方法論記事

患者の姿勢と歩行プロフィール ビデオ Rasterstereography とトレッドミル歩行分析による腰椎手術後の評価

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DOI:

10.3791/59103

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2019年3月23日

 ,  , 
1Department of Orthopedics and Trauma Surgery, University Hospital Bonn, 2Department of Orthopedic Surgery, University Hospital Tuebingen

この記事について

サマリー

ここでは、高解像度のビデオ rasterstereography と統合されたセンサー マット装備トレッドミルによる腰椎手術後の患者の歩行能力と姿勢を分析するためのプロトコルを提案する.主観的なレベルで重要な機能の術後評価手術適応の精度と信頼性を高めることができます。

要約

このプロトコルでは、腰椎手術の結果を得るため歩行や姿勢の変数の変更後、患者に高解像度ビデオ rasterstereography とトレッドミル歩行分析を実行する方法について説明します。これらは変更は疼痛緩和の患者報告アウトカムに、関連付けることが観測されました。Rasterstereographic デバイスは、テスト対象の背面の表面に平行光の線をプロジェクトします。これらの行の変形は、デバイスが認識されます。これらのデータから特別なソフトウェアは、三角測量の原理に基づく 3次元分布を生成します。わずか 0.2 mm の誤差で非常に高い精度で姿勢変化を測定できます。歩行と姿勢パラメーターは、ベルトの下で登録のゾーンの 10,200 ミニチュア力センサーを含む電気センサー マット装備トレッドミルを使用して記録されます。トレッドミルで初期の歩行速度は 0.5 km/h の速度が徐々 に増加 0.1 km/h ずつ、各科目彼または彼女個々 最大許容も歩行速度に達するまで。この速度では、パラメーターは 20 s 測定間隔中に記録されます。被験者は、裸足と手すりを保持せずにテストされます。様々 な他のパラメーター、ストライド幅、歩幅、立脚相と足の間で回転が測定されます。両方のメソッドを使用は、高の内と間 observer 信頼性を持っています。これらの高精度な技術の利点は、彼らが客観的かつ患者さんの姿勢や歩行の変化に非常に詳細な視点を提供することです。生成されるデータの量のためにこれらの技術は、しかし、あまり適して日常日常使用するためが、むしろ面白いという評価を科学的に長い用語変更の姿勢で、腰椎手術後例えば患者の歩行能力のような。

概要

このプロトコルでは、客観的に検査官または患者の主観評価と対照をなして腰椎固定手術報告アンケート後に機能的な姿勢と患者の歩行分析を実行する方法について説明します。姿勢分析のための高解像度ビデオ rasterstereography の構成は、セットアップと圧力センサーが歩行分析のトレッドミル セットアップを装備しました。腰椎手術後に患者からこれらの手法によって得られた結果は、主観的に報告された痛みの軽減と比較されます。

脊髄外科技術と成果は、過去年にわたって大幅に改善している、場合でも手続きの増加1,2でも実行、個々 の術後に不満を持って患者の絶対数の増加につながる結果。外科手術からお越しの最も可能性の高い患者を特定することが重要ですので。このスキルの開発は密接に関連付けられて一定術後アウトカム評価と手術の初期適応の再評価です。

までに、術後の結果は主アンケート3,4,5痛みと機能の主観的な患者報告レベルで判断されます。これらのアンケート、ただし、常に主観的影響し、だけではなく客観的物理的な異常患者の態度や信念、心理的苦痛と病気の動作によっても影響を受けます。興味深いことに、x 線、コンピューター断層撮影または磁気共鳴イメージ投射調査結果も、高インター ・ イントラ-オブザーバー変動6,7,8,9,10になりやすい.さらに放射線イメージング、ただし、のみ提供手術の静的な技術評価。脊椎手術後機能の結果を客観的に評価するための手段が明確に無い。

