Abstract
Rumsliga och tidsmässiga egenskaper hos människans vandring ofta utvärderas för att identifiera eventuella gång nedskrivningar, främst i ortopediska och neurologiska patienter 1-4, men även hos friska äldre vuxna 5,6. Den kvantitativa gånganalys beskrivs i detta protokoll utförs med en nyligen infört fotoelektriska systemet (se Material tabell) som har potential att användas i kliniken, eftersom den är bärbar, lätt att sätta upp (inget ämne förberedelser krävs innan ett test ), och som inte kräver underhåll och sensorkalibrering. Den fotoelektriska systemet består av serier av hög densitet golv-baserade fotoceller med ljusavgivande och ljusmottagande dioder som är placerade parallellt med varandra för att skapa en korridor, och är orienterade vinkelrätt mot linjen för progression 7. Systemet känner helt enkelt avbrott i ljussignal, till exempel på grund av förekomsten av fötter i inspelningsområdet. Temporalgångparametrar och 1D rumsliga koordinater varandra följande steg därefter beräknas för att ge vanliga gångparametrar såsom steglängd, enda lem support och promenader hastighet 8, vars giltighet mot ett kriterium instrument har nyligen demonstrerats 7,9. Mätmetoden är mycket enkel; en enda patient kan testas på mindre än 5 min och en omfattande rapport kan genereras i mindre än en minut.
Introduction
Walking är en av de viktigaste fysiska aktiviteter i vardagen, och är en viktig faktor för livskvaliteten för äldre och patientgrupper som får lämna med gång försämringar. Klinisk utvärdering av gångfunktion är därför viktigt att avslöja eventuella förändringar inducerade av åldrande och / eller neurologiska / ortopediska sjukdomar, men också för att bevisa de funktionella fördelarna med en behandling. Olika instrument har utvecklats för kvantitativ bedömning av gångparametrar, t.ex. kraftplattor, videobaserad 3D rörelseanalys, kroppsmonterade accelerometrar 10,11, och instrumente gångväg mattor eller löpband 12. Emellertid är dessa system används huvudsakligen för forskningsstudier i stället för kliniska ändamål eftersom de är komplicerade att använda, har låg tillgänglighet, och ömtåliga givarna.
Ett golv-baserade fotoelektriska systemet har nyligen införts, vilket kan ge ett giltigt calcirkulation av tidsmässiga funktioner och 1D rumsliga koordinater gångsteg. Detta mätinstrument har flera fördelar jämfört med befintliga system: det är lätt att hantera, data samlas in mycket snabbt, är det enkelt att skapa en detaljerad rapport, och det är ett modulsystem, vilket innebär att den längd hos systemet kan ändras . Således kan den användas med tillförsikt att mäta inom-gruppen förändringar i längsgående bedömningar och mellan-grupp skillnader i tvärsnitts jämförelser. Målen för den beskrivna protokollet är att fokusera på utrustningen och dess installation, samt att objektivt och utan krångel beskriva de förfaranden för bedömning för att utvärdera Spatiotemporal gångparametrar hos äldre och patientgrupper.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Protokollet följer riktlinjerna i lokala humant etikkommitté i Zürich (KEK Zürich).
1. Installation av maskinvara (figur 1)
- Använd två 10-m uppsättningar av golvbaserade barer och placera dem parallellt med varandra (och till raden av progression) för att skapa en korridor med en inter-set avstånd på ca 1 m.
OBS: Detta avstånd kan ökas upp till 8 m. Varje bar har en längd på 1 m och består av 96 lysdioder. - Göra skillnad mellan ljusöverförande (T) och ljusmottagande (R) enheter för montering av stängerna genom att placera den ljusöverförande (T) enheter på den högra sidan och den ljusmottagande (R) enheter på den vänstra sidan med avseende på gångriktningen.
OBS: Den första mätaren barer (både T och R) har silver trummor. T och R-barer belägna på de resterande 9 m är alla lika och utbytbara. - Anslut alla barer i rad med lock (trådlös). Använd 2 power leveranser: en för varje uppsättning av barer (T och R).
- Anslut den första R fältet till den bärbara datorn med en USB-kabel.
