Instrumental Assessment of Stepping in Place Captures Clinically Relevant Motor Symptoms of Parkinson’s Disease

Fluctuations of motor symptoms make clinical assessment in Parkinson's disease a complex task. New technologies aim to quantify motor symptoms, and their remote application holds potential for a closer monitoring of treatment effects. The focus of this study was to explore the potential of a stepping in place task using RGB-Depth (RGBD) camera technology to assess motor symptoms of people with Parkinson's disease. In total, 25 persons performed a 40 s stepping in place task in front of a single RGBD camera (Kinect for Xbox One) in up to two different therapeutic states. Eight kinematic parameters were derived from knee movements to describe features of hypokinesia, asymmetry, and arrhythmicity of stepping. To explore their potential clinical utility, these parameters were analyzed for their Spearman's Rho rank correlation to clinical ratings, and for intraindividual changes between treatment conditions using standard response mean and paired t-test. Test performance not only differed between ON and OFF treatment conditions, but showed moderate correlations to clinical ratings, specifically ratings of postural instability (pull test). Furthermore, the test elicited freezing in some subjects. Results suggest that this single standardized motor task is a promising candidate to assess an array of relevant motor symptoms of Parkinson's disease. The simple technical test setup would allow future use by patients themselves

Single-laser 32.5 Tbit/s Nyquist WDM transmission

We demonstrate 32.5 Tbit/s 16QAM Nyquist WDM transmission over a total length of 227 km of SMF-28 without optical dispersion compensation. A number of 325 optical carriers are derived from a single laser and encoded with dual-polarization 16QAM data using sinc-shaped Nyquist pulses. As we use no guard bands, the carriers have a spacing of 12.5 GHz equal to the Nyquist bandwidth of the data. We achieve a high net spectral efficiency of 6.4 bit/s/Hz using a software-defined transmitter which generates the electrical modulator drive signals in real-time.Comment: (c) 2012 Optical Society of America. One print or electronic copy may be made for personal use only. Systematic reproduction and distribution, duplication of any material in this paper for a fee or for commercial purposes, or modifications of the content of this paper are prohibite

