Analiza tremora glave zasnovana na talasnim oblicima korištenjem algoritma za praćenje bez markera sa 2D videom

Jung, drago mi je što si danas ponovo u podcastu. Postao si redovni gost. I dr. Bj, zaista mi je čast što si danas ovdje. Dakle, moje prvo pitanje za vas oboje, a bilo koji od vas može nešto reći, htio sam vas pitati kako ste došli na ideju da provedete ovu studiju?

Je li ovo nešto o čemu ste već neko vrijeme razmišljali ili ste naišli na novu tehnologiju, algoritam zasnovan na videu, i pomislili da bi ovo mogla biti dobra upotreba za njega? Ili vas je inspirisalo određeno iskustvo s pacijentom?

Dr. Beomseok Jeon: Ovaj problem je počeo kada sam se pridružio Radnoj grupi za distonijski tremor, koju je organizovao MDS, a koja je trebala posebno raditi na problemu distoničnog tremora.

Ovu radnu grupu je predvodio Hyder Jinnah, a u njoj su učestvovali mnogi stručnjaci poput Alberta Albanesea, Alfonsa Fasana, Sanjaya Pandeya, Ricka Helmicha, Marie Vidailhet, Marine Tjissen, Aasefa Shaikha, Rogera Elblea i Victora Funga. Jedan od članova bio je Mark Hallett, koji je preminuo prije nekoliko sedmica, a koji je dao veliki doprinos ovom radu ostavljajući mnogo dobrih komentara i šaljući nam video zapise pacijenata.

Zaista mu želimo biti od velike zahvalnosti.

Dr. Mitra Afšari: Apsolutno. Mislim da nam svima nedostaje dr. Hallett i razmišljamo o njemu. Dakle, zvuči kao da je uloženo mnogo truda u ideju koja stoji iza ovog projekta i mnogo truda u ime više stručnjaka kada je u pitanju distonija, kao dio radne grupe za distoniju. Dakle, u ovoj studiji, cilj vam je pronaći objektivniji pristup analizi tremora [00:03:00] i pacijentima s cervikalnom distonijom i esencijalnim tremorom koji imaju tremor glave. Anegdotski, mislim da smo svi bili u toj poziciji gdje smo dovodili u pitanje našu sposobnost da zaista razlikujemo distonični tremor glave od tremora glave koji se vidi kod esencijalnog tremora. Znamo da distonični tremori izgledaju manje ritmični. Čini se da su manje sinusoidni, više su trzavi. Manje su te vrste čistog, pravog tremora na koji mislimo, i dok tražite i dodatne tragove poput osnovnog toničkog držanja, definitivno postoje neki slučajevi koji mogu biti vrlo izazovni. Dakle, postavili ste jednostavno pitanje, uzmimo ono što mislimo da znamo o ritmičnosti i sinusoidalnosti ovih podrhtavanja glave i testirajmo ih. Dakle, koristite jednostavne tehnike kompjuterskog vida za analizu 2D video snimaka pacijenata s podrhtavanjem glave, posebno [00:04:00] praćenjem pokreta vrha nosa, i pregledali ste pacijente prospektivno i retrospektivno kroz arhivske videozapise.

Kao što ste spomenuli, dr. Bj, posebno ste sarađivali s poznatom Koalicijskom grupom za distoniju koju vodi Buzz Jinnah na Univerzitetu Emory u Atlanti u SAD-u i zaista ste iskoristili njihovu arhivu pacijenata s cervikalnom distonijom tih videa. Pacijent je posebno imao tremor glave, a vi ste također prospektivno uključili pacijente na vašem univerzitetu, pa čak i iskoristili neke videozapise pacijenata s esencijalnim tremorom koji su podvrgnuti MRI fokusiranom ultrazvuku, ako se ne varam, zbog tremora ruku. Također ste uspjeli potvrditi svoje nalaze iz ove analize valnih oblika zasnovane na videu bez markera. Potvrdili ste da su ovi nalazi u skladu s mjerenjima zasnovanim na fizičkim senzorima korelirajući podatke s žiroskopom koji je postavljen na glavu pacijenta. Dakle, dr. [00:05:00] BJ ili dr. Shin, možete li ukratko opisati svoje metode u ovoj studiji i, na kraju, šta ste na kraju uradili? Možete li našim slušateljima dočarati kako je sve ovo funkcioniralo? 

