Video Beweging analyse met behulp van Smartphones (VIMAS): een pilotstudie
14 maart 2017
Dit manuscript beschrijft de methode om de gelijktijdige validiteit van kinematische metingen, geregistreerd door de smartphone-applicatie, te testen in vergelijking met een 3D-bewegingsregistratiesysteem in de sagittale vlak. Dit protocol zal clinici in staat stellen smartphones in te stellen voor videoregistratie van menselijke beweging.
Het algemene doel van dit onderzoek is om de gelijktijdige validiteit van kinematische metingen, vastgelegd door de smartphone-applicatie, te testen en deze te vergelijken met metingen vastgelegd door een 3D-bewegingsregistratiesysteem, om een geldig klinisch protocol te ontwikkelen. Dit klinisch protocol is ontwikkeld, zodat de smartphone kan worden gebruikt om menselijke beweging vast te leggen en geldige kinematische metingen te verstrekken, met behulp van een eenvoudige en gebruiksvriendelijke opstelling. Het grote voordeel van deze techniek is dat de smartphone kan worden ingesteld in een kliniek of thuis van een patiënt, voor videoanalyse van menselijke beweging.
Visuele demonstratie van deze methode is cruciaal, omdat clinici het stap-voor-stap klinisch protocol kunnen volgen om geldige metingen van de kinematica van de onderste ledematen te verkrijgen. De procedure zal worden gedemonstreerd door afgestudeerde studenten, die co-auteurs zijn in het onderzoek. Begin met het meten en markeren van een zes meter lange loopbaan, met behulp van een meetlint en plakband.
Plaats vervolgens vier 3D-bewegingsregistratiecamera's op de vier hoeken van de zes meter lange loopbaan om het lopen in dit gebied vast te leggen. Richt elk van de camera's op de diagonale uiteinden van de loopbaan zodat ze elkaar aankijken. Begeleide vervolgens de deelnemer naar het testgebied en verzamel gewicht en beenlengte, van de grote trochanter tot de mediale malleoli van beide benen met een meetlint.
Meet vervolgens de lengte door de deelnemer ernaast te laten staan, zonder schoenen, naast een meetlint dat aan de muur is bevestigd. Plaats een liniaal op het hoofd van de deelnemer om de afmeting van het meetlint aan de muur af te lezen. Bevestig de smartphone op een statief met behulp van een adapterclip om de smartphone vast te houden.
Plaats het statief loodrecht op het midden van de loopbaan, op 2,0 meter afstand van de eerste ingestelde proef. Merk op dat het statief op 4,0 meter afstand moet worden geplaatst voor de tweede set proeven. Bereken vervolgens de hoogte van de vloer tot de cameralens in meters voor elke configuratie, met behulp van de beenlengte van de patiënt.
De positie van de nabije camera, twee meter, is voor het registreren en analyseren van alleen de beweging van de onderste ledematen, terwijl de verre afstand zowel de onderste ledematen als de romp bedekt. Plaats vervolgens clusters van drie slimme markeringen met velcro-banden op de bilaterale voorste superieure iliacale kam of ASIS, de bovenste derde van de laterale zijde van de dijen, de bovenste derde van de laterale zijde van de kuiten en het dorsum van beide voeten. Plaats een enkele slimme marker op de middellijn tussen de rechter en linker achterste superieure iliacale uitsteeksels.
Plaats stickers die de botlandmerken van de bilaterale mediale en laterale femorale condylen, mediale en laterale malleoli en de zwemblaas tussen de eerste en tweede tenen aangeven voor kalibratie van het 3D-bewegingsregistratiesysteem. Kalibreer ten slotte de apparatuur met behulp van een instrumentenstok met slimme markeringen erop, om de 3D-locatie van de stickers te registreren. Om te beginnen, laat één onderzoeker de smartphone bedienen en de andere de computer bedienen die het 3D-bewegingsregistratiesysteem bestuurt.
Vraag de deelnemer om een oefenproef te voltooien. Open vervolgens de smartphone-applicatie en druk op de rode opnameknop in het onderste midden van het scherm om met opnemen te beginnen. Gebruik genummerd papier om het proefnummer op de smartphone-opname aan te geven.
