Applications of MEMS Gyroscope for Human Gait Analysis

After decades of development, quantitative instruments for human gait analysis have become an important tool for revealing underlying pathologies manifested by gait abnormalities. However, the gold standard instruments (e.g., optical motion capture systems) are commonly expensive and complex while needing expert operation and maintenance and thereby be limited to a small number of specialized gait laboratories. Therefore, in current clinical settings, gait analysis still mainly relies on visual observation and assessment. Due to recent developments in microelectromechanical systems (MEMS) technology, the cost and size of gyroscopes are decreasing, while the accuracy is being improved, which provides an effective way for qualifying gait features. This chapter aims to give a close examination of human gait patterns (normal and abnormal) using gyroscope-based wearable technology. Both healthy subjects and hemiparesis patients participated in the experiment, and experimental results show that foot-mounted gyroscopes could assess gait abnormalities in both temporal and spatial domains. Gait analysis systems constructed of wearable gyroscopes can be more easily used in both clinical and home environments than their gold standard counterparts, which have few requirements for operation, maintenance, and working environment, thereby suggesting a promising future for gait analysis

Rhythmic Haptic Cueing for Gait Rehabilitation of Hemiparetic Stroke and Brain Injury Survivors

This thesis explores the gait rehabilitation of hemiparetic stroke and brain injury survivors by a process of haptic entrainment to rhythmic cues. Entrainment to auditory metronomes is known to improve gait; this thesis presents the first systematic study of entrainment for gait rehabilitation via the haptic modality. To investigate this approach, a multi-limb metronome capable of delivering a steady, isochronous haptic rhythm to alternating legs was developed, purpose-built for gait rehabilitation, together with appropriate software for monitoring and assessing gait. A formative observational study, carried out at a specialised neurological centre, supplemented by discussions with physiotherapists and neuropsychologists, was used to focus the scope on hemiparetic stroke and brain injury. A second formative study used a technology probe approach to explore the behaviour of hemiparetic participants under haptic cueing using a pre-existing prototype. Qualitative data was collected by observation of, and discussion with, participants and health professionals. In preparation for a quantitative gait study, a formal experiment was carried out to identify a workable range for haptic entrainment. This led to the creation of a procedure to screen out those with cognitive difficulties entraining to a rhythm, regardless of their walking ability. The final study was a quantitative gait study combining temporal and spatial data on haptically cued participants with hemiparetic stroke and brain injury. Gait characteristics were measured before, during and after cueing. All successfully screened participants were able to synchronise their steps to a haptically presented rhythm. For a substantial proportion of participants, an immediate (though not necessarily lasting) improvement of temporal gait characteristics was found during cueing. Some improvements over baseline occurred immediately afterwards, rather than during, haptic cueing. Design issues and trade-offs are identified, and interactions between perception, sensory deficit, attention, memory, cognitive load and haptic entrainment are noted

Entwicklung von Verfahren für den praktischen Einsatz von Inertialsensoren in der instrumentellen Ganganalyse

