OrthoRehab:发展一个新的方法之间的比较研究不同类型的Ankle-Foot矫形器在足部功能障碍

介绍

主要慢性疾病枚举由世界卫生组织(世卫组织),例如,癌症、精神疾病、心血管疾病、慢性呼吸道疾病,风湿病疾病,有一个对生活质量产生巨大影响的个人和代表本世纪主要健康问题(1,2)。脚损伤是一个主要的不利条件在类风湿性关节炎(RA)和中风。考虑成人中风患者的总数,10 - 20%有马蹄足脚作为一个严重的后果和> 90%的RA患者报道脚投诉过程中拇外翻畸形等疾病(65%)、纵向拱(42%)压扁,和爪趾(39%)(3- - - - - -7)。这是一个最不正常的畸形步态产生重大影响和个人的生活质量遭受中风或RA (5,6,8- - - - - -12)。这些障碍或畸形的可能的治疗是使用ankle-foot矫正器(灭蚜磷)或在严重的情况下,外科干预。灭蚜磷外部生物力学设备有能力改善步态和身体影响下肢的功能。

传统上,灭蚜磷选择基于治疗师的知识和临床经验,病人的需要,或病人的步态的定性分析(13)。此外,AFO处方指南提供一个一般建议为每个类型的矫正法和不具体。出于这个原因,目前临床标准选择特定AFO是有限的和主观的(14)。这对病人的步态性能有巨大影响在使用设备(13)。

目前,有一个相当大的研究差距对于步态模式的全面分析,包括时空的定量评估,运动学,动力学参数,同时,在使用AFO每个病人。此外,研究还缺少哪些矫正法最适合每个主题的功能性需求(9,15)。功效的研究灭蚜磷促进步行能力应该开发,和他们会支持医生/治疗师更精确和可靠的决策在康复过程(13)。因此,本文介绍了OrthoRehab-a临床决策的工具,支持医生/治疗师定义AFO脚障碍患者在康复过程中。因此,本文的主要目标是(1)描述OrthoRehab的开发过程,(2)展示其应用在临床环境的结果。

材料和方法

OrthoRehab设计并开发一个多学科小组,由医生、治疗师、从康复医学和生物医学工程师Alcoitao中心(CMRA)和新里斯本大学。本研究经葡萄牙这个中心伦理委员会的批准。

关于方法用于OrthoRehab的发展,以下步骤进行所有团队成员的贡献:

1。选择平台的需求

2。决定什么应该分析步态参数

3所示。部门的这些参数类别:时空,运动学和动力学

4所示。构建平台根据前一步中定义的类别

5。定义参数的计算分析

6。图形界面编程。

为了定义需求,我们要求潜在终端用户,包括医生和治疗师参与这个项目,他们认为什么设施将是重要的平台(16)。这次磋商的结果可以确定具体需求如下:

•易于使用:该工具应该快去学习,和医生/治疗师应该能够使用它

•应该在数字格式

•促进参数的分析

•提供报告

•兼容VICON NEXUS步态分析文件。

开发一个平台(OrthoRehab)来满足这些需求。使用MATLAB图形用户界面开发2014 b^®软件。这使得于VICON NEXUS 1.8.5的引入^®(软件在本研究用于步态收购)文件和执行分析的时空,运动学和动力学参数。

因此,平台OrthoRehab组织在以下部分:

1。导入/导出文件(文件兼容性)

2。计算参数

3所示。可视化的结果

4所示。创建报告。

导入/导出文件(文件兼容性)

使用软件的数据采集进行VICON于NEXUS 1.8.5^®适应了一台电脑。因为这个新平台设计与这个系统兼容,它不增加任何工作以外的临床医生将生成的文件导入到图形界面开发。在软件文件的介绍后,数据进行了研究和分析。最后,输出保存在数据库中。

