Galvas trīces viļņu formas analīze, izmantojot izsekošanas algoritmu bez marķieriem ar 2D video

Džung, ir lieliski, ka jūs atkal šodien esat podkāstā. Jūs esat kļuvis par pastāvīgu klausītāju. Un Dr. Bj, man ir liels gods jūs šodien šeit uzņemt. Tātad, mans pirmais jautājums jums abiem, un jebkuram no jums, kurš var izteikt savu viedokli, es gribēju jums pajautāt, kā jums radās ideja veikt šo pētījumu?

Vai par to bijāt domājis jau kādu laiku, vai arī uzdūrāties jaunajai tehnoloģijai, uz video balstītajam algoritmam, un nodomājāt, ka tas varētu būt labs pielietojums? Vai arī jūs iedvesmoja konkrēta pacienta pieredze?

Dr. Beomsoks Džons: Šī problēma sākās, kad es pievienojos MDS organizētajai Distonijas Tremora darba grupai, kuras mērķis bija īpaši strādāt pie šīs distoniskā tremora problēmas.

Šo darba grupu vadīja Haiders Džinna, un tajā bija [00:02:00] daudzi eksperti, piemēram, Alberto Albanese, Alfonso Fasano, Sandžajs Pandejs, Riks Helmičs, Marija Vidailheta, Marina Tjisena, Aasefs Šeiks, Rodžers Elbls un Viktors Fungs. Viens no dalībniekiem bija Marks Halets, kurš nomira pirms vairākām nedēļām un deva lielu ieguldījumu šajā darbā, sniedzot daudz labu komentāru un nosūtot mums pacientu video.

Mēs tiešām vēlamies viņam ļoti pateikties.

Dr. Mitra Afšari: Pilnīgi noteikti. Manuprāt, mums visiem pietrūkst Dr. Halleta, un mēs par viņu domājam. Tāpēc izklausās, ka šī projekta idejas izstrādē ir ieguldīts daudz darba, kā arī daudz darba vairāku distonijas jomas ietekmīgu speciālistu vārdā, distonijas darba grupā. Tāpēc šajā pētījumā jūs cenšaties atrast objektīvāku pieeju [00:03:00] trīces analīzei un kakla distonijas, kā arī esenciālā trīces pacientiem, kuriem ir galvas trīce. Anekdotiski, manuprāt, mēs visi esam bijuši tādā situācijā, kad esam apšaubījuši savu spēju patiesi atšķirt distonisku galvas trīci no galvas trīces, kas novērojama esenciālā trīces gadījumā. Mēs zinām, ka distoniskā trīce šķiet mazāk ritmiska. Tā šķiet mazāk sinusoidāla, saraustītāka. Tā nav tik tīra, patiesa trīce, kādu mēs iedomājamies, un, lai gan jūs meklējat arī papildu norādes, piemēram, pamatā esošo tonisko pozu, noteikti ir daži gadījumi, kas var būt ļoti sarežģīti. Tātad jūs uzdevāt vienkāršu jautājumu: ņemsim to, ko mēs domājam zinām par šo galvas trīču ritmiskumu un sinusoiditāti, un pārbaudīsim tos. Tātad jūs izmantojat vienkāršas datorredzes metodes, lai analizētu pacientu ar galvas trīci 2D videoierakstus, īpaši [00:04:00] izsekojot deguna gala kustību, un jūs aplūkojāt pacientus gan prospektīvi, gan retrospektīvi, izmantojot arhīva video.

Kā jau minējāt, Dr. Bj, jūs īpaši sadarbojāties ar labi zināmo Distonijas koalīcijas grupu, kuru vada Buzz Jinnah no Emory universitātes Atlantā, ASV, un jūs patiešām izmantojāt viņu dzemdes kakla distonijas pacientu arhīvu šajos video. Pacients ar galvas trīci, un jūs arī prospektīvi iekļāvāt pacientus savā universitātē un pat izmantojāt dažus video ar estētisko distoniju pacientiem, kuriem tika veikta MRI fokusēta ultraskaņa, ja man taisnība, roku trīces dēļ. Jūs arī varējāt apstiprināt savus atklājumus no šīs bezmarķiera video viļņu formas analīzes. Jūs apstiprinājāt, ka šie atklājumi saskanēja ar fizisko sensoru mērījumiem, korelējot datus ar žiroskopu, kas tika novietots pacienta galvā. Tātad, Dr. [00:05:00] BJ vai Dr. Šin, vai jūs varētu īsumā aprakstīt savas metodes šajā pētījumā un galu galā, ko jūs darījāt? Vai jūs varētu mūsu klausītājam uzgleznot priekšstatu par to, kā tas viss notika? 

