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临床研究|开放获取
赫克托耳r·马丁内斯Alexis Garcia-Sarreon Fortino萨拉查,玛丽亚·l·卡洛斯·Camara-Lemarroy Guerrero-Gonzalez, ”Markerless 3 d动作捕捉精度评价区分的开/关状态脑深部电刺激后帕金森病”,帕金森病, 卷。2018年, 文章的ID5830364, 7 页面, 2018年。 https://doi.org/10.1155/2018/5830364
Markerless 3 d动作捕捉精度评价区分的开/关状态脑深部电刺激后帕金森病
赫克托·r·马丁内斯,1 亚历克西斯Garcia-Sarreon,1 卡洛斯Camara-Lemarroy
,1
Fortino萨拉查,1
和
玛丽亚·l·Guerrero-Gonzalez1
1y学府de蒙特雷医学院Ciencias de la干杯,大道白痴普列托3000,64710蒙特雷,墨西哥问
文摘
背景。身体运动的评价(BME) markerless系统越来越被认为是一种替代传统的概略介绍技术,因为他们是更快,更简单,更便宜。它们正越来越多地用于临床患者的运动障碍;然而,各种各样的系统可以使冲突的结果。研究问题。本研究的目的是确定一个markerless 3 d动作捕捉系统是一个有用的工具客观区分PD患者DBS在开关状态和控制及其相关评估通过MDS-UPDRS。方法。6 PD病人脑深部电刺激(DBS)双边在丘脑核评估使用BME和统一帕金森病评定量表(UPDRS-III) DBS开启和关闭。BME六16个不同运动的控制以年龄和性别配对与PD患者DBS的开关状态。结果。更好的性能在BME相关UPDRS-III得分较低。患者之间没有统计上的显著差异,DBS对BME的州。然而,一些项目,如左肩弯曲(),右肩旋转(),左主干旋转()患者和健康对照组之间是不同的。意义。这个markerless获得运动数据系统可以有助于区分PD患者和健康对照组。这种新兴技术可能有助于临床评估PD患者更客观。
1。介绍
三维(3 d) markerless动作捕捉系统不断被视为替代传统的传感器系统在人类运动的运动学分析和步态1- - - - - -8]。Markerless系统被越来越多地用于以下几个原因。首先,传统的系统是耗时的,因为他们需要几个传感器的位置以及校准之前测试(共需要1小时)。此外,感谢这个快,技术人员可能扫描更多的人每天,因此允许本研究在一个更合理的价格(在我们的医院,最昂贵的研究是80美元而概略介绍评估可能成本约500美元)。
最后,概略介绍系统容易标记位置错误,这意味着一个传感器可以被不小心放置在不同的位置在两次试验法的;因此,可靠性低和运营商的依赖,这可能会导致冲突的结果(4]。Markerless动作捕捉系统使用光反射从皮肤或特定颜色的衣服来捕捉病人的化身,他们已被证明是更一致当重复测试(4,9]。
markerless系统我们在本研究中使用被称为达里语(动态运动研究所)(运动平台,版本3.2德纳里峰从科学分析公司,堪萨斯城,KS,美国)。达里语系统生成一个全身动作捕捉从云体素骨架,这转化为人类的体积轮廓生成参数。使用一致的服装,算法生成骨架也坚持这样做下去。Rosengarden等人评估该系统的重复性跟踪骨架段长度的变化之间的会话,总计480会议,和9120年骨段。他发现会话之间的骨长度改变的人是1.02%的方差0.002毫米和0.81毫米的99%置信区间(5]。在另一项研究中,Perrott得出结论,当比较概略介绍与markerless评估,他们都报告统计相似的变化范围的角度蹲在骨盆和下肢9]。这些发现说明,一个3 d markerless运动捕捉是一个高度可重复的系统,可以有各种各样的新的体育和医疗应用程序设置(3- - - - - -7,9]。然而,目前还没有标准的动作捕捉系统和结果并不总是一致的,因为他们因设备而异。
同时,传统的概略介绍分析单个人类运动的可能需要天的集中数据编译和纠错。数据已经准备好了的时候,应用程序的窗口已经过去了。Markerless系统通常处理数据速度快;然而,达里语的软件是一个先进的工具,它由一个强大的云计算处理软件引擎,需要成千上万的数据点组成的每一个动作和过程在不到一秒的时间。Ceseracciu等人进行的一项有趣的研究相比markerless和概略介绍动作捕捉技术通过记录同时相同的运动。他们发现markerless 3 d动作捕捉是基于不准确的标记。然而,由于设置妥协,他们只使用了六个摄像头markerless系统(而不是8,系统要求)(1]。