Dr. Jung Hwan Shin: Da. Hvala vam puno na pitanju. Drago mi je što ću vas uskoro vidjeti, Mitra. Zanima me video analiza pokreta kod poremećaja kretanja, uključujući Parkinsonovu bolest, i zapravo su moji istraživački interesi usmjereni na video analizu bradikinezije, postura i hoda, posebno. Prilično sam fokusiran na analizu hoda s dvodimenzionalnim videozapisima. Ali prilično je zanimljivo da me zanima ova video analiza, koja je sve počelo još od mog doktorata gdje sam radio osnovna istraživanja koristeći modele miševa. U vrijeme kada sam radio doktorat, imao sam problema s praćenjem miša koji nosi endoskope.

Dakle, postojale su linije tipa [00:06:00] pričvršćene za glavu miša, a konvencionalna metoda je miješala te linije pričvršćene za glave miša, poput endoskopije s repom miša. Stoga smo morali smisliti drugačiju metodu za analizu putanje miša. I otkrili smo da tehnike kompjuterskog vida mogu omogućiti praćenje miša bez markera pričvršćenih za samog miša. Dakle, u mom doktorskom programu, koristio sam mnogo tih algoritama za praćenje položaja miša. I nakon što sam se vratio u kliniku, otkrio sam da imamo mnogo videa. Imamo mnogo videa tremora, hoda, bradikinezije, pa zašto ne primijeniti ovaj algoritam na pacijente? Tako je sve počelo.

Dakle, uradio sam mnogo studija, čak i o mnogim fenomenologijama pacijenata, pod nadzorom profesora Bj. I ovaj projekat je započeo [00:07:00] sa laboratorijskih sastanaka gdje je BJ podijelio diskusije o grupama tremora kod distonije koje je spomenuo. Iako postoji jasna definicija tremora i distonije, kada je u pitanju stvarna fenomenologija pacijenata, može biti mnogo neslaganja jer je percepcija ritmičnosti i sinusoidnosti prilično subjektivna. Dakle, Bj je spomenuo zašto ne mjeriti tu sinusoidnost i ritmičnost pomoću algoritma zasnovanog na videu, jer to odražava šta, jer je to video analiza. U redu. Dakle, spomenuo je da bi to bilo vrlo korisno. Dakle, ovaj projekat je započeo na način vođen hipotezom, a ne podacima. Dakle, bilo je vrlo jasno mjeriti sinusoidnost i ritmičnost, a ne cijelu sveobuhvatnu karakteristiku ovog tremora. Dakle, mislim da je to bilo vrlo jasno i vodilo je put koji je studiju [00:08:00] učinio izvodljivijom i efikasnijom na neki način. Zato smo mjerili samo tremor glave na vrhu nosa, jer ako bismo analizirali mnoge sveobuhvatne karakteristike tremora glave, možda bismo morali koristiti trodimenzionalnu metodu jer se tremor glave manifestuje na trodimenzionalan način. Ali naš cilj je bio izmjeriti ritmičnost i sinusoidnost. Dakle, nismo morali mjeriti sve te karakteristike, ali smo morali izvesti oblik vala pacijenta.