Dr. Čung Hvan Šins: Jā. Liels paldies par jautājumu. Prieks jūs drīz redzēt, Mitra. Mani ir interesējusi video balstīta kustību analīze kustību traucējumu, tostarp Parkinsona slimības, gadījumā, un patiesībā manas pētniecības intereses ir vērstas uz šo video balstīto bradikinēzijas, pozu un gaitas analīzi, jo īpaši, esmu diezgan koncentrējies uz gaitas analīzes veikšanu ar divdimensiju video. Bet ir diezgan interesanti, ka mani ir interesējusi šī video balstītā analīze, kas viss sākās manas doktorantūras laikā, kad veicu pamatpētījumus, izmantojot peļu modeļus. Tajos laikos, kad studēju doktorantūrā, man bija grūtības izsekot peļu nodilumam, piemēram, endoskopiem.

Tātad pie peles galvas bija piestiprinātas apmēram [00:06:00] līnijas, un tradicionālā metode sajauca šīs pie peles galvām piestiprinātās līnijas, līdzīgi kā endoskopija ar peles asti. Tāpēc mums ir jāizstrādā cita metode, lai analizētu peles trajektoriju. Un mēs atklājām, ka datorredzes metodes varētu ļaut izsekot peli bez marķieriem, kas piestiprināti pie pašas peles. Tāpēc savā doktorantūras programmā es izmantoju daudzus no šiem algoritmiem, lai izsekotu peles pozīciju. Un pēc atgriešanās klīnikā es atklāju, ka mums ir daudz video. Mums ir daudz video par trīci, gaitu, bradikinēziju, tāpēc kāpēc gan nepiemērot šo algoritmu pacientiem? Ar to viss arī sākās.

Tāpēc es veicu daudzus pētījumus pat par daudzām pacienta fenomenoloģijām profesora Bj vadībā. Un šis projekts sākās [00:07:00] ar laboratorijas sanāksmēm, kur BJ dalījās diskusijās par distonijas un tremora grupām, kuras viņš pieminēja. Lai gan tremoram un distonijai ir skaidra definīcija, runājot par pacientu faktisko fenomenoloģiju, var būt daudz domstarpību, jo tas, vai mēs uztveram ritmiskumu un sinusoidālumu, ir diezgan subjektīvi. Tāpēc Bj minēja, kāpēc gan neizmērīt šo sinusoidālo un ritmiskumu ar video algoritmu, jo tas atspoguļo to, kas ir video analīze. Labi. Tāpēc viņš minēja, ka tas būtu ļoti noderīgi. Tātad šis projekts sākās ar hipotēzes vadītu metodi, nevis ar datu vadītu metodi. Tātad bija ļoti skaidrs, ka jāmēra sinusoiditāte un ritmiskums, nevis visa šī tremora visaptverošā iezīme. Tāpēc es domāju, ka tas bija ļoti skaidrs un vadīja ceļu, kas padarīja pētījumu [00:08:00] pieejamāku un kaut kādā veidā efektīvāku. Tāpēc mēs izmērījām tikai galvas deguna gala trīci, jo, ja mēs analizētu visas galvas trīces pazīmes, mums, iespējams, būtu jāizmanto trīsdimensiju metode, jo galvas trīce notiek trīsdimensiju veidā. Taču mūsu mērķis bija izmērīt ritmiskumu un sinusoiditāti. Tāpēc mums nebija jāizmēra visas šīs pazīmes, bet mums bija jāiegūst pacienta viļņu forma.