- Placera kameran bredvid den första baren för offline-kontroller (t.ex., utgångs fot), och anslut den till den bärbara datorn med en USB-kabel.
- Sätt en markering 2 m före och efter i början och slutet av spåret.
- Slå på den fotoelektriska enheten med hjälp av on-off knapp på den första R och T bar.
- Kontrollera att kontroll-LEDs som finns på alla R staplarna är gröna.
OBS: Om så är fallet, är systemet rätt och tester kan börja; men om en eller flera av kontroll-LEDs är röda systemet är inte rätt inställt och / eller ansluten. Styr alla lock genom att kontrollera att de är helt klickas på plats, och sedan stänga av systemet och om igen.
Figur 1. photoelectric systemet består av ljusöverförande (T) och ljusmottagande (R) enheter som är placerade parallellt med varandra med ett avstånd av cirka en meter. Kameran är installerad i närheten av startområdet för kontrolländamål. Den bärbara datorn är ansluten med USB-kablar till den första R-baren och på kameran. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
2. Installation och Beredning av ett test
- Ladda programvaran driver fotoelektriska system från www.optogait.com/Support/Downloads. Obs! Detta protokoll beskrivs med hjälp av 1.8.1-versionen.
- Om programmet används för första gången för gånganalys skapar ett nytt test på följande sätt (annars vidare till steg 2.3):
- Välj Test klicka sedan på Definiera / Ändra tester. Klicka nu på Gång test och välj Duplicera test.Klicka på Bekräfta i popup-fönstret så att testet dupliceras.
- Dubbelklicka på det duplicerade prov för att ändra namnet (t.ex. Gait Test 10 bar) och välj 10 för antalet staplar. Använd standardparametrar för gångtestet, som visas i figur 2. Slutligen, välj Spara för att spara alla ändringar.
- Lägg till en ny patient till databasen. Välj Patienter, klicka på Infoga / Ändra patienten, och klicka sedan på Ny patient för att mata in data. Sedan spara informationen.
Figur 2. Standard inställningar för en gångtest med 10 bar, som beskrivs i det nuvarande protokollet. Dessa inställningar måste definieras när den fotoelektriska systemet används för första gången. I detta protokoll start foten inte är definierad.Systemet börjar mäta när patienten kommer in i inspelningsområdet och slutar mäta när patienten lämnar mätenheter. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
3. Testförfaranden
- Alltid ge samma instruktioner till patienten 13.
- Instruera patienten att gå med platt-sulor skor längs 10-m gångväg vid två olika hastigheter: normal ("walk i en takt som är bekvämt för dig"), och snabbare än normalt ("walk i en takt som är snabbare än du normalt skulle gå ").
- Be patienten att titta rakt fram under de gående försöken.
- Be patienten att inleda det första steget med samma fot för att bättre standardisera testförhållandena.
- Be patienten börja gå 2 m före den första fotoelektriska baren och att ingå varje stial 2 m efter den sista bar i syfte att bibehålla konstant gångart hastighet 13.
- Demonstrera ett försök med normal hastighet till patienten.
- Begär patienten att utföra tre förtrogen försök följt av en experimentell studie vid varje hastighet. Alltid kompletta normala hastighetsförsök först.
- För att göra sig redo med programvaran, klicka på Testa och sedan Kör för att starta mätningarna med den skapade testet.
- Välj patienten genom att klicka på Select, väljer patienten och sedan klicka på Bekräfta.
- Välj testet genom att klicka på Välj, och välja test t.ex. Gait Test 10 bar. Kontrollera att endast detta test väljes för mätningen.
- Placera kameran så att den kan spela in hela promenad. Ändra kamerans position samtidigt kontrollera den levande bilden på skärmen på din bärbara dator.
- Slutligen klickar du på Körigen.
OBS: Nu programvaran är redo att mäta. Så snart patienten kommer in i barerna, börjar systemet att mäta och en pop-up fönstret som öppnas startfoten.
- Klicka på lämplig fot så att gångparametrar kommer att beräknas korrekt.
OBS: Kameran spelar automatiskt när testet startar. - Spara testet.
