Визуальная характеристика масштабирования движений человека при выполнении задач с большой амплитудой

Болезнь Паркинсона характеризуется брадикинезией и нарушением моторного масштабирования, что приводит к снижению амплитуды движений и ухудшению функциональных показателей. Подходы к упражнениям с большой амплитудой широко используются для противодействия этим дефицитам путем стимулирования преувеличенного выполнения движений и перекалибровки внутреннего восприятия движения. Однако во время повторяющихся серий упражнений люди часто демонстрируют постепенное снижение амплитуды движений — явление, известное как затухание амплитуды, которое обычно требует вербальной коррекции со стороны клинициста.

Несмотря на клиническую значимость, затухание амплитуды не было объективно количественно оценено, а качество движений обычно оценивается только визуальным наблюдением. Системы захвата движения на основе маркеров, хотя и точны, непрактичны для рутинного или удаленного использования. Безмаркерный анализ на основе RGB-камер предлагает недорогую и доступную альтернативу для объективной оценки движений, особенно в контексте телемедицинской реабилитации, где прямое визуальное наблюдение ограничено.

Участники и дизайн исследования

Всего будет набрано 22-26 здоровых добровольцев в возрасте 18-45 лет. Все участники будут способны к самостоятельным функциональным движениям и предоставят письменное информированное согласие до участия. Исследование следует односессионному обсервационному дизайну.

Протокол упражнений

Участники будут выполнять шесть стандартизированных упражнений с большой амплитудой:

Дотягивание от пола до потолка

Шаг вперед

Шаг в сторону

Вставание со стула

Дотягивание вперед для захвата и отпускания объекта

Широкий шаг

Каждое упражнение будет записано на восемь повторений с использованием одной RGB-камеры, захватывающей движение всего тела. Носимые датчики или отражающие маркеры использоваться не будут.

Для каждого упражнения первое повторение будет выполнено без предварительных инструкций относительно максимального усилия. Сразу после завершения эксперт-клиницист устно подтвердит, представляет ли это выполнение максимальную амплитуду движений участника. После подтверждения это повторение будет обозначено как индивидуальное референсное испытание для данного упражнения.

Обработка данных и показатели результатов

Данные о движении будут проанализированы с использованием двух взаимодополняющих подходов:

Анализ на основе позы:

Ключевые точки суставов будут извлечены из видео с помощью алгоритма оценки позы. Амплитуда движений будет рассчитана с использованием метрик на основе смещения суставов и нормализована в соответствии с индивидуальными антропометрическими характеристиками. Затухание амплитуды будет количественно оценено путем сравнения ранних и поздних повторений и расчета тенденций по повторениям.

Анализ визуального представления:

В качестве исследовательского компонента будет использоваться самообучающийся трансформер для извлечения визуальных признаковых представлений из видео упражнений. Каждое повторение будет сравниваться с подтвержденным клиницистом референсным повторением с использованием мер сходства признаков. Оценки сходства по повторениям будут использоваться для характеристики изменений в рамках упражнения и выявления закономерностей, соответствующих затуханию амплитуды.

Статистический анализ

Распределение данных будет оценено на нормальность. Изменения амплитуды движений и тенденции по повторениям будут проанализированы с использованием парных статистических методов. Связи между показателями на основе камеры и наблюдениями клиницистов будут исследованы с помощью корреляционного анализа, при этом статистическая значимость установлена на уровне p < 0,05.

Этические соображения и ожидаемое влияние

Исследование не включает инвазивных процедур или терапевтических вмешательств. Видеоданные будут анонимизированы и безопасно храниться, а участники могут выйти из исследования в любое время. Этическое одобрение получено от Этического комитета по неинтервенционным исследованиям Университета Бируни.

Ожидается, что это исследование продемонстрирует осуществимость методов на основе камер для объективной оценки амплитуды движений и затухания амплитуды, обеспечивая методологическую основу для будущих исследований с участием пациентов, систем автоматической обратной связи и приложений телемедицинской реабилитации.