실시간 생체역학 모니터링을 위한 접근성 높은 원격 재활 시스템
상지 재활을 위한 실시간 생체역학적 모니터링 AI 기반 카메라 시스템의 개발 및 임상 검증
이 연구는 손 및 상지 생체역학을 실시간으로 측정하여 원격 재활을 지원하도록 설계된 새로운 카메라 기반 시스템을 평가합니다. 근골격계 또는 신경계 질환에서 회복 중인 많은 환자들은 재활 과정에서 빈번한 모니터링이 필요하지만, 거리, 비용 또는 전문 의료 서비스에 대한 제한된 접근성으로 인해 정기적인 병원 방문이 어려울 수 있습니다. 현재의 원격의료 접근법은 일반적으로 객관적인 생체역학적 측정보다는 질적 평가 또는 자가 보고 피드백에 의존합니다.
이 연구의 목적은 컴퓨터 비전 기반 시스템이 표준 카메라만을 사용하여 관절 각도, 관절 가동 범위, 근력 및 관절 토크와 같은 생체역학적 매개변수를 정확하게 추정할 수 있는지 여부를 확인하는 것입니다. 이 시스템은 인공지능과 생체역학적 모델링을 사용하여 손 움직임을 분석하여 재활 운동 중 실시간 측정값을 제공합니다.
참가자들은 시스템이 비디오를 녹화하고 해부학적 지표를 추출하는 동안 지시된 손 움직임 과제를 수행할 것입니다. 이 데이터는 생체역학적 매개변수를 계산하고 시스템이 재활 진행 상황을 원격으로 안정적으로 모니터링할 수 있는지 평가하는 데 사용될 것입니다. 결과는 이 기술이 임상의에게 객관적이고 지속적인 데이터를 제공하여 맞춤형 재활을 지원하고 환자 결과를 개선할 수 있는지 여부를 판단하는 데 도움이 될 것입니다.
연구 개요
상세 설명
이 연구는 인간의 손과 상지의 생체역학적 파라미터를 실시간으로 추정할 수 있는 카메라 기반 원격 재활 플랫폼을 개발하고 검증하는 것을 목표로 합니다. 근골격계 및 신경계 질환은 재활 기간 동안 지속적인 모니터링이 필요하지만, 많은 환자들, 특히 농촌이나 의료 서비스가 부족한 지역에 거주하는 환자들은 빈번한 대면 치료 세션에 대한 접근이 제한적입니다. 기존의 원격의료 시스템은 주관적 보고나 주기적인 화상 상담에 의존하며, 회복 과정을 정밀하게 모니터링하는 데 필요한 정량적 생체역학적 측정이 부족한 경우가 많습니다.
이 연구의 목적은 컴퓨터 비전과 생체역학적 모델링이 단일 카메라를 사용하여 관절 운동과 힘에 대한 정확한 정량적 측정을 제공할 수 있는지 평가하는 것입니다. 핵심 가설은 인공지능 알고리즘이 비디오 데이터에서 손의 해부학적 랜드마크를 감지하고 이를 기계적 모델링 기술과 결합하여 관절 각도, 토크, 근력을 실시간으로 추정할 수 있다는 것입니다. 지속적인 생체역학적 추적은 임상의가 재활 진행 상황을 더 잘 모니터링하고 치료 프로토콜을 적시에 조정할 수 있도록 할 수 있습니다.
참가자들은 스마트폰이나 노트북 카메라와 같은 소비자용 카메라를 사용하여 비디오 데이터가 캡처되는 동안 표준화된 손 움직임 운동을 수행할 것입니다. 컴퓨터 비전 알고리즘은 손의 랜드마크를 식별하고 관절 운동학을 계산할 것입니다. 이러한 측정값은 역동역학 모델링과 통합되어 관절 토크, 관절 가동 범위, 힘 생성 등을 포함한 생체역학적 파라미터를 추정하는 데 사용될 것입니다.
이 연구는 제안된 시스템의 신뢰도와 타당도를 평가하기 위해 계산된 생체역학적 측정값을 기존의 생체역학적 모델 및 참조 데이터셋과 비교할 것입니다. 주요 결과에는 랜드마크 감지의 정확도, 생체역학적 파라미터 추정의 신뢰도, 재활 운동 중 원격 모니터링의 실현 가능성이 포함됩니다.
이 연구의 성공적 완료는 임상의와 환자에게 객관적인 생체역학적 피드백을 제공할 수 있는 저비용, 접근성 높은 원격 재활 플랫폼의 실현 가능성을 입증할 것입니다. 이 접근 방식은 재활 서비스 접근성을 향상시키고, 환자 참여도를 높이며, 원격 의료 환경에서 데이터 기반 임상 의사 결정을 지원할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.
연구 유형
등록 (추정된)
단계
- 해당 없음
연락처 및 위치
연구 연락처
- 이름: Soroush Korivand, PhD
- 전화번호: 662-325-9154
- 이메일: skorivand@me.msstate.edu
연구 장소
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Mississippi
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Jackson, Mississippi, 미국, 39216
- University of Mississippi Medical Center
-
연락하다:
- Marc Walker, MD
- 이메일: mwalker6@umc.edu
-
Starkville, Mississippi, 미국, 39759
- Mississippi State University
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연락하다:
- Soroush Korivand, PhD
- 전화번호: 662-325-9154
- 이메일: skorivand@me.msstate.edu
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수석 연구원:
- Soroush Korivand, PhD
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참여기준
자격 기준
공부할 수 있는 나이
- 성인
- 고령자
건강한 자원 봉사자를 받아들입니다
설명
포함 기준:
- 만 18세 이상의 성인.
