اعتصام لموقف وسيرا على الأقدام من 120٪ الركبة الطول: مقاربة جديدة لتقييم الحيوي القوام تحكم المستقلة من الرصاص الأطراف الاصطناعية
Summary
Here, we present a novel protocol to measure positional stability at key events during the sit-to-stand-to-walk using the center-of-pressure to the whole-body-center-of-mass distance. This was derived from the force platform and three-dimensional motion-capture technology. The paradigm is reliable and can be utilized for the assessment of neurologically compromised individuals.
Abstract
الأفراد مع الحسية علم الأمراض على سبيل المثال، السكتة الدماغية يجدون صعوبة في تنفيذ المهمة المشتركة للارتفاع من الجلوس والبدء في المشي (الاعتصام لمسافة: موطني). وهكذا، في الفصل إعادة التأهيل السريري للاعتصام إلى موقف والمشية بدء – وصف الاعتصام إلى الوقوف والمشي (STSW) – هو معتاد. ومع ذلك، لم يتم بعد تحديد بروتوكول STSW موحد مع النهج التحليلي واضحة المعالم مناسبة لتقييم المرضية.
وبالتالي، يتم تعريف البروتوكول الموجه الهدف الذي هو مناسبة للأشخاص أصحاء والشبهة التي تتطلب المرحلة يرتفع إلى أن تبدأ من 120٪ ارتفاع الركبة مع وجود قاعدة واسعة من المستقلين بدعم من أطرافهم الرصاص. القبض على بصري ثلاثي الأبعاد (3D) مسارات حركة المجزأ، وقوة منصات لانتاج ثنائي الأبعاد (2D) مركز من الضغط (COP) مسارات تتبع تصريح من المسافة الأفقية بين الأطراف ووغالبا كامل الجسم الوسط كتلة (BCOM)، وانخفاض منها زيادةق الاستقرار الموضعية ولكن يقترح لتمثيل ضعف السيطرة على وضع الجسم الحيوية.
وأعرب عن المسافة BCOM-COP مع وبدون تطبيع لطول الساق المواضيع '. بينما مسافات COP-BCOM تختلف من خلال STSW، تطبيع البيانات في الأحداث الحركة الرئيسية للمقاعد وإيقاف الأولي اصبع القدم إيقاف (TO1) خلال الخطوات 1 و 2 لديهم منخفضة داخل وأمور تقلب الموضوع في 5 المحاكمات المتكررة التي يقوم بها 10 أشخاص أصحاء الشباب . وبالتالي، مقارنة المسافة COP-BCOM في الأحداث الرئيسية خلال أداء لنموذج STSW بين المرضى الذين يعانون من إصابة الخلايا العصبية الحركية العليا، أو غيرها من الجماعات المريض للخطر، والبيانات المعيارية في الأفراد الأصحاء الصغار هي منهجية جديدة لتقييم استقرار وضع الجسم الحيوية.
Introduction
الأمراض السريرية التي تؤثر على الأنظمة الحسية، على سبيل المثال الخلايا العصبية الحركية العليا (UMN) إصابة السكتة الدماغية التالية، يؤدي إلى ضعف الوظيفية بما في ذلك ضعف، فقدان الاستقرار الوضعي والتشنج، والتي يمكن أن تؤثر سلبا على الحركة. ويمكن استعادة متغير مع عدد كبير من الناجين من السكتات الدماغية فشلها في تحقيق الإنجازات الوظيفية من ذوي المكانة آمن أو المشي 1،2.
ممارسة منفصلة من المشي والجلوس إلى الوقوف على المهام التأهيلية المشتركة بعد UMN أمراض 3،4، لكن الحركات الانتقالية غالبا ما تهمل. اعتصام لمسافة (موطني) مهمة الوضعي-الحركي متتابعة دمج (STS) اعتصام للموقف، والشروع مشية (GI)، والمشي 5.
وقد لوحظ الفصل بين STS والجهاز الهضمي، وهذا انعكاس للتردد خلال STW في المرضى الذين يعانون من أمراض مزمنة 6 و السكتة الدماغية الشلل الرعاش 7، بالإضافة إلى unimpaire كبار السند البالغين 8، ولكن ليس في الأفراد الأصحاء الصغار 9. ويتم تنفيذ ذلك الاعتصام لموقف والمشي (STSW) عادة ضمن بيئة السريرية ويعرف من مرحلة وقفة من طول متغير عند الوقوف. ومع ذلك، لا توجد بروتوكولات نشرت حتى الآن تحديد ديناميات STSW في سياق مناسب لعدد المرضى.
