Pään vapinan aaltomuotoihin perustuva analyysi markkerittomalla seuranta-algoritmilla ja 2D-videolla

Jung, on hienoa, että olet taas podcastissa tänään. Sinusta on tullut vakiovieras. Ja tohtori Bj, on todella kunnia, että olet tänään täällä. Joten ensimmäinen kysymykseni teille molemmille, ja kummalle tahansa teistä, jotka voitte kommentoida, haluaisin kysyä, miten keksitte idean tämän tutkimuksen tekemiseen?

Olitko miettinyt tätä jo jonkin aikaa, vai törmäsitkö uuteen teknologiaan, videopohjaiseen algoritmiin, ja ajattelit, että se voisi olla sille hyvä käyttötarkoitus? Vai inspiroituiko jokin tietty potilaskohtaaminen?

Tohtori Beomseok Jeon: Tämä ongelma alkoi, kun liityin MDS:n perustamaan Dystonia Tremor Working Groupiin, jonka tarkoituksena oli työskennellä erityisesti tämän dystonisen vapinan parissa.

Tätä työryhmää johti Hyder Jinnah, ja siihen kuului [00:02:00] monia asiantuntijoita, kuten Alberto Albanese, Alfonso Fasano, Sanjay Pandey, Rick Helmich, Marie Vidailhet, Marina Tjissen, Aasef Shaikh, Roger Elble ja Victor Fung. Yksi jäsenistä oli Mark Hallett, joka kuoli muutama viikko sitten. Hän antoi suuren panoksen tähän työhön esittämällä monia hyviä kommentteja ja lähettämällä meille potilasvideoita.

Haluamme todella kiittää häntä todella paljon.

Tohtori Mitra Afshari: Ehdottomasti. Luulen, että me kaikki kaipaamme tohtori Hallettia ja ajattelemme häntä. Joten kuulostaa siltä, ​​että tämän projektin idean kehittämiseen on käytetty paljon työtä ja paljon työtä useiden dystonian asiantuntijoiden puolesta osana dystoniatyöryhmää. Tässä tutkimuksessa pyritte löytämään objektiivisemman lähestymistavan [00:03:00] vapina-analyysiin ja kaularangan dystoniaa ja essentiaalista vapinaa sairastavien potilaiden pään vapinaan. Kokemuksemme mukaan olemme kaikki olleet tilanteessa, jossa olemme kyseenalaistaneet kykymme todella erottaa dystoninen pään vapina essentiaalisessa vapinassa havaittavasta pään vapinasta. Tiedämme, että dystoninen vapina näyttää olevan vähemmän rytmistä. Se vaikuttaa vähemmän sinusoidaaliselta, se on nykivämpi. Se ei ole niin puhdasta, todellista vapinaa, jota ajattelemme, ja vaikka etsitte myös lisävihjeitä, kuten taustalla olevaa toonista asentoa, on ehdottomasti olemassa tapauksia, jotka voivat olla erittäin haastavia. Esitit siis yksinkertaisen kysymyksen: otetaanpa se, mitä luulemme tietävämme näiden pään vapinoiden rytmisyydestä ja sinimuotoisuudesta, ja testataan niitä. Käytät siis yksinkertaisia ​​konenäkötekniikoita analysoidaksesi pään vapinaa sairastavien potilaiden 2D-videotallenteita, erityisesti [00:04:00] seuraten nenänpään liikettä, ja tarkastelet potilaita sekä prospektiivisesti että retrospektiivisesti arkistovideoiden avulla.

Kuten mainitsit, tohtori Bj, teitte yhteistyötä tunnetun Dystonia Coalition Groupin kanssa, jota johtaa Buzz Jinnah Emoryn yliopistosta Atlantasta, Yhdysvalloista, ja hyödynsitte heidän arkistoaan kohdunkaulan dystoniapotilaiden videoista. Potilas, jolla oli erityisesti pään vapina, ja te myös rekrytoitte prospektiivisesti potilaita yliopistostanne ja käytitte jopa hyväksenne joitakin videoita essentiaalis-syndroomapotilaista, joille tehtiin magneettikuvaus ultraäänitutkimuksessa, jos olen oikeassa, heidän käsiensä vapinan vuoksi. Pystyitte myös vahvistamaan havaintosi näistä merkitsimättömistä videopohjaisista aaltomuotoanalyyseistä. Vahvistitte, että nämä havainnot olivat sopusoinnussa fyysisiin anturipohjaisiin mittauksiin korreloimalla tiedot gyroskoopilla, joka asetettiin potilaan päähän. Joten tohtori [00:05:00] BJ tai tohtori Shin, voisitteko lyhyesti kuvailla menetelmiänne tässä tutkimuksessa ja mitä lopulta teitte? Voisitteko maalata kuuntelijoillemme kuvan siitä, miten kaikki tämä tapahtui? 