4. Dataanalys
- Klicka på Resultat för att visa slutförda studier. Klicka sedan på pilen bredvid testet av intresse att föra testet från Testlistan till avsnittet Testanalys. Klicka nu på Visa för att visa den valda testet. Se avsnittet Resultat för alla tester som utförs i denna studie.
OBS: Ett fönster med alla testdata visas (Figur 3). På den vänstra sidan av fönstret finns det några kommandoknappar för att aktivera olika funktioner. Den andra delen av fönstret visar 4 types av information om det aktuella testet. Varje mängd information kan visas / döljas med hjälp av konfigurationskommandon. Från toppen till botten objekten är följande: video, diagram som visar resultaten, bord med numeriska data och fotoelektriska barer. - Klicka på Gång data att visa en gång rapport (Figur 3).
- Klicka på Print (ett fönster med rapporten visas) för att skriva ut rapporten.
OBS: Rapporten kan skrivas ut som den är eller kan ändras. För de olika Spatiotemporal parametrarna är följande resultat presenteras i rapporten: medelvärde ± standardavvikelse (SD) för vänster och höger sida, variationskoefficienter (CV) som uttrycker gång variabilitet 14,15, och procents skillnad mellan vänster och höger sida (asymmetri).- Om det behövs, ändra rapporten så här: öppna rapporten som beskrivs ovan (steg 4.3). Klicka på knapparna Visa eller Dölj på vänster side på skärmen för att anpassa de presenterade data och diagram i rapporten.
- För att ändra logotypen och / eller sidfoten på rapporten, klicka på respektive knapp (Ändra logotyp eller Ändra sidfoten) att ändra dessa parametrar.
- Att jämföra två eller flera tester utförda vid olika tillfällen, till exempel, före och efter en insats, väljer de olika tester i resultatdelen genom att klicka på pilen bredvid testerna och klicka på knappen Jämför.
OBS: En rapport med direkt jämförelse av alla parametrar i de olika testerna visas.
Figur 3. Skärmdump av alla testdata. Kommandoknapparna visas till vänster i fönstret (t.ex. genom att klicka på Skriv ut en rapport genereras, vilket kan eventuellt ändras). Den andradelen av fönstret visar följande information om det aktuella testet, uppifrån och ned: video, diagram som visar resultaten, bord med numeriska data och fotoelektriska barer. Dessa uppgifter kan visas / döljas med hjälp av knappen Konfigurera på höger sida. Den faktiska uppfattning av data kan ändras genom att klicka på Gång data eller Gait rapport, respektive. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
En nyligen genomförd studie visade giltigheten av den fotoelektriska systemet mot ett kriterium instrument (en validerad elektronisk gångväg) för bedömning av Spatiotemporal gångparametrar i ortopediska patienter och friska äldre kontroller 7. Samma mellan-grupp skillnader i gång variabler detekterades genom de två systemen. Även om samtidig validitet var utmärkt, med intraclass korrelationskoefficienter på mellan 0,933 och 0,999 (p <0,001), en systematisk partiskhet (p <0,001) observerades mellan de två mätinstrument. Stance tiden och cykeltiden var signifikant längre medan sväng tid och steglängden var kortare för den fotoelektriska systemet än för elektroniskt gångväg. På samma sätt var gånghastighet och kadens något (1-2%), men betydligt lägre för den fotoelektriska systemet.
Data från en representativ rapport presenteras i figur 4. I rapporten visar resultaten av enwalking studie, utförd vid normal hastighet med 12 steg (6 vänster och 6 höger). Spatiotemporal gångparametrar i denna studie presenteras som medelvärde ± SD och CV för vänster och höger sida. Dessutom skillnaden procent mellan vänster och höger sida (Diff.) Presenteras. Data för den vänstra och högra sidan presenteras i lila och turkos, respektive. De vanligaste gångparametrar såsom steglängd, ståfasen, swing fas, enda stöd, steg tiden, kadens och hastighet är omedelbart (on-line) beräknas och presenteras på skärmen under själva försöken (Figur 3). Samma värden presenteras i off-line gång rapport (Figur 4). Procents skillnad mellan de två sidorna uttrycker det så kallade sida till sida (eller bilateralt) asymmetri som är en bra indikator på gång återhämtning, t ex före och efter en insats. Återvinning av symmetrisk gång funktionen är en av de primära målen i patienter rehabilitering så att regain självständighet i dagliga aktiviteter. CV används som en indikator på gång variation, som i allmänhet är förhöjd hos patienter med kliniskt relevanta syndrom såsom fallande och neurodegenerativa sjukdomar 16,17 och därför är det en relevant resultatmått för neurologiska patienter och patienter med mild kognitiv nedsättning och demens.
