Abstract
Ruimtelijke en temporele kenmerken van de menselijke voet worden vaak beoordeeld op mogelijke gang stoornissen, vooral in orthopedische en neurologische patiënten 1-4, maar ook bij gezonde oudere volwassenen 5,6 identificeren. De kwantitatieve ganganalyse beschreven in dit protocol wordt uitgevoerd met een recent geïntroduceerde optische systeem (zie Materialen tabel) die de mogelijkheid moet worden gebruikt in de kliniek omdat het draagbaar, eenvoudig in te stellen (geen onderwerp voorbereiding is vereist voordat een test ), en heeft geen onderhoud en de sensor worden gekalibreerd. Het optische systeem bestaat uit een reeks high-density vloer gebaseerde fotocellen met lichtgevende en lichtontvangende diodes die evenwijdig zijn geplaatst aan elkaar om een corridor, en loodrecht op de lijn van progressie 7. Het systeem detecteert alleen onderbrekingen in lichtsignaal, bijvoorbeeld door de aanwezigheid van voeten in het opnamegebied. Tijdelijkgait parameters en 1D ruimtelijke coördinaten van de opeenvolgende stappen worden vervolgens berekend aan de gemeenschappelijke gang parameters zoals paslengte, op één been steun en loopsnelheid 8, waarvan de geldigheid tegen een criterium instrument is onlangs aangetoond 7,9 bieden. De meetprocedures zijn zeer eenvoudig; een patiënt kan worden getest in minder dan 5 minuten en een volledig verslag kan worden gegenereerd in minder dan 1 minuut.
Introduction
Wandelen is een van de belangrijkste fysieke activiteiten in het dagelijks leven, en is een belangrijke determinant van de kwaliteit van leven voor ouderen en patiëntenpopulaties die met gait verslechteringen kunnen presenteren. Klinische evaluatie van het lopen functie is daarom belangrijk om mogelijke veranderingen veroorzaakt door veroudering en / of neurologische / orthopedische aandoeningen openbaren, maar ook de functionele voordelen van een behandeling tonen. Verschillende instrumenten zijn ontwikkeld voor de kwantitatieve beoordeling van het loopvermogen parameters, bijvoorbeeld, kracht platen, video-based 3D bewegingsanalyse, body gemonteerd versnellingsmeters 10,11, en geïnstrumenteerd loopbrug matten of loopbanden 12. Echter, deze systemen vooral gebruikt voor onderzoeken dan voor klinische doeleinden omdat ze complex te bedienen, lage toegankelijkheid en fragiel sensoren.
Een vloer gebaseerde optische systeem sinds kort, dat een geldig cal verschaffenkening van tijdelijke functies en 1D ruimtelijke coördinaten van het lopen stappen. Dit meetinstrument heeft verschillende voordelen ten opzichte van reeds bestaande systemen: het is gemakkelijk te hanteren, gegevens snel verzameld, is het eenvoudig om een gedetailleerd zijn en is een modulair systeem waardoor de lengte van het systeem kan worden gewijzigd . Zo kan met vertrouwen worden gebruikt binnen de groep veranderingen in longitudinale evaluaties en verschillen tussen de groepen in dwarsdoorsnede vergelijkingen meten. De doelstellingen van het protocol beschreven zijn om zich te concentreren op de apparatuur en de installatie ervan, en om objectief en ronduit beschrijven de beoordelingsprocedures voor het evalueren van spatiotemporele gangbeeld bij ouderen en patiëntenpopulaties.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Het protocol volgt de richtlijnen van de plaatselijke menselijke ethische commissie in Zürich (KEK Zurich).
1. Installatie van de hardware (Figuur 1)
- Gebruik twee 10-m sets vloer gebaseerde staven en plaats ze evenwijdig aan elkaar (en de lijn van progressie) een corridor met een inter-set afstand van ca. 1 meter.
LET OP: Deze afstand kan worden verhoogd tot 8 m. Elke staaf heeft een lengte van 1 m en bestaat uit 96 lichtdiodes. - Onderscheid maken tussen lichtdoorlatende (T) en lichtontvangende (R) eenheden voor de installatie van de staven door het plaatsen van het lichtdoorlatende (T) eenheden op de rechterkant en de lichtontvangende (R) eenheden links zijde ten opzichte van de looprichting.
OPMERKING: De eerste meter bars (zowel T en R) hebben zilver drums. De T en R bars aangebracht op de resterende 9 m allemaal gelijk en uitwisselbaar. - Sluit alle bars van een rij met doppen (draadloos). Gebruik 2 power benodigdheden: een voor elke set van bars (T en R).
- Sluit de eerste R balk om de laptop met een USB-kabel.
- Plaats de camera naast de eerste bar voor offline controles (bijvoorbeeld beginnend voet), en sluit deze aan op de laptop met een USB-kabel.
