Abstract
Romlige og tidsmessige kjennetegn ved mennesket som går ofte evaluert for å identifisere mulige ganglag nedskrivninger, hovedsakelig i ortopediske og nevrologiske pasienter 1-4, men også hos friske eldre voksne 5,6. Den kvantitative gangart-analyse er beskrevet i denne protokollen er utført med en nylig innført fotoelektriske-system (se Materialer tabell) som har potensiale til å bli brukt i klinikken, fordi den er bærbar, lett å sette opp (ingen gjenstand preparatet er nødvendig før en test ), og som ikke krever vedlikehold og sensorkalibrering. Den fotoelektriske systemet består av serier av høy tetthet gulv-baserte fotoelektriske celler med lys-emitterende og lysmottakende dioder som er plassert parallelt med hverandre for å skape en korridor, og er orientert vinkelrett på linjen av progresjon 7. Systemet detekterer bare avbrudd i lyssignal, for eksempel på grunn av tilstedeværelsen av føttene i opptaksområdet. Temporalganglag parametere og 1D romlige koordinatene påfølgende trinnene er senere beregnet å gi felles ganglag parametere som skrittlengde, enkelt lem support og ganghastighet 8, hvis gyldighet mot et kriterium instrument har nylig blitt vist 7,9. Måleprosedyrer er veldig grei; en enkelt pasient kan testes i mindre enn 5 min og en omfattende rapport kan genereres på mindre enn 1 min.
Introduction
Turgåing er en av de viktigste fysiske aktiviteter i dagliglivet, og er en viktig faktor for livskvaliteten for eldre og pasientgrupper som kan presentere med ganglag forverringer. Klinisk evaluering av gangart funksjon er derfor viktig å avsløre mulige endringer indusert ved aldring og / eller neurologiske / ortopediske patologi, men også for å påvise de funksjonelle fordelene ved en behandling. Ulike virkemidler har blitt utviklet for kvantitativ vurdering av ganglag parametre, f.eks force plater, videobasert 3D bevegelsesanalyse, karosserimonterte akselerometre 10,11, og instrumentert gangvei matter eller tredemøller 12. Imidlertid er disse systemene i hovedsak brukes til forskningsstudier i stedet for kliniske formål, fordi de er kompliserte å bruke, har lav tilgjengelighet, og skjøre sensorer.
En gulvbasert optisk system har nylig blitt introdusert, som er i stand til å gi et gyldig calningen av timelige funksjoner og 1D romlige koordinatene gang trinn. Dette måleinstrumentet har flere fordeler i forhold til eksisterende systemer: det er lett å håndtere, data er innsamlet meget raskt, er det enkelt å lage en detaljert rapport, og det er et modulsystem som betyr at lengden av systemet kan endres . Dermed kan den brukes med selvtillit å måle innenfor-gruppen endringer i langsgående vurderinger og mellom-gruppe forskjeller i tverrsnitts sammenligninger. Målene for den beskrevne protokollen er å fokusere på utstyr og installasjon, og å objektivt og oversiktlig beskrive vurderingsprosedyrer for å vurdere tid og rom gangart parametere i eldre og pasientgrupper.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Protokollen følger retningslinjene til den lokale menneskelig etikk-komité i Zürich (KEK Zürich).
1. Hardware Installation (figur 1)
- Bruk to 10-m sett av gulvbaserte barer og plassere dem parallelle med hverandre (og til linjen av progresjon) for å skape en korridor med en inter-sett avstand på ca. 1 m.
MERK: Denne avstanden kan økes opp til 8 m. Hver søyle har en lengde på 1 m og består av 96 lysdioder. - Gjøre et skille mellom lys-sending (T) og lysmottakende (R) enheter for installasjon av barene ved å plassere (T) enheter på høyre side og enheter lysmottakende (R) på venstre lystransmitte side i forhold til gåretningen.
MERK: De første meter barer (både T og R) har sølv trommer. De T og R barer plassert på de resterende 9 m er alle like og utskiftbare. - Koble til alle barer av en rad med caps (trådløs). Bruk to power forsyninger: en for hvert sett av barer (T og R).
- Koble den første R bar til den bærbare datamaskinen med en USB-kabel.
- Plasser kameraet ved siden av den første baren for offline verifikasjoner (f.eks starter fot), og koble den til den bærbare datamaskinen med en USB-kabel.
