Abstract
Rumlige og tidslige karakteristika af menneskelig walking ofte vurderes at identificere eventuelle gangart funktionsnedsættelser, især i ortopædiske og neurologiske patienter 1-4, men også hos raske ældre voksne 5,6. Den kvantitative ganganalyse beskrevet i denne protokol udføres med en nyligt indført fotoelektrisk (se Materialer tabel), som har potentialet til at blive anvendt i klinikken, fordi den er bærbar, let at sætte op (no subject forberedelse er nødvendig før en test ), og som ikke kræver vedligeholdelse og kalibrering. Den fotoelektriske Systemet består af en række af high-density gulv-baserede fotoelektriske celler med lysemitterende og lysmodtagende dioder, der er placeret parallelt med hinanden for at skabe en korridor, og er orienteret vinkelret på den linje af progression 7. Systemet blot detekterer afbrydelser i lyset signal, for eksempel på grund af tilstedeværelsen af fødder i optageområdet. Temporalgangparametre og 1D rumlige koordinater for hinanden følgende trin efterfølgende beregnet til at give almindelige gangparametre såsom skridtlængde, enkelt lemmer support og walking hastighed 8, hvis gyldighed mod et kriterium instrument er for nylig blevet demonstreret 7,9. De målemetoder er meget ligetil; en enkelt patient kan testes i mindre end 5 min og en samlet rapport kan genereres i mindre end 1 min.
Introduction
Walking er en af de vigtigste fysiske aktiviteter i hverdagen, og er en vigtig faktor for livskvaliteten for ældre og patientgrupper der kan indgive med gangart forværringer. Klinisk evaluering af gangart funktion er derfor vigtigt at afsløre potentielle ændringer induceret af aldring og / eller neurologiske / ortopædiske patologier, men også for at bevise de funktionelle fordele ved en behandling. Forskellige instrumenter er blevet udviklet til kvantitativ vurdering af gangparametre, f.eks kraft plader, video-baserede 3D-bevægelse analyse kropsmonterede accelerometre 10,11, og instrumenteret gangbro måtter eller løbebånd 12. Imidlertid er disse systemer anvendes hovedsagelig til forskningsundersøgelser frem til kliniske formål, fordi de er komplekse at betjene, har lav tilgængelighed og skrøbelige sensorer.
Et gulv-baserede fotoelektriske systemet er for nylig blevet introduceret, som er i stand til at levere en gyldig calculation tidsmæssige funktioner og 1D rumlige koordinater for walking trin. Dette måleinstrument har flere fordele i forhold til allerede eksisterende systemer: det er let at håndtere, der indsamles data meget hurtigt, og det er enkelt at lave en detaljeret rapport, og det er et modulsystem, hvilket betyder, at længden af systemet kan ændres . Således kan det bruges med tillid til at måle inden-gruppe ændringer i vurderingerne langsgående og mellem-gruppe forskelle i tværsnitsundersøgelser sammenligninger. Målene for den beskrevne protokol er at fokusere på udstyr og dets installation og objektivt og ligefremt beskriver procedurerne for vurdering til at evaluere spatiotemporale gangparametre hos ældre og patientpopulationer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Protokollen følger retningslinjerne i den lokale humane etiske komité i Zürich (KEK Zürich).
1. Installation af hardware (figur 1)
- Brug to 10-m sæt gulv-baserede barer og placere dem parallelt med hinanden (og til den linje af progression) at skabe en korridor med en inter-sæt afstand på ca. 1 m.
BEMÆRK: Denne afstand kan øges op til 8 m. Hver stang har en længde på 1 m og består af 96 lysdioder. - Skelne mellem lys-transmitterende (T) og lysmodtagende (R) enheder til montering af stængerne ved at placere lystransmitterende (T) enheder på højre side, og det lysmodtagende (R) enheder til venstre side i forhold til gangretningen.
BEMÆRK: De første meter stænger (både T og R) har sølv trommer. T og R stænger anbragt på de resterende 9 m er alle lige og udskiftelige. - Tilslut alle søjler af en række med CAPS (trådløst). Brug 2 poweR leverer: én for hver sæt af stænger (T og R).
- Slut den første R-bar til den bærbare computer med et USB-kabel.
- Anbring kameraet siden den første bar for offline kontrol (f.eks, startende fod), og tilslut det til den bærbare computer med et USB-kabel.