患者さんの姿勢と歩行一般的に痛みの感知されたレベルにして生活の全体的な質11,12にリンクされるようになっています。したがって、術後の結果の最も重要な要素の 1 つ関数を考慮することができます。患者の全体的な機能の満足度は、脊椎のアライメント、後弯、前弯および椎体の回旋13,14,15に関連するようです。腰椎手術は、脊椎の解剖学的曲率を復元しようとすると従って筋肉のバランス、姿勢の適応が期待される16。復元された腰椎前彎が痛みを軽減するため無痛歩行能力の結果と相補的です。

表面分析の手法は 1970 年代後半から高崎メドウズらと Drerup らの作品と 80 年代にさかのぼる17,18,19,20,21。三角測量の原理に基づき、この手法を使用する測定誤差は 0.2 mm 22の。技術は広く使用され、放射線無料診断と側弯症23,24患者のフォロー アップのテストです。側弯症患者の評価においては、セットアップは、信頼性と妥当性および優秀なイントラ - と採点者間信頼性25を示した。患者さんにもより機能的なビューでは、歩行の分析を提供しています。患者さんの歩行を記述するために使用される異なるパラメーターを登録する一般的な手法は、トレッドミルの実験のセットアップです。したがってストライド幅、非常に高精度26,27,28,29,で歩幅姿勢相と足の回転、それぞれの足の圧力分布を測定できます。30,31. トレッドミル セットアップのすべてのシングル ステップ32を追跡しながら患者さんの歩行を測定する利点は腰痛患者歩きながら腰椎への影響を減らすための戦略を使用するようである、一方。

仮説は、歩行や姿勢の病理パターンを腰椎手術に変更し、これらの変更が患者からの報告結果測定すなわち、痛みのレベルで検出可能な緩和の相関関係が。ビデオ rasterstereography とトレッドミル歩行の分析と想定される変化を測定できます。姿勢と歩行についての追加情報は、全体的な機能の状態と満足度14,15,33と従って比較できます。

プロトコル

研究開始前に、からチュービンゲン大学で整形外科と大学病院チュービンゲンの倫理委員会による承認が得られました。参加する前にすべての科目から書面によるインフォームド コンセントを受信しました。

1. 忍耐強い募集と準備

  1. 腰背中の痛みと椎間板変性症に苦しんでいる対象を 18 歳以上を高齢者を募集します。
    1. 関連患者の医療記録、磁気共鳴画像、現在の鎮痛薬や理学療法の歴史から結果痛みのバックとしてすべての関連データを収集します。
    2. 拡張子と体幹前傾屈テスト圧痛点を探して腰背中の痛みの起源を識別するために整形外科の診察を行い、まっすぐ足の昇給を行います。鑑別診断の股関節屈曲, 拡張機能、回転などに対するテストもできます。
      注: 30 科目と 28 参照科目は、元の研究に使用されました。
  2. 主語が各主要筋肉の身体診察によってすぐに手術を必要とする下肢の神経学的赤字を持つを排除します。
    注:本研究では、グレード 3/5 (Janda の分類) 未満の下肢の感覚システムの赤字はされません。
  3. 対象が通常の歩行能力を呈するし、背骨のすべての急性腫瘍や感染病理学は表示されませんを確認します。
    注:背骨の悪性腫瘍や感染症の病理は、磁気共鳴画像で表示されます。
  4. 脊椎・脊髄手術のための主題をスケジュールします。
  5. 研究参加のインフォームド コンセントに署名するすべての科目をお願いします。
  6. 次の実験のセットアップの測定日をスケジュール (1.7, 1.8, 1.9 を参照してください。、1.10。) 件名に。
  7. 手術の前日の最初の測定を実行します。
  8. 区レベルの上を歩くを取り戻したとき、手術後約 7 日目の測定を実行します。
  9. スケジュールを設定し、術後第 3 測定 3 ヶ月を実行します。
  10. スケジュールし、術後 1 年間の 4 番目の測定を実行します。
    注:検査中にオスウェストリー障害索引 (ODI) 34アンケートを完了して数値疼痛評価スケール (NRS) 35彼らの通常の値を示す件名を求めます。
  11. プロトコルのセクション 2 の下でその後指示に従って各訪問で件名の歩行、姿勢の分析を実行します。