- Zet een kruisje 2 m voor en na het begin en het einde van de track.
- Schakel de foto-elektrisch apparaat met behulp van de aan-uit schakelaar van de eerste R en T-bar.
- Controleer of de controle-LED's op alle R balken groen.
OPMERKING: Als dat zo is, wordt het systeem op de juiste plaats en het testen kan beginnen; echter, indien een of meer van de controle LED's rood het systeem niet correct gepositioneerd en / of aangesloten. Controle over alle caps door te controleren dat ze volledig vastgeklikt en zet het systeem uit en weer in.
Figuur 1. De fotoelectric bestaat uit lichtdoorlatend (T) en lichtontvangende (R) eenheden die evenwijdig zijn geplaatst aan elkaar met een afstand van ongeveer 1 m. De camera montage van het startgebied voor controledoeleinden. De laptop is aangesloten met een USB kabel om de eerste R bar en aan de camera. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
2. Installatie van de software en het opstellen van een Test
- Laad de software bedienen van de foto-elektrische systeem van www.optogait.com/Support/Downloads. Opmerking: Dit protocol wordt beschreven door de versie 1.8.1.
- Als de software wordt gebruikt voor de eerste keer gangbeeldanalyse maak een nieuwe test als volgt (ga anders naar stap 2.3):
- Selecteer Test klik dan op Definieer / wijzigen testen. Klik nu op Gait-test en selecteer Duplicate test.Klik op Bevestigen in het pop-up venster, zodat de test wordt gedupliceerd.
- Dubbelklik op de gedupliceerde test om de naam te wijzigen (bijvoorbeeld, Gait Test 10 bar) en selecteer 10 voor het aantal bars. Gebruik de standaard parameters voor de gait test, die zijn weergegeven in figuur 2. Tot slot, selecteer Opslaan om alle wijzigingen op te slaan.
- Voeg een nieuwe patiënt aan de database. Selecteer Patiënten, klik op Invoegen / patiënt te wijzigen, en klik vervolgens op Nieuwe patiënt om de gegevens in te voeren. Sla vervolgens de gegevens.
Figuur 2. Standaardwaareden een gang proef met 10 bar, zoals in het onderhavige protocol. Deze instellingen moeten worden gedefinieerd wanneer het optische systeem wordt gebruikt voor de eerste keer. In dit protocol wordt de start voet niet gedefinieerd.Het systeem start het meten wanneer de patiënt komt in de opname ruimte en stopt het meten wanneer de patiënt verlaat de meeteenheden. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
3. Testen Procedures
- Geven dezelfde instructies altijd aan de patiënt 13.
- Instrueer de patiënt om te lopen met platte zolen langs de 10-m loopbrug op twee verschillende snelheden: normaal ("lopen in een tempo dat comfortabel is voor u"), en sneller dan normaal ("lopen in een tempo dat is sneller dan je normaal zou lopen ").
- Vraag de patiënt om recht vooruit te kijken tijdens het lopen trials.
- Vraag de patiënt de eerste stap met dezelfde voet leiden tot betere standaardisering de testomstandigheden.
- Vraag de patiënt om te beginnen met lopen 2 m voor de eerste foto-elektrische bar en om te concluderen elke trial 2 m na de laatste bar om constante gait velocity 13 te behouden.
- Demonstreren één proef bij normale snelheid aan de patiënt.
- Vraag de patiënt om drie vertrouwd trials gevolgd door een experimentele studie bij elke snelheid uit te voeren. Altijd compleet normale snelheid proeven eerste.
- Om je klaar met de software, klikt u op Test en vervolgens Uitvoeren om de metingen met de gemaakte test te starten.
- Selecteer de patiënt door te klikken op Select, de keuze van de patiënt en vervolgens te klikken op Bevestigen.
- Selecteer de test door te klikken op Select, en het kiezen van de test bijvoorbeeld, Gait Test 10 bars. Controleer dat alleen deze test is gekozen voor de meting.
- Plaats de camera zodanig dat het de hele wandeling kan opnemen. Verander de positie van de camera tijdens het controleren van het live-beeld op het scherm van uw laptop.
- Tenslotte klik je op Uitvoerenweer.
OPMERKING: Nu is de software klaar is om te meten. Zodra de patiënt komt in de bars, begint het systeem te meten en een pop-up venster verschijnt met de vraag voor de beginnende voet.
- Klik op de juiste voet, zodat de gang parameters correct worden berekend.
OPMERKING: De camera neemt automatisch zodra de test wordt gestart. - Sla de test.
4. Data Analyse
- Klik op Resultaten om de voltooide studies tonen. Klik vervolgens op de pijl naast de test van belang zijn voor de test over te brengen van de lijst Test naar de sectie Test analyse. Klik nu op Bekijken om de geselecteerde test weer te geven. Raadpleeg de sectie Resultaten voor alle tests uitgevoerd in deze studie.