大多数发表的研究,使用达里语系统和其他markerless系统在运动医学领域的应用,对于职业运动员来说,康复,和伤害预防4]。然而,一个最实惠的,微软的Kinect已经使用在许多研究分析步态和运动障碍。Galna等人发现,微软的Kinect总值可以精确测量的时间和空间特征相关的PD运动,但较小的动作(例如,手抱茎)没有相同的空间精度(10]。Bovonsunthonchai检查的另一个研究步态起始PD患者使用力分布测量平台,成功地记录特定的步态特征在PD (11]。类似的研究,但用不同的目标是由Ferrarin et al。他们使用一个概略介绍系统研究丘脑下的刺激的影响在PD的步态运动学和动力学,他们能够找到临床药物治疗产生的影响的差异(左旋多巴)和星展银行(12]。尽管这些研究使用完全相同的系统,他们描述高准确率区分PD患者在星展银行和星展银行关闭状态。到目前为止,还没有研究使用达里语动作捕捉技术发表在神经系统疾病,包括帕金森病。基于硬件和软件的特征描述,我们相信达里语将显示更高准确率比其他markerless系统之前使用。
两次试验法的可靠性和有效性在帕金森病病人复杂的获得是由于其临床表现的异质性。这个临床变化不仅出现在患者身上,而且甚至可能会改变一天几次在同一个病人,即使医疗或手术治疗。出于这个原因,我们招募病人,曾经历了DBS植入,这使一个病人成为自己的控制开/关状态。同时,为了有一个基线,我们可以获得的数据进行比较,我们招募了健康的患者年龄和性别相匹配。本研究的目的是确定一个markerless 3 d动作捕捉系统是一个有用的工具客观区分PD患者DBS在开关状态和健康的对照组。
2。方法
2.1。病人
6 PD患者,按照英国帕金森病诊断的社会大脑银行临床诊断标准认证的神经学家和运动障碍专家,包括(表1)。这是一个试点研究,样本大小是由方便研究人员可访问性和接近。入选标准:诊断PD提交丘脑下的植入至少3个月前评估,和年龄限制在40到80岁。排除标准:肢体残疾患者(即。,wheelchair, cane, and assistance to daily living activities), history of stroke and physical disability, another neurological disorder other than PD, recent head and limb trauma that limits movement, and treatment with antipsychotics drug or recent botulinum toxin treatment. The patients had undergone bilateral subthalamic nucleus DBS implantation with a mean of 15 months (range, 5–46 months) prior to this evaluation due to motor fluctuations and dyskinesia after more than 3 years of good response to levodopa. The stimulation parameters were optimized to obtain the best clinical response (140–160 Hz, pulse width 60–90 μ年代,2.5 - 3 V)。刺激是通过最深的电极接触0(−)把(+)在双相配置。此外,六个健康受试者年龄和性别匹配的作为控制。这项研究是通过我们机构研究委员会,和病人和控制提供的书面同意。前几个月的测试,PD患者临床评估由同一医师根据统一帕金森病评定量表(UPDRS-III)或运动部分。
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PD治疗剂量:左旋多巴范围从400到1000毫克/天,罗替戈汀每天4 - 8毫克,金刚烷胺范围从100到300毫克,每天,rasagiline 1毫克/天。 |
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2.2。仪器
实际上,有许多markerless动作捕捉系统市场,广泛的价格,以及广泛的可靠性。然而,达里语系统已经被证明是最好的众多原因之一。这个系统需要一个快速校准每一天的开始,技术人员可以完成在不到10分钟。它没有被重复,直到第二天,不管有多少病人评估。系统依赖于一个基于计算机的软件,获得病人的骨骼或《阿凡达》使用18高速摄像机(120赫兹)放置在房间里收集的整个身体数据和提供运动学分析几乎立即使用复杂的生物力学算法。
同时,传统运动实验室使用笨重的底座上的压力板测量身体所产生的力量。这些需要频繁的校准和主体的运动限制在一个有限的区域。达里语的动态捕捉系统不需要盘子和可以测量关节力矩,地面反应部队和其他测量没有限制主体的自然运动(3]。
Markerless 3 d动作捕捉的运动学评估PD患者和控制了一个矩形房间6 x 6米和3米高度。房间有一个绿色的屏幕在地板上,和十八个相机是策略性地放置在墙上:十二放置高2.6米,6在一个较低的水平从地上30厘米。房间有足够的空间,它允许更广泛的运动进行分析(图1)。
