Μέθοδοι για την εργοφυσιολογική ανάλυση της κίνησης του ανθρώπινου σώματος

Abstract

In this study we concentrated on the gait analysis of children that suffer from cerebral palsy. We used a method of kinematics analysis that, offered objective measurements for the gait disorders. We discriminated the statistically significant parameters of divergence of the movement and developed a computational tool for classifying the discrete types of hemiplegia. Such a computational method of classification and standardization constitutes a valuable tool to consider, as it offers an explicit and objective measure for the gait disorder description and in conjunction with the other clinic methods may help to propose an adequate biomechanical treatment regime. More specifically we recorded and analyzed the motion of twenty five (25) normal children, twenty six (26) children with congenital hemiplegia and sixteen (16) children with a diplegic of cerebral palsy. This was done with the Elite system of the laboratory of gait analysis (Department of Physiology, Faculty of Medicine, Aristotle University of Thessaloniki) which combines 4 ultra-red cameras, a foot pressure sensitive lane, an EMG recorder and the software to process the acquired data. In our study we focused on the models of the angular movements of knee and ankle joints. From the recordings of normal children, we estimated the normal wave motion of knee and ankle joint and the limits of divergence of normal movement (mean and absolute mean deviation). We decided to analyzed each recording taken from children suffered from hemiplegia and diplegic cerebral palsy in two components: the physiological signal and the signal of aggravation. We then calculated the power of signal of divergence corresponding in the discrete fragments of the time gait cycle. Statistic analysis was done by MANOVA and One way ANOVA followed from Tukey-Kramer test. The application of the method in the motion of the knee and ankle joints presented sensitivity 80% and 60% respectively. Based on the statistical analysis of the movement of children with hemiplegia we developed a computational method for the automated discrimination of the type hemiplegia which can be of significant value for the clinic doctor. The method did not appear to be applicable for diplegic cerebral palsy.

Στην εργασία αυτή καταγράψαμε και αναλύσαμε τη βάδιση παιδιών που πάσχουν από εγκεφαλική παράλυση. Η μέθοδος της ανάλυσης βάδισης που χρησιμοποιήσαμε, προσφέρει αντικειμενικά στοιχεία για την εκτίμηση των κινητικών διαταραχών των παιδιών. Τα στοιχεία αυτά συγκρινόμενα με δεδομένα από καταγραφές φυσιολογικής βάδισης δίνουν μία ουσιαστική εικόνα της κινητικής απόκλισης των παιδιών. Αξιολογήσαμε στατιστικά τις παραμέτρους της απόκλισης στη βάδιση και με βάση τα αποτελέσματα αναπτύξαμε (λογισμικό) εργαλείο διάγνωσης του τύπου της ημιπληγίας. Τέτοιου είδους μέθοδοι ταξινόμησης και τυποποίησης της βάδισης του ανθρώπου αποτελούν σημαντικά εργαλεία για τον κλινικό γιατρό διότι του προσφέρουν μία σαφή και αντικειμενική εικόνα του προβλήματος, η οποία σε συνδυασμό με την κλινική εξέταση των ασθενών, οδηγεί στη σχεδίαση ενός πιο αποτελεσματικού πλάνου θεραπείας. Συγκεκριμένα εξετάσαμε τη βάδιση 25 φυσιολογικών, 26 ημιπληγικών και 16 διπληγικών παιδιών. Για την καταγραφή των δεδομένων της κίνησης χρησιμοποιήθηκε ο ειδικός εξοπλισμός που διαθέτει το Εργαστήριο Φυσιολογίας του Τμήματος Ιατρικής του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου και αποτελείται από 4 υπέρυθρες κάμερες, δυναμοδάπεδο και ηλεκτρομυογράφο. Η παράμετρος της βάδισης που μελετήσαμε είναι η μεταβολή της γωνίας του γόνατος και της ποδοκνημικής. Από τις καταγραφές των φυσιολογικών παιδιών υπολογίσαμε τη μέση τιμή και τα όρια απόκλισης της φυσιολογικής κίνησης για τις αντίστοιχες αρθρώσεις. Οι καταγραφές των ημιπληγικών και διπληγικών παιδιών αναλύθηκαν σε δύο συνιστώσες: τη φυσιολιογική συνιστώσα και το σήμα επιβάρυνσης ή απόκλισης. Αξιολογήσαμε στατιστικά την ισχύ του σήματος επιβάρυνσης σε τμήματα του κύκλου βάδισης σε σχέση με τη βαρύτητα της ασθένειας χρησιμοποιώντας MANOVA και one way ANOVA ακολουθούμενη από Tukey-Kramer test. Βασισμένοι στα αποτελέσματα της στατιστικής ανάλυσης για την κίνηση των ημιπληγικών παιδιών υλοποιήσαμε αντικειμενική μέθοδο αυτόματης διάκρισης του τύπου της ημιπληγίας. Η εφαρμογή της μεθόδου στην κίνηση του γόνατος και της ποδοκνημικής παρουσίασε ευαισθησία 80% και 60% αντίστοιχα. Από τα αποτελέσματα της μελέτης για τα διπληγικά παιδιά δεν φάνηκε να είναι εφικτή η δημιουργία αντίστοιχου εργαλείου για τη διπληγία.