- Sett et merke 2 m før og etter begynnelsen og slutten av sporet.
- Slå på den fotoelektriske enheten ved hjelp av på-bryter for det første R og T bar.
- Sjekk at kontroll lysdiodene er plassert på alle R linjene er grønne.
MERK: Hvis det er tilfelle, er systemet riktig plassert og testing kan starte; men hvis en eller flere av kontroll LED er rød systemet ikke er riktig plassert og / eller tilkoblet. Kontroll alle caps ved å sjekke at de er helt klikket på plass og slå av og på igjen.
Figur 1. photoelectric system består av lys-sendende (T) og lys-mottagende (R) enheter som er plassert parallelt til hverandre med en avstand på ca. 1 m. Kameraet er montert i nærheten av startområdet for kontrollformål. Den bærbare datamaskinen er koblet med USB-kabler til første R bar og til kameraet. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
2. Installasjon av programvare og klargjøring av en test
- Last inn programvaren opererer den fotoelektriske system fra www.optogait.com/Support/Downloads. Merk: Denne protokollen er beskrevet ved bruk av 1.8.1-versjonen.
- Hvis programvaren er brukt for første gang for ganganalyse opprette en ny test som følger (ellers videre til trinn 2.3):
- Velg Test klikk deretter på Definer / Endre tester. Nå klikker du på Gait test og velg Duplicate test.Klikk på Bekreft i pop-up vindu, slik at testen er duplisert.
- Dobbeltklikk på duplisert test for å endre navnet (f.eks Gait Test 10 bar) og velg 10 for antall barer. Bruk standard parametere for gangart test, som er presentert i figur 2. Til slutt velger du Lagre for å lagre alle endringer.
- Legg til en ny pasient til databasen. Velg Pasienter, klikk på Insert / Endre tålmodig, og klikk deretter på Ny pasient for å legge inn data. Deretter lagre dataene.
Figur 2. Standard innstillinger for en gangart test med 10 barer, som er beskrevet i denne protokollen. Disse innstillingene må defineres når den fotoelektriske systemet brukes for første gang. I denne protokollen startfoten ikke er definert.Systemet begynner å måle når pasienten kommer inn i opptaksområdet og stopper å måle når pasienten forlater måleenhetene. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
3. Testing Prosedyrer
- Gi alltid de samme instruksjonene til pasienten 13.
- Instruere pasienten til å gå med flate såler langs 10-meter gangvei på to forskjellige hastigheter: normal ("gå i et tempo som er behagelig for deg"), og raskere enn normalt ("gå i et tempo som er raskere enn du normalt ville gå ").
- Be pasienten om å se rett frem under walking prøvelser.
- Be pasienten for å initiere det første trinnet med samme fot å bedre standardtestbetingelser.
- Be pasienten om å begynne å gå 2 m før den første fotoelektriske bar og inngå hver stIAL 2 m etter siste bar for å opprettholde konstant gangart hastighet 13.
- Demonstrere en prøveversjon på normal hastighet til pasienten.
- Be pasienten om å utføre tre familiarise prøvelser etterfulgt av en eksperimentell studie ved hver hastighet. Alltid komplett normale hastighetsforsøk først.
- Å bli klar med programvaren, klikk på Test og deretter Utfør for å starte målinger med opprettet test.
- Velg pasienten ved å klikke på Velg, velger pasienten og deretter klikke på Bekreft.
- Velg testen ved å klikke på Velg, og velge testen f.eks Gait Test 10 bar. Kontroller at bare denne testen er valgt for målingen.
- Plasser kameraet slik at det kan ta hele turen. Endre plasseringen av kameraet mens du kontrollerer levende bilde på skjermen på den bærbare datamaskinen.
- Til slutt klikker du på Kjørigjen.
MERK: Nå programvaren er klar til å måle. Så snart pasienten går inn i barene, begynner systemet å måle og et pop-up vindu som ber deg start fots.
- Klikk på den aktuelle foten slik at ganglag parametere blir riktig beregnet.
MERK: Kameraet tar opp automatisk når testen startes. - Lagre testen.
