Objektivizacija ljudskog hoda primenom metode glavnih komponenti dobijenih sa signala dinamike stopala

Abstract

Cilj istraživanja doktorske disertacije je objektivna analiza hoda pacijenata tokom rehabilitacije nakon moždanog udara u obliku pogodnom za kliničare i na način koji nije zahtevan za pacijente. Postavljanje mernog sistema za objektivnu procenu hoda korišćenog u disertaciji je jednostavno, tj. svedeno je na obuvanje cipela u kojima se nalaze ulošci sa integrisanim senzorima sile reakcije podloge i inercijalnim mernim jedinicama. U disertaciji je analiziran hod pacijenata sa moždanim udarom pre i posle terapije i formiran je novi model hoda u prostoru glavnih komponenti u formi ciklograma. Uveden je novi parametar koji kvantifikuje varijabilnost ciklusa hoda, a pritom ne zahteva segmentaciju na pojedinačne korake. Time je omogućen jednostavan kvalitativan (dvodimenzionalni prikaz hoda pomoću ciklograma) i kvantitativan (kvantifikovana varijabilnost hoda pomoću sopstvenih vrednosti) sistem za praćenje toka rehabilitacije. U ovoj disertaciji je predložena i inovativna metoda za detekciju vremenskih sinergija u prostoru dinamike stopala koristeći novi model hoda na bazi ciklograma. Statistički je potvrđena hipoteza o nepromenjenim vremenskim sinergijama pri različitim brzinama hoda, bez potrebe za snimanjem i analizom mišićne aktivnosti, koja je zahtevna i za pacijente i za kliničare. Značajna razlika u vremenskim sinergijama primećena je kod hemiplegičnog hoda u poređenju sa zdravim hodom. Konačno, predložena metoda je pružila informacije o hodu paretične noge pacijenata nakon moždanog udara koji nisu bili dostupni posmatranjem konvencionalnih parametara, kao što su vremenski parametri i simetrija hoda. Metodama opisanim u disertaciji je omogućena jednostavna i precizna evaluacija hoda nakon moždanog udara koristeći sistem koji je primenljiv u kliničkom okruženju.

The aim of the research of the doctoral dissertation is an objective gait analysis of patients during rehabilitation after stroke in a form suitable for clinicians and in a way that is not demanding for patients. Setting up the measurement system for objective gait assessment used in the dissertation is simple, it was brought down to the wearing of shoes with insoles, which had integrated sensors (ground reaction force sensors and inertial measurement unit). The gait of the stroke patients before and after the therapy was analyzed in the dissertation, and a new gait model in the space of the principal components, in the form of a cyclogram was developed. A new parameter has been introduced that quantifies the variability of the gait cycle, without segmentation into individual strides. This enables a simple qualitative (two-dimensional representation of gait using cyclograms) and quantitative (quantified variability of gait using eigenvalues) system for monitoring the course of rehabilitation. In this dissertation, an innovative method for detection of temporal synergies in the space of foot dynamics using a new cyclogram-based gait model is proposed. The hypothesis of unchanged temporal synergies at different walking speeds was statistically confirmed, without the need for recording and analysis of muscle activity, which is demanding for both patients and clinicians. A significant difference in temporal synergies was observed in hemiplegic gait compared to healthy gait. Finally, the proposed method provided information on the paretic leg gait of patients after stroke that were not available by observing conventional parameters such as temporal parameters and gait symmetry. Described methods enable simple and precise evaluation of gait after stroke using a system that is applicable in the clinical environment.