Tohtori Jung Hwan Shin: Joo. Kiitos paljon kysymyksestä. On mukava nähdä sinut pian, Mitra. Olen ollut kiinnostunut videopohjaisesta liikkeiden analysoinnista liikehäiriöissä, mukaan lukien Parkinsonin tauti, ja itse asiassa tutkimusintressini keskittyvät tähän videopohjaiseen bradykinesian, ryhtien ja erityisesti kävelyn analysointiin. Olen keskittynyt kävelyanalyysiin kaksiulotteisten videoiden avulla. Mutta on aika mielenkiintoista, että olen ollut kiinnostunut tästä videopohjaisesta analyysistä, joka alkoi jo tohtoriopinnoissani, jolloin tein perustutkimusta hiirimallien avulla. Aikoinaan, jolloin tein tohtoriopintojani, minulla oli vaikeuksia jäljittää hiiren käyttöä endoskooppien tavoin.

Hiiren päähän oli kiinnitetty noin [00:06:00] viivaa, ja perinteinen menetelmä sekoitti nuo hiiren päihin kiinnitetyt viivat, kuten endoskopia hiiren häntään. Joten meidän on keksittävä erilainen menetelmä hiiren liikkeen analysoimiseksi. Ja huomasimme, että konenäkötekniikat voisivat mahdollistaa hiiren seurannan ilman itse hiireen kiinnitettyjä markkereita. Joten tohtoriohjelmassani käytin paljon näitä algoritmeja hiiren sijainnin jäljittämiseen. Ja palattuani klinikalle huomasin, että meillä on paljon videoita. Meillä on paljon videoita vapinasta, kävelystä ja bradykinesiasta, joten miksi emme soveltaisi tätä algoritmia potilaisiin? Siitä se sitten alkoi.

Tein siis monia tutkimuksia, jopa potilaan monista fenomenologisista piirteistä professori Bj:n valvonnassa. Ja tämä projekti alkoi [00:07:00] laboratoriokokouksista, joissa BJ keskusteli mainitsemistaan ​​dystonia-vapinaryhmistä. Vaikka vapinalle ja dystonialle on olemassa selkeät määritelmät, potilaiden todellisen fenomenologian suhteen voi olla paljon erimielisyyksiä, koska rytmyyden ja sinimuotoisuuden havaitseminen on melko subjektiivista. Joten Bj mainitsi, miksi ei mitattaisi näitä sinimuotoisia ja rytmisiä käyriä videopohjaisella algoritmilla, koska se heijastaa sitä, koska se on videoanalyysi. Okei. Joten hän mainitsi, että se olisi erittäin hyödyllistä. Joten tämä projekti alkoi hypoteesipohjaisella tavalla, ei datapohjaisella tavalla. Joten oli hyvin selvää mitata sinimuotoisuutta ja rytmyyttä, ei tämän vapinan koko kokonaisvaltaista ominaisuutta. Joten mielestäni se oli hyvin selkeää ja näytti tietä, mikä teki tutkimuksesta [00:08:00] toteuttamiskelpoisemman ja tehokkaamman jollain tavalla. Siksi mittasimme vain pään nenänpään vapinaa, koska jos analysoisimme pään vapinan monia kokonaisvaltaisia ​​piirteitä, meidän olisi ehkä käytettävä kolmiulotteista menetelmää, koska pään vapina on kolmiulotteinen. Mutta tavoitteemme oli mitata rytmistä ja sinimuotoisuutta. Joten meidän ei tarvinnut mitata kaikkia näitä ominaisuuksia, mutta meidän piti johtaa potilaan aaltomuoto.