- Sæt et kryds 2 m før og efter begyndelsen og slutningen af sporet.
- Tænd den fotoelektriske enheden ved hjælp af on-off switch af den første R og T bar.
- Kontroller, at kontrol-LED'erne placeret på alle R søjlerne er grønne.
BEMÆRK: Hvis det er tilfældet, er systemet placeret rigtigt og test kan begynde; Men hvis en eller flere af de kontrol-LED'erne er røde systemet er ikke placeret korrekt og / eller tilsluttet. Styre alle hætter ved at kontrollere, at de er helt klikkes på plads, og derefter slukke systemet og tænde den igen.
Figur 1. photoelectric system består af lystransmitterende (T) og lysmodtagende (R) enheder, der er placeret parallelt med hinanden med en afstand på cirka 1 m. Kameraet er monteret tæt på startområdet til kontrolformål. Den bærbare computer er forbundet med USB-kabler til første R baren og på kameraet. Klik her for at se en større udgave af dette tal.
2. Software Installation og klargøring af en test
- Indlæs software driver den fotoelektriske system fra www.optogait.com/Support/Downloads. Bemærk: Denne protokol er beskrevet ved hjælp af 1.8.1 version.
- Hvis der bruges softwaren for første gang for ganganalyse oprette en ny test som følger (ellers fortsæt til trin 2.3):
- Vælg Test klik derefter på Definer / Ændre tests. Klik nu på Gait test og vælg derefter Dubler test.Klik på Bekræft i pop-up vindue, så testen er dubleret.
- Dobbeltklik på den duplikerede test for at ændre navnet (fx Gait Test 10 bar), og vælg 10 for antallet af barer. Bruge standard parametre for gangart test, som er præsenteret i figur 2. Til sidst skal du vælge Gem for at gemme alle ændringer.
- Tilføje en ny patient til databasen. Vælg Patienter, klik på Indsæt / rediger patient, og klik derefter på Ny patient for at indtaste data. Gem derefter dataene.
Figur 2. Standard indstillinger for en gangart test med 10 barer, som beskrevet i denne protokol. Disse indstillinger skal defineres, når den fotoelektriske system anvendes for første gang. I denne protokol start foden er ikke defineret.Systemet begynder at måle, når patienten kommer ind i optagelsen område og stopper måling, når patienten forlader måleenheder. Klik her for at se en større udgave af dette tal.
3. prøvningsprocedurer
- Altid give de samme instruktioner til patienten 13.
- Instruer patienten til at gå med flad såler sko langs 10 m gangbro ved to forskellige hastigheder: normal ("walk i et tempo, der er behageligt for dig"), og hurtigere end normalt ("walk i et tempo, der er hurtigere end du normalt ville gå ").
- Bed patienten om at se lige frem i løbet af de walking forsøg.
- Bed patienten om at indlede det første skridt med det samme fod for bedre at standardisere testbetingelserne.
- Bed patienten om at begynde at gå 2 m før den første fotoelektriske bar og indgå hver stundervægter le 2 m efter den sidste bar med henblik på at opretholde en konstant hastighed gangart 13.
- Demonstrere en retssag ved normal hastighed til patienten.
- Anmod patienten til at udføre tre rutineopbygningsflyvninger forsøg efterfulgt af en eksperimentel prøve ved hver hastighed. Altid komplet normale hastighed forsøg først.
- At blive klar med softwaren, skal du klikke på Test og derefter Udfør for at starte målingerne med den oprettede test.
- Vælg patient ved at klikke på Select, vælger patienten og derefter klikke på Bekræft.
- Vælg den test, ved at klikke på Vælg, og vælge den test f.eks Gait Test 10 bar. Kontroller, at kun denne prøve er valgt til målingen.
- Anbring kameraet, så den kan optage hele gåtur. Ændre placeringen af kameraet, mens du kontrollerer levende billede på skærmen på din bærbare computer.
- Endelig skal du klikke på Udførigen.
BEMÆRK: Nu softwaren er klar til at måle. Så snart patienten kommer ind i barer, begynder systemet at måle og en pop-up-vindue frem og beder om start foden.
- Klik på det pågældende mund, så at de gangparametre vil blive beregnet korrekt.
BEMÆRK: Kameraet optager automatisk, når testen er startet. - Gem testen.