Instrueer vervolgens de deelnemer om in hun normale tempo te lopen en zich te concentreren op een markering op de tegenovergestelde muur om te helpen bij het lopen in een rechte lijn. Geef de deelnemer een aftellen om te beginnen door drie, twee, één, ga te zeggen. Laat de deelnemer vervolgens de eerste twee 3D-bewegingsregistratiecamera's oversteken die aan het begin van de loopbaan aan weerszijden zijn geplaatst, en loop naar nog eens twee camera's aan het andere einde van de loopbaan aan weerszijden.
Nadat het onderwerp de zes meter lange afstand heeft gelopen, telt u af naar het einde van de proef door drie, twee, één, stop te zeggen. Druk vervolgens nogmaals op de rode opnameknop om het lopen te stoppen. Controleer alle markeringen op positie na elke proef.
Verplaats vervolgens het statief met de smartphone naar de tweede afstand van vier meter om het boven- en onderlichaam vast te leggen. Vraag de deelnemer om op het midden van de loopbaan te staan en vervolgens op dezelfde manier te beginnen met lopen als eerder. Bewaar en verifieer ten slotte de 3D-bewegingsregistratie-opnamen en smartphone-opnamen.
Verwijder vervolgens de slimme markeringen. Begin met het handmatig registreren van de kniehoek die op het scherm wordt weergegeven bij het hakken en tenen afzetten van de gangcyclus. Voltooi vervolgens de analyse van de smartphone-opnamen voor hakken en tenen afzetten.
Gebruik de stylus voor meer nauwkeurigheid bij het plaatsen van landmerken voor kniehoekmetingen. Bekijk vervolgens wat zojuist is opgenomen door het videovierkant in de linkeronderhoek van het scherm te selecteren. Gebruik de schuifbalk aan de basis van het scherm om het frame te selecteren waarin het onderwerp het dichtst bij het hakken of tenen afzetten in het midden van het scherm staat.
Tik vervolgens op het witte potloodpictogram in de rechterbovenhoek van het scherm om de hoek te laten vallen. Selecteer de hoekoptie in het vervolgkeuzemenu. Kies een gewenste kleur en de hoekmarkering.
Schuif of tik met de stylus ergens op het scherm om de hoek te laten vallen. Plaats ten slotte het middelpunt van de hoek op de kniegewricht, met de vectoren die omhoog langs het femur en naar beneden richting de laterale malleoli reiken. Indien nodig, zoom in door twee vingers dicht bij elkaar in het midden van het scherm te plaatsen en ze langzaam van elkaar weg te trekken.
Op basis van de resultaten was er een significant verschil tussen de hoekmetingen door het 3D-bewegingsregistratiesysteem en de smartphone-applicatie. De grafieken voor de 4,0 meter en de 2,0 meter afstand toonden geg
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Deze studie test de convergente validiteit van kinematische metingen geregistreerd door een smartphone-applicatie tegenover een 3D-motion capturesysteem. Het ontwikkelde protocol stelt clinici in staat om menselijke beweging effectief vast te leggen met behulp van smartphones.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschappelijk vakgebied
- Biomechanica
- Ontwikkeling van klinische protocollen
- Analyse van menselijke beweging
Achtergrond
- Smartphones kunnen worden gebruikt voor videoanalyse van menselijke beweging.
- 3D-motioncapture-systemen zijn de gouden standaard voor kinematische metingen.
- Het valideren van smartphone-applicaties kan de klinische praktijk verbeteren.
- Visuele demonstraties zijn essentieel voor een effectieve implementatie.
Doel van de studie
- Om een valide klinisch protocol vast te stellen voor het meten van de kinematica van de onderste extremiteiten.
- Om gegevens van een smartphone-applicatie te vergelijken met traditionele motion capture-gegevens.
- Om een eenvoudige installatie voor clinici in verschillende omgevingen te faciliteren.
Gebruikte methoden
- Meting van een looproute van zes meter met behulp van een meetlint.
- Videoregistratie van menselijke beweging met een smartphone.
- Stapsgewijs protocol voor clinici om te volgen.
- Demonstratie van de procedure door co-auteurs die promoterstudent zijn.
Belangrijkste resultaten
- Vestiging van een betrouwbare methode voor het vastleggen van kinematische gegevens.
- Validatie van de smartphone-applicatie ten opzichte van 3D motion capture.
- Verbeterde toegankelijkheid voor clinici om bewegingsanalyses uit te voeren.
- Positieve feedback over de bruikbaarheid van de smartphone-opstelling.