2.3。评价
PD患者被要求到早上穿黑色紧身的衣服,跳过他们最后PD药物,DBS在关闭状态至少180分钟。在PD患者,UPDRS-III评价是第一个完成的。然后,开始markerless身体运动评价(BME),病人和控制体重和身高都进入到系统,帮助建立联合中心的位置。一旦进入绿色房间,科目第一脚分开,伸着胳膊站在一边,而每个参与者的系统创建了一个3 d轮廓的形成和生物骨架收购;这花了不超过三秒。BME,所有科目执行(表16个不同的运动2)。这组动作特别设计来评估PD患者和包含三个主要运动症状相关的项目在这个疾病:刚性,动作迟缓,和姿势不稳定;地震评估是不可能的。一旦BME, PD患者被要求把他们的星展银行在国家和之前重复UPDRS-III和BME等待30分钟。控制只执行BME,不超过20分钟。PD患者评估的两倍(DBS状态了),中间有一个30分钟的等待;他们评估共花了大约1小时。数据文件被上传到达里语运动平台,产生全身运动生物力学分析结果,最后,这些数据被导出到Excel统计分析。
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BME、身体运动评价;UPDRS-III、统一帕金森病评定量表。 |
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2.4。分析
一个配对t以及被用来比较意味着UPDRS-III变化之间的开关状态。意味着组之间的差异进行评估与方差分析或克鲁斯卡尔-沃利斯测试取决于每个独立变量的分布的数据。事后分析为两两比较在统计上显著的结果。双变量之间的相关性评价形式审查。这些相关性之间的开关状态检查UPDRS-III和BME项目。尽可能准确地进行比较,类似物品UPDRS-III和BME都相关(例如,刚性的上肢UPDRS-III与肩膀弯曲,扩展,从BME)和旋转。之一是髋关节置换取自BME的相关性,分析平衡通过测量的运动臀部当病人站在10秒,伸出双臂,闭上眼睛;这是与姿态稳定从UPDRS-III项目,这是一个快速的拉,反动的干预试验,测量病人的反应。因为不是所有UPDRS-III物品被达里语可衡量的,七18相关;然而,所有BME项目与全球UPDRS-III分数(表2)。使用IBM SPSS 21.0统计软件进行数据分析。一个≤0.05的值被认为是显示统计学意义,意味着±SD和价值观。
3所示。结果
6 PD患者(四男两女),平均年龄为62.3±10.6年(范围、44 - 76年),和六个对照组(四男两女),平均年龄为60.3±10.25年(范围、44 - 76年),是包括在这项研究。
3.1。DBS在关州之间的区别
UPDRS-III电动机分数差距显著PD患者之间在星展银行和关闭状态(30.17和46.33,)。上肢参数中,我们发现统计上显著的群体差异左肩弯曲和右肩旋转( ,),分别在事后成对分析显示一个重要区别,左肩屈曲控制(为断断续续组)和右肩旋转与控制( ,)(表3)。
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星展银行,脑深部电刺激;NS,不重要;R,对吧;L,离开;F,弯曲;E、扩展。右肩旋转,结果显示由于双成对两次重大的结果。 |
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关于箱子移动、弯曲位移/扩展和左右旋转显示多组之间的显著差异分析( ,分别)。然而,搭配之间的差异只是发现和控制对旋转的树干上()、左旋转和控制()。下肢和步态参数显示多组的统计上的显著差异分析(表3)。
3.2。相关额外步态物品
在UPDRS-III,更高的数字表明性能下降;在BME,数字越大,通常表示一个更好的性能。BME之间显著负相关,UPDRS-III分数一个项目就意味着项目评估PD患者可能是有用的。PD患者的DBS状态,显著负相关性被发现之间的全球UPDRS-III运动评分和右肩弯曲( , )和最大绑架( , )。右上肢刚度与右肩也负相关扩展( , )。之间的负相关性UPDRS-III PD患者和BME不在DBS的状态。关于下肢,更深入的双边蹲与步态UPDRS-III项(负相关 , )和身体运动徐缓( , 星展银行关闭状态)。没有该负相关在PD患者在DBS状态。有趣的是,当一个PD病人受到刺激,一个复杂任务的性能,如刺的位移,是与较低的分数相同的物品(步态和运动徐缓)UPDRS-III ( , 两个项目)。
关于树干评价,有显著负相关,PD患者在DBS UPDRS-III全球运动评分和右( , ),( , )在BME躯干旋转。平衡和姿态显示UPDRS-III和BME(表之间没有显著差异4)。