Samo praćenjem tremora glave na vrhu nosa mogli smo analizirati koliko su ritmični ili sinusoidni njihovi valni oblici tremora. Morali smo razviti vlastite parametre za mjerenje ritmičnosti i sinusoidnosti, što je bilo kao pokušaj i greška. I došli smo do najboljih parametara koji su mogli [00:09:00] odražavati ritmičnost i sinusoidnost, što se slaže s mnogim našim stručnjacima za tremor i distoniju, kao i s koautorima naših radova. Ovom studijom smo željeli provjeriti jesu li parametri ritmičnosti i sinusoidnosti koje smo izračunali ispravni. Stoga smo to validirali s našim internim kohortama koristeći žiroskop. Vidjeli smo da se ti parametri podudaraju i od početka smo koristili videozapise visoke frekvencije, bez velike brzine kadrova, videozapise od 240 kadrova u sekundi jer smo željeli biti sigurni da nećemo imati takav analitički efekat jer smo znali da videozapis snima pacijenta s tremorom s niskom brzinom kadrova. Tada bi analiza mogla zavarati različitim frekvencijama stvarnog tremora. Dakle, koristili smo videozapise od 240 sličica u sekundi, ali smo [00:10:00] na kraju otkrili da čak i sa 30 sličica u sekundi, kada smanjimo uzorkovanje tih videozapisa, i dalje pokazuje dobro slaganje sa žiroskopom. Dakle, željeli smo testirati ovaj algoritam na mnogim videozapisima, ne iz našeg centra, već na videozapisima iz cijelog svijeta. Koalicija za distoniju dala je veliku podršku dijeljenju tih videozapisa. Ne samo na pacijentima s cervikalnom distonijom, već i na pacijentima s esencijalnim tremorom. I tako smo pokazali distribuciju ritmičnosti i sinusoidalnosti kod pacijenata s cervikalnom distonijom i esencijalnim tremorom. Dakle, u osnovi, glavni rezultat ove studije je da smo pokazali distribuciju esecijalnog tremora kod cervikalne distonije u smislu ritmičnosti i sinusoidalnosti, što je objektivno izmjereno analizom videozapisa.

Dr. Mitra Afšari: Shvatam. Dakle, uzeo si nešto što si [00:11:00] primjenjivao na svojim životinjskim modelima i u suštini si to primijenio na ljude.

I uspjeli ste testirati jednostavnu hipotezu i zaista je potvrdili. Dakle, to je definitivno bio kreativan pristup. I tako ste se upustili u neke od rezultata rada. Dakle, pretpostavljam da svi žele znati, da li su distonični tremori u cervikalnoj distoniji zaista manje ritmični i manje sinusoidni? I da li se čini da se vaši rezultati slažu s tom hipotezom?

Dr. Beomseok Jeon: Naravno, da. Pokreti glave kod cervikalne distonije su u mnogim slučajevima gori, manje ritmični i manje sinusoidni. Zato neki ljudi u našoj grupi nisu željeli koristiti termin distonični tremor jer bi tremori trebali biti ritmični i sinusoidni. Neki ljudi u našoj grupi nisu se složili s terminom distonični tremor kod cervikalne [00:12:00] distonije, ali bilo je ljudi koji su imali pokrete kod cervikalne distonije, koji su imali cervikalnu distoniju, koja je bila prilično ritmična i prilično sinusoidna. On je odabrao raspon esencijalnog tremora koji je bio početak problema, koji treba riješiti u budućnosti.

Dr. Mitra Afšari: Fantastično. Jeste li otkrili da je amplituda podrhtavanja posebno uticala na vaše rezultate? Mislim da je to bila jedna od varijabli koju ste posebno proučavali. Možete li nam dati pregled tih nalaza?

Dr. Jung Hwan Shin: Da, zaista. Imalo je veze s amplitudom i imali smo mnogo analiziranih videa i otkrili smo da postoje pacijenti s velikom amplitudom. Bilo je pacijenata s malom amplitudom i otkrili smo da su ta sinusoidnost i indeks ritmičnosti korelirali s amplitudom tremora.

[00:13:00] Ako je amplituda tremora bila velika, obično je ritmičan i sinusoidan. Ali u grupi s nižom amplitudom, obično je manje sinusoidan i manje ritmičan. Međutim, ograničenje naše studije bilo je to što nismo mogli objektivno izmjeriti amplitudu tremora jer smo koristili dvodimenzionalni video.