2. 実験的なデザイン

  1. アンケート
    1. 件名オスウェストリー障害索引 (ODI) アンケートを完了し、彼または彼女の通常の値数値疼痛評価スケール (陸) を示すことを求めます。
  2. Rasterstereographic 分析
    1. 測定点の設定を実装します。
      1. 光立体に測定の原理に基づくデバイスを使用するには、特定の解剖学的ランドマークの椎骨 prominens、2 つの腰えくぼ、rima さんアニの仙骨ポイントの検出が可能します。
      2. 光のグリッドを患者さんの背中のラインし、光光走査カメラが含まれているプロジェクトがプロジェクターを用いたモアレの原理に背骨構成を推定する装置を使用します。
        注:三角測量の原則に基づいて、ソフトウェアは、行の予測を分析し、患者の表面 (7,500 ポイント) の 3 D モデルを生成します。
      3. 2 つの主要モジュールと測定システムの構築: 平行線の予測を出力、カメラ (15 Hz) で反射と製造元の解析ソフトウェアがインストールされたパソコンをキャプチャ光プロジェクター ユニット。
      4. さらに、2.5 m × 2 m を切る作品プレーン黒布または類似のコントラストを改善するために撮影した画像の背景を完全カバーします。
    2. すべての 4 つの必要な解剖学的ランドマークを公開する腰に頭から服を脱ぎ対象を求めて測定プロセスを開始: 椎 prominens、2 つの腰えくぼリーマ アニ末の頭蓋と仙骨ポイントと首。
    3. 特に尾のランドマークが表示されるもことを確認します。これは主題がズボンを開き、それらを少し下げる必要があります。
    4. 足肩全体でリラックスした標準的な解剖位置で自由に、素足を離れて立って件名をしましょう。
    5. 位置を被写体の正面黒い背景が付いている壁の方を向いてカメラ デバイスに彼または彼女のバックを対象としています。
      1. それはすべての測定値の中に 200 cm にする必要があります、被写体の表面・裏面から測定テープでカメラ デバイスまでの距離を測定します。
    6. 件名肩全体のフィート離れて、リラックスした標準的な解剖位置で自由に、裸足が立っている間、ソフトウェアのランドマーク自動検出の画面上のボタンをクリックして測定を開始します。
      1. スキャン エラーの場合手動で位置を調節してランドマーク ソフトウェアの製造元の指示に従って実際の解剖学的位置と一致するように (2.2.2 の手順を参照してください)。
    7. 30 の計測時間とシステムを設定する 450 の画像についてカメラ デバイスの 15 Hz のレートにより米がキャプチャされます。
    8. ソフトウェア パネルの生成] をクリックし、結果を待ちます。さらに分析に必要な平均ターミナル値が算出されます。
    9. Let 120 s とその後ステップ トレッドミル デバイス上の主題の残り。