عادة في الدراسات موطني ذروة كرسي الأولي هو 100٪ من مستوى الركبة (KH، من الأرض إلى الركبة بعد)، وقدم العرض وGI الرصاص أطرافهم هم اختاروها بأنفسهم، مقيدة الأسلحة عبر الصدر وسياق مهمة ذات مغزى من الناحية البيئية غالبا ما يكون غائبا 5-9. ومع ذلك، والمرضى الذين يجدون ترتفع من 100٪ KH تحديا 10، وكثيرا ما يتخذ موقفا القدم أوسع مقارنة مع الأفراد الأصحاء 11، والشروع في المشي مع المحطة المتضررة من 7، واستخدام أسلحتهم لتوليد زخم 7.
لبدء المشي، وتغيير الدولة في حركة كامل الجسم في الاغراض مطلوب الاتجاه eful 12. ويتحقق ذلك من خلال فصل كامل الجسم الوسط من الكتلة (BCOM: المتوسط المرجح لجميع قطاعات الهيئة تعتبر في الفضاء 13) من مركز من الضغط (COP: موقف قوة رد فعل الارض الناتجة (GRF) ناقلات 14). في المرحلة الاستباقية من معهد جوته، والخلفي النمطية السريعة والحركة الجانبية لمؤتمر الأطراف تجاه الطرف إلى أن تحولت يحدث وبالتالي توليد BCOM الزخم 12،15. وبالتالي فصل الأطراف وBCOM، مع المسافة الأفقية بينهما بعد أن تم اقتراح كإجراء التحكم الديناميكي الوضعي 16.
حساب المسافة COP-BCOM يتطلب قياس وقت واحد من مواقف الأطراف وBCOM. يظهر الحساب القياسي لمؤتمر الأطراف أدناه في المعادلة (1) 17:
tp_upload / 54323 / 54323eq2.jpg "/>
(1)
حيث تمثل M وقوة لحظات حول المحاور منصة القوة وGRF اتجاهي على التوالي. تمثل السفلية محاور. الأصل هو المسافة العمودية بين سطح الاتصال وأصل منصة القوة، ويعتبر أن يكون صفرا.
طريقة الحركية استخلاص موقف BCOM ينطوي على تتبع النزوح من علامات قطعي. وتمثيل المؤمنين من حركة الجسم جزء لا يمكن أن يتحقق من خلال استخدام علامات عنقودية على لوحات جامدة وضعها بعيدا عن معالم العظمية، والتقليل من الأنسجة الرخوة-قطعة أثرية (تقنية CAST 18). من أجل تحديد موقف BCOM، وتقدر الجماهير جزء الجسم الفردية، على أساس العمل جثي 19. يستخدم ثلاثي الأبعاد (3D) نظام حركة البرمجيات الاحتكارية لتنسيق المواقف من الداني ودمواقع قطاع istal إلى: 1) تحديد أطوال المجزأ، 2) ويقدر حسابيا الجماهير قطعي، و 3) بحساب مواقع COM قطعي. هذه النماذج ثم قادرة على توفير تقديرات الموقف BCOM 3D عند نقطة معينة من الزمن على أساس الجمع صافي المواقف بين قطعي (الشكل 1).
وبالتالي، فإن الغرض من هذه الورقة هو الأول لتقديم بروتوكول STSW موحدة صالحة بيئيا وتشمل ارتفاع من ارتفاع مقعد الارتفاع. ولقد ثبت سابقا أن STSW من 120٪ KH هو غير واضحة-الحيوي من 100٪ KH منع توليد أقل BCOM السرعات الرأسي وفي GRF خلال ارتفاع 20، وهذا يعني ارتفاع من 120٪ KH أسهل (وأكثر أمنا) للأفراد للخطر. ثانيا، لاستخلاص المسافات الأفقية-COP BCOM لتقييم تحكم الوضعي الحيوية خلال المراحل والتحولات الرئيسية باستخدام 3D اقتراح التقاط. هذا النهج الذي في الأفراد الأصحاء خلال STSW مستقلة من طرف لوإعلان 20، ويوفر إمكانية تقييم الانتعاش وظيفية. وأخيرا، يتم تقديم أولي البيانات STSW مجموعة ممثلة من الأفراد الأصحاء الصغار، ويتم تعريف التباين داخل وبين تخضع في المجموعة من أجل إبلاغ مقارنة مع الأفراد المرضية.
