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Einleitung: Die empirische Evidenz über sekundäre Langzeitfolgen der Juvenilen idiopathischen Arthritis (JIA) bezüglich funktioneller Beeinträchtigungen und Gangveränderungen ist gering. Markerbasierte, instrumentelle 3D-Ganganalysen (IGA) zeigen Veränderungen im Gangbild mit verringertem Bewegungsumfang an Hüfte, Knie und Sprunggelenk und vermehrter Flexion [1], [2], [3]. Die IGA ist aufwändig, erfordert umfangreiche Ausrüstung, speziell eingerichtete Untersuchungsräume, und wird daher selten eingesetzt. Dies ist die erste Studie zur Untersuchung von Veränderungen des Gangbildes bei JIA mit einer videobasierten, markerlosen 2D-Ganganalyse auf Basis von Transferlernen mit tiefen neuronalen Netzen.

Methoden: Zunächst wurde ein auf Mask R-CNN [4] basierender Detektor verwendet, um für jedes aus den Videos extrahierte Bild der sagittalen Ebene eine Bounding Box um den menschlichen Körper zu erstellen. Im nächsten Schritt wurde ein TCFormer-Modell [5] eingesetzt, um die Position vordefinierter anatomischer Landmarken für den im vorherigen Schritt erkannten menschlichen Körper zu identifizieren. TCFormer ist ein modernes tiefes neuronales Netzwerk, das darauf trainiert ist, die Wahrscheinlichkeit vorherzusagen, dass sich eine anatomische Landmarke an einem gegebenen Pixel innerhalb der erkannten Bounding Box befindet. Auf Grundlage der erkannten Positionen und der dadurch definierten Segmentausrichtung wurde ein einfaches kinematisches Modell verwendet, um die Gelenkwinkel im Zeitverlauf zu bestimmen. Gangvideos von Kindern und Jugendlichen wurden in der Sagittalebene mit einer AXIS-P1375-Netzwerkkamera (1920x1080 Pixel, 50 Frames/Sekunde) gefilmt. Es erfolgte eine automatisierte Schätzung der Marker und Gelenkwinkel von vorher ungesehenen Videos.

Ergebnisse: Videos, unmarkiert, von 19 Kindern und Jugendlichen (10 mit JIA, mittleres Alter 11,6 Jahre (Bereich 7,5–16,1; 10% systemische, 50% polyartikuläre, 40% oligoartikuläre JIA); 9 Gesunde, 10,7 Jahre (2,8–17,3)) wurden bisher ausgewertet. Dabei zeigte sich eine verminderte Gelenkbeweglichkeit im Hüftgelenk, eine vermehrte Knieflexion in der späten Standphase und eine vermehrte Plantarflexion im Sprunggelenk am Ende der Standphase, vergleichbar mit Daten zur IGA aus der Literatur [1], [2], [3].

Schlussfolgerung: Die von uns verwendete Methode ist einfach, die Videos lassen sich mit handelsüblichen Geräten ohne Vorbereitung aufzeichnen, und durch die Darstellung der einzelnen Marker bleibt die Berechnung der Gelenkwinkel nachvollziehbar. Unser Ansatz einer markerlosen, robusten, kostengünstigen und anpassungsfähigen Ganganalyse-Methode für Kinder und Jugendliche kann dazu beitragen, Bewegungsveränderungen besser zu verstehen, unser Wissen über funktionelle Ganganomalien bei JIA zu erweitern und das Outcome zu verbessern.