4. Data Analysis
- Klik på resultater at vise de afsluttede forsøg. Klik derefter på pilen ved siden af test af interesse at overføre test fra Test listen til Testanalyse sektion. Klik nu på Vis for at vise den valgte test. Der henvises til afsnittet Resultater for alle tests udført i denne undersøgelse.
BEMÆRK: Et vindue med alle test data vises (Figur 3). På venstre side af vinduet er der nogle kommando knapper til aktivering af forskellige funktioner. Den anden del af vinduet viser 4 types af information om den aktuelle test. Hvert sæt af information kan vises / skjules ved hjælp af konfiguration kommandoer. Fra top til bund elementerne er følgende: video, diagrammer viser resultaterne, bord med numeriske data, og fotoelektriske barer. - Klik på Gait data at vise en gangart rapport (Figur 3).
- Klik på Udskriv (et vindue med rapporten vises) for at udskrive rapporten.
BEMÆRK: Rapporten kan udskrives som den er, eller kan ændres. For de forskellige spatiotemporale parametre, og følgende resultater fremlagt i rapporten: middelværdier ± standardafvigelse (SD) i venstre og højre side, variationskoefficienter (CV), der udtrykker gangart variabilitet 14,15, og procent forskel mellem venstre og i højre side (asymmetri).- Hvis det er nødvendigt, ændre rapporten som følger: åbne rapporten som beskrevet ovenfor (trin 4.3). Klik på knapperne Vis eller Skjul i venstre side af skærmen for at tilpasse de præsenterede data og diagrammer i rapporten.
- At ændre logoet og / eller sidefod på rapporten, skal du klikke på den pågældende knap (Change logo eller Skift footer) at ændre disse parametre.
- Til at sammenligne to eller flere test udført på forskellige lejligheder, fx før og efter en intervention, vælge de forskellige tests i afsnittet om resultater ved at klikke på pilen ved siden af prøverne og derefter klikke på knappen Sammenlign.
BEMÆRK: En rapport med direkte sammenligning af alle parametre for de forskellige tests vises.
Figur 3. Skærmbillede af alle data test. Kommandotasterne vises i venstre side af vinduet (f.eks ved at klikke på Udskriv en rapport genereres, som i sidste ende kan modificeres). Den andendel af vinduet indeholder følgende oplysninger om den aktuelle test, fra top til bund: video, diagrammer viser resultaterne, bord med numeriske data, og fotoelektriske barer. Disse detaljer kan vises / skjules ved hjælp af knappen Configure på højre side. Den aktuelle visning af data kan ændres ved at klikke på Gait data eller Gait rapport, henholdsvis. Klik her for at se en større udgave af dette tal.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
En nylig undersøgelse viste, gyldigheden af den fotoelektriske system mod et kriterium instrument (en valideret elektronisk passage) til vurdering af spatiotemporale gangparametre i ortopædiske patienter og raske ældre kontroller 7. De samme mellem-gruppe forskelle i gangart variabler blev opdaget af de to systemer. Selvom samtidig gyldighed var fremragende, med intraclass korrelationskoefficienter på mellem 0,933 og 0,999 (p <0,001), en systematisk bias (p <0,001) blev observeret mellem de to måleinstrumenter. Stance tid og cyklus tid var signifikant længere mens swing tid og skridt længde var kortere for den fotoelektriske system end til elektronisk gangbro. På samme måde, ganghastighed og kadence var lidt (1-2%), men væsentligt lavere for den fotoelektriske system.
Data fra et repræsentativt rapport er vist i figur 4. Rapporten viser resultaterne af enwalking forsøg foretaget på normal hastighed med 12 trin (6 venstre og 6 til højre). Spatiotemporale gangparametre af dette forsøg er præsenteret som gennemsnit ± SD og CV for venstre og højre side. Desuden procent forskel mellem venstre og højre side (Diff.) Præsenteres. Data for venstre og højre side er vist i lilla og turkis hhv. De mest almindelige gangart parametre såsom skridtlængde, holdning fase, swing fase, enkelt støtte, trin tid, kadence og hastighed er øjeblikkeligt (on-line) beregnes og præsenteres på skærmen i løbet af de faktiske forsøg (Figur 3). De samme værdier er præsenteret i off-line gangart rapport (figur 4). Procentvise forskel mellem de to parter udtrykker den såkaldte side-til-side (eller tosidige) asymmetri, der er en god indikator for gangart nyttiggørelse, f.eks, før og efter en intervention. Inddrivelse af symmetrisk gangart funktionen er en af de primære mål i patienter genoptræning så på REGain selvstændighed i daglige aktiviteter. CV bruges som en indikator for gangart variabilitet, som generelt øget hos patienter med klinisk relevante syndromer såsom faldende og neuro-degenerative sygdomme 16,17 og derfor er det et relevant effektmål for neurologiske patienter og patienter med mild kognitiv svækkelse og demens.