Dakle, udaljenost između glave i kamere bila je različita među pojedincima. Kada bismo mogli kontrolirati udaljenost, možda bismo mogli objektivno izvesti amplitudu. Ali u ovoj studiji to nismo mogli učiniti. Dakle, indirektno smo pokazali da je amplituda tremora u korelaciji s ritmičnošću i indeksom sinusoidnosti na osnovu tetra skale i dvosmislene amplitude tremora izvedene od pacijenta. Ali ovo je proučavano u prethodnoj studiji, uključujući mnoge istraživače, uključujući dr. Aasefa, koji su pokazali da je tremor zaista [00:14:00] u korelaciji s njihovom sinusoidnošću i ritmičnošću tremora.

Dr. Mitra Afšari: Dakle, iako je postojalo određeno ograničenje u načinu na koji ste izveli te podatke, ono što ste pronašli čini se da se poklapa s prethodnim studijama u pogledu amplitude tremora. Dakle, definitivno postoji nešto u tome. Jedan zanimljiv nalaz bio je da je u kohorti za pacijente s esencijalnim tremorom, iako je postojao veći ritam sinusoidalnosti, što je više ukazivalo na to da se radi o esencijalnom tremoru, postojala manja tačnost između dijagnoze zasnovane na videu i stvarne kliničke dijagnoze. Dakle, dijagnostička tačnost je bila oko 64% kada je u pitanju esencijalni tremor u poređenju s oko 82% kada je u pitanju tremor glave uzrokovan cervikalnom distonijom. Šta mislite o ovom nalazu?

Dr. Beomseok Jeon: Cervikalna distonija ponovo ima manje ritmične, manje sinusoidne pokrete glave [00:15:00], što je bilo vrlo jasno i što razlikuje cervikalnu distoniju od drugih poremećaja tremora. Ali neki pacijenti s distonijom imali su prilično ritmične, prilično sinusoidne pokrete, karakteristike bliske esencijalnom tremoru. Zato se samo na osnovu ritmičnosti i sinusoidnosti ne može pouzdano razlikovati esencijalni tremor od cervikalne distonije.

To je problem. Problem je u tome da li pacijenti s cervikalnom distonijom mogu imati ritmičke, sinusoidne pokrete glave koji se mogu nazvati tremorom.

Dr. Mitra Afšari: Apsolutno. I to je izazov koji nas vraća na razlog zašto se ova istraživanja provode. Dakle, kada se sve ovo sabere, koja je, po vašem mišljenju, glavna poruka ovog istraživanja? Čini se da su tremor glave uzrokovan ezofagusnim tremorom i cervikalnom distonijom [00:16:00] definitivno dio spektra, zar ne? Kako biste saželi glavnu poruku vašeg današnjeg istraživanja?

Dr. Jung Hwan Shin: U redu. Dakle, kao što je profesor BJ spomenuo, pronašli smo varijabilnost u heterogenosti cervikalne distonije s tremorom, a također i kod pacijenata s esencijalnim tremorom. Mislim da ova studija to nudi u stvarnom svijetu gdje se klinička fenomenologija može subjektivno mjeriti i prilično je teško složiti se čak i među stručnjacima. Dakle, postojao je prilično zanimljiv rad Elana Louisa koji je, koristeći videozapise pet pacijenata, zamolio sedam stručnjaka za MDS da dijagnosticiraju je li to esencijalni tremor ili distonička trzava distonija. I [00:17:00] svi stručnjaci su dijagnosticirali te pacijente unutar različitih fenomenologija. Neki stručnjaci su rekli da svi ti pacijenti imaju trzavu distoniju, a neki stručnjaci su rekli da su svi pacijenti s esencijalnim tremorom. A drugi stručnjaci su bili između. Dakle, možemo vidjeti da bi u stvarnom svijetu bilo vrlo teško.