الشكل 1. 2D BCOM حساب للحصول على البساطة، ويستند المثال على حساب COM كامل الساق من كتلة 3 المرتبطة في 2 الأبعاد، حيث إحداثيات مواقع COM منها (س، ص)، والجماهير قطعي (م 1، م 2، م 3) معروفة. جماهير القطاع وموقع وظائف COM المجزأ، فيما يتعلق المختبر تنسيق نظام (LCS، الأصل: 0، 0)، ويقدر من قبل البرمجيات الاحتكارية الحركة نظام التحليل باستخدام تخضع كتلة الجسم وبيانات القياسات البشرية نشرت (انظر النص الرئيسي). س لالثانية ذ موقف COM الساق، في هذا المثال من كتلة 3-ربط، ثم يتم اشتقاق باستخدام الصيغ هو موضح. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
Protocol
Representative Results
Discussion
بروتوكول الجلوس إلى الوقوف والمشي (STSW) المعرفة هنا يمكن استخدامها لاختبار السيطرة الوضعي ديناميكية خلال الحركة الانتقالية المعقدة في الأفراد الأصحاء أو مجموعات المرضى. ويتضمن البروتوكول القيود التي تم تصميمها للسماح الموضوعات مع علم الأمراض على المشاركة، وإدراج إ…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
فإن الكتاب أود أن أشكر توني كريستوفر، ليندسي البردقوش في كينجز كوليدج في لندن وبيل أندرسون في جامعة لندن ساوث بانك للحصول على الدعم العملي. شكرا لك أيضا إلى إليانور جونز في كينجز كوليدج في لندن لمساعدتها في جمع البيانات لهذا المشروع.
Materials
| Motion Tracking Cameras | Qualysis (Qualysis AB Gothenburg, Sweden) | Oqus 300+ | n=8 |
| Qualysis Track Manager (QTM) | Qualysis (Qualysis AB Gothenburg, Sweden) | QTM 2.9 Build No: 1697 | Proprietary tracking software |
| Force Platform Amplifier | Kistler Instruments, Hook, UK | 5233A | n=4 |
| Force Platform | Kistler Instruments, Hook, UK | 9281E | n=4 |
| AD Converter | Qualysis (Qualysis AB Gothenburg, Sweden) | 230599 | |
| Light-Weight Wooden Walkway Section | Kistler Instruments, Hook, UK | Type 9401B01 | n=2 |
| Light-Weight Wooden Walkway Section | Kistler Instruments, Hook, UK | Type 9401B02 | n=4 |
| 4 Point "L-Shaped" Calibration Frame | Qualysis (Qualysis AB Gothenburg, Sweden) | ||
| "T-Shaped" Wand | Qualysis (Qualysis AB Gothenburg, Sweden) | ||
| 12mm Diameter Passive Retro reflective Marker | Qualysis (Qualysis AB Gothenburg, Sweden) | Cat No: 160181 | Flat Base |
| Double Adhesive Tape | Qualysis (Qualysis AB Gothenburg, Sweden) | Cat No: 160188 | For fixing markers to skin |
| Height-Adjustable Stool | Ikea, Sweden | Svenerik | Height 43-58cmwith ~10cm customized height extension option at each leg |
| Circular (Disc) Pressure Floor Pad | Arun Electronics Ltd, Sussex, UK | PM10 | 305mm Diameter, 3mm thickness, 2 wire |
| Lower Limb Tracking Marker Clusters | Qualysis (Qualysis AB Gothenburg, Sweden) | Cat No: 160145 | 2 Marker clusters, lower body with 8 markers (n=2) |
| Upper Limb Tracking Marker Clusters | Qualysis (Qualysis AB Gothenburg, Sweden) | Cat No: 160146 | 2 Marker clusters, lower body with 6 markers (n=2) |
| Self-Securing Bandage | Fabrifoam, PA, USA | 3'' x 5' | |
| Cycling Skull Cap | Dhb | Windslam | |
| Digital Column Scale | Seca | 763 Digital Medical Scale w/ Stadiometer | |
| Measuring Caliper | Grip-On | Grip Jumbo Aluminum Caliper – Model no. 59070 | 24in. Jaw |
| Extendable Arm Goniometer | Lafayette Instrument | Model 01135 | Gollehon |
| Light Switch | Custom made | ||
| Visual3D Biomechanics Analysis Software | C-Motion Inc., Germantown, MD, USA | Version 4.87 |
References
- Duncan, P. W., Goldstein, L. B., Matchar, D., Divine, G. W., Feussner, J. Measurement of motor recovery after stroke. Outcome assessment and sample size requirements. Stroke. 23 (8), 1084-1089 (1992).