Tikai izsekojot galvas deguna gala trīci, mēs varējām analizēt, cik ritmiskas vai sinusoidālas ir trīces viļņu formas. Un mums bija jāizstrādā savi parametri ritmiskuma un sinusoidāluma mērīšanai, kas bija kā izmēģinājumu un kļūdu metode. Un mēs nonācām pie labākajiem parametriem, kas varētu [00:09:00] atspoguļot ritmiskumu un sinusoidālumu, ar ko daudzi mūsu trīces un distonijas eksperti piekrīt mūsu rakstu līdzautoriem. Šajā pētījumā mēs vēlējāmies apstiprināt, vai mūsu aprēķinātie ritmiskuma un sinusoidāluma parametri ir pareizi. Tāpēc mēs validējām ar mūsu iekšējām kohortām, izmantojot žiroskopu. Mēs redzējām, ka šie parametri sakrita, un jau no paša sākuma mēs izmantojām augstas frekvences video bez augsta kadru ātruma, 240 kadru sekundē video, jo mēs gribējām pārliecināties, ka mums nevar būt analīzes efekts, jo mēs zinājām, ka video ieraksta pacientu ar trīci ar zemu kadru ātrumu. Tad analīze maldināja par faktiskā trīces dažādajām frekvencēm. Tātad, mēs izmantojām 240 kadru sekundē video, bet mēs [00:10:00] galu galā atklājām, ka pat ar 30 kadriem sekundē, kad mēs samazinājām šo video paraugu skaitu, tas joprojām uzrādīja labu atbilstību žiroskopam. Tāpēc mēs vēlējāmies pārbaudīt šo algoritmu daudziem video, nevis no mūsu centra, bet gan video no visas pasaules. Un Dystonia Coalition sniedza lielu atbalstu šo video kopīgošanai. Ne tikai kakla distonijas pacientiem, bet arī esenciālā tremora pacientiem. Un tā mēs parādījām ritmiskuma un sinusoidāluma sadalījumu kakla distonijas un esenciālā tremora pacientiem. Tātad būtībā šī pētījuma galvenais rezultāts ir tāds, ka mēs parādījām kakla distonijas esenciālā tremora sadalījumu ritmiskuma un sinusoidāluma ziņā, kas tika objektīvi izmērīts ar video analīzi.

Dr. Mitra Afšari: Sapratu. Tātad jūs paņēmāt kaut ko, ko bijāt [00:11:00] pielietojis saviem dzīvnieku modeļiem, un būtībā to pielietojāt cilvēkiem.

Un jums izdevās pārbaudīt vienkāršu hipotēzi un patiešām apstiprināt šo hipotēzi. Tātad tā noteikti bija radoša pieeja. Un tāpēc jūs iesaistījāties dažos raksta rezultātos. Tātad, es domāju, ka visi vēlas zināt, vai distoniskie tremori kakla distonijas gadījumā ir mazāk ritmiski un mazāk sinusoidāli? Un vai jūsu rezultāti šķita atbilstoši šai hipotēzei?

Dr. Beomsoks Džons: Protams, jā. Galvas kustības kakla distonijas gadījumā ir sliktākas, daudzos gadījumos mazāk ritmiskas un mazāk sinusoidālas. Tāpēc daži cilvēki mūsu grupā nevēlējās lietot terminu distoniskais tremors, jo tremoram jābūt ritmiskam un sinusoidālam. Daži cilvēki mūsu grupā nepiekrita terminam distoniskais tremors kakla [00:12:00] distonijas gadījumā, bet bija daži cilvēki, kuriem kakla distonijas gadījumā bija kustības, kuriem bija kakla distonija, kas bija diezgan ritmiska un diezgan sinusoidāla. Viņš izvēlējās esenciālā tremora diapazonu, kas bija problēmas sākums, kas jārisina nākotnē.

Dr. Mitra Afšari: Lieliski. Un vai atklājāt, ka trīces amplitūda īpaši ietekmēja jūsu rezultātus? Domāju, ka tas bija viens no mainīgajiem, ko jūs īpaši apskatījāt. Vai varētu pārskatīt šos atklājumus kopā ar mums?

Dr. Čung Hvan Šins: Jā, tiešām. Tas bija saistīts ar amplitūdu, un mums bija daudz video, ko analizējām, un atklājām, ka ir pacienti ar lielu amplitūdu. Bija pacienti ar mazu amplitūdu, un mēs atklājām, ka šo sinusoiditātes un ritmiskuma indekss korelēja ar tremora amplitūdu.

[00:13:00] Ja trīcei bija liela amplitūda, tā mēdz būt ritmiska un sinusoidāla. Taču grupā ar zemāku amplitūdu tā mēdz būt mazāk sinusoidāla un mazāk ritmiska. Taču mūsu pētījuma ierobežojums bija tas, ka mēs nevarējām objektīvi izmērīt trīces amplitūdu, jo mēs izmantojām divdimensiju video.