Die Nutzung von Inertialsensoren zur Messung von menschlichen Bewegungen bietet eine kostengünstige Alternative zu gängigen markerbasierten Messverfahren. Aufgrund einer kompakten Bauweise können zudem portable Systeme realisiert werden, die durch ihre flexible Einsetzbarkeit neue Anwendungsbereiche der Bewegungsanalyse erschließen. Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung von Methoden für den praktischen Einsatz von Inertialsensoren in der instrumentellen Ganganalyse sowie deren Validierung mit standardisierten markerbasierten Messsystemen. Hierzu werden zunächst manuelle und robotische Kalibrierungsprotokolle zur Messfehlerkompensation erstellt und miteinander verglichen. Im Anschluss wird ein neues biomechanisches Initialisierungsverfahren aufgebaut, mit dem sich Inertialsensoren beliebig an den Gliedmaßen der Testperson positionieren lassen. Schließlich werden bestehende Konzepte zur Detektion von spatio-temporalen Gangparametern durch neue Ansätze derart erweitert, dass robuste und verlässliche Ausgaben trotz des für Inertialsensoren typischen Driftfehlers möglich sind. Auf dieser Basis wird eine umfassende Validierung der mit Inertialsensoren gemessenen Bewegungen bzw. detektierten Gangparameter anhand des Goldstandards Vicon Plug-In Gait durchgeführt, aus der hervorgeht, dass sowohl die temporalen als auch die sagittalen räumlichen Gangparameter vergleichbare Genauigkeiten bei Verwendung von Inertialsensoren gegenüber dem Plug-in Gait Modell ergeben (Differenz < 5%), während lediglich für die Frontalebene wesentliche Unterschiede in den räumlichen Gangparametern auftreten. Da letztere jedoch in der klinischen Anwendung der funktionellen Ganganalyse wenig Anwendung finden, zeigt die Arbeit, dass Inertialsensoren - mit geeigneten Auswertungsmethoden - neben dem Plug-in Gait Modell praktikable Messsysteme im typischen klinischen Umfeld der instrumentellen Ganganalyse darstellen. Die Ergebnisse dieser Arbeit unterstützen Anwender von Systemen zur Bewegungsmessung (z.B. Mediziner, Therapeuten, Biomechaniker) mit Inertialsensoren und ermöglichen eine kritische Auseinandersetzung bei der Analyse der aufgezeichneten Bewegungen im Hinblick auf die technischen Voraussetzungen

Εμβιομηχανική ανάλυση ασθενών που έχουν υποβληθεί σε δύο διαφορετικούς τύπους ολικής αρθροπλαστικής ισχίου: Ceramic on Ceramic vs Ceramic on XLPE