4. Data Analysis
- Klikk på resultater å vise fullførte studier. Deretter klikker du på pilen ved siden av testen av interesse å overføre testen fra Test-listen til Test analyse delen. Nå klikker du på Vis for å vise den valgte test. Referer til Resultater seksjon for alle tester utført i denne studien.
MERK: Et vindu med all testdata vises (Figur 3). På venstre side av vinduet er det noen knapper for aktivering av forskjellige funksjoner. Den andre delen av vinduet presenterer fire types av informasjon om den aktuelle testen. Hvert sett av informasjon kan vises / skjules ved hjelp av kommandoer konfigurasjons. Fra topp til bunn elementene er følgende: video, diagrammer som viser resultatene, bord med numeriske data og fotoelektriske barer. - Klikk på Gangart data å vise en gangart rapport (figur 3).
- Klikk på Print (et vindu med rapporten vises) for å skrive ut rapporten.
MERK: Rapporten kan skrives ut som den er, eller kan bli endret. For de forskjellige tid og rom parametere, blir følgende resultater presentert i rapporten: middelverdier ± standardavvik (SD) på venstre og høyre side, variasjonskoeffisient (CV) uttrykker gangart variasjoner 14,15, og prosent forskjell mellom venstre og høyre side (asymmetri).- Om nødvendig, endre rapporten slik: åpne rapporten som beskrevet ovenfor (trinn 4.3). Klikk på knappene Vis eller skjul på venstre side av skjermen for å tilpasse seg de presenterte data og diagrammer i rapporten.
- For å endre logo og / eller bunnteksten på rapporten, klikk på den respektive knappen (Endre logo eller Endre bunntekst) for å endre disse parametrene.
- Å sammenligne to eller flere tester utført på forskjellige anledninger, for eksempel, før og etter en intervensjon, velge de forskjellige testene i resultatene delen ved å klikke på pilen ved siden av testene, og klikk deretter på knappen Sammenligne.
MERK: En rapport med direkte sammenligning av alle parametere for de ulike testene vises.
Figur 3. Skjermbilde av alle testdata. Vises Kommandoknappene på venstre side av vinduet (for eksempel ved å klikke på Skriv ut en rapport genereres, som kan til slutt endret). Den annendel av vinduet viser følgende informasjon om den aktuelle testen, fra øverst til nederst: video, diagrammer viser resultatet, bord med numeriske data og fotoelektriske barer. Disse detaljene kan vises / skjules ved hjelp Konfigurer-knappen på høyre side. Selve visningen av dataene kan endres ved å klikke på Gangart data eller Gait rapporten, henholdsvis. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
En fersk studie viste gyldigheten av den fotoelektriske system mot et kriterium instrument (en validert elektronisk gangvei) for vurdering av tid og rom gangart parametere i ortopediske pasienter og friske eldre kontroller 7. De samme mellom gruppene forskjeller i ganglag variabler ble oppdaget av de to systemene. Selv samtidige validitet var utmerket, med intra korrelasjonskoeffisienter varierer mellom 0,933 og 0,999 (p <0,001), en systematisk skjevhet (p <0,001) ble observert mellom de to måleinstrumenter. Stance tid og syklustiden var betydelig lenger mens swing tid og skrittlengden var kortere for den fotoelektriske system enn for elektronisk gangvei. På samme måte, ganghastighet og tråkkfrekvens var litt (1-2%), men betydelig lavere for den fotoelektriske system.
Data fra en representativ rapport er presentert i figur 4. Rapporten viser resultatene av enwalking studie utført ved normal hastighet med 12 trinn (6 venstre og 6 rett). Spatiotemporal ganglag parametrene i denne studien er presentert som gjennomsnitt ± SD og CV for venstre og høyre side. Videre prosent forskjell mellom venstre og høyre side (Diff.) Er presentert. Data over venstre og høyre side er presentert i lilla og turkis, hhv. De vanligste gangart parametere som skrittlengde, holdning fasen, swing fase, single support, step tid, tråkkfrekvens og hastighet er momentant (on-line) beregnet og presentert på skjermen under selve forsøkene (figur 3). De samme verdiene er presentert i off-line gangart rapport (figur 4). Prosent forskjell mellom de to sidene uttrykker det såkalte side-til-side (eller bilateral) asymmetri som er en god indikator på gangart utvinning, for eksempel, før og etter en intervensjon. Gjenoppretting av symmetrisk gangart funksjon er en av de viktigste målene i pasienter rehabilitering så å regain uavhengighet i daglige aktiviteter. CV brukes som en indikator på gangart variabilitet, som vanligvis er forhøyet hos pasienter med klinisk relevante syndromer som for eksempel fallende og nevro-degenerative sykdommer 16,17 og derfor er det en relevant effektmål for nevrologiske pasienter og for pasienter med mild kognitiv svikt og demens.
