導(dǎo)語

在帕金森病的手術(shù)治療過程中，手部運(yùn)動(dòng)的定量評估對于判斷患者運(yùn)動(dòng)功能狀態(tài)以及優(yōu)化深部腦刺激（DBS）電極定位具有重要意義。

南開大學(xué)韓建達(dá)教授研究團(tuán)隊(duì)提出一種針對帕金森病手術(shù)治療的評估系統(tǒng)，可在手術(shù)中對患者手部運(yùn)動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)無接觸式運(yùn)動(dòng)特征提取，并結(jié)合可視化數(shù)據(jù)分析輔助臨床決策。

在該系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證階段，NOKOV度量動(dòng)作捕捉系統(tǒng)作為高精度位姿獲取的金標(biāo)準(zhǔn)，為無接觸測量數(shù)據(jù)的可靠性提供了關(guān)鍵驗(yàn)證依據(jù)。

一、研究背景：帕金森病術(shù)中手部運(yùn)動(dòng)評估需求

深部腦刺激手術(shù)是治療晚期帕金森病患者的有效方法?？陀^評估患者的運(yùn)動(dòng)情況對手術(shù)中準(zhǔn)確定位電極至關(guān)重要。但現(xiàn)有評估系統(tǒng)存在主觀差異、干擾患者自主運(yùn)動(dòng)等問題。研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種客觀量化評估系統(tǒng)，同時(shí)該系統(tǒng)是無接觸式監(jiān)測評估，解決了穿戴式干擾患者自主運(yùn)動(dòng)的問題。

二、研究方法概述：基于無接觸動(dòng)作捕捉的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、無接觸式系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該量化評估系統(tǒng)采用 Leap Motion Controller（LMC）光學(xué)傳感器，其優(yōu)勢在于體積小巧，可在不接觸患者的情況下獲取手部運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。

LMC 能夠以亞毫米級精度和高采樣頻率，實(shí)時(shí)獲取 27 個(gè)手部關(guān)鍵部位的方向信息與三維坐標(biāo)，并通過軟件開發(fā)工具包構(gòu)建圖形用戶界面（GUI），實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示與自動(dòng)存儲。

評估系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

2、動(dòng)作捕捉與位姿獲取方式

在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，LMC 逐幀檢測患者手部動(dòng)作，并將位姿數(shù)據(jù)傳輸至 GUI 界面。

界面可實(shí)時(shí)呈現(xiàn)手部模型、運(yùn)動(dòng)軌跡，并對運(yùn)動(dòng)特征進(jìn)行定量分析。

為驗(yàn)證該無接觸式位姿獲取方法的準(zhǔn)確性，研究引入 NOKOV度量動(dòng)作捕捉系統(tǒng) 作為高精度對照系統(tǒng)，對 LMC 采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)證。

使用NOKOV度量動(dòng)作捕捉系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)證

三、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：NOKOV度量動(dòng)作捕捉作為金標(biāo)準(zhǔn)

1、實(shí)驗(yàn)配置與驗(yàn)證方法

在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證階段，研究團(tuán)隊(duì)使用 NOKOV度量動(dòng)作捕捉系統(tǒng) 對 LMC 的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠性驗(yàn)證。

實(shí)驗(yàn)以健康人為受試者，動(dòng)作捕捉系統(tǒng)由 8 個(gè)攝像頭 組成，可從不同角度同步檢測標(biāo)記點(diǎn)的空間位置，實(shí)現(xiàn)高精度位姿獲取。

2、數(shù)據(jù)對比與結(jié)果分析

對比結(jié)果包括：

原始 LMC 數(shù)據(jù)

校正后的 LMC 數(shù)據(jù)

NOKOV度量動(dòng)作捕捉系統(tǒng)數(shù)據(jù)

LMC 數(shù)據(jù)、校正后的LMC數(shù)據(jù)以及NOKOV度量動(dòng)作捕捉系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：

指標(biāo) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

平均皮爾遜相關(guān)系數(shù) 0.986

平均幅度差 2.11 mm

運(yùn)動(dòng)特征差異 無顯著差異

結(jié)果表明，經(jīng)校正后的無接觸測量數(shù)據(jù)與NOKOV度量動(dòng)作捕捉系統(tǒng)高度一致，驗(yàn)證了該無接觸系統(tǒng)在手部運(yùn)動(dòng)特征提取方面的準(zhǔn)確性與可靠性。

