Pea värisemise lainekujupõhine analüüs markerita jälgimisalgoritmi ja 2D-video abil

Jung, on tore, et sa täna jälle podcastis oled. Sinust on saanud regulaarne kuulaja. Ja dr Bj, on tõesti au sind täna siin näha. Seega, minu esimene küsimus teile mõlemale ja teile mõlemale, kes saavad selle kohta sõna võtta, on see, kuidas sa selle uuringu idee peale tulid?

Kas see oli midagi, mille üle te olite juba mõnda aega mõelnud, või puutusite kokku uue tehnoloogiaga, videopõhise algoritmiga, ja arvasite, et see võiks olla selle hea kasutusala? Või inspireeris teid mõni konkreetne patsiendikohtumine?

Dr. Beomseok Jeon: See probleem sai alguse siis, kui liitusin MDS-i poolt loodud düstoonilise treemori töörühmaga, mille eesmärk oli spetsiaalselt selle düstoonilise treemori probleemiga tegeleda.

Seda töörühma juhtis Hyder Jinnah ja selles oli [00:02:00] palju eksperte nagu Alberto Albanese, Alfonso Fasano, Sanjay Pandey, Rick Helmich, Marie Vidailhet, Marina Tjissen, Aasef Shaikh, Roger Elble ja Victor Fung. Üks liikmetest oli Mark Hallett, kes suri mitu nädalat tagasi ja kes andis sellesse töösse suure panuse, tehes palju häid kommentaare ja saates meile patsientide videoid.

Me tahame teda tõesti väga tänada.

Dr. Mitra Afshari: Absoluutselt. Ma arvan, et me kõik igatseme dr Halletti ja mõtleme tema peale. Seega tundub, et selle projekti idee väljatöötamiseks on nähtud palju vaeva ja palju tööd mitmete düstooniaga seotud suurkujude nimel düstoonia töörühma osana. Seega on selles uuringus teie eesmärk leida objektiivsem lähenemisviis [00:03:00] treemori analüüsile ja kaeladüstoonia ning essentsiaalse treemori patsientidele, kellel esineb peavärin. Anekdootlikult arvan, et me kõik oleme olnud olukorras, kus oleme seadnud kahtluse alla oma võime eristada düstoonilist peavärinat essentsiaalse treemori korral esinevast peavärinast. Me teame, et düstoonilised värinad tunduvad olevat vähem rütmilised. Need tunduvad olevat vähem sinusoidaalsed, nad on rohkem tõmblevad. Need on vähem seda tüüpi puhast, tõelist värinat, mida me ette kujutame, ja kuigi otsite ka lisavihjeid, näiteks toonilist asendit, on kindlasti juhtumeid, mis võivad olla väga keerulised. Seega esitasite lihtsa küsimuse: võtame selle, mida me arvame teadvat nende peavärinate rütmilisuse ja sinusoidaalsuse kohta, ja paneme need proovile. Te kasutate lihtsaid arvutinägemise tehnikaid, et analüüsida peavärinatega patsientide 2D-videosalvestisi, täpsemalt [00:04:00] jälgides ninaotsa liikumist, ning vaatlesite patsiente arhiivivideote kaudu nii prospektiivselt kui ka retrospektiivselt.

Nagu te mainisite, dr Bj, tegite koostööd tuntud düstoonia koalitsioonigrupiga, mida juhib Buzz Jinnah Emory ülikoolist Atlantas USAs, ja te kasutasite ära nende emakakaela düstoonia patsientide videote arhiivi. Te kaasasite uuringusse ka patsiendid, kellel oli peavärin, ja te kaasasite isegi videoid essentsiaalse düstoonia patsientidest, kellele tehti MRI-fokuseeritud ultraheli, kui ma õigesti aru saan, nende käte värisemise tõttu. Te suutsite kinnitada ka oma tulemusi nende markerita videol põhineva lainekuju analüüsi abil. Te kinnitasite, et need leiud olid kooskõlas füüsiliste andurite mõõtmistega, korreleerides andmeid güroskoobiga, mis asetati patsiendi pea peale. Seega, dr [00:05:00] BJ või dr Shin, kas te saaksite lühidalt kirjeldada oma meetodeid selles uuringus ja mida te lõpuks tegite? Kas te saaksite meie kuulajatele pildi maalida sellest, kuidas see kõik välja kukkus? 

