Analisi basata sulla forma d'onda del tremore della testa utilizzando un algoritmo di tracciamento senza marcatori con video 2D

Jung, è un piacere averti di nuovo qui oggi. Sei diventato un ospite fisso. E Dr. Bj, è davvero un onore averti qui oggi. Quindi la mia prima domanda per entrambi, e se potete intervenire, è: volevo chiederti come ti è venuta l'idea di condurre questo studio?

Era qualcosa a cui pensavi da tempo, oppure ti sei imbattuto nella nuova tecnologia, l'algoritmo basato su video, e hai pensato che potesse essere un buon utilizzo? Oppure sei stato ispirato dall'esperienza di un paziente in particolare?

Dott. Beomseok Jeon: Tutto questo problema è iniziato quando mi sono unito al Dystonia Tremor Working Group, organizzato da MDS per lavorare specificamente su questo problema del tremore distonico.

Questo gruppo di lavoro era guidato da Hyder Jinnah e comprendeva [00:02:00] molti esperti come Alberto Albanese, Alfonso Fasano, Sanjay Pandey, Rick Helmich, Marie Vidailhet, Marina Tjissen, Aasef Shaikh, Roger Elble e Victor Fung. Tra i membri c'era anche Mark Hallett, scomparso diverse settimane fa, che ha dato un grande contributo a questo lavoro con molti commenti positivi e inviandoci video dei pazienti.

Vogliamo davvero ringraziarlo di cuore.

Dott.ssa Mitra Afshari: Assolutamente. Credo che ci manchi il Dott. Hallett e stiamo pensando a lui. Sembra quindi che ci sia stato molto lavoro dietro l'idea alla base di questo progetto e molto lavoro da parte di diverse figure chiave nel campo della distonia, come parte del gruppo di lavoro sulla distonia. E quindi, in questo studio, l'obiettivo è trovare un approccio più oggettivo all'analisi del tremore [00:03:00] e alla distonia cervicale e ai pazienti con tremore essenziale che presentano tremore cranico. A livello aneddotico, credo che tutti ci siamo trovati nella posizione di mettere in discussione la nostra capacità di differenziare realmente un tremore cranico distonico da un tremore cranico che si osserva nel tremore essenziale. Sappiamo che i tremori distonici sembrano essere meno ritmici. Sembrano essere meno sinusoidali, sono più a scatti. Sono meno di quel tipo di tremore puro e autentico che immaginiamo, e mentre si cercano anche ulteriori indizi come la postura tonica sottostante, ci sono sicuramente alcuni casi che possono essere molto impegnativi. Quindi hai posto la semplice domanda: prendiamo ciò che pensiamo di sapere sulla ritmicità e la sinusoidalità di questi tremori alla testa e mettiamoli alla prova. Quindi utilizzi semplici tecniche di visione artificiale per analizzare registrazioni video 2D di pazienti con tremori alla testa, in particolare [00:04:00] tracciando il movimento della punta del naso, e hai osservato i pazienti in modo prospettico e retrospettivo attraverso video d'archivio.

Come ha accennato, Dott. Bj, lei ha collaborato specificamente con il noto Dystonia Coalition Group, guidato da Buzz Jinnah presso la Emory University di Atlanta, negli Stati Uniti, e ha sfruttato appieno il loro archivio di pazienti con distonia cervicale, in particolare con quei video. Il paziente presentava specificamente tremore alla testa e lei ha anche arruolato pazienti prospettici presso la sua università, sfruttando persino alcuni video di pazienti con distonia transcranica sottoposti a risonanza magnetica a ultrasuoni focalizzati, se non sbaglio, per i loro tremori alle mani. È stato anche in grado di confermare i risultati di queste analisi delle forme d'onda basate su video senza marcatori. Ha confermato che questi risultati erano in accordo con le misurazioni basate su sensori fisici, correlando i dati con un giroscopio posizionato sulla testa del paziente. Quindi, Dott. [00:05:00] BJ o Dott. Shin, potreste descrivere brevemente i vostri metodi in questo studio e, in definitiva, cosa avete fatto? Potreste dipingere un'immagine nella mente del nostro ascoltatore di come tutto questo ha funzionato? 