3. トレッドミル歩行分析および (省略可能) 足底圧力の測定

  1. インストルメント化されたトレッドミル、ベルトの下で容量型圧力センサーを含む統合システムを使用して、ストライド幅、ステップ長など歩行パラメーターを登録姿勢相と足の回転。
    1. 10,200 ミニチュア 0.85 × 0.85 cm 容量性圧力センサー マット 150 cm × 50 cm、120 Hz のレートで発揮力の登録上を含むし、1.4 センサー/cm2のマットの空間分解能、測定システムを使用することを確認します。
  2. まず、at は、製造元の測定ソフトウェアを使用して商業パソコン、トレッドミルとビデオカメラを接続します。
  3. 裸足とズボンが膝を重ねトレッドミルの上に立つ被写体を求めます。
  4. 被写体のシャツに安全プラグを接続します。
    注:安全ベルトにより測定安全、トレッドミルの自動シャット ダウン対象つまずくかが場合、ベルトによって押された遠い背部も。また、トレッドミルは緊急停止ボタンまたはコードを介して遮断することができます。
  5. 患者がひっかかった場合トレッドミルから落ちるを防ぐために、トレッドミルの両側に接続されている 2 つの横の鉄道バーを使用します。
  6. 0% で全体の測定中にトレッドミルの傾きを設定します。
    注:必要に応じて、本研究で用いたトレッドミルの斜面を-2 の範囲で調整できるかどう +15% アップ丘のウォーキングをシミュレートするために、0.5% ずつ %。
  7. 10 の 3 回トレッドミル センサー上に自由に立つ被写体を求める、それぞれの足に全荷重分布を登録する s。これらの 3 つの測定の平均値を計算します。
  8. 次の手順でトレッドミルをオンにすると、通常の歩行と、手すりにしがみつくように、可能な限り歩いて被写体を求めます。
    注:手すりを保持せず、トレッドミルの上を歩いてより信頼性の高い結果を取得し、信頼性を高めるために使用することをお勧めします。
  9. 歩いて被写体をさらに、助言粘着テープの 2 つのマーカー間は、正確に統合されたセンサー マットの限界を定義するトレッドミルの表面にあらかじめ添付しました。
  10. トレッドミルを起動した後 0.1 km/h 被験者の個々 の最大も許容歩行速度に達するまで 0.5 km/h から始まっての小さな単位で速度を上げます。増加の間に主題を求めるどのように彼または彼女が感じる快適なウォーキングします。
    注:件名が、彼または彼女が快適に感じる最高の歩行速度に達したときも許容最大歩行速度に達する歩行します。ベルトの速度は、したがっても測定を実行することができます 22 km/h の最高速度毎時 0.1 キロ単位で誘導をすることができます。トレッドミルの最低速度は 0.5 km/h です。
  11. すべての被験者の測定期間が 20 の 2 つの試験 s。残り 60 のテーマを聞かせて、トライアルの間 s。
    注:試験速度は、3.10 のステップで決定した個々 の歩行速度によって指定されます。
  12. 実際歩行プロファイル評価パラメーターと目視相関性を許可するように後ろからビデオカメラで同時に被験者の歩行を映画します。
  13. 測定のエンドのソフトウェアのインターフェイスを使用してレポートとして表示される結果を印刷します。
    注:さらに歩行時の足圧分布を定量化、さまざまな地域に足を細分化するためのソフトウェア ツールの開発が必要です。興味の地域ごとの圧力は N/cm ² で各歩行中に足底に踵から登録されます。8 つの異なる領域が定義される: 後足、midfoot、最初の中足骨頭、2 番目/3 番目の中足骨頭、第 4/第 5 中足骨頭、外反母趾、2 番目/3 番目のつま先と第 4/第 5 つま先。

4. 実験的なデザイン - 統計解析

  1. 2.2.8 と 3.13 市販統計ソフトウェア (材料表) を使用しての手順で得られたデータを分析します。ソフトウェアにインポートをクリックしてデータをインポートします。
    1. レーベン テストを使用して、ヒストグラム、サンプル サイズや検定の結果によってシャピロ-ウィルクまたはコルモゴロフ-スミルノフのテストを使用して、ステップ 2.2.8 3.13 で得られたデータの正規性を評価します。
    2. 平均 (標準偏差) や中央値 (最小値-最大値) によって正常としてデータを提示します。
    3. カテゴリカルな変数として相対または絶対周波数を提示します。
    4. トレッドミル変数のメジャーとマイナーの値に各患者の二国間のデータを整理し、, 対称性のパラメーターとしての絶対相違点を計算します。
    5. 人口統計学的特性クラスカル-ウォリス検定、カイ二乗検定、フリードマン検定、ウィルコクソン検定、正規性に応じてのテューキー検定を使用します。
    6. 測定値の変化と異なる時点の患者報告アウトカム指標の変化の相関を計算ケンドールのタウを使用します。
    7. 初期値の % として陸の値を計算します。
      1. 順番改善数値疼痛評価スケール (陸) をグループ化、する場合を検討してください > 75% 優秀な 30 74%、穏健派と < 改善として 30%。
        注:それは実際の痛み改善のそれらの患者を識別することが可能ではないので < 30% だけ (これは 30% の改善まで達することができる) プラセボ効果による改善とのそれらからも機能向上を伴うどこ我々 は期待しません。機能の変更は、「改善」35,36研究目的のためのこのグループを分類しました。
    8. アンケートの指示によるとオスウェストリー障害索引 (ODI) を解釈します。
      1. ODI の解釈: 各セクションの合計のスコアは 5 つ。10 のセクションすべてが患者によって完了する後は、次のようにスコアを計算します。合計のスコアによって選択した合計スコアを分割 (50) % の最終的なスコアを取得する 100 倍します。かを逃したは各セクションの該当する除算する合計のスコアが下降する 5。最終的なスコアの解釈: 0 20%: 最少機能障害、21 ~ 40%: 中等度障害、41-60%: 61-80%、重度の障害: 不自由、81-100%: 患者や寝たきりを誇張