- 근골격계 또는 신경계 손상 또는 수술 후 상지 또는 손 재활을 받거나 회복 중인 개인.
- 재활 운동에 필요한 기본적인 손 또는 상지 움직임 과제를 수행할 수 있는 능력.
- 연구 지침을 이해하고 사전 동의를 제공할 수 있는 능력.
제외 기준:
- 연구 절차 이해를 방해하는 심각한 인지 장애.
- 손 또는 상지 재활 운동에 안전하게 참여하는 것을 방해하는 의학적 상태.
- 카메라 기반 모니터링 시스템과의 상호작용을 방해하는 심각한 시각 장애.
- 재활 결과에 영향을 미칠 수 있는 다른 중재 연구 참여.
공부 계획
연구는 어떻게 설계됩니까?
디자인 세부사항
- 주 목적: 치료
- 할당: 무작위
- 중재 모델: 병렬 할당
- 마스킹: 없음(오픈 라벨)
무기와 개입
참가자 그룹 / 팔 |
개입 / 치료 |
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실험적: 카메라 기반 생체역학 모니터링 (중재)
참가자들은 표준화된 손/상지 재활 운동을 수행하는 동안 AI 기반 카메라 시스템이 실시간으로 관절 토크, 근력 및 관절 가동 범위를 추정합니다.
임상의들은 6주간의 연구 기간 동안 재활 조정을 안내하기 위해 생체역학적 피드백을 사용할 수 있습니다.
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재활 운동 중 비디오 기반 손 랜드마크 추적을 통해 생체역학적 매개변수(관절 토크, 근력, 운동 범위)를 추정하는 단일 카메라, 컴퓨터 비전 및 역동역학 모델링 시스템.
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활성 비교기: 표준 원격의료 재활 (대조군)
참가자들은 정기적/주간 점검과 일반적인 치료 지침을 포함한 표준 원격 재활 치료를 받습니다.
실시간 카메라 기반 생체역학적 모니터링 피드백은 제공되지 않습니다.
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참가자들은 표준 재활 운동을 수행하며, 일반적인 진료 관행에 따라 임상의와 정기적인 원격의료 후속 조치를 받습니다.
재활 과정 중에는 카메라 기반 생체역학 모니터링 시스템이 사용되지 않습니다.
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연구는 무엇을 측정합니까?
주요 결과 측정
결과 측정 |
측정값 설명 |
기간 |
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카메라 기반 관절 토크 추정의 정확도
기간: 기초 평가 세션
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재활 운동 중 관절 토크 추정에 있어 AI 기반 카메라 시스템의 정확도를 표준 장비인 동력계 측정값과 비교한 결과입니다.
정확도는 추정된 토크 값과 참조 동력계 측정값 간의 평균 절대 백분율 오차(MAPE)를 사용하여 평가됩니다.
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기초 평가 세션
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카메라 기반 측정과 임상 생체역학 측정 간의 상관관계
기간: 기초 평가 세션
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카메라 기반 시스템으로 추정된 생체역학적 파라미터와 참조 임상 측정값 간의 일치도.
추정된 관절 토크와 표준 측정값 간의 일치도를 평가하기 위해 피어슨 상관 계수와 블랜드-앨트먼 분석이 사용됩니다.
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기초 평가 세션
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2차 결과 측정
결과 측정 |
측정값 설명 |
기간 |
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악력 향상
기간: 기준선, 3주 및 6주
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재활 프로그램 동안 임상용 악력계로 측정한 악력 강도 변화.
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기준선, 3주 및 6주
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관절 가동 범위 개선
기간: 기준선, 3주, 및 6주
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재활 기간 동안 표준 임상 각도계를 사용하여 측정한 손 및 손가락 관절 가동 범위의 변화.
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기준선, 3주, 및 6주
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기능 회복 시간
기간: 최대 6주
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임상 기능 평가를 기반으로 참가자가 부상 전 손 기능의 최소 80%를 회복하는 데 필요한 시간.
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최대 6주
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환자 재활 운동 준수도
기간: 최대 6주
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연구 기간 동안 할당된 치료 세션의 완료율로 측정된 참가자의 처방된 재활 운동 준수도.
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최대 6주
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공동 작업자 및 조사자
연구 기록 날짜
연구 주요 날짜
연구 시작 (추정된)
기본 완료 (추정된)
연구 완료 (추정된)
연구 등록 날짜
최초 제출
QC 기준을 충족하는 최초 제출
처음 게시됨 (실제)
연구 기록 업데이트
마지막 업데이트 게시됨 (실제)
QC 기준을 충족하는 마지막 업데이트 제출
마지막으로 확인됨
추가 정보
이 연구와 관련된 용어
개별 참가자 데이터(IPD) 계획
개별 참가자 데이터(IPD)를 공유할 계획입니까?
IPD 계획 설명
본 연구의 비식별화된 개별 참가자 데이터(IPD)는 연구 완료 후 합리적인 요청에 따라 공유될 수 있습니다. 공유될 데이터에는 파생된 생체역학적 매개변수(예: 관절 토크, 관절 가동 범위), 요약 성능 지표 및 해석에 필요한 관련 메타데이터가 포함됩니다.
식별 가능성 우려로 인해 원시 비디오 데이터는 공유되지 않습니다. 공유되는 모든 데이터는 기관 정책 및 IRB 요구사항에 따라 비식별화됩니다.
데이터 사용 계약 승인 및 원래 연구 목적과 일치하는 목적을 위한 자격을 갖춘 연구자에게 접근 권한이 제공됩니다.
약물 및 장치 정보, 연구 문서
미국 FDA 규제 의약품 연구
미국 FDA 규제 기기 제품 연구
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