Innovative multidimensional gait evaluation using IMU in multiple sclerosis: introducing the semiogram

BackgroundQuantifying gait using inertial measurement units has gained increasing interest in recent years. Highly degraded gaits, especially in neurological impaired patients, challenge gait detection algorithms and require specific segmentation and analysis tools. Thus, the outcomes of these devices must be rigorously tested for both robustness and relevancy in order to recommend their routine use. In this study, we propose a multidimensional score to quantify and visualize gait, which can be used in neurological routine follow-up. We assessed the reliability and clinical coherence of this method in a group of severely disabled patients with progressive multiple sclerosis (pMS), who display highly degraded gait patterns, as well as in an age-matched healthy subjects (HS) group.MethodsTwenty-two participants with pMS and nineteen HS were included in this 18-month longitudinal follow-up study. During the follow-up period, all participants completed a 10-meter walk test with a U-turn and back, twice at M0, M6, M12, and M18. Average speed and seven clinical criteria (sturdiness, springiness, steadiness, stability, smoothness, synchronization, and symmetry) were evaluated using 17 gait parameters selected from the literature. The variation of these parameters from HS values was combined to generate a multidimensional visual tool, referred to as a semiogram.ResultsFor both cohorts, all criteria showed moderate to very high test–retest reliability for intra-session measurements. Inter-session quantification was also moderate to highly reliable for all criteria except smoothness, which was not reliable for HS participants. All partial scores, except for the stability score, differed between the two populations. All partial scores were correlated with an objective but not subjective quantification of gait severity in the pMS population. A deficit in the pyramidal tract was associated with altered scores in all criteria, whereas deficits in cerebellar, sensitive, bulbar, and cognitive deficits were associated with decreased scores in only a subset of gait criteria.ConclusionsThe proposed multidimensional gait quantification represents an innovative approach to monitoring gait disorders. It provides a reliable and informative biomarker for assessing the severity of gait impairments in individuals with pMS. Additionally, it holds the potential for discriminating between various underlying causes of gait alterations in pMS

Development and validation of a predictive tool for the assessment of the risk of falling in the institutionalized elderly person