Dott. Jung Hwan Shin: Sì. Grazie mille per la domanda. È un piacere rivederti presto, Mitra. Mi sono sempre interessato all'analisi video dei movimenti nei disturbi del movimento, incluso il morbo di Parkinson, e in realtà i miei interessi di ricerca si concentrano su questa analisi video della bradicinesia, delle posture e dell'andatura in particolare, e mi concentro molto sull'analisi dell'andatura con video bidimensionali. Ma è piuttosto interessante il fatto che mi sia interessato a questa analisi video, che è iniziata durante il mio dottorato, quando ho svolto ricerche di base utilizzando modelli murini. Ai tempi del dottorato, avevo difficoltà a tracciare i topi che indossavano endoscopi.

Quindi c'erano [00:06:00] linee attaccate alla testa del topo e il metodo convenzionale confondeva quelle linee attaccate alla testa del topo, come l'endoscopia con la coda del topo. Quindi abbiamo dovuto elaborare un metodo diverso per analizzare la traiettoria del topo. E abbiamo scoperto che le tecniche di visione artificiale potevano consentire il tracciamento del topo senza marcatori attaccati al topo stesso. Quindi, durante il mio dottorato, ho usato molti di quegli algoritmi per tracciare la posizione del topo. E dopo essere tornato in clinica, ho scoperto che avevamo molti video. Abbiamo molti video di tremori, andatura, bradicinesia, quindi perché non applicare questo algoritmo ai pazienti? Ecco come è iniziato.

Ho condotto molti studi, anche su diverse fenomenologie del paziente, sotto la supervisione del professor Bj. E questo progetto è iniziato [00:07:00] dagli incontri di laboratorio in cui BJ ha condiviso le discussioni sui gruppi di tremori distonici da lui menzionati. Sebbene esista una definizione chiara di tremore e distonia, quando si tratta della fenomenologia effettiva dei pazienti potrebbero esserci molte divergenze, perché la percezione della ritmicità e della sinusoidalità è piuttosto soggettiva. Quindi, Bj ha suggerito il motivo per cui non misurare la sinusoidalità e la ritmicità con un algoritmo basato su video, perché riflette ciò che è un'analisi video. Okay. Ha detto che sarebbe stato molto utile. Quindi questo progetto è iniziato con un approccio basato su ipotesi, non sui dati. Quindi era molto chiaro misurare la sinusoidalità e la ritmicità, non l'intera caratteristica complessiva di questo tremore. Quindi penso che questo sia stato molto chiaro e abbia aperto la strada, rendendo lo studio [00:08:00] più fattibile ed efficiente in un certo senso. Ecco perché abbiamo misurato solo la punta del tremore cranico, perché se dovessimo analizzare le numerose caratteristiche complessive dei tremori cranici, potremmo dover usare un metodo tridimensionale, perché i tremori cranici si sviluppano in tre dimensioni. Ma il nostro obiettivo era misurare ritmicità e sinusoidalità. Quindi non abbiamo dovuto misurare tutte queste caratteristiche, ma dobbiamo ricavare la forma d'onda del paziente.

