步態分析—比較穿戴型與非穿戴型裝置系統

對於步態分析應用的選擇工具眾多(1),但基本上大致可以分為兩類,也就是穿戴型和非穿戴型裝置。而在穿戴型的各種裝置中,又以慣性偵測器元件(inertial measurement unit, IMU)最為普遍用於學術研究或成為臨床分析的選擇工具之一。IMU事實上是由許多的電子器材所組成,即加速規(accelerometer)、陀螺儀(gyroscope)、有時加上磁力儀(magnetometer)的配備。便能進行量測和回報關於物體的速度、加速度、向量和重力等資訊。就原理上來探討,IMU是根據牛頓的力學公式推導一系列的資料運算,因此,在已知物理質量和作用力的前提下,套入F= ma的法則得以算出加速度量值,再利用高等數學概念積分加速度即可得到速度,同理積分速度即可得到對應三軸座標的位移結果。所以,一旦能夠透過加速規偵測到基礎訊號並選擇適當的演算法過濾和分析,我們便可實際擷取到該行走時段內相關的步態變數,甚至涵蓋到步頻與步長等預估數值。

IMU基於較低的成本和微型的設計,使得應用的價值隨之提高。一般只要透過綁帶就可固定於身體特定部位,並藉由無線溝通能力的連結強化,能夠讓多個配戴於肢體關節各處的IMU在行走活動時偵測即時同步的資訊,進而達到監控動作變化和評估步態表現的目的。另一個吸引人的優點是IMU因為體積小和可攜帶的性質允許在戶外行動時測量,如此更能直接反映出受測者真實的生活經驗與在社區環境下行走的功能狀況。(2)

然而,IMU卻也存在許多需要突破的發展困境,最顯著也最棘手的問題是測量誤差的影響。由於IMU的參數估計是透過對加速度做重複積分的演算得來,以步行距離參數而言,必須經過兩次的積分推導取得,因此無可避免的,其中的測量誤差也就被同時放大兩倍,對最後結果的準確性容易造成嚴重干擾。在臨床處境方面,神經性病患的步態特徵通常反映在步長和步速上的變異,而兩者皆必須換算出距離的數值,因此若這些關鍵指標經由IMU的分析處理後則可能具有上述誤差因素的威脅,再次強調,使得資料的精準性難以被完全確認。另一項缺陷是由於IMU必須配戴於體表上,多少會導致受測者的不適或動作上的不自在。還有,礙於無線連線系統的耗電問題,造成長時間連續供電的困難。從偵測的穩定性角度探討,IMU的訊號分析必須依賴複雜的演算過程,再加上微型設計的關係,其實易於受到外界雜訊的干擾。以上都會進一步影響到IMU技術的實用價值和弱化發展的條件。當然,比對於穿戴型的裝置,選用非穿戴型,即用光學為主的方式分析動作,如眾所周知的kinect偵測器,似乎亦為可行且頗具優勢的工具代表之一(連結)。以下為摘錄文獻整理,比較穿戴型與非穿戴型各自的優劣要點。

系統 優勢 限制
非穿戴型

(光學)

1.     允許多項步態參數同步分析

2.     不受電力供應限制

3.     部分系統完全屬於非接觸式偵測

4.     具備成熟的偵測能力與較高的準確度

5.     較高的重複、再製性質,不易受到外界因素干擾

6.     可即時調節量測程序

1.     需要標準環境建置,受限於場地空間

2.     較多的硬體和測試成本

3.     無法延伸至建構測量環境之外

穿戴型 1.     允許長期配戴,監控和分析日常生活下的步態功能

2.     裝置成本較低

3.     能夠在任何地點下操作,不限於特定環境

4.     允許多個微型偵測器同步運作

5.     無線技術強化應用可行性

6.     促進個案自主活動條件

1.     受限電池電力,無法持續供電

2.     需要複雜演算過程

3.     考慮誤差因素產生的資料不確定性,僅能提供有限的步態參數量測

4.     易於受到外界因素和雜訊的干擾

參考資料

  1. Muro-de-la-Herran A, Garcia-Zapirain B, Mendez-Zorrilla A. Gait analysis methods: an overview of wearable and non-wearable systems, highlighting clinical applications. Sensors (Basel). 2014;14(2):3362-94.
  2. Tunca C, Pehlivan N, Ak N, Arnrich B, Salur G, Ersoy C. Inertial Sensor-Based Robust Gait Analysis in Non-Hospital Settings for Neurological Disorders. Sensors (Basel). 2017;17(4).