La chute des personnes âgées est une problématique de santé publique de par les conséquences médicales, sociales et économiques qu’elle induit. En plus des conséquences graves engendrée par les chutes, ces accidents peuvent conduire à des comportements réduisant les activités de vie quotidienne et favoriser des effets psychomoteurs nocifs fréquemment liés à une peur de chuter. Les chutes répétées représentent en moyenne trois chutes par personnes de plus de 65 ans, ce nombre augmentant avec l’âge et la perte d’autonomie. Chez les personnes institutionnalisées, l’âge avancé, les comorbidités et les troubles psychomoteurs associés, la dépendance et l’état de fragilité parfois très avancé, le risque de chute est d’autant plus important. Les autorités de santé, notamment la Haute Autorité de Santé, ont rapporté le manque d’efficacité des méthodes d’identification des personnes à risque et souligne l’absence d’efficacité des mesures de prévention afin de réduire le nombre de chutes. La sensibilité, pour détecter les personnes à risque lorsqu’elles le sont effectivement, et la spécificité des tests cliniques utilisés par les rééducateurs, pour écarter les personnes à faible risque de chute, les rendent généralement aussi utile qu’un questionnaire sur le nombre de chutes subies dans les douze derniers mois. Cela pose donc la question de la pertinence de leur utilisation pour identifier et suivre les personnes potentiellement à risque de chute (cela d’autant plus qu’on se situe en amont des chutes répétées). Parallèlement, l’activité physique adaptée pourrait être un traitement non-médicamenteux utile pour réduire les chutes et leur gravité chez ces sujets âgés. Dans un objectif de prévention, la mise en place d’exercices physiques pourrait réduire le nombre de chute par individu. Cependant, la mise en place de tels programmes induit une optimisation de la prise en charge afin qu’elle soit effectivement adaptée aux participants et aux établissements de santé. D’abord, nous nous focaliserons sur la problématique du vieillissement de la population en lien avec les chutes. Puis nous aborderons les altérations liées à l’âge qui impactent la détérioration de l’équilibre. Le troisième chapitre parcourra l’impact du vieillissement sur les marqueurs de l’équilibre statique. Nous verrons, comment nous avons agrégé les résultats extraits de la littérature dans un contexte où la variabilité des protocoles d’enregistrement avait rendu confus, jusque-là, la comparaison des résultats. L’outil de quantification de l’équilibre statique et de la marche, appelé SmartCheck, est présenté afin de mettre en avant les attentes possibles de ce type de solution fournissant aux professionnels de santé une analyse automatisée de l’équilibre lors de tests de routine. Ceci est rendu possible par des algorithmes de traitement du signal et d’apprentissage statistique. Les enregistrements réalisés auprès de patients âgées, en consultation hospitalière, ont permis de calculer plus d’une centaine de variables posturographiques puis de comparer les valeurs obtenues entre chuteurs et non-chuteurs. La pertinence de ces indicateurs est discutée pour fournir un jeu de variables à calculer pour l’analyse de l’équilibre statique des personnes âgées. Enfin, le cinquième chapitre s’intéressera aux programmes de prévention des chutes chez les personnes âgées vivant en EHPAD. Dans la finalité de mettre en place l’essai clinique Postadychute-AG visant à valider la pertinence des paramètres posturographiques lors d’un suivi longitudinal associé à de l’activité physique adaptée.The fall of the elderly is a public health issue because of the medical, social and economic consequences it has. In addition to the serious consequences caused by falls, these accidents can lead to behaviours that reduce daily living activities and promote harmful psychomotor effects often linked to a fear of falling. Repeated falls account for an average of three falls per person, each year, over the age of 65, with this number increasing with age and loss of autonomy. In institutionalized individuals, advanced age, co-morbidities and associated psychomotor disorders, dependency and sometimes very advanced frailty, the risk of falling is all the greater. Health authorities, notably the Haute Autorité de Santé, have reported the lack of effectiveness of methods for identifying people at risk and emphasize the lack of effectiveness of preventive measures to reduce the number of falls. The sensitivity, to detect people at risk when they are indeed at risk, and the specificity of clinical tests used by rehabilitators, to rule out people at low risk of falling, generally make them as useful as a questionnaire on the number of falls suffered in the last twelve months. This raises the question of the relevance of using them to identify and follow up people potentially at risk of falling (especially since they are upstream of repeated falls). At the same time, adapted physical activity could be a useful non-medicinal treatment to reduce falls and their severity in these elderly subjects. With a prevention objective, the implementation of physical exercises could reduce the number of falls per individual. However, the implementation of such programs leads to an optimization of the management so that it is effectively adapted to the participants and the health care institutions. First, we will focus on the problem of the aging population in relation to falls. Then we will address the age-related alterations that impact the deterioration of balance. The third chapter will look at the impact of aging on the markers of static balance. We will see how we have aggregated the results extracted from the literature in a context where the variability of recording protocols had previously confused the comparison of results. The tool for quantifying static balance and gait, called SmartCheck, is presented in order to highlight the possible expectations of this type of solution providing healthcare professionals with an automated analysis of balance during routine tests. This is made possible by signal processing and machine learning algorithms. The recordings made with elderly patients in hospital consultations have made it possible to calculate more than a hundred posturographic variables and then to compare the values obtained between fallers and non-fallers. The relevance of these indicators is discussed in order to provide a set of variables to be calculated for the analysis of the static balance of elderly people. Finally, the fifth chapter will look at fall prevention programs for older adults living in EHPAD. The aim is to set up the Postadychute-AG clinical trial aimed at validating the relevance of posturographic parameters during a longitudinal follow-up associated with adapted physical activity

Développement et validation d'un outil de prédiction du risque de chute chez la personne âgée institutionnalisée