Dr. Jung Hwan Shin: Jah. Suur aitäh küsimuse eest. Tore sind varsti näha, Mitra. Olen olnud huvitatud videopõhisest liigutuste analüüsist liikumishäirete, sealhulgas Parkinsoni tõve korral, ja tegelikult keskenduvad minu uurimishuvid bradükineesia, kehahoiakute ja eriti kõnnaku videopõhisele analüüsile. Olen keskendunud kõnnaku analüüsile kahemõõtmeliste videote abil. Aga on üsna huvitav, et mind on huvitanud see videopõhine analüüs, mis sai alguse minu doktorikraadi ajastul, kui tegin hiiremudelite abil põhiuuringuid. Doktorikraadi ajal oli mul raskusi hiire kandmise jälgimisega, näiteks endoskoopide puhul.

Seega olid hiirepea külge kinnitatud umbes [00:06:00] jooned ja tavapärane meetod ajas need hiirepea külge kinnitatud jooned segi, nagu endoskoopia hiire sabaga. Seega peame välja mõtlema teistsuguse meetodi hiire trajektoori analüüsimiseks. Ja me avastasime, et arvutinägemise tehnikad võimaldavad hiire jälgimist ilma hiire külge kinnitatud markeriteta. Seega oma doktorantuuris kasutasin paljusid neid algoritme hiire asukoha jälgimiseks. Ja pärast kliinikusse naasmist avastasin, et meil on palju videoid. Meil ​​on palju videoid värinatest, kõnnakust, bradükineesiast, nii et miks mitte rakendada seda algoritmi patsientidele? Nii et see kõik algas.

Seega tegin professor Bj juhendamisel palju uuringuid isegi patsientide fenomenoloogia kohta. Ja see projekt sai alguse [00:07:00] laborikoosolekutest, kus BJ jagas arutelusid düstoonia treemori rühmade kohta, mida ta mainis. Kuigi treemoril ja düstoonial on selge definitsioon, võib patsientide tegeliku fenomenoloogia osas olla palju lahkarvamusi, sest see, kas me tajume rütmilisust ja sinusoidaalsust, on üsna subjektiivne. Seega mainis Bj, miks mitte mõõta neid sinusoidaalsusi ja rütmilisust videopõhise algoritmi abil, sest see peegeldab seda, kuna tegemist on videoanalüüsiga. Olgu. Seega mainis ta, et see oleks väga kasulik. Seega algas see projekt hüpoteesil põhinevalt, mitte andmepõhiselt. Seega oli väga selge, et tuleb mõõta sinusoidaalsust ja rütmilisust, mitte selle treemori kogu terviklikku omadust. Seega arvan, et see oli väga selge ja näitas teed, mis tegi uuringu [00:08:00] mingil moel teostatavamaks ja tõhusamaks. Seepärast mõõtsime ainult pea ninaotsa värinaid, sest kui peaksime analüüsima pea värinate paljusid terviklikke tunnuseid, peaksime võib-olla kasutama kolmemõõtmelist meetodit, kuna pea värisemine toimub kolmemõõtmeliselt. Kuid meie eesmärk oli mõõta rütmikat ja sinusoidaalsust. Seega ei pidanud me kõiki neid tunnuseid mõõtma, vaid pidime tuletama patsiendi lainekuju.

