Identificação e caracterização de perfis de marcha em indivíduos com osteoartrose do joelho – uma abordagem com Inteligência Artificial e análise de movimento 3D

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Data
2021
Autores
Gonzalez, Felipe Fernandes [UNIFESP]
Orientadores
Luzo, Marcus Vinicius Malheiros [UNIFESP]
Tipo
Dissertação de mestrado
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Resumo
Objectives: To identify different gait profiles in patients with advanced knee osteoarthritis and verify differences in clinical and radiographic characteristics of the profiles found. Methods: 42 individuals were selected from the total knee arthroplasty waiting list. The volunteers had data collected from the 3D kinematics of the knee during gait using an 8-camera optoelectronic system. Principal component analysis, self-organizing maps and k-means technique were used to identify gait profiles. The Kruskal-Wallis test was used for comparison between groups and the Tukey test for multiple comparison. The data collected from knee strength, knee range of motion, tibial slope, femorotibial angle, radiographic severity, anthropometric measurements and self-reported measures of functionality were compared between groups using the Kruskal-Wallis test (continuous and ordinal variables) and Fisher (nominal variables). Dunn's test with Sidák adjustment was used for multiple comparisons. The level of significance was set at 5%. The results were also presented in common language effect size. Results: Four different gait profiles were found. Profile 1 (n = 6, 14%) showed a gait pattern with increased knee adduction in the coronal plane and increased maximum and minimum knee flexion in the sagittal plane (p <0.01). From a clinical perspective, profile 1 presented gait in knee flexion and varus, without passive extension restriction and with increased tibial slope. Profile 2 presented a gait pattern with excessive maximum and minimum knee external rotation (n = 11, 26%; p <0.001). Clinically, a gait in external rotation of the knee, with no differences regarding clinical functionality and radiographic severity. Profile 3 (n = 17, 40%) showed a decreased knee range of motion in the sagittal plane (p <0.001). This profile can be clinically characterized, as a stiff gait in extension and with less strength of the quadriceps. Profile 4 (n = 8, 19%) showed an excessive range of motion in the coronal plane and decreased range of motion in the transverse plane (p <0.05). From a clinical point of view, a gait with varus thrust and with alteration of the screw-home mechanism, with higher levels of pain and higher BMI. Among the clinical and radiographic characteristics, only the BMI was statistically different between the profiles (p: 0.01). Conclusions: We identified four distinct gait profiles in a homogeneous population from the point of view of radiographic severity and prognosis, that were not associated with most of the clinical and radiographic characteristics commonly measured in clinical practice. 3D biomechanical assessment of gait and stratification of samples into gait profiles could be important in research involving advanced knee osteoarthritis.
Objetivos: Identificar perfis de marcha distintos em pacientes com osteoartrose do joelho avançada e verificar diferenças em características clínicas e radiográficas dos perfis encontrados. Métodos: Foram selecionados 42 indivíduos listados para artroplastia total do joelho. Os voluntários tiveram dados cinemáticos 3D do joelho coletados durante a marcha por meio de um sistema optoeletrônico de 8 câmeras. Foi utilizada análise de componentes principais, mapas auto-organizáveis e técnica de k-means para identificação dos perfis de marcha. O teste de Kruskal-Wallis foi utilizado para comparação entre os grupos e o teste de Tukey para comparação múltipla. Os dados coletados de força do joelho, arco de movimento do joelho, slope tibial, ângulo femorotibial, gravidade radiográfica, IMC e medidas de funcionalidade auto-referidas foram comparadas entre os grupos utilizando o teste de Kruskal-Wallis (variáveis contínuas e ordinais) e de Fisher (variáveis nominais). Para as comparações múltiplas foi utilizado o teste de Dunn com ajuste de Sidák. O nível de significância estabelecido foi de 5%. Os resultados também foram apresentados em tamanho de efeito em linguagem comum. Resultados: Foram encontrados 4 perfis distintos de marcha. Perfil 1 (n = 6, 14%) apresentou padrão de marcha com aumento da adução do joelho no plano coronal e aumento da flexão máxima e mínima do joelho no plano sagital (p <0,01). Do ponto de vista clínico, o perfil 1 apresentou marcha em flexo e alinhamento em varo, sem restrição passiva de extensão e com aumento do slope tibial. O perfil 2 apresentou padrão de marcha com rotação externa máxima e mínima excessiva do joelho (n = 11, 26%; p <0,001). Clinicamente, uma marcha em rotação externa do joelho, sem diferenças quanto à funcionalidade clínica e gravidade radiográfica. O perfil 3 (n = 17, 40%) apresentou arco de movimento do joelho diminuído no plano sagital (p <0,001). Pode ser caracterizado clinicamente como marcha rígida em extensão e com menor força no quadríceps. O perfil 4 (n = 8, 19%) apresentou arco de movimento excessivo no plano coronal e arco de movimento diminuído no plano transverso (p <0,05). Do ponto de vista clínico, uma marcha com flambagem em varo e com alteração do mecanismo de screw-home, com maiores níveis de dor e maior IMC. Dentre as características clínicas e radiográficas, apenas o IMC foi estatisticamente diferente entre os perfis (p: 0,01). Conclusões: Foi possível identificar em uma população homogênea do ponto de vista de gravidade radiográfica e de prognóstico, 4 perfis de marcha distintos que não estavam associados a maior parte das características clínicas e radiográficas comumente medidas na prática clínica. A avaliação biomecânica 3D da marcha e estratificação das amostras em perfis de marcha pode ser importante nas pesquisas envolvendo OAJ avançada.
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