Seuraamalla vain pään nenänpään vapinaa pystyimme analysoimaan, kuinka rytmisiä tai sinimuotoisia vapina-aaltomuodot olivat. Meidän piti kehittää omat parametrit rytmyyden ja sinimuotoisuuden mittaamiseksi, mikä oli kuin kokeilua ja erehdystä. Ja keksimme parhaat parametrit, jotka [00:09:00] voisivat heijastaa rytmyyttä ja sinimuotoisuutta, mistä monet vapina- ja dystonia-asiantuntijamme ovat samaa mieltä artikkeliemme kirjoittajien kanssa. Tässä tutkimuksessa halusimme validoida, ovatko laskemamme rytmi- ja sinimuotoisuusparametrit oikeita. Joten validoimme ne sisäisillä kohorteillamme gyroskoopin avulla. Havaitsimme, että nämä parametrit täsmäsivät, ja alusta alkaen käytimme korkeataajuisia, ei korkean kuvataajuuden videoita, 240 kuvaa sekunnissa -videoita, koska halusimme varmistaa, ettei analyysiefekti voisi olla samanlainen, koska tiesimme, että videonauhoittaisi vapinapotilaan matalalla kuvataajuudella. Analyysi johti harhaan todellisen vapinan eri taajuuksiin. Käytimme siis 240 kuvaa sekunnissa tallentavia videoita, mutta [00:10:00] lopulta huomasimme, että jopa 30 kuvan sekuntinopeudella tehtyjen videoiden alasmittaus osoitti silti hyvää yhteensopivuutta gyroskoopin kanssa. Halusimme siis testata tätä algoritmia useilla videoilla, ei omasta keskuksestamme, vaan videoilla ympäri maailmaa. Dystonia Coalition antoi paljon tukea näiden videoiden jakamiselle. Ei vain servikaalidystoniapotilaille, vaan myös essentiaalista vapinaa sairastaville. Näin osoitimme rytmisen ja sinusoiditeetin jakautumisen servikaalidystonia- ja essentiaalista vapinaa sairastavilla potilailla. Joten pohjimmiltaan tämän tutkimuksen päätulos on, että osoitimme servikaalidystonian essentiaalista vapinaa sairastavien rytmisen ja sinusoiditeetin jakautumisen, joka mitattiin objektiivisesti videoanalyysin avulla.

Tohtori Mitra Afshari: Selvä. Eli otit jotain, mitä olit [00:11:00] soveltanut eläinmalleihisi, ja sovelsit sitä käytännössä ihmisiin.

Ja pystyit testaamaan yksinkertaista hypoteesia ja todella vahvistit sen. Joten se oli ehdottomasti luova lähestymistapa. Ja niin päädyit joihinkin artikkelin tuloksiin. Joten luulen, että kaikki haluavat tietää, ovatko dystoniset vapinat servikaalisen dystonian yhteydessä, ovatko ne todellakin vähemmän rytmisiä ja vähemmän sinimuotoisia? Ja näyttivätkö tuloksesi sopivan yhteen tämän hypoteesin kanssa?

Tohtori Beomseok Jeon: Tietenkin kyllä. Servikaalisen dystonian yhteydessä pään liikkeet ovat monissa tapauksissa pahempia, vähemmän rytmisiä ja vähemmän sinimuotoisia. Siksi jotkut ryhmämme jäsenet eivät halunneet käyttää termiä dystoninen vapina, koska vapinan pitäisi olla rytmistä ja sinimuotoista. Jotkut ryhmämme jäsenet eivät olleet samaa mieltä termistä dystoninen vapina servikaalisen [00:12:00] dystonian yhteydessä, mutta oli joitakin ihmisiä, joilla oli liikkeitä servikaalisen dystonian yhteydessä, joilla oli servikaalinen dystonia, joka oli melko rytmistä ja melko sinimuotoista. Hän valitsi essentiaalisen vapinan laajuudeksi ongelman alkukohdan, joka on ratkaistava tulevaisuudessa.

Tohtori Mitra Afshari: Hienoa. Ja huomasitko, että vapinan amplitudi erityisesti vaikutti tuloksiin? Luulen, että se oli yksi muuttujista, joita tarkastelit erityisesti. Voisitko käydä nämä löydökset kanssamme läpi?

Tohtori Jung Hwan Shin: Kyllä, todellakin. Se liittyi amplitudiin, ja meillä oli paljon videoita, joita analysoimme, ja havaitsimme, että joillakin potilailla oli suuri amplitudi. Oli potilaita, joilla oli pieni amplitudi, ja havaitsimme, että näiden sinimuotoisuus ja rytmikkyysindeksi korreloivat vapinan amplitudin kanssa.

[00:13:00] Jos vapinan amplitudi oli suuri, se oli yleensä rytmistä ja sinimuotoista. Mutta pienemmän amplitudin ryhmässä se oli yleensä vähemmän sinimuotoista ja vähemmän rytmistä. Tutkimuksemme rajoituksena oli kuitenkin se, ettemme voineet mitata vapinan amplitudia objektiivisesti, koska käytimme kaksiulotteista videota.