尽管于VICON NEXUS 1.8.5^®软件已经分析步态参数,它只考虑一个步态周期,在一个条件(有或没有矫形器),因此过于一般不具体的。

计算参数

分析了参数,分为时空,运动学和动力学(表1),选择与团队合作(医生和治疗师)CMRA和根据Boudarham所使用的方法(7),Kinsella (17)和Manca (18)。

首先,每个条件(有或没有矫正法)是验证是否两下肢步态测试有足够的动态数据,也就是说,如果至少有一个步态周期力平台上没有工件。然后,下面列出的所有参数(表1)计算每个步态周期中,为每个条件和参数的平均值为每个条件决定。最后,所有的值和曲线相对应的图形界面所示的所有正在运行的周期平均分析下的下肢。

时空分析

时空参数分析了每个步态周期是与时间间隔有关,距离,速度,节奏,各自的不对称。这些不对称对应于每个下肢的值的差异。

所有条件分析,计算每个时空参数,其值是首先与规范性。之后,病人的条件显示最佳性能(即。更高的速度和更低的不对称,突出显示)。

运动分析

运动学分析曲线对应的平均价值在步态周期运动的角度每个周期的百分比。

OrthoRehab运动学参数分析的是:

•的矢状面tibiotarsal joint-defined点:初步接触,最大最大背屈和跖屈

•额平面的tibiotarsal joint-defined点:初步接触和释放的手指侧下肢

•pelvis-defined的矢状面之间的垂直扩展最大和最小点。

踝关节和地面反作用力,开发界面显示图表曲线角度和力量,分别为最多三个条件(没有矫正法和两种不同类型的矫形器,一般计价的A和B)的运动学分析确定条件。(没有矫正法,矫正法或矫正法B)允许在背屈振幅增加,减少内翻足,较低的能量消耗的步态下的个人分析。

动力学分析

分析的动力学参数程序,是力量和能量,即垂直地面反作用力和踝关节的最大力量。

动态参数分析的项目有:

•该土壤的垂直反作用力分析点是第一和第二最大值

•tibiotarsal强度的点分析曲线的最大发生之前脚离开地面(下肢的分析)。研究地面的垂直力的目的反应是评估个人的实施能力。

动态分析曲线对应于力的平均值的比例每支持每周期阶段,权力和百分比。骨盆的垂直扩展和踝关节力量值计算的三个条件和最低和最高价值,分别选择并突出显示。表中给出的值。

图形用户界面的可视化结果

因为结果的可视化界面的可用性是一个重要的问题,图形界面架构和功能定义与医生和治疗师使用共同创造方法。

界面设计要求

图形界面开发满足以下要求:

•效用和功能应执行计算感兴趣的参数和功能介绍

•顺序和intuitional-all相关信息应该分布在一个简单的、连续的、直观的方法

•的原始工具,允许临床结果之间的比较分析不同类型的矫形器

•为医生和治疗师没有额外的工作。

图形界面架构

图形界面开发的架构,提供了以下主要部分:主菜单,导入文件,和数据分析的三个选项卡:时空分析;运动学分析;动态分析。

分析下的参数表和图所示。程序开始时主菜单窗口(图1)打开。这个窗口允许用户介绍每个病人并导入的数据文件进行分析。在导入文件之后,可以访问三种可用的分析。另外,支持手动也准备理解程序的设计,以及它的所有功能。

功能

图形界面开发具有以下功能:

•阅读能力于VICON NEXUS 1.8.5产生的CSV格式的文件^®软件

•执行时空、运动学和动力学分析的三种可能的条件:没有矫正法,以矫正法和矫正法B-although程序理想化的分析三个条件,可以执行分析只有两个条件研究

•分析一个或两个下肢可能性

•显示参数的平均值在分析

•在表或图表的形式参数分析在不同条件下对下肢

•强调值接近规范标准(例如,更高的速度)