Ainult pea ninaotsa värinaid jälgides saime analüüsida, kui rütmilised või sinusoidaalsed on nende värina lainekujud. Ja me pidime välja töötama oma parameetrid rütmilisuse ja sinusoidaalsuse mõõtmiseks, mis oli nagu katse-eksituse meetod. Ja me jõudsime parimate parameetriteni, mis [00:09:00] suudaksid peegeldada rütmilisust ja sinusoidaalsust, millega paljud meie treemori ja düstoonia eksperdid nõustuvad meie tööde kaasautoritega. Selles uuringus tahtsime kinnitada, kas meie arvutatud rütmilisuse ja sinusoidaalsuse parameetrid on õiged. Seega valideerisime oma sisemiste kohortidega güroskoobi abil. Nägime, et need parameetrid sobisid ja algusest peale kasutasime kõrgsageduslikke, ilma suure kaadrisageduseta videoid, 240 kaadrit sekundis videoid, sest tahtsime veenduda, et meil ei teki analüüsiefekti, kuna teadsime, et video salvestab värisevate patsientide kohta madala kaadrisagedusega video. Seejärel viis analüüs eksitavalt tegeliku treemori erinevate sagedusteni. Seega kasutasime 240 kaadrit sekundis videoid, aga [00:10:00] leidsime lõpuks, et isegi 30 kaadrit sekundis videote alladiskreetimisel oli ikkagi hea kooskõla güroskoobiga. Seega tahtsime seda algoritmi testida paljude videote puhul, mitte meie enda keskusest, vaid videote puhul üle kogu maailma. Ja Dystonia Coalition toetas nende videote jagamist palju. Mitte ainult emakakaela düstoonia patsientide, vaid ka essentsiaalse treemori patsientide puhul. Ja nii näitasime rütmilisuse ja sinusoidaalsuse jaotust emakakaela düstoonia ja essentsiaalse treemori patsientidel. Seega on selle uuringu peamine tulemus see, et näitasime emakakaela düstoonia essentsiaalse treemori jaotust rütmilisuse ja sinusoidaalsuse osas, mida mõõdeti objektiivselt videoanalüüsi abil.

Dr. Mitra Afshari: Sain aru. Niisiis, sa võtsid midagi, mida sa olid [00:11:00] oma loommudelitel rakendanud, ja rakendasid seda sisuliselt inimeste peal.

Ja teil õnnestus testida lihtsat hüpoteesi ja see hüpotees tõepoolest kinnitati. Seega oli see kindlasti loominguline lähenemine. Ja nii jõudsite ka mõne töö tulemuste juurde. Seega ma arvan, et kõik tahavad teada, kas düstoonilised värinad on kaeladüstoonia puhul tõepoolest vähem rütmilised ja vähem sinusoidaalsed? Ja kas teie tulemused tundusid selle hüpoteesiga sobivat?

Dr. Beomseok Jeon: Muidugi, jah. Kaela düstoonia korral on pealiigutused hullemad, paljudel juhtudel vähem rütmilised ja vähem sinusoidaalsed. Seetõttu ei tahtnud mõned meie grupi liikmed kasutada terminit düstooniline treemor, sest treemor peaks olema rütmiline ja sinusoidaalne. Mõned meie grupi liikmed ei nõustunud terminiga düstooniline treemor kaela [00:12:00] düstoonia korral, kuid oli inimesi, kellel esines kaela düstoonia korral liigutusi, kellel oli kaela düstoonia, mis oli üsna rütmiline ja üsna sinusoidaalne. Ta valis essentsiaalse treemori ulatuse, mis oli probleemi algus ja vajab tulevikus lahendamist.

Dr. Mitra Afshari: Fantastiline. Ja kas leidsite, et värina amplituud mõjutas teie tulemusi konkreetselt? Ma arvan, et see oli üks muutujatest, mida te konkreetselt vaatasite. Kas saaksite neid tulemusi meiega üle vaadata?

Dr. Jung Hwan Shin: Jah, tõepoolest. See oli seotud amplituudiga ja meil oli palju videoid, mida analüüsisime, ning leidsime, et oli patsiente, kellel oli suur amplituud. Oli patsiente, kellel oli väike amplituud, ja leidsime, et nende sinusoidaalsus ja rütmilisuse indeks korreleerusid treemori amplituudiga.

[00:13:00] Kui värina amplituud oli suur, kipuvad need olema rütmilised ja sinusoidaalsed. Kuid madalama amplituudiga rühmas kipuvad need olema vähem sinusoidaalsed ja vähem rütmilised. Meie uuringu piiranguks oli aga see, et me ei saanud värina amplituudi objektiivselt mõõta, kuna kasutasime kahemõõtmelist videot.

