Exploring Risk of Falls and Dynamic Unbalance in Cerebellar Ataxia by Inertial Sensor Assessment

Abstract

Background. Patients suffering from cerebellar ataxia have extremely variable gait kinematic features. We investigated whether and how wearable inertial sensors can describe the gait kinematic features among ataxic patients. Methods. We enrolled 17 patients and 16 matched control subjects. We acquired data by means of an inertial sensor attached to an ergonomic belt around pelvis, which was connected to a portable computer via Bluetooth. Recordings of all the patients were obtained during overground walking. From the accelerometric data, we obtained the harmonic ratio (HR), i.e., a measure of the acceleration patterns, smoothness and rhythm, and the step length coefficient of variation (CV), which evaluates the variability of the gait cycle. Results. Compared to controls, patients had a lower HR, meaning a less harmonic and rhythmic acceleration pattern of the trunk, and a higher step length CV, indicating a more variable step length. Both HR and step length CV showed a high effect size in distinguishing patients and controls (p < 0.001 and p = 0.011, respectively). A positive correlation was found between the step length CV and both the number of falls (R = 0.672; p = 0.003) and the clinical severity (ICARS: R = 0.494; p = 0.044; SARA: R = 0.680; p = 0.003). Conclusion. These findings demonstrate that the use of inertial sensors is effective in evaluating gait and balance impairment among ataxic patients.

Uso de sensores inerciales en fisioterapia: Una aproximación a procesos de evaluación del movimiento humano

“…Se observó que las IMU pueden desempeñar roles en procesos de rehabilitación funcional, la cual es entendida como "estrategias que permiten a los usuarios con problemas de salud mejorar, optimizar y mantener una función práctica en sus interacciones con el medio" (26) y de manera específica, en el examen de variables de medición que se pudieron estandarizar con los sensores inerciales, estos fueron la aceleración, angulación y cambios posicionales de la persona durante la ejecución de patrones de movimiento o actividades funcionales (7,(31)(32)(33) .…”

“…Los IMU han apoyado diversos procesos evaluativos, permitiendo analizar el control postural (31) , estabilidad de la columna vertebral (27) , rangos de movimiento articular (7) en miembros superiores (45) e inferiores y la ejecución de patrones de movimiento como, realizar una estocada, correr (32,33) , ascender y descender escaleras, marchar sobre superficie inclinada, declinada y nivelada (46) , y en comparación con softwares de análisis de movimiento optoelectrónicos mostraron una buena correlación, resaltando su precisión y bajo costo (34,7,14,33,46) lo cual perfila a estos dispositivos como una alternativa efectiva.…”

“…Todo esto, ha reflejado la importancia que tiene la utilización de sensores inerciales en fisioterapia, demostrando la amplia gama de funciones que se les pueden dar y la confiabilidad que brindan en diferentes procesos, específicamente en la evaluación del movimiento corporal humano (6) donde contribuyen a minimizar los errores, agilizar los procesos de evaluación (7) y permitir procesos de rehabilitación más precisos y específicos (33) . Sin embargo, es necesario desarrollar estudios con muestras significativas que sustenten el uso de estos dispositivos en procesos rehabilitatorios (31,41) .…”

“…Mantilla, 2017 (21) Emplear los acelerómetros en rehabilitación funcional de personas con condiciones de salud especifica (21) Leardini, et al, 2014 (22) Gómez, et al, 2018 (23) Yasuma, et al, 2020 (24) Kim, et al, 2020 (25) Wilches, et al, 2007 (26) Beange, et al, 2019 (27) Ganesan, et al, 2015 (28) Wang, et al, 2017 (29) Fantozzi, et al, 2015 (30) Utilizar las unidades IMU en rehabilitación física como forma de retroalimentación a los usuarios (22)(23)(24)(25)(26) o a dispositivos como exoesqueletos, que participan en procesos de rehabilitación funcional (28,29,30) Johnston, et al, 2019 (31) Li, et al, 2020 (32) Liu, et al, 2018 (33) Evaluar el control postural (31) , rangos de movimiento articular y patrones de movimiento (32,33) Caliandro, et al, 2019 (34) Gerber, et al, 2019 (35) Wolff, et al, 2020 (36) Oubre, et al, 2020 (37) Facilitar los procesos de neuro-rehabilitación en usuarios con parálisis cerebral, ataxia y secuelas de enfermedad cerebro vascular (34)(35)(36)(37) Clemens, et al, 2020 (38) Permitir detectar diferencias biomecánicas en personas con amputaciones transfemorales y transtibiales (38) Los sensores inerciales establecen medidas en los procesos de micro y macro ciclos de atletas amateurs o élite, cuantificando las condiciones de velocidad y aceleración de gestos técnicos específicos (2,8) , o incluso medir fases y ciclos de actividades como la carrera y la marcha (9) ; brindando...…”

Activity Pattern Mining for Healthcare

“…Nguyen et al [6] used the wearable inertial sensors in the front and upper back positions of the subjects to obtain test data during the Romberg test and Trunk test. Pietro Caliandro's research [7] demonstrate that the use of inertial sensors is effective in evaluating gait and balance impairment among ataxic patients. Krishna et al [8] used acceleration sensors to collect test data to detect Ataxia.…”