtgärder som spelats in med en smartphone ansökan i jämförelse med en 3D-motion capture-system i sagittalplanet. Det sekundära syftet var att utveckla ett protokoll för kliniker på inrättandet av smartphone kamera för videorörelseanalys.

Sagittalplanet knävinkel mättes under hälisättning och tå av händelser med den smarta telefonen app och en 3D motion-capture-system i 32 friska försökspersoner. Tre försök utfördes vid nära (2-m) och långt (4-m) smartphone kamera avstånd. Ordningen av avstånden var randomiserad. Regressionsanalys utfördes för att uppskatta höjden av kameran baserad på antingen objektets höjd eller benlängd.

absolute mätfel var stone under tå av (3,12 ± 5,44 grader) jämfört med hälisättning (5,81 ± 5,26 grader). Det var signifikant (p <0,05) men måttliga avtal mellan ansökan och 3D-motion capture åtgärder knä vinklar. Det fanns inte heller några signifikanta (p> 0,05) skillnader mellan de absoluta mätfel mellan de två kamerapositioner. Mätfelen i genomsnitt mellan 3 – 5 grader under tå ut och hälisättning händelserna under gångcykeln.

Användningen av smartphone apps kan vara ett användbart verktyg i kliniken för att utföra gång eller rörelseanalys människa. Ytterligare studier behövs för att fastställa noggrannheten vid mätning rörelser övre extremiteten och bål.

Introduction

Bedömning av mänsklig gång är en nyckelkomponent i sjukgymnastik utvärdering och klinisk beslutsprocessen. ¹ Gång bedömning är ett ofta använt kliniskt verktyg för att bedöma gång underskott hos patienter med neurologiska och muskuloskeletala underskott. Omvärdering av gång kan sedan ge läkaren med information om effekten av en intervention för att uppnå de mål de ställt upp vid sitt första utvärdering. Det finns ett nationellt erkänt behov i USA för sjukgymnaster att utnyttja standardiserade mätningar utfalls vid utvärdering av patienter. ² Detta behov härrör från den snabbt föränderliga landskapet försäkringsersättningspolitik, liksom en betonade skift för sjukgymnaster att lita mera på evidensbaserade metoder. ³ Det finns många effektmått för att bedöma olika aspekter av gång, som kan observeras i ett antal olika sätt, inklusive: visUAL observation av en läkare, funktionella bedömningar inspelad video åtgärder, elektroniska gångar, tredimensionell rörelseanalys programvara, etc. I kliniska inställningar är observations (visuell) gånganalys vanligtvis utförs, eftersom det kräver minimal utrustning och tid.

Medan observationsgånganalys används ofta inom kliniken, är det fortfarande en subjektiv bedömning. ⁴ Därför kan faktorer som terapeut erfarenhet, synskärpa, avstånd från motivet (kameraavstånd), mätverktyg och andra sådana faktorer införa variabilitet och felaktig bedömning. Potentialen för en sådan variation visar ett kritiskt behov av en mer tillförlitligt sätt för mätning, vilket i slutändan kan övervinnas genom användning av giltiga instrumentering. ⁵

Sedan starten, videography och tillhörande teknik har använts för att undersöka olika funktionella begränsningar resulting från nedsatt rörelseförmåga samt en form av visuell feedback. Detta är akut sant när det gäller att gångstil bedömning. Stuberg et al. fann att "videography utrustning är allmänt tillgänglig på kliniken … och ger läkaren med ytterligare objektiv information om kroppshållning och gemensam ståndpunkt under gångcykeln." ⁴ Eftersom tekniken har fortsatt att förbättras, så har kapacitet videoanalys. Dessa funktioner ger sjukgymnast med större förmåga att kliniskt utvärdera de olika parametrarna i gång.

De två nyckelparametrar som sjukgymnaster fokuserar på inkluderar kinematiska och Spatiotemporal parametrar. Som namnet antyder, Spatiotemporal åtgärder inslag av avstånd och tid. Specifikt för en rörelsecykel skulle Spatiotemporal åtgärder omfattar men inte begränsas till, steglängd, steglängd, kadens och hastighet. ⁶ Kinematiska åtgärder på other sidan fokus på gemensamma rörelser / rotationer av de nedre extremiteterna som observerats under varje rörelsecykel.