•选择动态矫形器的名称下的研究中,对矫形器的类型没有限制

•非病理性的激活模式的选择的图表

•和缩小的图形interactivity-zoom图表,以及显示的坐标点的曲线通过将光标

•数据记录功能

•创建一个数据库(XLSX格式)组织与所有感兴趣的参数

•自动添加数据从个人到数据库。

试点研究

OrthoRehab工具测试中三个参与者(两位女性和一位男性)和马蹄足脚功能障碍引起的中风(左半身麻痹)。所有的受试者与任何矫形器在测试经验(表2)。

入选标准是中风与损伤的诊断只有在右半球(理解和语言能力不是妥协);马的脚,背屈的tibiotarsal联合起来为0°被动和修改Ashworth量表得分:0,1,1 +,或2;年龄在55到65年(不包括年轻的中风和退行性运动障碍老年年龄的特点);由第三方执行独立行走能力的最小距离10米,被允许走援助的使用;与鞋走路的能力但没有矫正法;培训与矫正法的初始阶段:5训练或< 1周使用。

过程

每个主题以前了解的过程和研究的目标和签署知情同意。

步态生物力学实验室的收购进行CMRA控制温度和光线条件和常规的地板上。收购过程中执行四个步骤:

1。测量人体测量参数,比如体重、身高、髂波峰之间的距离,腿的长度,膝盖宽度,和脚踝宽度

2。软件需要16个反光标记的位置在每个下肢(8)在特定的解剖位置根据标准协议的下半身运动分析利用Vicon插件步态模型。总共16个反光标记放置8下肢。这些都是放置在内侧和外侧的关节位置被认为是解剖标志(19,20.)。

3所示。参与者,穿鞋,沿着力平台速度,他们认为舒适的三个条件:(I)没有矫正法;(2)与矫正法(后支持);(3)矫正法B(前支持)。

4所示。第三点是每个条件重复两次。

动态数据收集和四个力从先进的机械技术平台,Inc . AMTI or6 - 7 - 2000(50.8×46.4厘米)和四个类比放大器AMTI,纵向导向和嵌入式与地面冲洗。运动学数据收集的六个红外摄像机VICON扬T10(1像素)。另外,有两个数字摄像机巴斯勒piA1000-48gc GigE。所有设备连接于VICON NEXUS 1.8.5^®软件,允许同时采集步态的运动学和动力学数据的受试者在100赫兹的频率分析红外摄像机和1000赫兹力平台。

结果

为了演示OrthoRehab的可行性,如前所述,应用于三个病人,医生和治疗师。在本节中,我们提出了终端用户的评论和初步研究的结果。

最终用户的评论

医生和治疗师应用OrthoRehab工具,在概念验证过程中,表明该工具很容易被应用,它可以支持他们选择最合适的一种矫正法根据病人的需要。此外,可以使用用户提到OrthoRehab没有工作量,提供一个评价,他们不能在一个传统的方法。此外,发现高水平的共识关于是否有临床需要提出的新工具。

同时,高水平的协议,OrthoRehab的成功的关键是包括医生和治疗师共同创造的这个工具。

OrthoRehab应用程序

分析只有在步态周期的左下肢(影响肢体)三个条件使用OrthoRehab工具。

平均值,考虑到三个参与者,为每一个执行的三个试验,计算。

时空参数

速度分析,选择了最高价值。所有参与者提出值远低于称为非病理性:1.3米/秒(19)。然而,平均最高速度是观察当患者使用矫正法B。

关于节奏的不对称,结果表明,一个是矫正法导致最低的值,而矫正法B宽度减少了不对称的时间和步骤。步长,没有矫形器被证明是有效的。

减少立场相不对称,B是矫正法显示更多的好处。减少单一相不对称的支持,最好的选择是a .所有参与者,增加立场阶段和减少单一支持阶段也矫形器的验证。

运动参数

最大的最大背屈和跖屈踝关节的矢状面考虑评估背屈的增加。步态的性能被认为是提高当感兴趣的值从曲线与矫正法相比高值的曲线没有矫正法。

角结果表明,平均而言,一个是矫正法,增加背屈(增加6.133°(±0.001°)在脚的影响,0.614°(±0.001°)的最大背屈,和3.805°(±0.001°)最大跖屈)。只有主题2显示不同的结果(图2)。