 

廣告

步態分析-從時空參數窺知跌倒風險

跌倒問題一直以來都是大家關注的重點,而隨著年齡老化跌倒風險也逐步上升。根據統計超過65歲居住於社區的老人大約有30%在一年之中曾發生一次或多次的跌倒,而一旦跌倒造成骨折受傷等情況,就會加速老人失能和後續住院、轉送安養中心的機會,導致顯著的醫療和家庭負擔。事實上,引起的跌倒的因素有很多,舉凡身體機能、心理或環境因素皆不可乎略。從日常生活中,我們的確也不難發現老人身上的症狀或行動能力出現困難,如腳步踉蹌、姿勢搖搖晃晃、步伐短促零碎等,因此,如何設計有效的訓練活動和儘早一步指認出容易跌倒的徵兆,皆有助於達到預防跌倒和維持健康活動的結果。

目前關於老人跌倒的指標預測或延伸的研究報告備受重視,其中,利用觀察臨床步態表現的方式來作初步的過濾和識別某些易於跌倒的個案,是非常方便、快速的可行之策。當然,針對易於跌倒的社區老人本身就會顯現異常的步態特徵,我們可以透過以下的步態分析報表清楚的歸納出這些有利評估的關鍵參數。

螢幕快照 2018-03-28 下午5.56.47

據統計指出,易於發生跌倒的老人相較於正常同齡組別更傾向具有較大的步寬、相對短的步長和步幅、偏慢的速度、更長的雙腳站立期以及較高的站立週期變異。所以,當醫療人員只要透過可以量化的步態評估工具,如以kinect為基礎的分析系統,因其價格經濟實惠且設備簡易,能夠普遍應用於臨床空間等優點(連結),便可及時篩檢這些步態的時空參數是否異於常模,對應出適當的訓練處方,如發現步行速度緩慢,則強化在速度提升方面的練習技巧。在最有效率的情況下,進一步幫助跌倒風險的降低與預防失能的影響。

參考資料

  1. Mortaza N, Abu Osman NA, Mehdikhani N. Are the spatio-temporal parameters of gait capable of distinguishing a faller from a non-faller elderly? Eur J Phys Rehabil Med.2014 Dec;50(6):677-91

步態分析-從量化描述的面向討論

人類行走是一門複雜的學問,看似簡單、省能的行動過程,其實是經過長久的生物演化而來,當然,從嬰兒時期,一個成熟的行走動作型態的發展通常需要花費至少七年的時間,其中涉及許多機能系統參與,包括中樞神經系統、肌肉骨骼系統、感覺系統等協調作用。因此任一系統的障礙或失調情形都有很可能影響正常的步行機制,而產生所謂的病理性步態。

為了更客觀地分析這些步態表現甚至找出臨床疾病造成的步態損傷特徵,需要提供完整且量化性的生物力學分析作為評估的參考標準,以下整理出幾種常見的參考指標,個別為大家摘要簡介。

  1. 步態的時空參數

    描述行走時步伐與步伐之間的簡易的時間區間或位移距離等。時間參數包括步頻、週期、速度;空間參數包括步距、步幅等。上述參數可提供步態表現基礎的資訊,也易於被量測、觀察和建構常模。
    B9780323056694100148_f14-02-9780323056694
  2. 運動學資料–關節運動角度

    描述隨著時間物體在各自空間中的位置改變和運動狀態,如:步行各期間的關節活動度模式。此面向資料提供各個關節部位動作的變化型態,利於量化顯示關於運動細節或肢體控制的表現概念。
    fme-15017-ll-fig2
  3. 動力學資料

    描述力對物體的作用,如步行時作用力、反作用力量值,並考慮方向和時間性的影響,此類資料提供行走時地面給予正向力推進或身體重心位移的參考指標,應用上可透過壓力版、測力感應設備材料進行收集計算。但使用器材價格成本昂貴,不易進行實測取得相關結果。
    Subphases-of-the-gait-stance-phase-vGRF-vertical-ground-reaction-force