Evaluation of video based motion analysis of patients with movement disorders

Hintergrund: Diese Zusammenfassung umfasst drei Artikel, welche sich mit videobasierter Bewegungsanalyse beschäftigen. Als Erstes wurde eine videobasierte Schweregradeinteilung als Möglichkeit zur Validierung eines instrumentalisierten Untersuchungsganges für Dystonie-patienten entwickelt, ohne die Notwendigkeit klinische Skalen als Validierungsstandard nutzen zu müssen. Danach beschäftigten wir uns mit dem Potential von Gehen auf der Stelle zur Untersuchung motorischer Parkinsonsymptome durch eine 3D-Kamera. Abschließend wurden Bewegungsmuster gesunder japanischer und deutscher Probanden in Hinblick auf mögliche kulturelle Einflüsse verglichen. Methoden: Publikation 1: Bei 34 Patienten und zwei gesunden Probanden als Kontrollen wurden 24 kurze Bewegungsaufgaben mit Video aufgezeichnet. Die Aufnahmen wurden mehreren Untersuchern über Permutationen jeweils paarweise präsentiert und hinsichtlich der Ausprägung von Dystonie bewertet, bis eine Schweregradrangfolge erreicht war. Diese wurde mit den Ergebnissen aus gebräuchlichen klinischen Skalen für Dystonie verglichen. Publikation 2: 25 Parkinson-Patienten wurden in unterschiedlichen Therapiebedingungen beim Gehen auf der Stelle durch eine 3D-Kamera aufgezeichnet. Hieraus wurden acht Parameter generiert, welche zum einen mit dem Ergebnis der skalengestützten Untersuchung verglichen wurden und zum anderen in Bezug auf Veränderungen unter Therapie. Publikation 3: Es wurden jeweils 25 gesunde junge Erwachsene aus Japan und Deutschland untersucht. Die Gruppen wurden in Bezug auf die Alters-, Geschlechts- und BMI-Verteilung aufeinander abgestimmt. Sechs unterschiedliche Bewegungsaufgaben wurden aufgezeichnet, 23 Bewegungsparameter generiert und mittels multipler Regressionen analysiert. Ergebnisse: Insbesondere die Videorangfolgen für Bewegungsaufgaben des Kopfes korrelierten mit der Bewertung durch klinische Skalen sowohl in der Gesamtgruppe als auch in der Subgruppe ohne Tremor. Zudem zeigten die durch verschiedene Untersucher generierten Videorangfolgen eine gute Übereinstimmung. Bei Patienten mit Morbus Parkinson wiesen die Ergebnisse eine Sensitivität gegenüber Therapieeffekten für Parameter der 3D-videobasierten Bewegungsanalyse nach. Zudem korrelierten die videobasierten Parameter moderat mit der klinischen Untersuchung; Gehen auf der Stelle konnte in einigen Fällen ein Freezing auslösen. Zusammenfassend bietet der vorgestellte Test somit eine Möglichkeit, die motorischen Kernsymptome eines Parkinson-Syndroms standardisiert und instrumentalisiert zu untersuchen. In der interkulturellen Analyse zeigten fünf Parameter, generiert aus zwei Bewegungsaufgaben, Gruppenunterschiede. Dabei präsentierten die japanischen Probanden schnellere Ausführungen beim Aufstehen und Hinsetzen sowie eine geringere Bewegung der Arme hierbei. Des Weiteren war beim Gehen auf der Stelle zwar die Schrittfrequenz ähnlich, die japanischen Probanden zeigten jedoch höhere Amplituden der Kniehebung. Da alle weiteren Faktoren bestmöglich kontrolliert wurden, können diese Unterschiede als kulturell bedingt angenommen werden. Dieser Aspekt sollte bei der Verwendung von Normpopulationen für die interkulturelle Verwendung videobasierter Bewegungsanalyseberücksichtigt werden.Background: This summary comprises three papers concerning video-based motion analysis. First a video-based severity ranking as a method to validate a quantitative dystonia assessment without the need for clinical scales was devised. We then explored the potential of a stepping in place task using marker-less 3D camera technology to assess motor symptoms of Parkinson disease (PD). The last paper explored possible differences in motor performance patterns in healthy adults from Japan and Germany. Methods: Paper 1: 34 patients and two controls were assessed with video-recordings of 24 short movement tasks. Raters compared multiple permutations of these videos until a complete rank order of dystonia severity was achieved. This ranking was compared to ratings by clinical scales. Paper 2: 25 patients with PD performed a stepping in place task in front of a 3D camera in different medication states. Eight kinematic parameters were analyzed for correlations to clinical ratings and intra-individual changes between treatment conditions. Paper 3: Six different motor tasks were recorded in healthy adults from Japan and Germany (25 per group), matched for age, sex and BMI. To compare motor patterns, 23 kinematic parameters were extracted from the recordings and analyzed using multiple linear regressions. Results/Conclusion: The video rank order for sitting and head movements correlated well with clinical scales for the whole group and in the subgroup without tremor and the agreement of video rankings between raters was remarkable. This supports video-based ranking as a possible validation instrument applicable in situations in which no reference standard is available. For patients with PD, results suggest sensitivity to change between ON and OFF treatment conditions. Further, test performance was moderately related to clinical ratings and the test elicited freezing in some subjects. This makes this assessment an interesting candidate to describe motor symptoms in PD using a well applicable and standardized instrumental setting. In the cross-cultural analysis five parameters from two motor tasks showed group related differences. Japanese people featured faster performances of stand-to-sit transition and used smaller hand ranges of motion. Although cadence during stepping in place was similar in both groups, Japanese people showed higher knee range of motion. With consistent technical set-up and assessment procedures and since environmental factors, age, sex and BMI were controlled for, these differences may be due to cultural bias. Results support the consideration of such bias and the relevance of population-specific normative data for the international application of instrumental motor analysis

Monolithisch integrierte Augenöffnungs-Analysatoren für hochbitratige glasfasergebundene Übertragungssysteme

Mit steigender Datenrate rücken bei optischen Übertragungssystemen Glasfasereffekte immer weiter in den Vordergrund und begrenzen die Übertragungsgeschwindigkeit. Um diese Effekte zu kompensieren, muss die Signalqualität bewertet werden. Hierzu dient das im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Konzept des Augenöffnungs-Analysators, welcher auch in zwei Varianten in SiGe-Bipolar-Technologie für Datenraten bis 20 Gbaud realisiert wurde. Die vollständig integrierbare Schaltung tastet das Datensignal ab und bewertet es anhand eines Rechtecks. So wird eine Regelspannung zur weiteren Verarbeitung z.B. durch einen Mikroprozessor gewonnen. Wesentlich ist eine schnelle Reaktion auf Änderungen, um z.B. auch die Polarisationsmodendispersion (PMD) kompensieren zu können. Neben dem angewandten Konzept und den daraus resultierenden Schaltungen werden weitergehende mögliche Ansätze zur Augenbewertung vorgestellt