- Smith, M. T., Baer, G. D. Achievement of simple mobility milestones after stroke. Arch Phys Med Rehabil. 80 (4), 442-447 (1999).
- Langhorne, P., Bernhardt, J., Kwakkel, G. Stroke rehabilitation. Lancet. 377 (9778), 1693-1702 (2011).
- Veerbeek, J. M., et al. What is the evidence for physical therapy poststroke? A systematic review and meta-analysis. PLoS One. 9 (2), e87987 (2014).
- Magnan, A., McFadyen, B., St-Vincent, G. Modification of the sit-to-stand task with the addition of gait initiation. Gait Posture. 4 (3), 232-241 (1996).
- Buckley, T. A., Pitsikoulis, C., Hass, C. J. Dynamic postural stability during sit-to-walk transitions in Parkinson disease patients. Mov Disord. 23 (9), 1274-1280 (2008).
- Frykberg, G. E., Aberg, A. C., Halvorsen, K., Borg, J., Hirschfeld, H. Temporal coordination of the sit-to-walk task in subjects with stroke and in controls. Arch Phys Med Rehabil. 90 (6), 1009-1017 (2009).
- Dehail, P., et al. Kinematic and electromyographic analysis of rising from a chair during a "Sit-to-Walk" task in elderly subjects: role of strength. Clin Biomech (Bristol, Avon). 22 (10), 1096-1103 (2007).
- Buckley, T., Pitsikoulis, C., Barthelemy, E., Hass, C. J. Age impairs sit-to-walk motor performance. J Biomech. 42 (14), 2318-2322 (2009).
- Roy, G., et al. The effect of foot position and chair height on the asymmetry of vertical forces during sit-to-stand and stand-to-sit tasks in individuals with hemiparesis. Clin Biomech (Bristol, Avon). 21 (6), 585-593 (2006).
- Kubinski, S. N., McQueen, C. A., Sittloh, K. A., Dean, J. C. Walking with wider steps increases stance phase gluteus medius activity. Gait Posture. 41 (1), 130-135 (2015).
- Jian, Y., Winter, D. A., Ishac, M. G., Gilchrist, L. Trajectory of the body COG and COP during initiation and termination of gait. Gait Posture. 1 (1), 9-22 (1993).
- Winter, D. A. Human balance and posture control during standing and walking. Gait Posture. 3 (4), 193-214 (1995).
- Cavanagh, P. R. A technique for averaging center of pressure paths from a force platform. J Biomech. 11 (10-12), 487-491 (1978).
- Halliday, S. E., Winter, D. A., Frank, J. S., Patla, A. E., Prince, F. The initiation of gait in young, elderly, and Parkinson’s disease subjects. Gait Posture. 8 (1), 8-14 (1998).
- Hass, C. J., Waddell, D. E., Fleming, R. P., Juncos, J. L., Gregor, R. J. Gait initiation and dynamic balance control in Parkinson’s disease. Arch Phys Med Rehabil. 86 (11), 2172-2176 (2005).
- Winter, D. A., Patla, A. E., Ishac, M., Gage, W. H. Motor mechanisms of balance during quiet standing. J Electromyogr Kinesiol. 13 (1), 49-56 (2003).
- Cappozzo, A., Catani, F., Croce, U. D., Leardini, A. Position and orientation in space of bones during movement: anatomical frame definition and determination. Clin Biomech (Bristol, Avon). 10 (4), 171-178 (1995).