結果

このプロトコルに示す代表的な結果から来るずっと前の文書公開26で他の所で。

Rasterstereographic 分析
慢性的な腰椎腰痛に苦しむかし、人は腰椎の手術を施した患者の周術期 rasterstereographic 分析の結果 (n = 59) 比較して 3 カ月後にトランクの長さの大きな変化は見られなかった、術前計測 (459 33-448 (40) mm; p = 0.313;テューキー検定) (図 1A)。私たちは、過程削減後弯角度ただし (椎 prominens (VP) - 43 ° 52 ° から胸椎椎 12 (Th12); p = 0.014;テューキー検定) と高く角度 (Th12 - 28 ° から 11 ° からディンプル媒体 (DM); p < 0.001;テューキー検定) 術前値 (図 1B) と比較して初めての術後測定時。(図 1C、D) 任意の時点での体幹傾斜や水平傾斜観測の違いは認められなかった.

歩行と姿勢分析
同じ患者コホートのトレッドミル歩行測定 (n = 59) 術後術前に 3 か月からのコースでケイデンスの重要な減少を示した (7 日前 OP 術後: 98 (57-132) - 94 (43-119) 手順/分, p = 0.004; 3-ヶ月術後: 91 (54-117) 手順/分, p = 0.006、Wilcoxon 検定) (図 2A)。最も時空間パラメーター術後 3ヶ月間の重要な変更が検出されました (スイング相 p = 0.01; 姿勢相 p < 0.001; 足を回転 p = 0.001)。ただし、大幅な改善を認めなかった遊脚相の対称性のため (違いメジャー マイナー値 (DiffMJMn) 2 (0-8) - 1 (0-6) %)、立脚相 (DiffMJMn 2 (0-8) - (0-6) 1%)や足の回転 (DiffMJMn 3 (0-10) - 3 (0-15) °) (図 2B, C, D)。

figure-results-1
図 1: Rasterstereographic 結果。術前の測定値と比較して 3 か月のフォロー アップで (A) トランクの長さの測定値の変化を表示するひげ (459 33-448 (40) mm; p = 0.313;初めて術後測定 (28 ° から 11 ° から胸椎椎体 12 - ディンプル媒体; p < 0.001; 術前値と比較したときのテューキー検定)、(B) Lordotic 角度します。テューキー検定) (C D) 体幹前傾と一年 (有意差なし) にわたって外側軽快な動き。この図は参照26から適応されています。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

figure-results-2
図 2: 歩行と姿勢の結果。3 ヵ月の術後経過術前からケイデンスで削減を表示 (A) ひげ (7 日間に術前術後: 98 (57-132) - 94 (43-119) 手順/分, p = 0.004 3 か月術後: 91 (54-117) 手順/分、p = 0.006、Wilcoxon 検定) (B) 遊脚相、立脚期 (C) および (D) 足回転の術前 7 日間、3 カ月術後トレッドミルの結果が手術後主観的な痛みの軽減によると化割合 (< 30%、30-74% > 75%)。術前 3 ヶ月に術後我々 検出最も時空間パラメーターの大幅な変更 (スイング相 p = 0.01; 姿勢相 p < 0.001; 足を回転 p = 0.001)。大幅な改善しかし認められず, 対称性への影響に関して (遊脚相 (違いメジャー マイナー値 (DiffMJMn) 2 (0-8) - (0-6) 1%)立脚相 (DiffMJMn 2 (0-8) - 1 (0-6) %)、足を回転または (DiffMJMn 3(0-10) - 3(0-15)°))。この図は参照26から適応されています。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