立场的增加阶段是为了分析评估时间的行为。获得的结果显示,平均而言,使用矫形器并不能提高时空变化。

脚的角度分析影响冠状面和侧脚的踝关节,我们评估的增加内翻足。

角,结果表明,平均而言,矫形器可以减少特征内翻足马蹄足的足部功能障碍。然而,矫正法显示定量更重要的改进是B(增加0.768°(±0.001°)脚影响和0.394°(±0.001°)提高脚侧肢体)。再一次,主题2显示不同的结果(图3)。

时态变化,所使用的方法是一样的一个用于矢状面。再一次,结果表明,平均而言,矫正法的使用并不能提高时空变化。

垂直扩展的角骨盆矢状平面步态能量消耗的直接相关。我们寻找最低的扩展值,因为它们意味着较低的能量消耗,从而更有效的步态。尽管数据显示,矫形器传授有益效果,平均而言,一个矫正法产生更好的结果。

动力学参数

关于地面反作用力,力越高产生更好的性能。第一个和最后一个峰值分析时,平均而言,只显示了积极的结果在这两个峰值。

关于时间变化,我们可以说,有一个改善的第一峰值曲线如果是左边相应的峰没有矫正法,还有第二个峰值的改善如果是在右边。采用这一标准,因为它是验证,分析的情况下,第一个峰值出现之后,第二个峰值相对于非病理性早些时候发生的行为。结果表明,平均而言,没有矫正法提高了第一个高峰暂时和第二个峰值(显示的好处表3)。也观察到颞第一和第二个峰值之间的关系远低于标准的参考价值:60% (21)。

踝关节的最大力量,发生前立即提高了脚,结果表明,平均而言,所有的矫形器可以改善这个参数。

讨论和结论

在本文中,我们提出一个决策支持工具的发展称为OrthoRehab,以及这一过程所涉及的步骤。工具的性能评估在临床环境。关于工具的可用性,临床团队认为OrthoRehab更容易使用没有工作负载以及用户友好。

OrthoRehab提供同步分析每个主题的三个条件:没有矫正法和两种不同的灭蚜磷。这个工具提供了比较和定量分析最相关的步态参数的足部功能障碍。因此,OrthoRehab有助于临床的发展计划为每个主题与功能障碍,更具体地说,它有助于正确的动态灭蚜磷处方。

工具开发方法开始决定什么是最宝贵的运动学和动力学参数足部功能障碍及其分布类别进行分析。这使得开发一个软件,分析这些参数和阴谋他们使用一个适当的图形界面。这两个项目(参数和情节)提供医生和治疗师全球整合,创新评价病人的步态矫形器下的研究。

OrthoRehab应用在实际临床上下文,它被证明是一个可靠的和合适的工具,建立了实现的目标。

OrthoRehab将帮助医生和治疗师的更好,个性化,AFO处方理性决定的。此工具可用于不同的临床风湿病学等领域,ortho-traumatologic,以及不同年龄段的人群,因为它可以应用于任何已规定下肢矫正法的人。此外,OrthoRehab适用于适用于其他障碍/畸形和/或不同的矫形器。

数据可用性声明

原始数据支持了本文的结论将由作者提供,没有过度的预订。

道德声明

这些研究涉及人类受试者Alcoitao康复医学中心进行审核和批准。患者/参与者提供了他们的书面知情同意参与这项研究。

作者的贡献

CQua,提单,JJ, CQui导致了概念、设计研究,参与起草最后的手稿。提单完成了工具和分析数据。所有作者的概念、设计审查,导致手稿修改,读取、提交和批准。

的利益冲突

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

确认

作者要感谢Alcoitao的团队从康复医学中心(CMRA)和从新星学校新里斯本大学的科学和技术参与OrthoRehab的设计和开发。本研究经葡萄牙CMRA伦理委员会的批准。

引用