Seega oli pea ja kaamera vaheline kaugus indiviidide lõikes erinev. Kui me suudaksime kaugust kontrollida, saaksime ehk objektiivselt tuletada amplituudi. Kuid selles uuringus me seda teha ei saanud. Seega näitasime kaudselt, et värina amplituud on korrelatsioonis rütmilisuse ja sinusoidaalsuse indeksiga, mis põhineb tetra skaalal, ning mitmetähenduslik värina amplituud tuleneb patsiendist. Kuid seda on uuritud varasemas uuringus, kus paljud teadlased, sealhulgas dr Aasef, näitasid, et [00:14:00] on värinad tõepoolest korrelatsioonis nende sinusoidaalsuse ja värinate rütmilisusega.

Dr. Mitra Afshari: Seega, kuigi andmete tuletamise viisis oli mõningaid piiranguid, tundus teie leid vastavat varasemate uuringutega värina amplituudi osas. Seega on siin kindlasti midagi. Üks huvitav leid oli see, et essentsiaalse värinaga patsientide kohordis oli sinusoidaalsuse rütmilisus suurem, mis viitas pigem essentsiaalsele värinale, kuid videopõhise diagnoosi ja tegeliku kliinilise diagnoosi vahel oli väiksem täpsus. Seega oli diagnostiline täpsus essentsiaalse värina puhul umbes 64% võrreldes umbes 82%-ga kaeladüstoonia ja peavärina puhul. Mida te sellest leiust arvate?

Dr. Beomseok Jeon: Jällegi on kaeladüstoonial vähem rütmilisi, vähem sinusoidaalseid pea liigutusi [00:15:00], mis eristab kaeladüstooniat teistest treemorihäiretest väga selgelt. Kuid mõnel düstooniaga patsiendil esinesid pigem rütmilised, pigem sinusoidaalsed liigutused, mille tunnused on lähedased essentsiaalsele treemorile. Seetõttu ei saa nad ainult rütmilisuse ja sinusoidaalsuse põhjal usaldusväärselt eristada ET-d ja kaeladüstooniat.

See ongi probleem. See on olnud probleem, kas kaeladüstooniaga patsientidel võivad esineda rütmilised, sinusoidaalsed pealiigutused, mida võib nimetada treemoriks.

Dr. Mitra Afshari: Absoluutselt. Ja see ongi väljakutse, mis toob meid tagasi selle juurde, miks neid uuringuid tehakse. Seega, kui kõik see kokku panna, siis mis on teie arvates selle uuringu peamine sõnum? Tundub, et essentsiaalne sündroom ja kaeladüstoonia ehk peavärinad [00:16:00] kuuluvad kindlasti samasse spektrisse, eks? Kuidas te võtaksite kokku oma tänase uuringu põhisõnumi?

Dr. Jung Hwan Shin: Olgu. Nagu professor BJ mainis, leidsime me emakakaela düstoonia heterogeensuse varieeruvust nii treemoritega kui ka essentsiaalse treemoriga patsiendil. Ma arvan, et see uuring pakub seda reaalses maailmas, kus kliinilist fenomenoloogiat saab subjektiivselt mõõta ja isegi ekspertide vahel on üsna raske kokku leppida. Elan Louis avaldas üsna huvitava artikli, milles ta kasutas viie patsiendi videoid ja palus seitsmel MDS-i eksperdil diagnoosida, kas tegemist on essentsiaalse treemoriga või düstoonilise tõmbleva düstooniaga. Ja [00:17:00] kõik eksperdid diagnoosisid need patsiendid erinevate fenomenoloogiate alusel. Mõned eksperdid ütlesid, et kõigil neil patsientidel on tõmblev düstoonia ja mõned eksperdid ütlesid, et nad kõik on essentsiaalse treemori patsiendid. Ja teised eksperdid olid vahepeal. Seega näeme, et reaalses maailmas oleks see väga keeruline.

