Sit-to-stand-et-pied de 120% du genou Taille: Une nouvelle approche pour évaluer Dynamic posturale Indépendante de plomb-branche
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
Les personnes atteintes de la pathologie sensori par exemple, accident vasculaire cérébral ont de la difficulté d' exécuter la tâche commune de la hausse de la position assise et d' initier la démarche (assis à pied: STW). Ainsi, dans la séparation de réadaptation clinique de sit-to-stand et la démarche d'initiation – appelé sit-to-stand-et-pied (STSW) – est d'habitude. Cependant, un protocole de STSW standardisé avec une approche analytique clairement définie appropriée pour l'évaluation pathologique n'a pas encore été défini.
Par conséquent, un protocole de but orienté est défini qui est adapté pour les personnes en bonne santé et compromis en exigeant la phase ascendante à l'initiative de la hauteur du genou de 120% avec une large base de soutien indépendant du membre principal. capture optique en trois dimensions (3D) des trajectoires de mouvement segmentaires, et de la force des plates-formes pour donner à deux dimensions (2D) de centre de pression (COP) trajectoires suivi des permis de la distance horizontale entre la CdP et de l'ensemble du corps-centre-of masse (BCOM), la diminution de ce qui augmentes stabilité de position, mais il est proposé de représenter le contrôle postural dynamique pauvres.
la distance BCOM-COP est exprimé avec et sans la normalisation à la longueur de la jambe de sujets. Alors que les distances de la CdP-BCOM varient par STSW, des données normalisées sur les événements de mouvement clés du siège-off et toe-off initial (TO1) pendant les étapes 1 et 2 ont une faible intra et inter sujet variabilité des 5 essais répétés effectués par 10 jeunes individus en bonne santé . Ainsi, en comparant la distance de la CdP-BCOM à des événements clés pendant l'exécution d'un paradigme STSW entre les patients ayant une lésion supérieure du neurone moteur, ou d'autres groupes de patients compromis, et les données normatives chez les jeunes personnes en bonne santé est une nouvelle méthodologie pour l'évaluation de la stabilité posturale dynamique.
Introduction
pathologies cliniques affectant les systèmes sensori, par exemple neurone moteur supérieur (UMN) blessures suite d'un AVC, conduisent à des troubles fonctionnels, y compris la faiblesse, la perte de la stabilité et de la spasticité postural, qui peuvent affecter négativement la locomotion. La récupération peut être variable avec un nombre important de survivants d' un AVC à défaut d'atteindre les jalons fonctionnels debout ou marcher 1,2 coffre – fort.
La pratique discrète de la marche et assis-debout sont des tâches de réadaptation communes après UMN pathologie 3,4, mais les mouvements de transition sont souvent négligés. Asseyez-à-pied (STW) est une tâche posturale-locomotrice séquentielle intégrant sit-debout (STS), une démarche d' initiation (GI), et de la marche 5.
Séparation des STS et GI, reflet d'hésitation pendant STW a été observé chez les patients avec une maladie chronique 6 et la course de Parkinson 7, en plus de unimpaire anciend 8 adultes, mais pas chez les individus jeunes en bonne santé 9. Par conséquent assis-debout-et-pied (STSW) est couramment mis en œuvre dans l'environnement clinique et est défini par une phase de pause de longueur variable en position debout. Cependant, il n'y a pas de protocoles publiés à ce jour définissant la dynamique STSW dans un contexte approprié pour les populations de patients.
Habituellement, dans les études STW la hauteur de la chaise initiale est de 100% de la hauteur du genou (KH; sol au genou à distance), les pieds de largeur et GI plomb membre sont auto-sélectionnés, les bras sont limités sur la poitrine et un contexte de tâche écologique significative est souvent absent 5-9. Cependant, les patients trouver passant de 100% KH difficile 10 et adopter souvent une position de pied plus large par rapport aux individus en bonne santé 11, initier la démarche avec leur jambe affectée 7, et d' utiliser leurs bras pour générer l' élan 7.