Solo tracciando la punta del naso dei tremori della testa abbiamo potuto analizzare quanto fossero ritmiche o sinusoidali le loro forme d'onda. E abbiamo dovuto sviluppare i nostri parametri per misurare la ritmicità e la sinusoidalità, che è stata una sorta di tentativo ed errore. E abbiamo trovato i parametri migliori che potessero [00:09:00] riflettere la ritmicità e la sinusoidalità, su cui molti dei nostri esperti di tremore e distonia concordano, come i coautori dei nostri articoli. Con questo studio volevamo verificare se i parametri di ritmicità e sinusoidalità che avevamo calcolato fossero corretti. Quindi li abbiamo convalidati con le nostre coorti interne utilizzando il giroscopio. Abbiamo visto che quei parametri corrispondevano e fin dall'inizio abbiamo utilizzato video ad alta frequenza, senza frame rate elevato, a 240 fotogrammi al secondo, perché volevamo assicurarci di non poter ottenere l'effetto di analisi, perché sapevamo di registrare il paziente con tremori a un frame rate basso. Quindi l'analisi ha portato a interpretare erroneamente le diverse frequenze del tremore effettivo. Abbiamo quindi utilizzato video a 240 fotogrammi al secondo, ma alla fine abbiamo scoperto che anche con i 30 fotogrammi al secondo, quando abbiamo ridotto il campionamento di quei video, si è comunque ottenuto un buon accordo con il giroscopio. Abbiamo quindi voluto testare questo algoritmo su numerosi video, non provenienti dal nostro centro, ma da tutto il mondo. E la Dystonia Coalition ha dato un grande supporto alla condivisione di questi video. Non solo sui pazienti con distonia cervicale, ma anche sui pazienti con tremore essenziale. Ed è così che abbiamo mostrato la distribuzione della ritmicità e della sinusoidalità nei pazienti con distonia cervicale e tremore essenziale. Quindi, in sostanza, il risultato principale di questo studio è che abbiamo mostrato la distribuzione di questi pazienti con distonia cervicale e tremore essenziale in termini di ritmicità e sinusoidalità, misurata oggettivamente dall'analisi video.

Dott.ssa Mitra Afshari: Capito. Quindi hai preso qualcosa che avevi [00:11:00] applicato ai tuoi modelli animali e lo hai sostanzialmente applicato agli esseri umani.

E sei riuscito a testare un'ipotesi semplice, confermandola davvero. Quindi è stato sicuramente un approccio creativo. E così sei arrivato ad alcuni dei risultati dell'articolo. Quindi immagino che tutti vogliano sapere se i tremori distonici nella distonia cervicale siano effettivamente meno ritmici e meno sinusoidali. E i tuoi risultati ti sono sembrati in linea con questa ipotesi?

Dott. Beomseok Jeon: Certo, sì. I movimenti della testa nella distonia cervicale sono peggiori, meno ritmici e meno sinusoidali in molti casi. Ecco perché alcune persone nel nostro gruppo non volevano usare il termine tremori distonici, perché i tremori dovrebbero essere ritmici e sinusoidali. Alcune persone nel nostro gruppo non erano d'accordo con il termine tremori distonici nella distonia cervicale [00:12:00], ma c'erano alcune persone che avevano movimenti nella distonia cervicale, che avevano distonia cervicale, che era piuttosto ritmica e piuttosto sinusoidale. Ha scelto nell'intervallo del tremore essenziale che era l'inizio del problema, che deve essere risolto in futuro.

Dott.ssa Mitra Afshari: Fantastico. E hai scoperto che l'ampiezza del tremore ha influenzato in modo specifico i tuoi risultati? Credo che sia stata una delle variabili che hai preso in considerazione in modo specifico. Potresti rivedere questi risultati con noi?

Dott. Jung Hwan Shin: Sì, certo. Era correlato all'ampiezza e abbiamo analizzato molti video, scoprendo che ci sono pazienti con un'ampiezza elevata. C'erano pazienti con un'ampiezza ridotta e abbiamo scoperto che gli indici di sinusoidalità e ritmicità erano correlati all'ampiezza del tremore.

[00:13:00] Se l'ampiezza del tremore era elevata, tendevano ad essere ritmici e sinusoidali. Ma nel gruppo con ampiezza inferiore, tendevano ad essere meno sinusoidali e meno ritmici. Il limite del nostro studio era che non potevamo misurare oggettivamente l'ampiezza del tremore perché utilizzavamo il video bidimensionale.