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UPDRS-III相应物品。BME、身体运动评价;星展银行,脑深部电刺激;NA,不适用,因为所有的数据在“从椅子上”是0的状态;NS,不重要;鳞状细胞癌,斯皮尔曼相关系数;UPDRS-III、统一帕金森病评定量表。 |
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3.3。相关步态的物品
在DBS关闭状态,PD患者UPDRS-III步态项目之间有显著负相关和步幅( , )以及正确的步长( , )。在我们的示例中,左右脚一步宽度是高度正相关与步态项UPDRS-III ( , 两只脚)。有趣的是,抑扬顿挫,步速,步幅是负相关的“从椅子上”项UPDRS-III ( , )。PD患者在DBS状态,姿势是唯一UPDRS-III项与节奏和步态速度显著负相关( , 项目)和双方的步长和步长( , )(表4)。
4所示。限制
我们承认可能会干扰我们的结果的局限性。样本量太小而不能反映所有PD患者DBS的模式;然而,这是一个试点研究,样本大小是由方便。物品从UPDRS-III和BME并不相同,因此,即使是基于相似度的相关性,它们可能不是完全可比;UPDRS-III步态,执行分析9米距离,在BME步态分析在一个6米的房间。然而,我们假设BME会给我们一个客观的量化的运动异常,相比之下可能导致UPDRS-III inter-observer变异性。UPDRS-III包括18项,其中只有7个可识别的动作捕捉系统,和其他不在;然而,相比全球UPDRS-III分数所有BME物品。
5。讨论
在目前的研究中,我们表明,markerless 3 d系统与UPDRS-III分数。markerless技术的效用评估运动障碍的临床是有争议的,因为分析参数尚未标准化。然而,几项研究已经描述了精确的采集人体解剖学和生物力学的社会的建议(一致性1,3,5- - - - - -7,9,10]。
不同markerless系统也被评估,包括微软的Kinect传感器,总值准确测量时间和空间特征的临床相关的动作但更有效评估好运动,如震颤,手抱茎,脚趾攻丝(10,13]。因为有各种各样的markerless系统,必须使用一个系统验证,可以显示可重复性14]。尽管达里语系统还没有被用于神经运动障碍,包括PD,我们相信,前面的出版物,从健康受试者获得数据,确认其有效性(4]。
在我们的研究中,步态之间有显著负相关,UPDRS-III步幅和BME ( , )以及正确的步长( , 在关闭状态。改善一些功能在BME UPDRS-III电动机得分与积极的变化。一些物品显示意义但不另一侧,这可能是由于不对称通常观察到在PD的临床过程。虽然我们最初的假设的能力达里语系统区分断断续续的星展银行没有达到我们的期望,我们的结果显示一个潜在的PD的达里语系统的使用。可能这个试点研究中使用小样本大小可能反映统计结果不代表。更大的样本将有助于建立参数和产生新的工具运动障碍的客观评价;这种方式,避免两分的可变性。验证markerless系统评估PD患者需要进一步研究协议涉及更多的患者在不同临床条件。有一个广阔的区域内的机会使用新兴技术在运动障碍的评估。前瞻性研究也将有助于建立markerless系统的临床意义。
数据可用性
的数据支持本研究的发现可以从相应的作者,MLG和人力资源管理drhectormtz@yahoo.com和lucy.guerrero.gzz@gmail.com。
的利益冲突
本文的作者没有任何的利益冲突。
作者的贡献
赫克托·r·马丁内斯,医学博士,FACP监督研究;构想提出了研究理念,概念;和设计;招募病人和控制;负责分析和解释数据,起草和修订手稿,重要的修订和最终批准的手稿。亚历克西斯Garcia-Sarreon医学博士,研究构思和设计,对患者进行了评估和控制,负责采集数据,进行数据的统计分析和解释,写了最初的手稿。卡洛斯Camara-Lemarroy博士负责概念和设计,验证了统计分析方法,导致的解释结果,起草、修订手稿和至关重要的。Fortino萨拉查医学博士,研究构思和设计,进行了DBS在所有患者植入手术,和负责重要的修订手稿。玛丽亚·l·Guerrero-Gonzalez博士进行分析和解释数据,设计了表、起草和修订后的手稿,负责起草最终版本一旦输入所有作者收到了。
确认
感谢研究院Neurologia y Neurocirugia医院Zambrano-Hellion N.L.蒙特雷,墨西哥,我们研究的总部。我们还要感谢旧金山Rodriguez-Leal, MD,诺玛·l·Alvarado-Franco MD,回顾临床文件和他们的有价值的评论这项研究的统计分析。我们也承认UCB墨西哥的无限制的支持。在提交之前,纸被送到Enago-Global实质性的编辑,这是由著名德蒙特雷ITESM。
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