Tātad attālums starp galvu un kameru dažādiem indivīdiem bija atšķirīgs. Ja mēs varētu kontrolēt attālumu, varbūt mēs varētu objektīvi noteikt amplitūdu. Taču šajā pētījumā mēs to nevarējām izdarīt. Tātad mēs netieši parādījām, ka tremora amplitūda korelē ar ritmiskumu un sinusoidāluma indeksu, pamatojoties uz tetra skalu, un neskaidrā tremora amplitūda ir atkarīga no pacienta. Taču tas ir pētīts iepriekšējā pētījumā, kurā piedalījās daudzi pētnieki, tostarp Dr. Aasefs, parādot, ka patiešām [00:14:00] tremors ir korelēts ar to sinusoidālumu un tremora ritmiskumu.

Dr. Mitra Afšari: Tātad, lai gan datu iegūšanas veidā bija daži ierobežojumi, jūsu atklājumi, šķiet, atbilda iepriekšējiem pētījumiem attiecībā uz tremora amplitūdu. Tātad kaut kas tur noteikti ir. Viens interesants atklājums bija tāds, ka esenciālās trīces pacientu kohortā, lai gan sinusoidālā spektra ritmiskums bija augstāks, kas vairāk liecināja par esenciālu tremoru, starp video balstīto diagnozi un faktisko klīnisko diagnozi bija mazāka precizitāte. Tātad diagnostiskā precizitāte esenciālās distonijas gadījumā bija aptuveni 64%, salīdzinot ar aptuveni 82% kakla distonijas un galvas tremora gadījumā. Ko jūs domājat par šo atklājumu?

Dr. Beomsoks Džons: Atkal kakla distonijai ir mazāk ritmiskas, mazāk sinusoidālas galvas [00:15:00] kustības, kas ir ļoti skaidra atšķirība starp kakla distoniju un citiem trīces traucējumiem. Taču dažiem pacientiem ar distoniju bija diezgan ritmiskas, drīzāk sinusoidālas kustības, kas ir tuvas esenciālajam tremoram. Tāpēc, pamatojoties tikai uz ritmiskumu un sinusoiditāti, nevar droši atšķirt ET no kakla distonijas.

Tā ir problēma. Tā ir bijusi problēma, vai pacientiem ar kakla distoniju var būt ritmiskas, sinusoidālas galvas kustības, ko var saukt par trīci.

Dr. Mitra Afšari: Pilnīgi noteikti. Un tas ir izaicinājums, kas mūs atgriež pie tā, kāpēc šie izmeklējumi tiek veikti. Tātad, apkopojot visu iepriekš minēto, kāda, jūsuprāt, ir šī izmeklējuma galvenā atziņa? Šķiet, ka estētiskā tremora un kakla distonijas galvas [00:16:00] trīce noteikti atrodas vienā spektrā, vai ne? Kā jūs apkopotu sava šodienas pētījuma galveno atziņu?

Dr. Čung Hvan Šins: Labi. Kā jau minēja profesors BJ, mēs atklājām atšķirības kakla distonijas un trīces heterogenitātē, kā arī esenciālā trīces pacientam. Manuprāt, šis pētījums to parāda reālajā pasaulē, kur klīniskā fenomenoloģija varētu būt subjektīvi izmērīta un par to ir diezgan grūti vienoties pat ekspertiem. Tātad Elans Luiss publicēja diezgan interesantu rakstu, kurā, izmantojot piecu pacientu video, viņi lūdza septiņiem MDS ekspertiem diagnosticēt, vai tas ir esenciālais trīce vai distoniskā saraustītā distonija. Un [00:17:00] visi eksperti diagnosticēja šos pacientus, izmantojot dažādas fenomenoloģijas. Daži eksperti teica, ka visiem šiem pacientiem ir saraustītā distonija, un daži eksperti teica, ka viņi visi ir esenciālā trīces pacienti. Citi eksperti bija kaut kur pa vidu. Tātad mēs varam redzēt, ka reālajā pasaulē tas būtu ļoti grūti.