Pään ja kameran välinen etäisyys vaihteli siis yksilöiden välillä. Jos voisimme kontrolloida etäisyyttä, voisimme ehkä objektiivisesti johtaa amplitudin. Mutta tässä tutkimuksessa emme pystyneet siihen. Osoitimme siis epäsuorasti, että vapinan amplitudi korreloi rytmikkyyden ja sinimuotoisuuden indeksin kanssa tetra-asteikon perusteella, ja epäselvä vapinan amplitudi johtuu potilaasta. Mutta tätä on tutkittu aiemmassa tutkimuksessa, johon osallistui useita tutkijoita, mukaan lukien tohtori Aasef, ja joka osoitti, että [00:14:00] vapina korreloi niiden sinimuotoisuuden ja rytmikkyyden kanssa.

Tohtori Mitra Afshari: Vaikka tiedonhankinnassa oli joitakin rajoituksia, löydöksesi näyttivät sopivan yhteen aiempien tutkimusten kanssa vapinan amplitudin suhteen. Joten siinä on ehdottomasti jotain perää. Yksi mielenkiintoinen havainto oli, että essentsiaalisen vapinan kohorttitutkimuksessa sinusoiditeetin rytmi oli korkeampi, mikä viittasi enemmän essentiaaliseen vapinaan, mutta videoon perustuvan diagnoosin ja varsinaisen kliinisen diagnoosin välillä oli vähemmän tarkkuutta. Diagnostinen tarkkuus oli siis noin 64 % essentiaalisen vapinan osalta verrattuna noin 82 %:iin servikaalisen dystonian ja pään vapinan osalta. Mitä mieltä olet tästä löydöksestä?

Tohtori Beomseok Jeon: Servikaalisen dystonian yhteydessä esiintyy jälleen vähemmän rytmisiä ja sinimuotoisia pään [00:15:00] liikkeitä, mikä erottaa servikaalisen dystonian muista vapinahäiriöistä. Joillakin dystoniapotilailla oli kuitenkin melko rytmisiä ja sinimuotoisia liikkeitä, jotka muistuttavat essentiaalista vapinaa. Siksi pelkän rytmyyden ja sinimuotoisuuden perusteella ei voida luotettavasti erottaa eteislihasoireyhtymää ja servikaalisen dystonian liikettä.

Ongelma on se, voiko servikaalisen dystoniapotilailla esiintyä rytmisiä, sinimuotoisia päänliikkeitä, joita voidaan kutsua vapinaksi.

Tohtori Mitra Afshari: Ehdottomasti. Ja se on haaste, joka tuo meidät takaisin siihen, miksi näitä tutkimuksia tehdään. Joten kun kaikki tämä yhdistetään, mikä on mielestäsi tämän tutkimuksen tärkein viesti? Vaikuttaa siltä, ​​että essentiaalinen dystonia ja servikaalinen pään vapina [00:16:00] kuuluvat ehdottomasti samaan spektriin, eikö niin? Miten tiivistäisit tämänpäiväisen tutkimuksesi keskeisen viestin?

Tohtori Jung Hwan Shin: Okei. Kuten professori BJ mainitsi, havaitsimme vaihtelua servikaalisen dystonian heterogeenisyydessä vapinan kanssa ja myös essentiaalista vapinaa sairastavien potilaiden kesken. Mielestäni tämä tutkimus tarjoaa samanlaisen kuvan todellisessa maailmassa, jossa kliininen ilmiö voi olla subjektiivisesti mitattua ja siitä on melko vaikea olla yhtä mieltä jopa asiantuntijoiden kesken. Elan Louis kirjoitti varsin mielenkiintoisen artikkelin, jossa hän käytti viiden potilaan videoita ja pyysi seitsemää MDS-asiantuntijaa diagnosoimaan, onko kyseessä essentiaali vapina vai dystoninen nykivä dystonia. Ja [00:17:00] kaikki asiantuntijat diagnosoivat nämä potilaat eri ilmiöiden mukaisesti. Jotkut asiantuntijat sanoivat, että kaikilla näillä potilailla oli nykivä dystonia, ja jotkut asiantuntijat sanoivat, että heillä kaikilla oli essentiaalista vapinaa. Ja toiset asiantuntijat olivat siltä väliltä. Joten voimme nähdä, että todellisessa maailmassa se olisi erittäin vaikeaa.