Figur 4. Representant gangart rapport av en tursti utført ved normal hastighet ved en ortopedisk pasient. Figuren på toppen presenterer en forenklet gangart syklus med de ulike timelige ganglag parametere (per fot). Tabellen viser gjennomsnittlig testdata av påfølgende trinnene for den valgte test. For de forskjellige spatiotemporal gangart Parametere følgende resultater presenteres: gjennomsnitt ± standardavvik (SD) for venstre og høyre side, koeffisient av variatipå (CV) for venstre og høyre side, og prosentvis forskjell (Diff.) mellom venstre og høyre side. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Protokollen som presenteres her kan brukes til å evaluere romlige og tids ganglag parametere av pasientene (ortopediske, nevrologiske, cardiorespiratory, etc.) og friske eldre voksne med en nylig innført fotoelektriske system. Den totale lengde og bredde av systemet kan bli modulert avhengig av den tilgjengelige plass og budsjett. Den estimerte kostnaden (i Europa) er ca 2800 USD per meter for en 10-meter system og minimum anbefalt lengde er tre meter for gulvbasert ganganalyse. En ny funksjon i den fotoelektriske system har også nylig blitt introdusert, som består i å lukke korridoren med ytterligere to barer som er plassert vinkelrett på T og R-barer, og dermed skape en slags rutenett som gjør at beregning av 2D footfall mønstre. I tillegg kan bare de to første-meter barer anvendes for tredemølle basert gangart-analyse, selv om dette ville kreve en validering.
Før du starter measuremenTS er det viktig å kontrollere at alle barer er riktig tilkoblet; Dette er tilrettelagt av de rød / grønne kontroll lysdioder plassert på hver fotoelektriske bar. Et annet kritisk punkt er definisjonen av utgangs fot, som har til å bli valgt ved begynnelsen av hver test. I tilfelle feil side er valgt, kan gjøres offline modifikasjoner når som helst (åpne den aktuelle testen og velg Gait rapport, og deretter endre foten), også etter å ha verifisert start foten (og alle andre eventuell tvil) på video.
Den største begrensningen for denne protokollen er bruk av selvvalgte ganglag hastigheter (normale og raskere enn normalt), fordi alle tid og rom gangart parametrene er betydelig påvirket av ganghastighet 18. Et alternativ vil være å innføre en fast gangart fart til alle fag ved hjelp av en metronom (f.eks ved 4 km / t). Gyldigheten av denne tilnærmingen er likevel usikkert ettersom ikke alle pasienter kan gåved en gitt hastighet og / eller opprettholde en fast hastighet gangart. En viktig begrensning av den fotoelektriske systemet er høyden av dioder med hensyn til gulvet (3 mm). Dette instrumentet litt overvurderer holdning tid og undervurderer swing tid i forhold til gulvintegrerte instrumenter (for eksempel elektroniske gangveier eller force plater) fordi diodene oppdage rearfoot lasting og forfot lossing 3 mm over gulvnivå (se figur 3A i referanse 7) 7. På grunn av denne begrensningen kan systemet bare gi gyldige data for personer som er i stand til å heve tilstrekkelig føttene under gange og som har en skrittlengde lengre enn sin fot lengde 7. Dette kan representere et problem for vurdering av ganglag variabler i noen alvorlig svekket syn nevrologiske pasienter.
Siden fotoelektrisk system er svært enkel å betjene og gyldige data kan raskt samlet og enkelt organisert i en omfattende rapport, er dette enpotensielt nyttig system for klinisk vurdering av tid og rom gangart variabler i pasienter og eldre voksne. Klinikere kan faktisk gjennomføre disse vurderingene i rutinemessige fysiske undersøkelser med målene å oppdage ganglag lidelser og / eller til å overvåke pasientens utvikling etter et inngrep.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ikke noe å avsløre.
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).