Pat ja mums būtu katras fenomenoloģijas definīcija, tas būtu ļoti sarežģīti. Tāpēc es domāju, ka objektīvu mērījumu izmantošana varētu sniegt pavedienu, lai atrisinātu šīs diskusijas un pretrunas. Tāpēc es domāju, ka būtu ļoti grūti vienkārši iedziļināties noteiktā fenomenoloģijā, pamatojoties tikai uz ritmiskumu un sinusoiditāti. Mums varētu būt objektīvs mērījums, bet ar to mēs varētu izmantot citus klīniskus mājienus, piemēram, maņu trikus vai pozas, kopā mēs varētu padarīt fenomenoloģiju pieņemamāku [00:18:00] labākam fenomenoloģijas aprakstam. Manuprāt, jaunāko progresīvo digitālo tehnoloģiju izmantošana ar simptomu aprakstu varētu būt ļoti noderīga daudzējādā ziņā. Mēs varētu iegūt tādu pašu sadalījumu, kā parādīts mūsu rezultātu tabulā. Un mēs varētu sākt diskusijas no turienes. Tāpēc to mēs vēlējāmies piedāvāt šai jomai attiecībā uz šo trīci. Viena no lietām, ko mēs esam paveikuši, šajā pētījumā ir relatīvi jauna, ir sinusoiditātes indeksa iegūšana. Ritmiskuma indekss ir pētīts, un gadu gaitā ir izstrādāti daudzi parametri, bet sinusoiditātes indekss šajā pētījumā tika ierosināts kā jauns. Un iemesls, kāpēc mēs to varējām izdarīt, bija tas, ka mēs izmantojām uz video balstītu analīzi. Mēs faktiski varējām iegūt tremora viļņu formu. Un tāpēc [00:19:00] mēs varējām iegūt sinusoiditātes indeksu, kas apzīmē divas tremora pamatdefinīcijas. Tam jābūt ritmiskam un sinusoidālam, un, izmantojot nesen izstrādāto digitālo tehnoloģiju, es domāju, ka šo pieeju varētu piemērot arī daudzām citām fenomenoloģijām un pretrunīgi vērtētām kustību traucējumu daļām.

Dr. Mitra Afšari: Pilnīgi noteikti. Es domāju, ka jūs zināt šīs 2D video analīzes. Lai gan tās ir ļoti vienkāršas, tās patiesībā ir diezgan spēcīgs rīks, ko pievienot savam instrumentu komplektam, nosakot diagnozes, un galu galā, lai mēs varētu noteikt visprecīzākās diagnozes un izstrādāt mērķtiecīgākas un efektīvākas terapijas. Šajā pētījumā jūs skatījāties tikai uz deguna galu. Bet jūs iepriekš norādījāt, ka, raugoties nākotnē, jūs potenciāli varētu iegūt citus mērījumus pat no šiem 2D video. Vai tas ir pareizi? Citas kustības vai [00:20:00] asis, ko jūs... Tas varētu sniegt papildu informāciju diagnozes noteikšanai. Vai jūsu grupa strādā pie šī jautājuma pašlaik vai apsver iespēju to izpētīt nākotnē kopā ar distonijas pētījumu grupu?

Dr. Čung Hvan Šins: Noteikti. Kā jau minējām, mēs koncentrējāmies tikai uz deguna galu. Galvenais iemesls bija tas, ka mēs vēlējāmies redzēt galvas trīces sinusoiditāti un ritmiskumu. Ir daudz citu modeļu ar video analīzi, kas varētu modelēt galvas trīsdimensiju iezīmes un izmantot tās, lai novērtētu, piemēram, pagrieziena leņķus galvas slīpuma, galvas rotācijas ziņā utt. Tātad ir daudz visaptverošu veidu, kā analizēt distonisko trīci galvā vai pat rokā. Tāpēc mēs esam ļoti ieinteresēti virzīt šo projektu uz priekšu, izmantojot šīs visaptverošās pieejas, un ceram nākotnē izstrādāt niansētāku un labāku algoritmu šo sarežģīto fenomenu aprakstīšanai.

Dr. Mitra Afšari: Liels paldies, Dr. Šin, Dr. BJ. Šī tiešām bija lieliska diskusija šodien. Vēlamies pateikties visai jūsu komandai par darbu šajā projektā, visai distonijas pētījumu grupai par visu paveikto darbu, un vēlamies pateikties jums, ka veltījāt laiku no sava saspringtā grafika, lai aprunātos ar mums. Esmu pārliecināts, ka nav viegli šajā forumā nodot šī pētījuma metodes, bet jūs abi paveicāt fantastisku darbu. Tāpēc vēlamies jums pateikties un uz nākamo reizi, atā.

Dr. Beomsoks Džons: Bye.

Dr. Čung Hvan Šins: Paldies. [00:22:00] [00:23:00]