Čak i ako imamo definiciju svake fenomenologije, to bi bilo vrlo teško. Stoga mislim da bi u tom smislu korištenje objektivnih mjera moglo dati trag, nagovještaj za rješavanje ovih diskusija i kontroverzi. Dakle, mislim da bi bilo vrlo teško samo se udubiti u određenu fenomenologiju koristeći samo ritmičnost i sinusoidnost. Mogli bismo imati objektivnu mjeru, ali s njom bismo mogli koristiti i druge kliničke nagovještaje poput senzornog trika ili položaja, zajedno bismo mogli učiniti [00:18:00] prihvatljivijim za bolji opis fenomenologije. Za mene, mislim da bi korištenje najnovije napredne digitalne tehnologije s opisom simptoma moglo biti vrlo korisno na mnogo načina. Mogli bismo imati distribuciju kao što je prikazano u našoj tabeli rezultata. I odatle bismo mogli započeti diskusije. Dakle, to je ono što smo željeli predložiti ovoj oblasti u smislu ovog tremora. Jedna od stvari koje smo uradili, relativno nova u ovoj studiji, je da smo izveli indeks sinusoidnosti. Indeks ritmičnosti je proučavan i postojali su mnogi parametri koji su razvijeni tokom godina, ali indeks sinusoidnosti je nedavno predložen u ovoj studiji. Razlog zašto smo to mogli uraditi je taj što smo koristili analizu zasnovanu na videu. Zapravo smo mogli dobiti talasni oblik tremora. I zato smo mogli izvesti indeks sinusoidalnosti, što predstavlja dvije osnovne definicije tremora. Trebao bi biti ritmičan i sinusoidan, a korištenjem nedavno razvijene digitalne tehnologije, mislim da bi se taj pristup mogao primijeniti i na mnoge druge fenomenologije i kontroverzne dijelove poremećaja kretanja.

Dr. Mitra Afšari: Apsolutno. Mislim da znate ove 2D video analize, iako su vrlo jednostavne, one su zaista prilično moćan alat koji možete dodati u svoj set alata kada postavljate dijagnoze i, u konačnici, kako bismo mogli postaviti najtačnije dijagnoze i razviti ciljanije i efikasnije terapije. U ovom istraživanju, gledali ste samo vrh nosa. Ali ranije ste aludirali na ovo da biste, gledajući u budućnost, potencijalno mogli izvesti druge mjere čak i iz tih 2D video zapisa. Je li to tačno? Drugi pokreti ili [00:20:00] ose koje vi... To bi moglo ponuditi dodatne informacije koje bi doprinijele dijagnozi. Da li je to nešto na čemu vaša grupa trenutno radi ili razmišlja o potencijalnom istraživanju u budućnosti sa studijskom grupom za distoniju.

Dr. Jung Hwan Shin: Definitivno. Kao što smo spomenuli, fokusirali smo se samo na vrh nosa. Glavni razlog je bio taj što smo željeli vidjeti sinusoidnost i ritmičnost tremora glave. Postoji mnogo drugih modela s analizom zasnovanom na videu koji bi mogli modelirati trodimenzionalne karakteristike glave i koristiti ih za procjenu uglova okretanja u smislu nagiba glave, rotacije glave i tako dalje. Dakle, postoji mnogo sveobuhvatnih načina za analizu distoničnog tremora u glavi ili čak u ruci. Stoga smo veoma zainteresirani za napredak ovog projekta, koristeći te sveobuhvatne pristupe i nadamo se da ćemo u budućnosti razviti nijansiraniji i bolji algoritam za opisivanje tih složenih fenomenologija.

Dr. Mitra Afšari: Hvala vam puno, dr. Shin, dr. BJ. Ovo je zaista bila odlična diskusija danas. Želimo da se zahvalimo cijelom vašem timu na radu na ovom projektu, cijeloj grupi za proučavanje distonije na svom poslu koji ste obavili, i želimo da vam se zahvalimo što ste odvojili vrijeme iz svojih zauzetih rasporeda da razgovarate s nama. Siguran sam da nije lako prenijeti metode ovog istraživanja na ovom forumu, ali oboje ste uradili fantastičan posao. Zato vam se zahvaljujemo i do sljedećeg puta, doviđenja.

Dr. Beomseok Jeon: Zdravo.

Dr. Jung Hwan Shin: Hvala vam. [00:22:00] [00:23:00]