Ett antal vetenskapliga artiklar har publicerats som har citerat användningen av videorörelseanalys som utfallsmått, särskilt 2D kamerasystem, för att bedöma kinematik, Spatiotemporal, eller en kombination av båda typerna av parametrar. Dessa artiklar har utvärderat olika kliniska populationer, inklusive personer med en historia av stroke (CVA), traumatiska hjärnskador (TBI), ryggmärgsskador (SCI), Parkinsons sjukdom (PD), cerebral pares (CP), och friska individer. Den schematiska nedan (figur 1) utgör ramen som antogs för att identifiera relevanta granskad litteratur som har publicerats om detta ämne.

Figur 1. Schema för artikel urvalskriterier. the schema beskriver de steg som används vid val av vetenskapliga artiklar för att fastställa vilken typ av variabler som rapporterades i gånganalys. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Huvuddelen av de forskningsstudier som har använt videorörelseanalys för inspelning gångparametrar var valideringsstudier. Kinematiska valideringsstudier kan ytterligare delas upp i en av tre kategorier: bedömning onormal rörelse till följd av en specifik diagnos / patologi, ⁷ undersöka gemensamma vinklar under specifika funktionella rörelser, ^{8, 9} och utvärdera effekten av behandling via jämförelse av pre-ingripande rörelse och efter interventionen rörelse. ^{10, 11} Likaså forskningsstudier bedöma spatiotemporal paramätare kan också delas upp i tre kategorier: bedömning av onormal rörelse till följd av en viss patologi, ^{12, 13, 14} undersökning av en plattform under en viss funktionell aktivitet, ^{15, 16} och bestämning av effekten av en specifik intervention. ¹⁷ De studier som utvärderade både kinematiska och Spatiotemporal parametrar i första hand syftar till att fastställa effektiviteten hos särskilda behandlingsinsatser såsom ortoser ¹⁷ eller kroppsvikt / partiell kroppsvikt stöds löpband utbildning. ^{18, 19} En preliminär deskriptiv analys av dessa artiklar fastställs att 52,1% av studierna (summan av dem som söker enbart på kinematik (30,4%) och de som undersökte en kombination av parametrar (21,7%)) researched kinematiska parametrar med en 2D kamerasystem. Detta är i jämförelse med 69,5% av de artiklar (summan av artiklar som forskat Spatiotemporal parametrar (47,8%) och en kombination av parametrar (21,7%)) som bedömt Spatiotemporal parametrar.

De metodologiska skillnader i inspelning och bedöma kinematiska och Spatiotemporal gångparametrar också ses i klinisk praxis när det gäller vilken typ av observationsgånganalys som används. Spatiotemporal parametrar bedöms med mycket större frekvens som indikeras av forskningen. Det finns tre allmänt överenskomna skälen till denna utveckling: låg kostnad, enkel användning, och förekomsten av ett standardprotokoll för att mäta sådana parametrar. Observational kinematiska mätningar har visat sig ha mycket låg intra-rater (60%) och inter-rater tillförlitlighet (40% – 94%) i kliniska situationer. ⁴ Detta brett utbud förstås bero på variationen i placeringen av markörer påbeniga landmärken och de särskilda verktyg som används för att bedöma gemensamma vinklar. Små skillnader i läge placeringen av markörerna kan signifikant ändra de resulterande vinklar. Spatiotemporal mätningar har mycket högre tillförlitlighet (mellan 69% – 97%), i synnerhet när man använder papper, penna och stoppa klockan metod för att bedöma gång. ²⁰

De tekniska framsteg under de senaste årtiondena har förändrats väsentligt hur vården praktiseras. Med det nyligen dykt upp smartphones, tillgång till Internet, online-forskningsartiklar, och andra elektroniska resurser är nu mer lättillgängliga för kliniker när som helst. Martin et al. rapporterade att "allmän användning av smartphones ökar i klinisk praxis, medicinsk utbildning och forskning." ²¹ I denna studie svarade mer än 50% av läkare under 35 år att de har genomfört med hjälp av en smartphone i klinisk praxis. Denna trend INCRlättade under 2009 då 64% av läkarna i USA visade sig att använda smartphones i sin kliniska praktik. Manhattan Review studie förutspådde också att denna tillväxt kommer att fortsätta att klättra till 81% av läkare och sjukvårds kliniker genomför smartphone användning i klinisk praxis av 2012. ²² Även om ytterligare forskning inte har utförts för att bestämma om denna uppåtgående trend verkligen har fortsatt att stiga, det är rimligt att anta, med den kända genomförandet av teknik inom vården, att användningen av smartphone plattformar i klinisk praxis kommer att bli allt vanligare.