Quindi la distanza tra la testa e la telecamera era diversa da individuo a individuo. Se potessimo controllare la distanza, forse potremmo derivarne oggettivamente l'ampiezza. Ma in questo studio non ci siamo riusciti. Quindi abbiamo dimostrato indirettamente che l'ampiezza del tremore era correlata all'indice di ritmicità e sinusoidalità basato sulla scala tetra e che l'ampiezza ambigua del tremore derivava dal paziente. Ma questo è stato studiato in uno studio precedente, che ha coinvolto molti ricercatori, tra cui il Dott. Aasef, dimostrando che in effetti [00:14:00] il tremore è correlato alla sinusoidalità e alla ritmicità dei tremori.

Dott.ssa Mitra Afshari: Quindi, nonostante ci fossero alcune limitazioni nel modo in cui si ricavano quei dati, ciò che hai trovato sembrava in linea con studi precedenti per quanto riguarda l'ampiezza del tremore. Quindi c'è sicuramente qualcosa da dire. Un risultato interessante è stato che nella coorte dei pazienti con ET, mentre c'era una maggiore ritmicità nella sinusoidalità, il che era più indicativo di tremore essenziale, c'era una minore accuratezza tra la diagnosi basata su video e la diagnosi clinica effettiva. Quindi l'accuratezza diagnostica era di circa il 64% per l'ET rispetto a circa l'82% per il tremore cranico da distonia cervicale. Cosa ne pensi di questo risultato?

Dott. Beomseok Jeon: Ancora una volta, la distonia cervicale presenta movimenti della testa meno ritmici e meno sinusoidali [00:15:00], il che è molto chiaro e differenzia la distonia cervicale da altri disturbi del tremore. Tuttavia, alcuni pazienti con distonia presentavano movimenti piuttosto ritmici e sinusoidali, caratteristiche simili al tremore essenziale. Ecco perché, basandosi solo sulla ritmicità e sulla sinusoidalità, non è possibile differenziare in modo affidabile la distonia transesofagea dalla distonia cervicale.

Questo è il problema. Il problema è se i pazienti con distonia cervicale possano avere movimenti ritmici e sinusoidali della testa che possono essere definiti tremori.

Dott.ssa Mitra Afshari: Assolutamente. Ed è questa la sfida che ci riporta al motivo per cui vengono condotte queste indagini. Quindi, mettendo insieme tutto questo, qual è, secondo lei, il messaggio da trarre da questa indagine? Sembra che i tremori ET e distonia cervicale siano sicuramente tutti su uno spettro, giusto? Come riassumerebbe il messaggio da trarre dal suo studio di oggi?

Dott. Jung Hwan Shin: Bene. Quindi, come ha detto il Professor BJ, abbiamo riscontrato una variabilità nell'eterogeneità della distonia cervicale con tremori e anche all'interno dei pazienti con tremore essenziale. Credo che questo studio offra questa possibilità nel mondo reale, dove la fenomenologia clinica potrebbe essere misurata soggettivamente ed è piuttosto difficile raggiungere un accordo anche tra gli esperti. Quindi c'è stato un articolo piuttosto interessante di Elan Louis che, utilizzando i video di cinque pazienti, ha chiesto a sette esperti di MDS di diagnosticare se questo fosse tremore essenziale o distonia distonica a scatti. E [00:17:00] tutti gli esperti hanno diagnosticato quei pazienti all'interno di una fenomenologia diversa. Alcuni esperti hanno affermato che tutti quei pazienti erano affetti da distonia a scatti, altri hanno affermato che erano tutti pazienti con tremore essenziale. E altri esperti si sono posizionati a metà strada. Quindi, possiamo vedere che nel mondo reale sarebbe molto difficile.