ディスカッション

周術期手術の結果監視は主観的に形をしているフィールドです。まずそれが外科医の経験によって影響を受ける、第二に患者の主観的な知覚によって登録によってたとえばアンケートも彼または彼女の心理的な苦痛や病気の動作を反映します。私たちの提示の手順では、機能的予後に関する重要なパラメーターをオブジェクトのアプローチを提供しています。この原稿で整然としたセットアップ姿勢と歩行の変化の高精度測定が可能で後腰椎手術18,37,38,39,40, しかし、それもすることができます。筋骨格系の他の外科的介入を適用する.

調査官は法関連の落とし穴を認識します。背面プロファイルの rasterstereographic 分析、正確な解剖学的ランドマークの選択に大きく依存。不正確を選択した場合測定とデータ計算されません正しい同様。さらに、被写体の背中が完全に服を着てにある必要があります。ブラの長い頭髪もワイヤーは、スキャン処理を乱すことが。歩行測定は痛みを伴う股関節、膝、足関節の結果として破局に影響を受け、研究と結果が関連することを確認する各のフォロー アップの訪問の前にも相関関係も包含する前によく検討する必要がありますテストの科目、背骨の変化。両方のメソッドは、高内と組織信頼性21,24,41,を持っているので42、毎日ルーチンでの使用は簡単に実装できます。ただし、両方の測定手法を組み合わせることと、豊富なデータを追跡する正当な時間でこれらの結果を解釈することは困難、それが。

裏面測定法の 1 つの制限は一般に、日には、文献のデータ主を参照している術後結果24を解釈する x 線写真から得られる放射線のパラメーターです。以来-モダリティ固有の制限事項により-rasterstereography と x 線で姿勢を表すためのパラメーターの定義が異なる (たとえば胸部角度: rasterstereography 胸椎 1 に 12 胸椎 4 に 12 の x 線) です。絶対値から結論を導出することが rasterstereographic 解析によって得られるまだ。関心のある周術期コースのそれらの変化にではなくです。現在このツールはこうして縦断的分析に最適です。

CT (コンピューター断層撮影画像) や MRI (磁気共鳴画像) などの他の objectifiable データは、技術的に、術後の結果を評価する助けることができるが、彼らはのみ静的な解剖学的詳細を示しています。このプロトコルで記述されている非侵襲的および放射能無料測定技術と対照をなして、これらのイメージングは考察8,9,10関数を考慮することができるは。

興味深いことに歩行と我々 の研究姿勢の変更が常に痛みの患者のレベルと関係ありません。したがって、関数の術後のディメンションが痛み経験に厳密に関連付けられていないことを表示されます。機能と観察の結果は、このように矛盾しているが、むしろ患者に補完しないと見なす関連アウトカム指標。それ故にこれらの測定値は、術後結果を批判的に評価するための追加のディメンションを提供しています。

歩行と姿勢の評価はまだ非常にダイナミックな研究フィールドです。このような機能のパラメーターの周術期開発に関するデータを提供するこれらの条件の私達の理解を向上させると確信しております。長い目で見れば、これは私たちの手術成績をさらに改善することができます。

そのため、筋骨格系の手術の周術期コースの歩行能力と機能パラメーター姿勢についてより多くのデータを取得するより広範な規模でこのプロトコルとビデオで詳細に説明する手法を適用することが重要です。

開示事項

著者が明らかに何もありません。

謝辞

著者の謝辞があります。

材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
エルゴランメディカル Daum Electronic GmbH, ドイツNaNNaN
formetric 4DDiers International GmbH, ドイツNaNNaN
IBM SPSS version 22IBM Inc.NaNNaN
MatlabMathWorks, Natick/MA, USANaN
NaN Numeric Pain Rating Scale (NRS)NaNNaN
Oswestry Disability Index (ODI) questionnaire NaNNaNNaN
ビデオカメラ Canon MD 216, JapanNaNNaN
WinFDM-Tソフトウェア バージョン2.0.39、ゼブリス医療NaN、
ゼブリス医療システム Zebris, Isny, ドイツNaNNaN

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