Den nuvarande användningen av smartphone applikationer i sjukgymnastik praktiken har inte fastställts. Det finns inga studier som utvärderar användningen av smartphone videoanalysapplikationer av en sjukgymnast hittills. Emellertid har olika smartphone applikationer använts av individuella fysiska terapeuter som ett genombrott hjälpmedel verktyg i outpatient ortopediska inställningar för användning i både rehabiliterande och utbildning idrottare i olika discipliner. Smartphone apps finns också tillgängliga som kan mäta gemensamma vinklar, av vilka några har validerats. ^{23, 24} enskilda terapeuter har börjat använda olika analysapplikationer på smartphones för visuell återkoppling för patienten och för att underlätta fördelningen av olika komponenter som kan saknas i en patients rörelsecykel, baserat på anekdotiska bevis. Men giltigheten av dessa åtgärder är fortfarande okänd. Den begränsade forskning som existerar om dessa smartphone videoanalys program har fokuserat på validering av kinematiska gångparametrar, särskilt fotled, knä och höft vinklar, i frontalplanet, ²⁵ och inter-rater tillförlitligheten hos anordningen. ²⁶ Det finns inga studier hittills som har validerade användningen av smartphone videoanalysapplikationer för att spela in kinematics av ​​gång i sagittalplanet, vilket är vanligast utförs i klinisk gånganalys.

Syftet med denna studie var att testa den samtidiga giltigheten av kinematiska åtgärder registrerats av smartphone ansökan och jämföra dem med åtgärder som spelats in med en 3D-motion capture-system i sagittalplanet. Vi förutspår att det kommer att finnas några väsentliga skillnader mellan de åtgärder som registrerats av smartphone ansökan jämfört med de åtgärder som registrerats av 3D-motion capture-system. Den sekundära syftet är att testa om två skilda placeringar av smartphone kameran från motivet (nära avstånd av 2 m, långt avstånd av fyra -NT skillnad i åtgärder mellan de två distinkta placeringar av smartphone kamera Det slutliga syftet med studien. är att utarbeta ett protokoll för klinisk video gånganalys med hjälp av en smartphone ansökan.

Protocol

Detta protokoll godkändes av Institutional Review Board av Wayne State University. 1. Experimentell Beredning Position kameror för att fånga hela 6-m gångväg. Använd totalt fyra 3D-rörelser fångar kameror för att fånga gå över en 6-m gångväg. Placera var och en av kamerorna på 4 hörnen av 6 m gångväg. Orientera var och en av kamerorna på de diagonala ändar av gångvägen för att möta varandra. Samla längd, vikt och benlängd åtg…

Representative Results

Alla 32 patienter avslutade 6 walking prövningar; var dock data från sex av deltagarna som inte ingår i dataanalysen på grund av tekniska problem som uppstår i dålig markör synlighet. Den absoluta mätfel av knä vinklar var minst under tå av händelser (3,12 ± 5,44 grader) jämfört med hälisättning (5,81 ± 5,26 grader) (Tabell 1b). Det fanns inga statistiskt signifikanta avtal (P> 0,05) mellan smartphone ansökan och 3D motion capture åtgärder knä vin…

Discussion

Syftet med denna valideringsstudie var att bestämma giltigheten av en fritt tillgänglig smartphone ansökan för att kliniskt användas som ett objektivt och kostnadseffektivt sätt att använda smartphone teknik för kinematisk gånganalys i klinisk miljö. Befintliga valideringsstudier som undersökts kinematiska åtgärder med en smartphone ansökan är begränsade och har inte bedömts dynamiska kinematiska åtgärder som registrerats under gång i sagittalplanet. Denna valideringsstudie är den första att ha und…

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