Conclusies
- De smartphone-applicatie kan valide kinematische metingen leveren.
- Deze methode vergroot de haalbaarheid van bewegingsanalyse in klinische omgevingen.
- Toekomstige studies kunnen dit protocol uitbreiden voor bredere toepassingen.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Directie
Bewegingsanalyse op basis van smartphones biedt een kosteneffectieve en toegankelijke methode voor de voorlopige beoordeling van het gangpatroon in vroege ontdekkingsfasen en translationeel onderzoek. Door smartphone-kinematische output te valideren aan de hand van 3D motion capture, ondersteunt de studie mechanistische risicovermindering in preklinische modellen waar arbeidsintensieve systemen onpraktisch zijn. Deze benadering maakt schaalbare, reproduceerbare fenotypering mogelijk voor doelwitvalidatie in neuromusculaire of mobiliteitsgerelateerde therapeutische gebieden.
Strategische toepassingen in biofarmaceutisch R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt het onderzoeken van locomotorische fenotypes mogelijk om hypothese-testen van targets te ondersteunen in ziektemodellen die de loopgang of mobiliteit beïnvloeden.
- Operationele waarde: Biedt een gestandaardiseerd systeem met een lage drempel voor initiële functionele screening voordat er wordt overgegaan tot complexe motion capture.
Screening & assay-ontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Genereert kwantitatieve data van de kniehoek in het sagittale vlak bij het hielcontact en het afzetten van de teen voor de gereedheid van assays bij bewegingsgebaseerde screening.
- Operationele waarde: Ondersteunt de standaardisatie van assays via een geprotocolleerde smartphone-instelling, positionering van het statief en plaatsing van de markers.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Faciliteert translationele continuïteit door preklinische locomotorische resultaten af te stemmen op klinisch meetbare kinematische eindpunten.
- Operationele waarde: Maakt reproduceerbaarheid tussen verschillende locaties in multicentrische studies mogelijk door gebruik te maken van alomtegenwoordige smartphone-technologie.
Integratie van Pipeline & Workflow
De methode past binnen workflows van vroege ontdekking tot identificatie van leads, waarbij de locomotorische functie dient als een fenotypische readout voor target engagement of padmodulatie.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothesetoetsing van neuromusculaire targets door gangafwijkingen te kwantificeren als functionele biomarkers.
- Screening: Maakt assay-gereedheid mogelijk via gevalideerde, reproduceerbare protocollen voor videocapture en hoekmeting.
- Analytics: Levert kinematische read-outs (kniehoek bij hielcontact/toe-off) die een kwantitatieve vergelijking tussen experimentele condities mogelijk maken.
- Translationeel Onderzoek: Stemt preklinische gangbeoordelingen af op klinische bewegingsanalyse, wat de continuïteit van biomarkers ondersteunt.
- Enterprise Hergebruik: Positioneert smartphone-gebaseerde analyse als een herbruikbare, gedecentraliseerde mogelijkheid voor verspreide onderzoeksteams.
Operationele impact en impact op de organisatie
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellende vertrouwen in targetvalidatie door ambiguïteit in locomotorische fenotypering te verminderen.
- Operationele waarde: Verbetert de reproduceerbaarheid en schaalbaarheid door een gestandaardiseerde opstelling en minimale eisen aan de apparatuur.
- Strategische waarde: Verbetert go/no-go-beslissingen door een vroege, kosteneffectieve beoordeling van functionele targetmodulatie mogelijk te maken.
- Impact op portfolio: Ondersteunt risico-gecorrigeerde prioritering van targets op basis van meetbare effecten op bewegingsparameters.
Overwegingen voor de implementatie
- Vereist training in het plaatsen van markers, het opzetten van een smartphone-statief en het identificeren van ganggebeurtenissen (hielcontact/teenafzet).
- Vereist een statief, een adapterclip en een smartphone met een compatibele app voor kinematische analyse.
- Vereist standaardisatie van de looproute-lengte, de cameradistantie (2m of 4m) en hoogtekalibratie op basis van de beenlengte.
- Bij het ontwerpen van studies moet rekening worden gehouden met de focus op de onderste extremiteiten bij korte afstand en de inclusie van de romp bij grote afstand.
- Beperkt tot de meting van de kniehoek in het sagittale vlak; analyse van de bovenste extremiteiten en de romp vereisen verdere validatie.