Η ολική αρθροπλαστική ισχίου (ΤΗΑ) θεωρείται μια εξαιρετικά επιτυχημένη ορθοπεδική επέμβαση που παρέχει εξαιρετικά κλινικά αποτελέσματα, υψηλή ικανοποίηση του ασθενούς, ακολουθούμενη από πολύ ικανοποιητικό προσδόκιμο ζωής. Σύμφωνα με πρόσφατα στοιχεία του βρετανικού εθνικού μητρώου αρθρώσεων (British National Joint Registry), η σωρευτική επιβίωση της THA στα 13 χρόνια είναι 93,2%, με το 80% των εμφυτευμάτων να επιβιώνει έως και 20 χρόνια. Η φθορά του πολυαιθυλενίου θεωρήθηκε ως ο αδύναμος κρίκος της ολικής αρθροπλαστικής ισχίου. Κατά την τελευταία δεκαετία, έχει καταβληθεί σημαντική προσπάθεια για τη βελτιστοποίηση των χαρακτηριστικών φθοράς και την εισαγωγή εναλλακτικών επιφανειών έδρασης. Η εισαγωγή πολυαιθυλενίου με υψηλή διασταύρωση (XLPE) με εξαιρετικά χαρακτηριστικά φθοράς έχει επιφέρει σημαντικές αλλαγές στον τομέα αυτό παγκοσμίως. Οι κεραμικές μηριαίες κεφαλές αντιπροσωπεύουν την τρέχουσα τάση σε πολλά εθνικά μητρώα. Πειράματα in vitro που προσομοιώνουν την κινηματική και την κινητική του βαδίσματος έδειξαν πλεονεκτήματα των προθέσεων Κεραμικό σε Κεραμικό (CoC) σε σύγκριση με τις προθέσεις Κεραμικά σε Πολυαιθυλένιο (CoP) όσον αφορά τον βαθμό φθοράς και την πιθανότητα οστεόλυσης. Τα μειονεκτήματά τους, ωστόσο, περιλαμβάνουν ήχους τριξίματος και αυξημένη ευθραυστότητα. Επιπλέον, στις αρθρούμενες επιφάνειες CoC (σκληρό-σκληρό), δεν υπάρχει η δυνατότητα απόσβεσης ενός μαλακού υλικού, και ως εκ τούτου οι δυνάμεις μετάβασης μεταξύ πρόθεσης και οστού θα μπορούσαν να αυξηθούν. Διάφοροι παράγοντες σχετίζονται με τη φθορά, όπως μεταβλητές σχεδιασμού εμφυτεύματος, (γεωμετρικές ιδιότητες και χαρακτηριστικά υλικού) μεταβλητές χειρουργικής τεχνικής, (χειρουργική προσπέλαση και τοποθέτηση πρόθεσης) και παράγοντες που σχετίζονται με τον ασθενή. Στο τελευταίο, η δύναμη επαφής του ισχίου, που καθορίζεται από την ανθρώπινη κίνηση, επηρεάζει σημαντικά τη φθορά του πολυαιθυλενίου. Οι ροπές του ισχίου στο οβελιαίο επίπεδο εξηγούν μεταξύ 42% και 60% του βαθμού φθοράς, συνδέοντας άμεσα το κινηματικό μοτίβο βάδισης με τη φθορά των εμφυτευμάτων. Παρόλο που οι κλινικές δοκιμές συσχετίζουν άμεσα το κινηματικό μοτίβο βάδισης με τη φθορά του πολυαιθυλενίου σε ολικές αρθροπλαστικές γόνατος, εξ’ όσων μας είναι γνωστά, καμία in vivo έρευνα δεν εξέτασε την κινηματική των ΟΑΙ και τη σχέση της με τη φθορά των εμφυτευμάτων. Όπως ορίζεται από τον Οργανισμό ISO, η φθορά στις ΟΑΙ αναφέρεται στην απώλεια υλικού από τα εξαρτήματα της προσθετικής άρθρωσης λόγω του συνδυασμού κίνησης και φόρτισης και επηρεάζεται από διάφορους παράγοντες. Ένας από τους πιο σημαντικούς είναι η κινηματική και η κινητική των αρθρώσεων κατά τη βάδιση. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η κινηματική και η κινητική κατά τη βάδιση χρησιμοποιούνται σε πρωτόκολλα δοκιμών &quot;in vitro&quot;, τα οποία είναι ευρέως αποδεκτές μέθοδοι για την πρόβλεψη της φθοράς των ΟΑΙ. Εάν η πρόβλεψη δεν επιβεβαιωθεί με την αντίστοιχη κλινική απόδοση, τίθεται ένας προβληματισμός σχετικά με οποιοδήποτε νέο υλικό ή σχέδιο. Είναι γεγονός ότι όλα τα εμφυτεύματα εξετάζονται με το ίδιο κινηματικό πρωτόκολλο in vitro, και όπως προαναφέρθηκε οι προθέσεις CoC δείχνουν πλεονεκτήματα στον βαθμό φθοράς σε σύγκριση με τις προθέσεις Κεραμικό σε Υψηλής Διασταύρωσης Πολυαιθυλαίνιο (CoXLPE) σε αυτές τις δοκιμές. Ένα σημαντικό ερώτημα που τίθεται είναι &quot;Προσφέρουν τα υπό εξέταση εμφυτεύματα την ίδια εμβιομηχανική συμπεριφορά και στην κλινική πρακτική;&quot; Ο σκοπός αυτής της μελέτης είναι να εξετάσει την επίδραση της κινηματικής και της κινητικής βάδισης στη φθορά των ΟΑΙ κατά τη διάρκεια του βαδίσματος, την πιο ουσιαστική ανθρώπινη λειτουργική δραστηριότητα, συγκρίνοντας δεδομένα βάδισης in vivo με αποτελέσματα in vitro. Αυτά τα δεδομένα θα είναι πολύτιμα όταν συνδυαστούν με όλους τους προαναφερθέντες παράγοντες που επηρεάζουν τη φθορά στις ΟΑΙ για να αντιμετωπίσουν με πιο λεπτομερή και ολοκληρωμένο τρόπο τη φθορά των CoC και CoXLPE, των πιο ευρέως χρησιμοποιούμενων προθετικών τύπων. Η μηδενική υπόθεση της παρούσας μελέτη είναι ότι και οι δύο τύποι εμφυτευμάτων θα παρουσιάζουν την ίδια αρθρική κινηματική και κινητική συμπεριφορά κατά τη διάρκεια της βάδισης, επιβεβαιώνοντας έτσι τα προαναφερθέντα in vitro αποτελέσματα, επίσης in vivo. Χρησιμοποιήθηκαν ανεξάρτητα t-tests για την στατιστική ανάλυση των κινητικών και κινηματικών δεδομένων που εξήχθησαν από την τρισδιάστατη ανάλυση βάδισης. Δεν παρατηρήθηκαν στατιστικά σημαντικές διαφορές στη μέση ροπή απαγωγής, κάμψης και έκτασης μεταξύ των ομάδων CoC και CoXLPE (P.abduction = 0,125, P.flexion = 0,218, P.extension = 0,082). Οι κινηματικές μετρήσεις δεν δείχνουν επίσης στατιστικά σημαντικές διαφορές. Η κινηματική των ΟΑΙ και η κινητική κατά τη βάδιση είναι σημαντικές βιομηχανικές παράμετροι που σχετίζονται άμεσα με τη φθορά των εμφυτευμάτων. Μελέτες in vitro αναφέρουν μικρότερη φθορά στο CoC από το CoXLPE όταν δοκιμάζονται με το ίδιο κινηματικό πρωτόκολλο κύκλου βάδισης. Τα