The fall of the elderly is a public health issue because of the medical, social and economic consequences it has. In addition to the serious consequences caused by falls, these accidents can lead to behaviours that reduce daily living activities and promote harmful psychomotor effects often linked to a fear of falling. Repeated falls account for an average of three falls per person, each year, over the age of 65, with this number increasing with age and loss of autonomy. In institutionalized individuals, advanced age, co-morbidities and associated psychomotor disorders, dependency and sometimes very advanced frailty, the risk of falling is all the greater. Health authorities, notably the Haute Autorité de Santé, have reported the lack of effectiveness of methods for identifying people at risk and emphasize the lack of effectiveness of preventive measures to reduce the number of falls. The sensitivity, to detect people at risk when they are indeed at risk, and the specificity of clinical tests used by rehabilitators, to rule out people at low risk of falling, generally make them as useful as a questionnaire on the number of falls suffered in the last twelve months. This raises the question of the relevance of using them to identify and follow up people potentially at risk of falling (especially since they are upstream of repeated falls). At the same time, adapted physical activity could be a useful non-medicinal treatment to reduce falls and their severity in these elderly subjects. With a prevention objective, the implementation of physical exercises could reduce the number of falls per individual. However, the implementation of such programs leads to an optimization of the management so that it is effectively adapted to the participants and the health care institutions. First, we will focus on the problem of the aging population in relation to falls. Then we will address the age-related alterations that impact the deterioration of balance. The third chapter will look at the impact of aging on the markers of static balance. We will see how we have aggregated the results extracted from the literature in a context where the variability of recording protocols had previously confused the comparison of results. The tool for quantifying static balance and gait, called SmartCheck, is presented in order to highlight the possible expectations of this type of solution providing healthcare professionals with an automated analysis of balance during routine tests. This is made possible by signal processing and machine learning algorithms. The recordings made with elderly patients in hospital consultations have made it possible to calculate more than a hundred posturographic variables and then to compare the values obtained between fallers and non-fallers. The relevance of these indicators is discussed in order to provide a set of variables to be calculated for the analysis of the static balance of elderly people. Finally, the fifth chapter will look at fall prevention programs for older adults living in EHPAD. The aim is to set up the Postadychute-AG clinical trial aimed at validating the relevance of posturographic parameters during a longitudinal follow-up associated with adapted physical activity.La chute des personnes âgées est une problématique de santé publique de par les conséquences médicales, sociales et économiques qu’elle induit. En plus des conséquences graves engendrée par les chutes, ces accidents peuvent conduire à des comportements réduisant les activités de vie quotidienne et favoriser des effets psychomoteurs nocifs fréquemment liés à une peur de chuter. Les chutes répétées représentent en moyenne trois chutes par personnes de plus de 65 ans, ce nombre augmentant avec l’âge et la perte d’autonomie. Chez les personnes institutionnalisées, l’âge avancé, les comorbidités et les troubles psychomoteurs associés, la dépendance et l’état de fragilité parfois très avancé, le risque de chute est d’autant plus important. Les autorités de santé, notamment la Haute Autorité de Santé, ont rapporté le manque d’efficacité des méthodes d’identification des personnes à risque et souligne l’absence d’efficacité des mesures de prévention afin de réduire le nombre de chutes. La sensibilité, pour détecter les personnes à risque lorsqu’elles le sont effectivement, et la spécificité des tests cliniques utilisés par les rééducateurs, pour écarter les personnes à faible risque de chute, les rendent généralement aussi utile qu’un questionnaire sur le nombre de chutes subies dans les douze derniers mois. Cela pose donc la question de la pertinence de leur utilisation pour identifier et suivre les personnes potentiellement à risque de chute (cela d’autant plus qu’on se situe en amont des chutes répétées). Parallèlement, l’activité physique adaptée pourrait être un traitement non-médicamenteux utile pour réduire les chutes et leur gravité chez ces sujets âgés. Dans un objectif de prévention, la mise en place d’exercices physiques pourrait réduire le nombre de chute par individu. Cependant, la mise en place de tels programmes induit une optimisation de la prise en charge afin qu’elle soit effectivement adaptée aux participants et aux établissements de santé. D’abord, nous nous focaliserons sur la problématique du vieillissement de la population en lien avec les chutes. Puis nous aborderons les altérations liées à l’âge qui impactent la détérioration de l’équilibre. Le troisième chapitre parcourra l’impact du vieillissement sur les marqueurs de l’équilibre statique. Nous verrons, comment nous avons agrégé les résultats extraits de la littérature dans un contexte où la variabilité des protocoles d’enregistrement avait rendu confus, jusque-là, la comparaison des résultats. L’outil de quantification de l’équilibre statique et de la marche, appelé SmartCheck, est présenté afin de mettre en avant les attentes possibles de ce type de solution fournissant aux professionnels de santé une analyse automatisée de l’équilibre lors de tests de routine. Ceci est rendu possible par des algorithmes de traitement du signal et d’apprentissage statistique. Les enregistrements réalisés auprès de patients âgées, en consultation hospitalière, ont permis de calculer plus d’une centaine de variables posturographiques puis de comparer les valeurs obtenues entre chuteurs et non-chuteurs. La pertinence de ces indicateurs est discutée pour fournir un jeu de variables à calculer pour l’analyse de l’équilibre statique des personnes âgées. Enfin, le cinquième chapitre s’intéressera aux programmes de prévention des chutes chez les personnes âgées vivant en EHPAD. Dans la finalité de mettre en place l’essai clinique Postadychute-AG visant à valider la pertinence des paramètres posturographiques lors d’un suivi longitudinal associé à de l’activité physique adaptée