Figur 4. Representant gång rapport från en vandringsled genomförts vid normal hastighet med en ortopedisk patient. Siffran på toppen ger en förenklad rörelsecykel med de olika tidsgångparametrar (per fot). I tabellen redovisas genomsnitt testdata för varandra följande steg för det valda testet. För de olika Spatiotemporal gångart parametrar följande resultat presenteras: medelvärde ± standardavvikelse (SD) för vänster och höger sida, koefficient variatipå (CV) för vänster och höger sida, och procent skillnad (Diff.) mellan vänster och höger sida. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Protokollet presenteras här kan användas för att utvärdera rumsliga och tidsgångparametrar hos patienter (ortopedisk, neurologisk, kardiorespiratoriska, etc.) och friska äldre vuxna med ett nyligen infört fotoelektriska systemet. Den totala längden och bredden av systemet kan moduleras beroende på det tillgängliga utrymmet och budget. Den beräknade kostnaden (i Europa) är cirka 2.800 dollar per meter för en 10-meters-system och minsta rekommenderade längd är 3 meter för golvbaserad gånganalys. Ett nytt inslag i den fotoelektriska systemet har också nyligen införts, som består i att stänga korridoren med ytterligare två barer som är placerade vinkelrätt mot T och R-barer och därigenom skapa ett slags rutnät som möjliggör beräkning av 2D stegljud mönster. Dessutom kan endast de två första-metersstänger användas för löpband baserad gånganalys, trots att detta skulle kräva en validering.
Före start av measurements är det viktigt att kontrollera att alla staplar är korrekt ansluten; Detta underlättas av de röda / gröna kontroll lysdioder placerade på varje fotoelektrisk bar. Ett annat kritiskt steg är definitionen av utgångs fot, som måste väljas vid början av varje test. Om fel sida väljs, kan offline modifieringar göras när som helst (öppnar lämpligt test och välj Gång rapport, sedan ändra foten), även efter att ha kontrollerat startfoten (och alla andra eventuella tvivel) på videon.
Den största begränsningen med detta protokoll är att använda självvalda gånghastigheter (normala och snabbare än normalt), eftersom alla Spatiotemporal gångparametrar är betydande påverkas av gånghastigheten 18. Ett alternativ skulle vara att införa en fast gånghastighet för alla ämnen med hjälp av en metronom (t.ex. vid 4 km / t). Giltighetstiden för detta tillvägagångssätt har emellertid ifrågasatt inte alla patienter kan gåvid en given hastighet och / eller upprätthålla en bestämd gånghastighet. En viktig begränsning av den fotoelektriska systemet är höjden av dioderna med avseende på golvet (3 mm). Detta instrument skattar något hållning tid och underskattar swing tid jämfört med golv integrerade instrument (t.ex. elektroniska gångbanor eller kraftplattor) eftersom dioderna upptäcka rearfoot lastning och framfot lossning 3 mm över golvnivå (se figur 3A i referens 7) 7. På grund av denna begränsning att systemet kan endast ge giltiga data för individer som har möjlighet att ta upp tillräckligt fötterna under promenader och som har en steglängd längre än deras fotlängd 7. Detta skulle kunna utgöra ett problem för utvärdering av gång variabler i vissa allvarligt nedsatt neurologiska patienter.
Eftersom detta fotoelektriska systemet är mycket enkel att använda och giltiga data kan snabbt samlas och enkelt organiserad i en omfattande rapport, är detta enpotentiellt användbart system för klinisk bedömning av Spatiotemporal gång variabler hos patienter och äldre vuxna. Läkare kan faktiskt genomföra dessa bedömningar i rutinmässiga fysiska undersökningar med målen att upptäcka gångrubbningar och / eller för att övervaka patientens framsteg efter en intervention.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har ingenting att lämna ut.
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).