ευρήματά μας επιβεβαιώνουν ότι και τα δύο εμφυτεύματα συμπεριφέρονται πανομοιότυπα όσον αφορά την κινηματική στο κλινικό περιβάλλον, ενισχύοντας έτσι τα αποτελέσματα in vitro του CoC πλεονεκτήματος. Σε συσχέτιση με όλους τους άλλους σημαντικούς παράγοντες που επηρεάζουν τη φθορά στις ΟΑΙ θα μπορούσε να προσφέρει μια πιο ολοκληρωμένη αξιολόγηση στη φθορά των CoC και CoXLPE.Total hip arthroplasty (THA) is considered an extremely successful orthopedic surgery that provides excellent clinical results, high patient satisfaction, followed by a very satisfactory life expectancy. According to recent data from the British National Joint Registry, the cumulative survival of THA at 13 years is 93.2%, with 80% of implants surviving for up to 20 years. Polyethylene wear was considered the weak link of total hip arthroplasty. Over the last decade, considerable effort has been made to optimize wear characteristics and introduce alternative bearing surfaces. The introduction of high cross-linked polyethylene (XLPE) with excellent wear characteristics has brought about significant changes in this field worldwide. Ceramic femoral heads represent the current trend in many national registries. In vitro experiments simulating kinematics and gait kinetics showed advantages of Ceramic to Ceramic (CoC) prostheses compared to Polyethylene Ceramic (CoP) prostheses in terms of the degree of wear and the possibility of osteolysis. Disadvantages, however, include squeaking sounds and increased fragility. In addition, in CoC (hard-on-hard) articulated surfaces, it is impossible to dampen a soft material, and therefore the forces of transition between prosthesis and bone could be increased. Various factors are associated with wear, such as implant design variables (geometric properties and material characteristics), surgical technique variables (surgical approach and prosthesis placement), and patient-related factors. In the latter, the contact force of the hip, determined by human movement, significantly affects the wear of polyethylene. The hip torques at the sagittal level explain between 42% and 60% of the degree of wear, directly linking the kinematic gait pattern to the wear of the implants. Although clinical trials directly correlate the kinematic gait pattern with polyethylene wear in total knee arthroplasties, to the best of our knowledge, no in vivo research has examined OAI kinematics and its relationship to implant wear. The ISO Organization defines wear on OAIs as the loss of material from the prosthetic joint components due to the combination of movement and loading and is affected by various factors. One of the most important is the kinematics and the kinetics of the joints when walking. This is why kinematics and gait kinetics are used in &quot;in vitro&quot; test protocols, widely accepted methods for predicting OAI wear. Any new material or design is questioned if the corresponding clinical performance does not confirm the prediction. It is a fact that all implants are tested with the same kinematic protocol in vitro, and as mentioned above CoC prostheses show advantages in the degree of wear compared to Ceramics in High Cross Polyethylene (CoXLPE) prostheses in these tests. An important question that arises is, &quot;Do the implants in question offer the same biomechanical behavior in clinical practice?&quot; The purpose of this study is to examine the effect of kinematic and kinetic gait on OAI wear during gait, an essential human functional activity, comparing in vivo gait data with in vitro results. This data will be valuable when combined with all of the above factors that affect OAI wear to address in a more detailed and comprehensive manner the wear of CoC and CoXLPE, the most widely used prosthetic types. The null hypothesis of the present study is that both types of implants will exhibit the same joint kinematic and kinetic behavior during gait, thus confirming the aforementioned in vitro results, also in vivo. Independent t-tests were used for the statistical analysis of kinetic and kinematic data extracted from the three-dimensional gait analysis. No statistically significant differences were observed in the mean abduction, bending, and extension torque between the CoC and CoXLPE groups (P. abduction = 0.125, P. flexion = 0.218, P. extension = 0.082). Kinematic measurements also show no statistically significant differences. OAI kinematics and gait kinetics are important industrial parameters that are directly related to implant wear. In vitro studies report less CoC damage than CoXLPE when tested with the same kinematic gait cycle protocol. Our findings confirm that both implants behave identically in terms of kinematics in the clinical setting, thus enhancing the in vitro results of the CoC advantage. In conjunction with all the other essential factors influencing wear on OAIs, it could offer a more comprehensive CoC, and CoXLPE wear assessment