Pour initier la démarche, un changement d'état dans le mouvement du corps entier dans un purpos direction eful est nécessaire 12. Ceci est réalisé en découplant l'ensemble du corps du centre de masse (BCOM: la moyenne pondérée de tous les segments du corps considérés dans l' espace 13) du centre-de-pression (COP: la position de la force de réaction du sol résultant (GRF) vecteur 14). Dans la phase anticipatoire de GI, postérieure stéréotypée rapide et le mouvement latéral de la Conférence des Parties vers la branche à pivoter se produit générant ainsi BCOM dynamique 12,15. La Conférence des Parties et BCOM sont ainsi séparées, avec la distance horizontale entre eux ayant été proposé comme une mesure de contrôle postural dynamique 16.
Le calcul de la distance de la CdP-BCOM nécessite une mesure simultanée des positions de la CdP et BCOM. Le calcul standard de la COP est illustré ci – dessous dans l' équation (1) 17:
tp_upload / 54323 / 54323eq2.jpg "/>
(1)
Lorsque M et de la Force représentent des moments autour des axes de la plate-forme de force et la GRF directionnelle respectivement. Les indices représentent les axes. L'origine est la distance verticale entre la surface de contact et l'origine de la plate-forme de force, et est considéré comme nul.
La méthode cinématique de dériver la position de BCOM implique le suivi du déplacement des marqueurs segmentaires. Une représentation fidèle du mouvement corps-segment peut être réalisé en utilisant des marqueurs groupés sur des plaques rigides placés loin des repères osseux, minimisant tissu-artefact douce (technique de CAST 18). Afin de déterminer la position de BCOM, individuels masses de segments du corps sont estimées, sur la base de travaux cadavérique 19. Trois dimensions (3D) du système de mouvement logiciel propriétaire utilise les positions de proximale et d coordonnéesistal segments endroits à: 1) déterminer les longueurs segmentaires, 2) estiment arithmétiquement masses segmentaires, et 3) calculer les emplacements COM segmentaires. Ces modèles sont alors en mesure de fournir des estimations de position de BCOM 3D à un point donné dans le temps en fonction de la somme nette des positions inter-segmentaires (Figure 1).
Ainsi, le but de cet article est d'abord de présenter un protocole de STSW standardisé qui est écologiquement valable et comprend levant d'un siège-hauteur élevée. Il a été montré précédemment que STSW de 120% KH est biomécaniquement indistincte de 100% KH génération de limitation des vitesses verticales inférieures BCOM et GRF pendant la hausse de 20, ce qui signifie la hausse de 120% KH est plus facile (et plus sûr) pour les individus compromis. Deuxièmement, pour obtenir des distances horizontales COP-BCOM pour évaluer le contrôle postural dynamique au cours des étapes et des transitions clés à l'aide de capture de mouvement 3D. Cette approche, qui chez les individus en bonne santé au cours de STSW est indépendant du membre-lead 20, offre la perspective de l' évaluation de la récupération fonctionnelle. Enfin, les données préliminaires de STSW ensemble représentatif de jeunes personnes en bonne santé est présenté, et la variabilité intra et inter-sujet dans le groupe est défini afin d'informer la comparaison avec des individus pathologiques.
Figure 1. calcul de BCOM 2D. Pour plus de simplicité, l'exemple est basé sur le calcul de l' ensemble de la jambe COM à partir d' une masse de 3 liée en 2 dimensions, où les coordonnées des positions COM respective (x, y), et segmentaires masses (m 1, m 2, m 3) sont connus. masses sectorielles et l'emplacement des positions COM segmentaires, par rapport au laboratoire système de coordonnées (LCS; origine: 0, 0), sont estimés par le logiciel propriétaire motion système d'analyse en utilisant la masse corporelle sujet et des données anthropométriques publiées (voir texte principal). X ae position COM jambe y, dans cet exemple de la masse 3 liée, est ensuite dérivé en utilisant les formules indiquées. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Protocol
Representative Results
Discussion
Le protocole sit-to-stand-et-pied (STSW) définie ici peut être utilisé pour tester le contrôle postural dynamique lors d'un mouvement complexe de transition chez des individus sains ou des groupes de patients. Le protocole comprend des contraintes qui sont conçus pour permettre à des sujets présentant une pathologie à participer, et l'inclusion de éteindre la lumière signifie qu'il est écologiquement valable et objectif orienté. Comme il a été montré précédemment que le plomb-branche et la h…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs tiennent à remercier Tony Christopher, Lindsey marjolaine au King College de Londres et Bill Anderson à London South Bank University pour leur soutien pratique. Merci également à Eleanor Jones au King College de Londres pour son aide dans la collecte des données pour ce projet.
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).