OPMERKING: Er verschijnt een venster met alle testgegevens verschijnt (Figuur 3). Aan de linkerzijde van het venster een aantal opdrachttoetsen voor het activeren van diverse functies. Het andere deel van het venster presenteert 4 types van informatie over de huidige test. Elke set van informatie kan worden getoond / verborgen met behulp van de configuratie-opdrachten. Van boven naar beneden van de elementen zijn de volgende: video, grafieken weergeven van de resultaten, een tafel met numerieke gegevens en foto-elektrische bars. - Op Gait gegevens naar een gang rapport (figuur 3) weergegeven.
- Klik op Print (een raam met het rapport verschijnt) om uit te printen het rapport.
OPMERKING: Het rapport kan worden afgedrukt zoals het is of kan worden gewijzigd. Voor de verschillende spatiotemporele parameters, worden de volgende resultaten in het verslag: gemiddelde waarden ± standaardafwijking (SD) van de linker- en rechterzijde, variatiecoëfficiënten (CV) tot expressie gang variabiliteit 14,15 en procentuele verschil tussen links en de rechterzijde (asymmetrie).- Indien nodig, als volgt te wijzigen het rapport: open het rapport zoals hierboven beschreven (stap 4.3) beschreven. Klik op de knoppen weergeven of verbergen op de linker side van het scherm om de gepresenteerde gegevens en grafieken van het rapport aan te passen.
- Om het logo en / of de voettekst op het rapport te wijzigen, klikt u op de betreffende knop (Change logo of wijzigen voettekst) om deze parameters te wijzigen.
- Om twee of meer tests uitgevoerd op verschillende gelegenheden, bijvoorbeeld, alvorens te vergelijken en na een interventie, selecteert u de verschillende tests in de resultaten sectie door te klikken op de pijl naast de tests en klik op Vergelijken te klikken.
OPMERKING: Een rapport met de directe vergelijking van alle parameters van de verschillende tests wordt weergegeven.
Figuur 3. Screenshot van alle testgegevens. Het commando knoppen verschijnen aan de linkerzijde van het venster (bijvoorbeeld door te klikken op Print een rapport wordt gegenereerd, die uiteindelijk kan worden gewijzigd). Anderedeel van het venster toont de volgende informatie over de huidige test, van boven naar beneden: video, grafieken weergeven van de resultaten, een tafel met numerieke gegevens en foto-elektrische bars. Deze gegevens kunnen worden getoond / verborgen met de knop Configureren aan de rechterkant. De feitelijke weergave van de gegevens kan door te klikken op Gait gegevens of Gait rapport worden gewijzigd, respectievelijk. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Een recente studie toonde aan de geldigheid van de foto-elektrische systeem tegen een criterium instrument (een gevalideerde elektronische loopbrug) voor de beoordeling van spatiotemporele gangbeeld bij orthopedische patiënten en gezonde ouderen controles 7. Dezelfde verschillen tussen de groepen in gang variabelen werden gedetecteerd door de twee systemen. Hoewel concurrente validiteit was uitstekend, met intraclass correlatiecoëfficiënten variërend tussen 0,933 en 0,999 (p <0,001), een systematische fout (p <0,001) waargenomen tussen de twee meetinstrumenten. Stance tijd en doorlooptijd aanzienlijk langer waren terwijl swing tijd en stap lengte korter waren voor de foto-elektrische systeem dan voor de elektronische loopbrug. Evenzo, loopsnelheid en trapfrequentie waren enigszins (1-2%) maar aanzienlijk lager voor de foto-elektrische systeem.
Gegevens uit een representatief rapport zijn weergegeven in Figuur 4. Het rapport toont de resultaten van eenwandelen trial uitgevoerd bij normale snelheid met 12 stappen (6 links en 6 rechts). Spatiotemporele gang parameters van deze studie zijn weergegeven als gemiddelde ± SD en CV voor de linker- en rechterzijde. Voorts het procentuele verschil tussen de linker- en rechterzijde (Diff.) Behandeld. Gegevens van de linker- en rechterzijde worden in purper en turkoois, respectievelijk. De meest voorkomende manier van lopen parameters zoals paslengte, standfase, swing fase, single-ondersteuning, stap tijd, cadans en snelheid zijn onmiddellijk (on-line) berekend en op het scherm gepresenteerd tijdens de eigenlijke proeven (figuur 3). Dezelfde waarden worden in de off-line gang verslag (figuur 4). Procentuele verschil tussen de twee partijen drukt de zogenaamde side-to-side (of bilateraal) asymmetrie die een goede indicator van de gang herstel, bijvoorbeeld voor en na de ingreep. Herstel van symmetrische looppatroon functie is een van de belangrijkste doelen bij patiënten revalidatie zo te regain zelfstandigheid in dagelijkse activiteiten. CV wordt gebruikt als indicator van het lopen variabiliteit, die in het algemeen verhoogd bij patiënten met klinisch relevante syndromen zoals vallen en neurodegeneratieve ziekten 16,17 en daarom is een relevante uitkomstmaat voor psychiatrische patiënten en voor patiënten met milde cognitieve beperkingen en dementie.