Pioneer Science and the Great Plagues: How Microbes, War, and Public Health Shaped Animal Health

Pioneer Science and the Great Plagues covers the century when infectious plagues—anthrax, tuberculosis, tetanus, plague, smallpox, and polio—were conquered, and details the important role that veterinary scientists played. The narrative is driven by astonishing events that centered on animal disease: the influenza pandemic of 1872, discovery of the causes of anthrax and tuberculosis in the 1880s, conquest of Texas cattle fever and then yellow fever, German anthrax attacks on the United States during World War I, the tuberculin war of 1931, Japanese biological warfare in the 1940s, and today’s bioterror dangers. Veterinary science in the rural Midwest arose from agriculture, but in urban Philadelphia it came from medicine; similar differences occurred in Canada between Toronto and Montreal. As land-grant colleges were established after the American Civil War, individual states followed divergent pathways in supporting veterinary science. Some employed a trade school curriculum that taught agriculturalists to empirically treat animal diseases and others emphasized a curriculum tied to science. This pattern continued for a century, but today some institutions have moved back to the trade school philosophy. Avoiding lessons of the 1910 Flexner Report on medical education reform, university-associated veterinary schools are being approved that do not have control of their own veterinary hospitals, diagnostic laboratories, and research institutes—components that are critical for training students in science. Underlying this change were twin idiosyncrasies of culture—disbelief in science and distrust of government—that spawned scientology, creationism, anti-vaccination movements, and other anti-science scams. As new infectious plagues continue to arise, Pioneer Science and the Great Plagues details the strategies we learned defeating plagues from 1860 to 1960—and the essential role veterinary science played. To defeat the plagues of today it is essential we avoid the digital cocoon of disbelief in science and cultural stasis now threatening progress.https://docs.lib.purdue.edu/purduepress_ebooks/1059/thumbnail.jp

Yale Medicine : Alumni Bulletin of the School of Medicine, 1976-1978

This volume contains Yale Medicine: alumni bulletin of the School of Medicine, v.11 (1976) through v.13 (1978). Prepared in cooperation with the alumni and development offices at the School of Medicine. Earlier volumes are called Yale School of Medicine alumni bulletins, dating from v.1 (1953) through v.13 (1965). Digitized with funding from the Arcadia fund, 2017.https://elischolar.library.yale.edu/yale_med_alumni_newsletters/1005/thumbnail.jp

Bowdoin Orient v.135, no.1-25 (2005-2006)

https://digitalcommons.bowdoin.edu/bowdoinorient-2000s/1006/thumbnail.jp

A Holmes and Doyle Bibliography, Volume 5: Periodical Articles--Secondary References, Alphabetical Listing

This bibliography is a work in progress. It attempts to update Ronald B. De Waal’s comprehensive bibliography, The Universal Sherlock Holmes, but does not claim to be exhaustive in content. New works are continually discovered and added to this bibliography. Readers and researchers are invited to suggest additional content. Volume 5 includes "passing" or "secondary" references, i.e. those entries that are passing in nature or contain very brief information or content