Développement et validation d'un outil de prédiction du risque de chute chez la personne âgée institutionnalisée

The fall of the elderly is a public health issue because of the medical, social and economic consequences it has. In addition to the serious consequences caused by falls, these accidents can lead to behaviours that reduce daily living activities and promote harmful psychomotor effects often linked to a fear of falling. Repeated falls account for an average of three falls per person, each year, over the age of 65, with this number increasing with age and loss of autonomy. In institutionalized individuals, advanced age, co-morbidities and associated psychomotor disorders, dependency and sometimes very advanced frailty, the risk of falling is all the greater. Health authorities, notably the Haute Autorité de Santé, have reported the lack of effectiveness of methods for identifying people at risk and emphasize the lack of effectiveness of preventive measures to reduce the number of falls. The sensitivity, to detect people at risk when they are indeed at risk, and the specificity of clinical tests used by rehabilitators, to rule out people at low risk of falling, generally make them as useful as a questionnaire on the number of falls suffered in the last twelve months. This raises the question of the relevance of using them to identify and follow up people potentially at risk of falling (especially since they are upstream of repeated falls). At the same time, adapted physical activity could be a useful non-medicinal treatment to reduce falls and their severity in these elderly subjects. With a prevention objective, the implementation of physical exercises could reduce the number of falls per individual. However, the implementation of such programs leads to an optimization of the management so that it is effectively adapted to the participants and the health care institutions. First, we will focus on the problem of the aging population in relation to falls. Then we will address the age-related alterations that impact the deterioration of balance. The third chapter will look at the impact of aging on the markers of static balance. We will see how we have aggregated the results extracted from the literature in a context where the variability of recording protocols had previously confused the comparison of results. The tool for quantifying static balance and gait, called SmartCheck, is presented in order to highlight the possible expectations of this type of solution providing healthcare professionals with an automated analysis of balance during routine tests. This is made possible by signal processing and machine learning algorithms. The recordings made with elderly patients in hospital consultations have made it possible to calculate more than a hundred posturographic variables and then to compare the values obtained between fallers and non-fallers. The relevance of these indicators is discussed in order to provide a set of variables to be calculated for the analysis of the static balance of elderly people. Finally, the fifth chapter will look at fall prevention programs for older adults living in EHPAD. The aim is to set up the Postadychute-AG clinical trial aimed at validating the relevance of posturographic parameters during a longitudinal follow-up associated with adapted physical activity.La chute des personnes âgées est une problématique de santé publique de par les conséquences médicales, sociales et économiques qu’elle induit. En plus des conséquences graves engendrée par les chutes, ces accidents peuvent conduire à des comportements réduisant les activités de vie quotidienne et favoriser des effets psychomoteurs nocifs fréquemment liés à une peur de chuter. Les chutes répétées représentent en moyenne trois chutes par personnes de plus de 65 ans, ce nombre augmentant avec l’âge et la perte d’autonomie. Chez les personnes institutionnalisées, l’âge avancé, les comorbidités et les troubles psychomoteurs associés, la dépendance et l’état de fragilité parfois très avancé, le risque de chute est d’autant plus important. Les autorités de santé, notamment la Haute Autorité de Santé, ont rapporté le manque d’efficacité des méthodes d’identification des personnes à risque et souligne l’absence d’efficacité des mesures de prévention afin de réduire le nombre de chutes. La sensibilité, pour détecter les personnes à risque lorsqu’elles le sont effectivement, et la spécificité des tests cliniques utilisés par les rééducateurs, pour écarter les personnes à faible risque de chute, les rendent généralement aussi utile qu’un questionnaire sur le nombre de chutes subies dans les douze derniers mois. Cela pose donc la question de la pertinence de leur utilisation pour identifier et suivre les personnes potentiellement à risque de chute (cela d’autant plus qu’on se situe en amont des chutes répétées). Parallèlement, l’activité physique adaptée pourrait être un traitement non-médicamenteux utile pour réduire les chutes et leur gravité chez ces sujets âgés. Dans un objectif de prévention, la mise en place d’exercices physiques pourrait réduire le nombre de chute par individu. Cependant, la mise en place de tels programmes induit une optimisation de la prise en charge afin qu’elle soit effectivement adaptée aux participants et aux établissements de santé. D’abord, nous nous focaliserons sur la problématique du vieillissement de la population en lien avec les chutes. Puis nous aborderons les altérations liées à l’âge qui impactent la détérioration de l’équilibre. Le troisième chapitre parcourra l’impact du vieillissement sur les marqueurs de l’équilibre statique. Nous verrons, comment nous avons agrégé les résultats extraits de la littérature dans un contexte où la variabilité des protocoles d’enregistrement avait rendu confus, jusque-là, la comparaison des résultats. L’outil de quantification de l’équilibre statique et de la marche, appelé SmartCheck, est présenté afin de mettre en avant les attentes possibles de ce type de solution fournissant aux professionnels de santé une analyse automatisée de l’équilibre lors de tests de routine. Ceci est rendu possible par des algorithmes de traitement du signal et d’apprentissage statistique. Les enregistrements réalisés auprès de patients âgées, en consultation hospitalière, ont permis de calculer plus d’une centaine de variables posturographiques puis de comparer les valeurs obtenues entre chuteurs et non-chuteurs. La pertinence de ces indicateurs est discutée pour fournir un jeu de variables à calculer pour l’analyse de l’équilibre statique des personnes âgées. Enfin, le cinquième chapitre s’intéressera aux programmes de prévention des chutes chez les personnes âgées vivant en EHPAD. Dans la finalité de mettre en place l’essai clinique Postadychute-AG visant à valider la pertinence des paramètres posturographiques lors d’un suivi longitudinal associé à de l’activité physique adaptée