Isegi iga fenomenoloogia definitsiooni omamine oleks väga keeruline. Seega arvan, et objektiivsete mõõdikute kasutamine annaks vihje nende arutelude ja vastuolude lahendamiseks. Seega arvan, et oleks väga keeruline sukelduda teatud fenomenoloogiasse, mis põhineb ainult rütmikal ja sinusoidaalsusel. Meil ​​võiks olla objektiivne mõõdik, aga sellega saaksime kasutada ka teisi kliinilisi vihjeid, näiteks sensoorseid trikke või poose, koos saaksime fenomenoloogiat paremini kirjeldada ja [00:18:00] meeldivamaks muuta. Minu arvates on uusima arenenud digitehnoloogia kasutamine sümptomite kirjeldamisel mitmel moel väga kasulik. Meil ​​võiks olla sarnane jaotus, nagu meie tulemuste tabelis näidatud. Ja me saaksime sealt arutelusid alustada. Seega tahtsime seda treemori osas välja pakkuda. Üks asi, mida me selles uuringus suhteliselt uudne tegime, oli sinusoidaalsuse indeksi tuletamine. Rütmilisuse indeksit on uuritud ja aastate jooksul on välja töötatud palju parameetreid, kuid siinusoidaalsuse indeks pakuti selles uuringus välja äsja. Ja põhjus, miks me seda teha saime, oli see, et kasutasime videopõhist analüüsi. Meil ​​oli tegelikult võimalik saada treemori lainekuju. Ja seepärast [00:19:00] saime tuletada sinusoidaalsuse indeksi, mis tähistab treemori kahte põhidefinitsiooni. See peaks olema rütmiline ja sinusoidaalne ning kasutades hiljuti väljatöötatud digitaaltehnoloogiat, arvan, et seda lähenemisviisi saaks rakendada ka paljudele teistele liikumishäire fenomenoloogilistele ja vastuolulistele osadele.

Dr. Mitra Afshari: Absoluutselt. Ma arvan, et te teate neid 2D-videopõhiseid analüüse. Kuigi need on väga lihtsad, on need tegelikult üsna võimas tööriist, mida diagnooside panemisel oma tööriistakasti lisada ja lõppkokkuvõttes selleks, et saaksime panna kõige täpsemad diagnoosid ja välja töötada sihipärasemaid ja tõhusamaid ravimeetodeid. Selles uuringus vaatasite ainult ninaotsa. Aga te vihjasite varem, et tulevikku vaadates võiksite potentsiaalselt tuletada ka teisi mõõdikuid isegi nendest 2D-põhistest videotest. Kas see on õige? Muud liigutused või [00:20:00] teljed, mida te... See võiks anda diagnoosi panemiseks lisateavet. Kas teie grupp töötab selle kallal praegu või kaalub see tulevikus düstoonia uurimisrühmaga uurimist?

Dr. Jung Hwan Shin: Kindlasti. Nagu mainisime, keskendusime ainult ninaotsale. Peamine põhjus oli see, et tahtsime näha pea värinate sinusoidaalsust ja rütmikat. On palju teisi videopõhise analüüsi mudeleid, mis suudavad modelleerida pea kolmemõõtmelist omadust ja kasutada seda näiteks pöördenurkade hindamiseks pea kallutamise või pöörlemise osas. Seega on palju põhjalikke viise düstooniliste värinate analüüsimiseks peas või isegi käes. Seega oleme väga huvitatud selle projekti edasiarendamisest, kasutades neid terviklikke lähenemisviise, ja loodame tulevikus arendada nüansirikkamat ja paremat algoritmi nende keeruliste fenomenide kirjeldamiseks.

Dr. Mitra Afshari: Suur aitäh, dr Shin, dr BJ. See oli tänane arutelu tõeliselt suurepärane. Tahame tänada kogu teie meeskonda selle projekti kallal töötamise eest, kogu düstoonia uurimisrühma kogu töö eest, mida olete teinud, ja täname teid, et võtsite oma tihedast graafikust aega meiega vestlemiseks. Olen kindel, et selle uurimismeetodite edasiandmine selles foorumis pole lihtne, aga te mõlemad tegite fantastilist tööd. Seega tahame teid tänada ja järgmise korrani, nägemist.

Dr. Beomseok Jeon: Bye.

Dr. Jung Hwan Shin: Tänan teid. [00:22:00] [00:23:00]