- Dempster, W. T., Gabel, W. C., Felts, W. J. The anthropometry of the manual work space for the seated subject. Am J Phys Anthropol. 17 (4), 289-317 (1959).
- Jones, G. D., James, D. C., Thacker, M., Jones, E. J., Green, D. A. Sit-to-Walk and Sit-to-Stand-and-Walk Task Dynamics are Maintained During Rising at an Elevated Seat-Height Independent of Lead-Limb in Healthy Individuals. Gait Posture. 48, 226-229 (2016).
- Qualysis AB. . Qualysis Track Manager User Manual. , (2011).
- Hoffman, M., Schrader, J., Applegate, T., Koceja, D. Unilateral postural control of the functionally dominant and nondominant extremities of healthy subjects. J Athl Train. 33 (4), 319-322 (1998).
- Ren, L., Jones, R. K., Howard, D. Whole body inverse dynamics over a complete gait cycle based only on measured kinematics. J Biomech. 41 (12), 2750-2759 (2008).
- C-Motion Wiki Documentation. . Tutorial: Building a Model. , (2013).
- Kainz, H., Carty, C. P., Modenese, L., Boyd, R. N., Lloyd, D. G. Estimation of the hip joint centre in human motion analysis: a systematic review. Clin Biomech (Bristol, Avon). 30 (4), 319-329 (2015).
- Harrington, M. E., Zavatsky, A. B., Lawson, S. E., Yuan, Z., Theologis, T. N. Prediction of the hip joint centre in adults, children, and patients with cerebral palsy based on magnetic resonance imaging. J Biomech. 40 (3), 595-602 (2007).
- C-Motion Wiki Documentation. . Coda Pelvis. , (2015).
- Bell, A. L., Brand, R. A., Pedersen, D. R. Prediction of hip joint centre location from external landmarks. Human movement science. 8 (1), 3-16 (1989).
- Eames, M. H. A., Cosgrove, A., Baker, R. Comparing methods of estimating the total body centre of mass in three-dimensions in normal and pathological gaits. Human movement science. 18 (5), 637-646 (1999).
- C-Motion Wiki Documentation. . Force Structures. , (2015).
- Martin, M., et al. Gait initiation in community-dwelling adults with Parkinson disease: comparison with older and younger adults without the disease. Phys Ther. 82 (6), 566-577 (2002).
- Bland, J. M., Altman, D. G. Measurement error. BMJ. 313 (7059), (1996).
- Hof, A. L. Scaling gait data to body size. Gait Posture. 4 (3), 222-223 (1996).
- Holden, J. P., Selbie, W. S., Stanhope, S. J. A proposed test to support the clinical movement analysis laboratory accreditation process. Gait Posture. 17 (3), 205-213 (2003).
- Baker, R. Gait analysis methods in rehabilitation. J Neuroeng Rehabil. 3, (2006).
- Gregory, C. M., Embry, A., Perry, L., Bowden, M. G. Quantifying human movement across the continuum of care: From lab to clinic to community. J Neurosci Methods. 231, 18-21 (2014).
- Pai, Y. C., Rogers, M. W. Segmental contributions to total body momentum in sit-to-stand. Medicine and Science in Sports and Exercise. 23 (2), 225-230 (1991).
- Hughes, M. A., Weiner, D. K., Schenkman, M. L., Long, R. M., Studenski, S. A. Chair rise strategies in the elderly. Clin Biomech (Bristol, Avon). 9 (3), 187-192 (1994).
- Medeiros, D. L., Conceição, J. S., Graciosa, M. D., Koch, D. B., Santos, M. J., Ries, L. G. The influence of seat heights and foot placement positions on postural control in children with cerebral palsy during a sit-to-stand task. Res Dev Disabil. 43-44, 1-10 (2015).
- Breniere, Y., Do, M. C. When and how does steady state gait movement induced from upright posture begin?. J Biomech. 19 (12), 1035-1040 (1986).
- Weerdesteyn, V., de Niet, M., van Duijnhoven, H. J., Geurts, A. C. Falls in individuals with stroke. J Rehabil Res Dev. 45 (8), 1195-1213 (2008).
