Evaluating balance, stability and gait symmetry of stroke patients using kinematic and dynamic gait lab data

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica

Stroke is the most common brain disorder and in United States of America, every 40 seconds, someone has a stroke. One of the major consequence of stroke is the loss of the walking function. The gait of post-stroke individual is inefficient and is characterized by asymmetry, instability and loss of balance. In the present work, gait kinematic and dynamic features were extracted using Matlab and symmetry indexes were computed for healthy subjects and stroke patients. Spearman's and Pearson's Correlations were applied to understand the relations between the data extracted and computed, the conventional clinical scales to assess the degree of impairment of stroke patients and the ReHabX Score. The results obtained show that stroke patients tend to spare the affected limb and the joints' angles of the affected limb are entirely different from the non-affected. With the increase of the degree of a patient's impairment the spatio-temporal gait features tend to behave in contrast to what is considered a normal behavior and the symmetry indexes values diverge more from the value that indicates perfect symmetry. The best symmetry indexes to calculate the degree of symmetry are the Ratio I and the Limp Index and the best gait features to use in the calculation of the Ratio I index are the swing and stance times and the SW/ST. The gait features of the nonaffected limb correlate better with the other gait features, the symmetry indexes, the conventional clinical scales and the ReHabX Score. Furthermore, it was concluded that symmetry, balance and stability are gait parameters closely related and the ReHabX Score is a more suitable medical method to evaluate balance, stability and gait symmetry.

O Acidente Vascular Cerebral (AVC) é a doença cerebral mais comum, sendo que a cada 40 segundos alguém, nos Estados Unidos da América, têm um AVC. Uma das principais consequências do AVC é a perda da função de caminhar. O caminhar de um indivíduo que sofreu um AVC é ineficiente, caracterizado por assimetria, instabilidade e perda de equilíbrio. No presente trabalho, as caraterísticas cinemáticas e dinâmicas da marcha de indivíduos saudáveis e de indivíduos que sofreram um AVC foram extraídas recorrendo ao software Matlab e os índices de simetria foram calculados. As correlações de Spearman e Pearson foram aplicadas para entender as relações entre os dados extraídos e calculados, as escalas clínicas usadas para avaliar o grau de incapacidade dos pacientes e o ReHabX Score. Os resultados obtidos mostram que os pacientes que sofreram um AVC tendem a poupar o membro afetado e os movimentos das articulações do membro afetado são bastante diferentes do não-afetado. Com o aumento do grau de incapacidade dos pacientes as características espácio-temporais da marcha tendem a comportar-se em contraste com o que é considerado um comportamento normal e os valores dos índices de simetria divergem mais do valor que indica uma perfeita simetria. Os melhores índices de simetria para calcular o grau de simetria são o Ratio I e o Limp Index e as melhores características da marcha para usar no cálculo do Ratio I são o swing time, o stance time e o SW/ST. As características da marcha do membro não-afetado correlacionam-se melhor com as outras características da marcha, os índices de simetria, as escalas clínicas convencionais e com o ReHabX Score. Além disso, concluiu-se que a simetria, equilíbrio e estabilidade são parâmetros da marcha intimamente relacionados e o ReHabX Score é o método médico mais adequado para avaliar a estabilidade, o equilíbrio e a simetria da marcha.