Impact of Sensory Afferences in Postural Control Quantified by Force Platform: A Protocol for Systematic Review

International audienceOlder adults’ postural balance is a critical domain of research as balance deficit is an important risk factor for falls that can lead to severe injuries and death. Considering the effects of ageing on sensory systems, we propose that posturographic evaluation with a force platform exploring the effect of sensory deprivation or perturbation on balance could help understand postural control alterations in the elderly. The aim of the future systematic review and meta-analysis described in this protocol is to explore the capacity of older adults to maintain their balance during sensory perturbations, and compare the effect of perturbation between the sensory channels contributing to balance. Seven databases will be searched for studies evaluating older adults’ balance under various sensory conditions. After evaluating the studies’ risk of bias, results from similar studies (i.e., similar experimental conditions and posturographic markers) will be aggregated. This protocol describes a future review that is expected to provide a better understanding of changes in sensory systems of balance due to ageing, and therefore perspectives on fall assessment, prevention, and rehabilitation

Comparing Gait Trials with Greedy Template Matching

International audienc

Non-Linear Template-Based Approach for the Study of Locomotion

International audienc

Personalized Template-Based Step Detection From Inertial Measurement Units Signals in Multiple Sclerosis

International audienc

A review of center of pressure (COP) variables to quantify standing balance in elderly people: Algorithms and open-access code

International audiencePostural control is often quantified by recording the trajectory of the center of pressure (COP)-also called stabilogram-during human quiet standing. This quantification has many important applications, such as the early detection of balance degradation to prevent falls, a crucial task whose relevance increases with the ageing of the population. Due to the complexity of the quantification process, the analyses of sway patterns have been performed empirically using a number of variables, such as ellipse confidence area or mean velocity. This study reviews and compares a wide range of state-of-the-art variables that are used to assess the risk of fall in elderly from a stabilogram. When appropriate, we discuss the hypothesis and mathematical assumptions that underlie these variables, and we propose a reproducible method to compute each of them. Additionally, we provide a statistical description of their behavior on two datasets recorded in two elderly populations and with different protocols, to hint at typical values of these variables. First, the balance of 133 elderly individuals, including 32 fallers, was measured on a relatively inexpensive, portable force platform (Wii Balance Board, Nintendo) with a 25-seconds open-eyes protocol. Secondly, the recordings of 76 elderly individuals, from an open access database commonly used to test static balance analyses, were used to compute the values of the variables on 60-seconds, eyes-open recordings with a research laboratory standard force platform