Jopa jokaisen fenomenologian määritelmän löytäminen olisi erittäin vaikeaa. Joten mielestäni objektiivisten mittareiden käyttö voisi antaa vihjeen näiden keskustelujen ja kiistojen ratkaisemiseksi. Joten mielestäni olisi erittäin vaikeaa vain sukeltaa tiettyyn fenomenologiaan, joka perustuu vain rytmisyyteen ja siniaalisuuteen. Meillä voisi olla objektiivinen mittaus, mutta sen avulla voisimme käyttää muita kliinisiä vihjeitä, kuten aistitemppuja tai asentoja. Yhdessä voisimme tehdä fenomenologiasta miellyttävämmän ja paremman kuvauksen. Mielestäni uusimman digitaalisen teknologian hyödyntäminen oireiden kuvauksessa voisi olla erittäin hyödyllistä monella tapaa. Voisimme saada tulostaulukossa esitetyn kaltaisen jakauman. Ja voisimme aloittaa keskustelut siitä. Joten sitä halusimme ehdottaa kentälle tämän vapinan osalta. Yksi asia, jonka olemme tehneet tässä tutkimuksessa, on suhteellisen uusi, että johdimme siniaalisuusindeksiä. Rytmisindeksiä on tutkittu, ja vuosien varrella on kehitetty monia parametreja, mutta siniaalisuusindeksi ehdotettiin tässä tutkimuksessa uutena. Ja syy siihen, miksi pystyimme tekemään tämän, oli videopohjainen analyysi. Meillä saattoi itse asiassa olla vapinan aaltomuoto. Ja siksi [00:19:00] pystyimme johtamaan sinimuotoisuusindeksin, joka edustaa vapinan kahta perustavanlaatuista määritelmää. Sen tulisi olla rytmistä ja sinimuotoista, ja käyttämällä äskettäin kehitettyä digitaaliteknologiaa, mielestäni tätä lähestymistapaa voitaisiin soveltaa myös moniin muihin ilmiöihin ja kiistanalaisiin osiin liikehäiriössä.

Tohtori Mitra Afshari: Ehdottomasti. Luulen, että tunnet nämä 2D-videopohjaiset analyysit. Vaikka ne ovat hyvin yksinkertaisia, ne ovat todella tehokas työkalu lisättäväksi työkalupakkiisi diagnoosien tekoon ja viime kädessä, jotta voimme tehdä tarkimmat mahdolliset diagnoosit ja kehittää kohdennetumpia ja tehokkaampia hoitoja. Tässä tutkimuksessa tarkastelit vain nenänpäätä. Mutta vihjasit aiemmin, että tulevaisuudessa voisit mahdollisesti johtaa muita mittareita jopa näistä 2D-pohjaisista videoista. Onko se oikein? Muita liikkeitä tai [00:20:00] akseleita, joita... Se voisi tarjota lisätietoja diagnoosin tueksi. Työstääkö ryhmäsi tätä parhaillaan vai harkitseeko mahdollista tutkimista tulevaisuudessa dystonia-tutkimusryhmän kanssa.

Tohtori Jung Hwan Shin: Ehdottomasti. Kuten mainitsimme, keskityimme vain nenänpäähän. Pääsyynä oli se, että halusimme nähdä pään vapinan sinimuotoisuuden ja rytmyyden. On olemassa monia muita malleja, joissa on videopohjainen analyysi, jotka voivat mallintaa pään kolmiulotteista ominaisuutta ja käyttää sitä esimerkiksi kääntymiskulmien arviointiin pään kallistuksen tai rotaation suhteen. Joten on olemassa monia kattavia tapoja analysoida dystonisia vapinoita päässä tai jopa kädessä. Joten olemme erittäin kiinnostuneita viemään tätä projektia eteenpäin käyttämällä näitä kattavia lähestymistapoja ja toivomme kehittävämme tulevaisuudessa vivahteikkaampia ja parempia algoritmeja näiden monimutkaisten ilmiöiden kuvaamiseen.

Tohtori Mitra Afshari: Paljon kiitoksia tohtori Shinille ja tohtori BJ:lle. Tämä oli todella erinomainen keskustelu tänään. Haluamme kiittää koko tiimiänne työstä tässä projektissa, koko dystonia-tutkimusryhmää kaikesta työstä, jota olette tehneet, ja haluamme kiittää teitä siitä, että käytitte aikaa kiireisistä aikatauluistanne keskustellaksenne kanssamme. Olen varma, että tämän tutkimusmenetelmän välittäminen tällä foorumilla ei ole helppoa, mutta te molemmat teitte fantastista työtä. Joten haluamme kiittää teitä ja nähdään taas, hei hei.

Tohtori Beomseok Jeon: Hei.

Tohtori Jung Hwan Shin: Kiitos. [00:22:00] [00:23:00]