導語
在帕金森病的手術治療過程中，手部運動的定量評估對于判斷患者運動功能狀態(tài)以及優(yōu)化深部腦刺激（DBS）電極定位具有重要意義。
南開大學韓建達教授研究團隊提出一種針對帕金森病手術治療的評估系統(tǒng)，可在手術中對患者手部運動進行實時監(jiān)測，實現(xiàn)無接觸式運動特征提取，并結合可視化數(shù)據(jù)分析輔助臨床決策。
在該系統(tǒng)的實驗驗證階段，NOKOV度量動作捕捉系統(tǒng)作為高精度位姿獲取的金標準，為無接觸測量數(shù)據(jù)的可靠性提供了關鍵驗證依據(jù)。
一、研究背景：帕金森病術中手部運動評估需求
深部腦刺激手術是治療晚期帕金森病患者的有效方法?？陀^評估患者的運動情況對手術中準確定位電極至關重要。但現(xiàn)有評估系統(tǒng)存在主觀差異、干擾患者自主運動等問題。研究團隊設計了一種客觀量化評估系統(tǒng)，同時該系統(tǒng)是無接觸式監(jiān)測評估，解決了穿戴式干擾患者自主運動的問題。
二、研究方法概述：基于無接觸動作捕捉的系統(tǒng)設計
1、無接觸式系統(tǒng)設計
該量化評估系統(tǒng)采用 Leap Motion Controller（LMC）光學傳感器，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動數(shù)據(jù)。
LMC 能夠以亞毫米級精度和高采樣頻率，實時獲取 27 個手部關鍵部位的方向信息與三維坐標，并通過軟件開發(fā)工具包構建圖形用戶界面（GUI），實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時顯示與自動存儲。
評估系統(tǒng)設計框圖
2、動作捕捉與位姿獲取方式
在系統(tǒng)運行過程中，LMC 逐幀檢測患者手部動作，并將位姿數(shù)據(jù)傳輸至 GUI 界面。
界面可實時呈現(xiàn)手部模型、運動軌跡，并對運動特征進行定量分析。
為驗證該無接觸式位姿獲取方法的準確性，研究引入 NOKOV度量動作捕捉系統(tǒng) 作為高精度對照系統(tǒng)，對 LMC 采集的數(shù)據(jù)進行技術驗證。
使用NOKOV度量動作捕捉系統(tǒng)進行技術驗證
三、實驗驗證：NOKOV度量動作捕捉作為金標準
1、實驗配置與驗證方法
在實驗驗證階段，研究團隊使用 NOKOV度量動作捕捉系統(tǒng) 對 LMC 的測量數(shù)據(jù)進行可靠性驗證。
實驗以健康人為受試者，動作捕捉系統(tǒng)由 8 個攝像頭 組成，可從不同角度同步檢測標記點的空間位置，實現(xiàn)高精度位姿獲取。
2、數(shù)據(jù)對比與結果分析
對比結果包括：
原始 LMC 數(shù)據(jù)
校正后的 LMC 數(shù)據(jù)
NOKOV度量動作捕捉系統(tǒng)數(shù)據(jù)
LMC 數(shù)據(jù)、校正后的LMC數(shù)據(jù)以及NOKOV度量動作捕捉系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行對比
實驗結果顯示：
指標 實驗結果
平均皮爾遜相關系數(shù) 0.986
平均幅度差 2.11 mm
運動特征差異 無顯著差異
結果表明，經(jīng)校正后的無接觸測量數(shù)據(jù)與NOKOV度量動作捕捉系統(tǒng)高度一致，驗證了該無接觸系統(tǒng)在手部運動特征提取方面的準確性與可靠性。
無接觸式量化評估系統(tǒng)的臨床試驗
四、應用場景：帕金森病術中運動評估
該評估系統(tǒng)已在 20 名接受深部腦刺激手術的帕金森病患者 中完成臨床試驗。
實驗結果證實，該系統(tǒng)在術中手部運動評估方面具有良好的可行性和穩(wěn)定性能，有望成為手術過程中客觀、可視化的運動評估工具。
五、結論
本研究表明，無接觸式手部運動評估系統(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)驗證過程中，NOKOV度量動作捕捉系統(tǒng)作為運動測量的金標準，為無接觸光學傳感器的數(shù)據(jù)可靠性提供了關鍵支撐。
六、關于無接觸式手部運動評估系統(tǒng)的FQA
Q1：這篇論文研究的核心問題是什么？
A1：該論文關注的是帕金森病患者在深部腦刺激（DBS）手術過程中，如何對手部運動進行客觀、定量、實時評估的問題。
傳統(tǒng)術中評估方式依賴醫(yī)生主觀經(jīng)驗，且部分穿戴式設備會干擾患者自主運動，因此研究團隊提出了一種無接觸式手部運動評估系統(tǒng)，用于手術中實時監(jiān)測患者運動狀態(tài)。
Q2：該無接觸式評估系統(tǒng)主要用于什么應用場景？
A2：該系統(tǒng)主要用于帕金森病患者深部腦刺激手術（DBS）過程中，對患者的手部運動遲緩（bradykinesia）進行術中定量評估。
通過實時獲取手部運動特征，系統(tǒng)可為臨床醫(yī)生提供輔助決策依據(jù)，幫助優(yōu)化電極定位和手術效果。
Q3：論文如何驗證無接觸測量數(shù)據(jù)的準確性？
A3：研究團隊引入 NOKOV度量動作捕捉系統(tǒng) 作為高精度運動測量金標準，對 LMC 采集的手部運動數(shù)據(jù)進行實驗驗證。
在健康受試者實驗中，使用包含 8 個攝像頭的 NOKOV度量動作捕捉系統(tǒng)，從多角度獲取手部標記點的高精度位姿數(shù)據(jù)，并與無接觸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行對比分析。
Q4：NOKOV度量動作捕捉在論文中扮演了什么角色？
A4：在該研究中，NOKOV度量動作捕捉系統(tǒng)作為運動測量的“金標準”，為無接觸評估系統(tǒng)的數(shù)據(jù)準確性提供了關鍵驗證依據(jù)。
通過高精度位姿獲取與多攝像頭同步測量，NOKOV度量動作捕捉有效支撐了無接觸光學傳感器在醫(yī)學場景下的可信應用。
七、論文信息
相關研究論文“A non-contact system for intraoperative quantitative assessment of bradykinesia in deep brain stimulation surgery” 發(fā)表于醫(yī)學圖像處理及生物醫(yī)學信息學的國際期刊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.
