Video-based quantification of leg agility in Parkinson’s disease and its relationship to upper extremity motor impairments

摘要 运动迟缓是帕金森病（Parkinson’s disease, PD）的标志性体征。当前的临床评估易受评估者间差异影响，且仅能提供单一的分级严重程度评分。在此，我们提出一种基于计算机视觉的框架，用于从腿部灵活性测试的视频记录中量化不同的运动特征，包括运动迟缓（bradykinesia）、幅度减小（运动功能减退，hypokinesia）、进行性递减（序列效应，sequence effect）以及不规则性（犹豫-停顿，hesitation-halts）。我们利用个性化帕金森项目中443名参与者的3097段视频记录的大规模数据集验证了该方法。结果表明，反映运动迟缓、运动功能减退及犹豫-停顿的特征在不同临床严重程度评级间存在显著差异，而序列效应特征则未显示出一致的差异。此外，采用主成分分析结合方差最大旋转（varimax rotation）的数据驱动分析揭示，可能需要两个额外的特征维度（即超出传统四个领域之外）才能全面表征腿部灵活性测试期间的运动异常。我们还探讨了手指敲击（远端上肢任务）与腿部灵活性（近端下肢任务）之间的关系。分析显示，上下肢任务为帕金森病运动障碍提供了差异性的见解，且最轻与最严重受累侧之间的不对称性在上肢中更为显著。本研究凸显了基于视频的评估在客观表征帕金森病运动障碍方面的能力，并有望支持临床评估及居家远程监测。未来工作将探讨对药物治疗的反应性及纵向疾病进展。