無接觸式量化評估系統(tǒng)的臨床試驗(yàn)

四、應(yīng)用場景：帕金森病術(shù)中運(yùn)動(dòng)評估

該評估系統(tǒng)已在 20 名接受深部腦刺激手術(shù)的帕金森病患者 中完成臨床試驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，該系統(tǒng)在術(shù)中手部運(yùn)動(dòng)評估方面具有良好的可行性和穩(wěn)定性能，有望成為手術(shù)過程中客觀、可視化的運(yùn)動(dòng)評估工具。

五、結(jié)論

本研究表明，無接觸式手部運(yùn)動(dòng)評估系統(tǒng)能夠有效解決傳統(tǒng)評估方法中存在的主觀性和干擾問題。在系統(tǒng)驗(yàn)證過程中，NOKOV度量動(dòng)作捕捉系統(tǒng)作為運(yùn)動(dòng)測量的金標(biāo)準(zhǔn)，為無接觸光學(xué)傳感器的數(shù)據(jù)可靠性提供了關(guān)鍵支撐。

六、關(guān)于無接觸式手部運(yùn)動(dòng)評估系統(tǒng)的FQA

Q1：這篇論文研究的核心問題是什么？

A1：該論文關(guān)注的是帕金森病患者在深部腦刺激（DBS）手術(shù)過程中，如何對手部運(yùn)動(dòng)進(jìn)行客觀、定量、實(shí)時(shí)評估的問題。

傳統(tǒng)術(shù)中評估方式依賴醫(yī)生主觀經(jīng)驗(yàn)，且部分穿戴式設(shè)備會干擾患者自主運(yùn)動(dòng)，因此研究團(tuán)隊(duì)提出了一種無接觸式手部運(yùn)動(dòng)評估系統(tǒng)，用于手術(shù)中實(shí)時(shí)監(jiān)測患者運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

Q2：該無接觸式評估系統(tǒng)主要用于什么應(yīng)用場景？

A2：該系統(tǒng)主要用于帕金森病患者深部腦刺激手術(shù)（DBS）過程中，對患者的手部運(yùn)動(dòng)遲緩（bradykinesia）進(jìn)行術(shù)中定量評估。

通過實(shí)時(shí)獲取手部運(yùn)動(dòng)特征，系統(tǒng)可為臨床醫(yī)生提供輔助決策依據(jù)，幫助優(yōu)化電極定位和手術(shù)效果。

Q3：論文如何驗(yàn)證無接觸測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性？

A3：研究團(tuán)隊(duì)引入 NOKOV度量動(dòng)作捕捉系統(tǒng) 作為高精度運(yùn)動(dòng)測量金標(biāo)準(zhǔn)，對 LMC 采集的手部運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

在健康受試者實(shí)驗(yàn)中，使用包含 8 個(gè)攝像頭的 NOKOV度量動(dòng)作捕捉系統(tǒng)，從多角度獲取手部標(biāo)記點(diǎn)的高精度位姿數(shù)據(jù)，并與無接觸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。

Q4：NOKOV度量動(dòng)作捕捉在論文中扮演了什么角色？

A4：在該研究中，NOKOV度量動(dòng)作捕捉系統(tǒng)作為運(yùn)動(dòng)測量的“金標(biāo)準(zhǔn)”，為無接觸評估系統(tǒng)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性提供了關(guān)鍵驗(yàn)證依據(jù)。

通過高精度位姿獲取與多攝像頭同步測量，NOKOV度量動(dòng)作捕捉有效支撐了無接觸光學(xué)傳感器在醫(yī)學(xué)場景下的可信應(yīng)用。

七、論文信息

相關(guān)研究論文“A non-contact system for intraoperative quantitative assessment of bradykinesia in deep brain stimulation surgery” 發(fā)表于醫(yī)學(xué)圖像處理及生物醫(yī)學(xué)信息學(xué)的國際期刊Computer Methods and Programs in Biomedicine

引用格式

   Ningbo Yu, Yang Yu, Jianeng Lin, Yuchen Yang, Jingchao Wu, Siquan Liang, Jialing Wu, Jianda Han, A non-contact system for intraoperative quantitative assessment of bradykinesia in deep brain stimulation surgery, Computer Methods and Programs in Biomedicine, Volume 225, 2022, 107005, ISSN 0169-2607,https://doi.org/10.1016/j.cmpb.2022.107005.