至於究竟要透過何種測量方式而獲得以上資料,現階段的評估設備種類眾多(連結),各有其優劣處。近期,以kineck為基礎的步態分析因成本較低與運用非接觸性的關鍵技術:骨架肢體追蹤辨識而備受關注(連結),如此,不僅大幅提高被未來臨床環境或社區普遍應用和協助篩檢步態問題的實用機會,更可望成為日後步態分析工具的第一首選。

參考資料

  1. https://kknews.cc/news/nx8lg58.html
  2. https://goo.gl/6Ya48J

 

未來趨勢之遠距復健(含黃金自立給付包)

根據衛生福利部2016年的統計資料指出,「腦血管疾病」在十大死因中排名第四,此疾病不僅攸關病患身命的安危,更需要長時間的復健與照護,只要家中有位腦血管疾病患者,家庭就需投入資金與心力,耗用龐大醫療及經濟資源。[1]

研究發現,病患越早接受復健治療,恢復的狀況越佳,因此持續地接受復健治療相當重要,然而目前健保「病房」給付一次約三到四周,之後須尋找其他醫院復健科等候空位,導致家屬需不斷尋找復健科醫院,甚至會有供不應求、病人須在家等候病床的狀況;如是定期回醫院或診所復健的中風病患,有分健保復健與自費,大部分的健保復健是一位物理治療師對多位病人,自費則是一對一的復健方式,即是花的錢越多,越能享有高品質的復健。

想必在看文章的同時心中也有些期待,是否有可以取代等候醫院病床供不應求問題或是CP值很高的復健方式?

 

現今趨勢越來越科技化,遠距復健已漸漸實行,而近期新北市針對長照2.0,於2017年10月推出新活動「黃金自立給付包」,提供民眾對於居家護理的服務,黃金自立給付包最大的不同之處,將原本出院3個月後才能進行的長照評估,提早到出院前即可進行,把握出院後黃金復健期的3個月,結合社會局直接在醫院建立單一窗口,從以往出院後才能開始申請將近1個月的等候期,進而縮短至4.8天,讓病人第一時間就能得到居家復健、護理、營養等專業團隊的整合服務,不僅縮減空窗期,更能省下上萬元的看護費(下表)[2]。

過去長照服務 黃金自立給付包
申請評估時間點 出院三個月後 出院前進行
審查時間 約一個月 約4.8天

↑ 居家照護申請時間比較表

 

身分福利別 一般戶 中低收入戶/低收入戶
居家復健服務 300元/次 全額補助
居家營養服務 全額補助 全額補助
居家護理服務 150元/次 全額補助

↑黃金自立給付包收費方式[3]

 

遠距復健

圖片1

↑上表是Parmanto等人將遠距復健的基本概念與其服務項目,對應在強度與時間的象限圖上,項目包含遠距醫療、遠距診察、遠距治療、遠距治療和遠距居家照護等[4]

 

ACRM Symposium

10/28 美國時間中午11:30-12:45 在北醫陳適卿院長指導下於ACRM 共同舉辦一場symposium,北醫賴建宏主任與Ray將以講者身分,結合研究實證與實務的方式分享遠距復健!

TEC_Pg35_PIRR17_JUL_brochure_52pg_9Jun17_thumnail
SIX DAYS of NONSTOP Technology Content

2017 ACRM Conference International Content

 

參考資料:

[1] 衛生福利部,「105年國人死因統計結果」,2017年 6月19日,<https://www.mohw.gov.tw/cp-16-33598-1.html >,(2017年 6月19日)。

[2]郭庚儒,「把握黃金復健期,中風後自理生活不難」,健康醫療網,2017年 2月03日。

<https://www.healthnews.com.tw/news/article/31187/%E6%8A%8A%E6%8F%A1%E9%B B%83%E9%87%91%E5%BE%A9%E5%81%A5%E6%9C%9F%E3%80%80%E4%B8%AD%E9%A2%A8%E5%BE%8C%E8%87%AA%E7%90%86%E7%94%9F%E6%B4%BB%E4%B8%8D%E9%9B%A3 >(2017年 2月03日)。

[3]新北市政府衛生局,「黃金自立給付包服務」,2017年 2月16日,

< http://www.health.ntpc.gov.tw/content/?parent_id=15194 >,(2017年 2月16日)。

[4]Parmanto, B., Saptono, A., Pramana, G., Pulantara, W., Schein, R. M., Schmeler, M. R., … & Brienza, D. M. (2010). VISYTER: Versatile and integrated system for telerehabilitation. Telemedicine and e-Health16(9), 939-944.