Figuur 4. Vertegenwoordiger gait verslag van een wandelpad uitgevoerd op de normale snelheid door een orthopedisch patiënt. De figuur op de top presenteert een vereenvoudigde voetafwikkeling met de verschillende temporele gang parameters (per voet). De tabel geeft de gemiddelde testgegevens van opeenvolgende stappen voor de geselecteerde test. Voor de verschillende tijdruimtelijke gang parameters de volgende resultaten worden weergegeven: gemiddelde ± standaard deviatie (SD) voor linker- en rechterzijde coëfficiënt Variatiop (CV) voor links en rechts, en procent verschil (Diff.) tussen de linker en rechter kant. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
De hier gepresenteerde protocol kan worden gebruikt om ruimtelijke en temporele gangbeeld patiënten (orthopedische, neurologische, cardiorespiratoire, etc.) en gezonde oudere volwassenen evalueren een recent geïntroduceerde optische systeem. De totale lengte en breedte van het systeem kan worden gemoduleerd afhankelijk van de beschikbare ruimte en budget. De geschatte kosten (in Europa) is ongeveer 2.800 USD per meter voor een 10-meter-systeem en de minimale aanbevolen lengte is 3 meter voor vloer-based ganganalyse. Een nieuwe functie van de foto-elektrische systeem is onlangs ook geïntroduceerd, die bestaat in het sluiten van de gang met twee extra balken die loodrecht gepositioneerd zijn om de T en R bars, waardoor een soort van raster dat de berekening van 2D footfall patronen kunt creëren. Bovendien kan slechts de eerste twee meter staven worden gebruikt voor loopband gebaseerde gangbeeldanalyse, hoewel dit een validatie vereist.
Voor aanvang van de metingen; rookgats is het belangrijk om te controleren of alle bars goed zijn aangesloten; Dit wordt vergemakkelijkt door de rode / groene controlelampjes aangebracht op elk foto-elektrisch bar. Een andere belangrijke stap is de definitie van het uitgangsmateriaal voet, die moet worden gekozen aan het begin van elke test. In het geval van de verkeerde kant is geselecteerd, kan offline wijzigingen aangebracht worden op elk gewenst moment (open de geschikte test en selecteer Gait rapport, verander dan de voet), ook na het starten van de voet (en alle andere eventuele twijfel) op de video te hebben gecontroleerd.
De belangrijkste beperking van dit protocol is het gebruik van zelfgekozen gang snelheden (normaal en sneller dan normaal), omdat alle tijdruimtelijke gangbeeld aanzienlijk beïnvloed door de loopsnelheid 18. Een andere mogelijkheid is om een vaste loopsnelheid leggen voor alle vakken met een metronoom (bijvoorbeeld op 4 km / h). De geldigheid van deze aanpak is toch onzeker omdat niet alle patiënten kunnen lopenbij een gegeven snelheid en / of onderhouden van een vaste loopsnelheid. Een belangrijke beperking van het optische systeem is de hoogte van diodes ten opzichte van de vloer (3 mm). Dit instrument enigszins overschat houding tijd en onderschat swing tijd in vergelijking met de vloer geïntegreerde instrumenten (bijvoorbeeld de elektronische loopbruggen of force plates) omdat de diodes detecteren rearfoot het laden en lossen van de voorvoet 3 mm boven de vloer (zie figuur 3A in referentie 7) 7. Door deze beperking het systeem alleen geldige gegevens voor personen die in staat zijn voldoende voeten gedurende het lopen verhogen en die een stap lengte langer dan de voetlengte 7. Dit kan een probleem zijn voor de evaluatie van het lopen variabelen in sommige serieus slechtzienden neurologische patiënten vertegenwoordigen.
Aangezien dit foto-elektrische systeem is zeer eenvoudig te bedienen en geldige gegevens kunnen snel worden opgevangen en gemakkelijk georganiseerd in een uitgebreid rapport, is dit eenpotentieel nuttig systeem voor klinische beoordeling van tijdruimtelijke looppatroon variabelen bij patiënten en oudere volwassenen. Artsen kunnen, in feite, de uitvoering van deze evaluaties in routine lichamelijk onderzoek met de doelstellingen om loopstoornissen detecteren en / of de patiënt vooruitgang na een interventie te monitoren.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben niets te onthullen.
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).