Anche se avessimo la definizione di ogni fenomenologia, sarebbe molto difficile. Quindi penso che in questi termini l'uso di misure oggettive potrebbe fornire la chiave, il suggerimento per risolvere queste discussioni e controversie. Quindi penso che sarebbe molto difficile addentrarsi in una fenomenologia specifica basandosi solo sulla ritmicità e sulla sinusoidalità. Potremmo avere la misura oggettiva, ma con questa potremmo usare altri suggerimenti clinici come il trucco sensoriale o le posture, che insieme potrebbero rendere il tutto più [00:18:00] accettabile per una migliore descrizione della fenomenologia. Per me, credo che utilizzare le più recenti tecnologie digitali avanzate nella descrizione dei sintomi potrebbe essere molto utile in molti modi. Potremmo avere una distribuzione simile a quella mostrata nella nostra tabella dei risultati. E potremmo iniziare le discussioni da lì. Quindi questo è ciò che volevamo proporre al campo in termini di tremore. Una delle cose che abbiamo fatto, relativamente innovativa in questo studio, è stata la derivazione dell'indice di sinusoidalità. L'indice di ritmicità è stato studiato e nel corso degli anni sono stati sviluppati molti parametri, ma l'indice di sinusoidalità è stato proposto di recente in questo studio. Il motivo per cui siamo riusciti a farlo è stato l'utilizzo dell'analisi video. Siamo riusciti a ottenere la forma d'onda del tremore. Ed è per questo che [00:19:00] che siamo riusciti a ricavare l'indice di sinusoidalità, che rappresenta le due definizioni fondamentali di tremore. Dovrebbe essere ritmico e sinusoidale e, utilizzando la tecnologia digitale di recente sviluppo, penso che questo approccio possa essere applicato anche a molte altre fenomenologie e aspetti controversi dei disturbi del movimento.

Dott.ssa Mitra Afshari: Assolutamente. Credo che tu conosca queste analisi basate su video 2D, sebbene molto semplici, ma che siano davvero uno strumento molto potente da aggiungere alla tua cassetta degli attrezzi quando fai diagnosi, permettendoci di formulare diagnosi più accurate e sviluppare terapie più mirate ed efficaci. In questa ricerca, stavi considerando solo la punta del naso. Ma prima hai accennato al fatto che, guardando al futuro, potresti potenzialmente ricavare altre misure anche da quei video basati su 2D. È corretto? Altri movimenti o [00:20:00] assi che tu... Questo potrebbe offrire informazioni aggiuntive da fornire a una diagnosi. È qualcosa su cui il tuo gruppo sta lavorando in questo momento o che stai pensando di approfondire in futuro con il gruppo di studio sulla distonia.

Dott. Jung Hwan Shin: Certamente. Come abbiamo detto, ci siamo concentrati solo sulla punta del naso. Il motivo principale era che volevamo osservare la sinusoidalità e la ritmicità dei tremori della testa. Esistono molti altri modelli con analisi video che potrebbero modellare le caratteristiche tridimensionali della testa e utilizzarle per valutare, ad esempio, gli angoli di rotazione in termini di inclinazione e rotazione della testa. E così via. Esistono quindi molti metodi completi per analizzare i tremori distonici nella testa o persino nella mano. Siamo quindi molto interessati a portare avanti questo progetto, utilizzando questi approcci completi e speriamo di sviluppare algoritmi più sfumati e migliori in futuro per descrivere questa complessa fenomenologia.

Dott.ssa Mitra Afshari: Grazie mille Dott. Shin, Dott. BJ. È stata davvero un'eccellente discussione quella di oggi. Vogliamo ringraziare tutto il vostro team per aver lavorato a questo progetto, l'intero gruppo di studio sulla distonia per tutto il lavoro che avete svolto, e vogliamo ringraziarvi per aver trovato il tempo, nonostante i vostri impegni, per chiacchierare con noi. Sono certo che non sia facile spiegare i metodi di questa ricerca in questo forum, ma avete fatto entrambi un lavoro fantastico. Quindi vi ringrazio e alla prossima, arrivederci.

Dott. Beomseok Jeon: Ciao.

Dott. Jung Hwan Shin: Grazie. [00:22:00] [00:23:00]