Figur 4. Repræsentant gangart rapport af en vandresti udført på normal hastighed ved et ortopædisk patient. Tallet på toppen præsenterer en forenklet gangart cyklus med de forskellige tidsmæssige gangparametre (per fod). Tabel viser gennemsnit testdata for hinanden følgende trin for den valgte test. For det andet Spatiotemporal gangparametre følgende resultater præsenteres: middelværdi ± standardafvigelse (SD) for venstre og højre side, koefficient på variatipå (CV) for venstre og højre side, og procent forskel (Diff.) mellem venstre og højre side. Klik her for at se en større udgave af dette tal.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Protokollen præsenteres her kan bruges til at vurdere rumlige og tidslige gangparametre patienter (ortopædisk, neurologisk, kardiorespiratoriske, etc.) og raske ældre voksne med en nyligt introduceret fotoelektrisk system. Den samlede længde og bredde af systemet kan moduleres afhængigt af den tilgængelige plads og budget. De anslåede omkostninger (i Europa) er ca. 2.800 USD pr meter for en 10-meter-systemet og det mindste anbefalede længde er 3 meter til gulv-baserede ganganalyse. En ny funktion i den fotoelektriske system er også blevet indført for nylig, som består i at lukke korridor med to yderligere barer, der er placeret vinkelret på T og R barer og dermed skabe en slags gitter, der giver mulighed for beregning af 2D trafikerede mønstre. Derudover kan kun de to første meter stænger bruges til løbebånd-baserede ganganalyse, selv om dette ville kræve en validering.
Før start af measurements er det vigtigt at kontrollere, at alle søjler er tilsluttet korrekt; Dette lettes af de røde / grønne kontrol-LED'er, der er anbragt på hver fotoelektriske bar. En anden kritisk trin er definitionen af udgangsmaterialet foden, som skal vælges i begyndelsen af hver test. Hvis der vælges den forkerte side, kan offline modifikationer foretages på et hvilket som helst tidspunkt (åbne det relevante test og vælg Gangforstyr- rapport, derefter ændre foden), også efter at have kontrolleret start fod (og enhver anden eventuel tvivl) på videoen.
Den største begrænsning af denne protokol er brugen af selvvalgte gangart hastigheder (normale og hurtigere end normalt), fordi alle de spatiotemporale gangparametre er betydelige påvirket af walking hastighed 18. En alternativ løsning ville være at indføre en fast gangart hastighed til alle fag ved hjælp af en metronom (fx ved 4 km / t). Validiteten af denne fremgangsmåde er dog i tvivl om ikke alle patienter kan gåved en given hastighed og / eller opretholde en fast gangart hastighed. En vigtig begrænsning af den fotoelektriske system er højden af dioder i forhold til gulvet (3 mm). Dette instrument lidt overvurderer holdning tid og undervurderer swing tid i forhold til gulv-integrerede instrumenter (f.eks elektroniske gangbroer eller force plader), da dioderne registrerer rearfoot lastning og forfod aflæsning 3 mm over gulvniveau (se figur 3A i henvisning 7) 7. Grund af denne begrænsning kan systemet kun levere valide data for forsøgspersoner, som er i stand til at rejse tilstrækkelig deres fødder i løbet af gåture og som har et skridt længde er længere end deres mund længde 7. Dette kunne udgøre et problem for evalueringen af gangart variabler i nogle alvorligt leverfunktion neurologiske patienter.
Da denne fotoelektriske system er meget enkel at betjene og valide data kan hurtigt indsamles og nemt organiseret i en omfattende rapport, er dette enpotentielt nyttigt system til klinisk vurdering af spatiotemporale gangart variabler i patienter og ældre voksne. Klinikere kan faktisk gennemføre disse vurderinger i rutinemæssige fysiske undersøgelser med de mål at opdage gangart lidelser og / eller for at overvåge patientens fremskridt efter et indgreb.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ikke noget at afsløre.
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).
