Кинематический анализ с использованием 3D движение захвата питьевой задачи в людях с и без верхней конечности расстройства
Summary
Этот протокол описывает объективный метод оценки производительности движения и сенсомоторной функции верхней конечности, применительно к лицам с инсультом и здорового контроля. Стандартизированный тест процедуру, кинематический анализ и результаты переменных для захвата трехмерного движения питьевой задачи предоставляются.
Abstract
Кинематический анализ является мощный метод для объективной оценки движения верхней конечности в трехмерном пространстве (3D). Трехмерное движение захвата с камеры оптоэлектронные системы рассматривается как золотой стандарт для анализа кинематики движения и все чаще используется как результат измерения для оценки движения производительности и качества после травмы или болезни с участием движения верхней конечности. Эта статья описывает стандартный протокол для кинематического анализа питьевой задачи применяется в лицам с нарушениями верхних конечностей после инсульта. Выпивая задача включает в себя достижения, схватив и выиграет Кубок из таблицы, чтобы выпить, поместив Кубок обратно и движение руки обратно к краю таблицы. Сидячем положении является стандартным для размера тела человека и задача выполняется в удобной самоподготовки скорость и компенсаторных движений не ограничены. Намерение является сохранить задачу, естественные и близко к реальной жизни ситуации для улучшения экологического действительность протокола. Система захвата движения 5-камеры используется для сбора 3D координат позиции от 9 световозвращающие маркеры, расположенные на анатомические ориентиры руки, туловища и лица. Размещение простых один маркер используется для обеспечения возможности протокола в клинических условиях. По индивидуальному заказу Matlab программное обеспечение обеспечивает автоматизированный и быстрый анализ движения данных. Вычисляются височной кинематика движения времени, скорости, пик скорости, время пиковой скорости и сглаживания (количество единиц движения) наряду с пространственной угловой кинематики плечевого и локтевого сустава, а также движений туловища. Выпивая задачей является допустимым оценки для лиц с расстройствами средней и легкой верхней конечности. Конструкция, дискриминационных и параллельные действия наряду с реагирования (чувствительность изменить) кинематической переменных, полученные от питья задачи были созданы.
Introduction
Кинематический анализ описывает движений тела через пространство и время, в том числе линейных и угловых перемещений, скоростей и ускорений. Оптико-электронные системы захвата движения используют несколько Высокоскоростные камеры, которые либо отправить инфра красные световые сигналы для захвата отражений от пассивного маркеры размещены на теле или передавать движение данных из активных маркеров, содержащие инфракрасный светоиспускающие диоды. Эти системы рассматриваются как «золотой стандарт» для приобретения кинематической данных1. Эти системы ценятся за их высокую точность и гибкость в измерения различных задач. Кинематическая меры показали, чтобы быть эффективным в захвате небольшие изменения в движение производительности и качества, которые могут быть незамеченными с традиционными клинические шкалы2,3. Было предложено, что кинематики должно использоваться для различия между истинное восстановление (восстановление характеристики преморбидные движения) и использования компенсационных (альтернативных) движение шаблонов во время выполнения задачи4, 5.
Верхняя конечность движений может быть определена количественно с помощью кинематики конечной точки, как правило, полученные от ручной маркером и угловые кинематики от суставов и сегменты (т.е., ствол). Концевой кинематики предоставить информацию о траектории, скорости, височной движения стратегии, точность, прямолинейность и гладкость, в то время как угловые кинематики характеризуют движение модели с точки зрения временных и пространственных совместных и сегмент углов, угловых скоростей и interjoint координации. Концевой кинематики, такие, как, время движения, скорость и плавность эффективны ли захватить дефицитов и улучшения производительности движение после инсульта6,,78 и угловых кинематики шоу движения суставов и сегментов тела являются оптимальными для конкретной задачи. Кинематика от людей с недостатками часто сравнивают с движения производительности в лиц без дефектов8,9. Конечной точкой и угловых кинематики связаны таким образом, что движение осуществляется с эффективная скорость, гладкость, и точность будет требовать хорошее движение контроля, координации и использования эффективного и оптимального движения шаблонов. Например пациент с инсультом, который движется медленно, обычно также показывает снижение сглаживания (увеличение числа единиц движения), снижение максимальной скорости и увеличился багажник перемещения8. С другой стороны улучшения в конечной кинематики, таких как скорость движения и гладкость может произойти независимо от изменения стратегий компенсационное движение ствола и рычаг10. Было установлено, что кинематический анализ могут предоставлять дополнительные и более точную информацию о как задача выполняется после травмы или заболевания, которое в свою очередь имеет важное значение для индивидуального эффективного лечения для достижения оптимального мотор восстановления 11. кинематический анализ все чаще используется в клинических исследованиях для описания движения людей с ухудшениями верхней конечности после инсульта8,9, оценить мотор восстановления7, 12,13 или определить эффективность терапевтических вмешательств в10,14.
Движение задачи часто изучаются в ход указывая и достижения, хотя использование функциональных задач, которые включают манипуляции реальных повседневных объектов увеличивается на1. Так как кинематики достижения зависят от экспериментальных ограничения например, выбор объектов и цели задачи15, важно оценить движений во время целенаправленной и функциональных задач, в котором реальные трудности в индивидуальных Повседневная жизнь будет отражено более тесно.
Таким образом целью данной работы является предоставить подробное описание простой стандартный протокол, используемый для кинематического анализа целенаправленной и функциональные задачи, пить задач, применяемых к лицам с дефектами верхней конечности в острой и хронической стадии после инсульта. Будут обобщены результаты проверки этого протокола для лиц с нарушениями умеренной и мягкий ход.
Protocol
Representative Results
Discussion
Протокол может успешно использоваться для количественного определения движения производительность и качество в лицам с нарушениями сенсомоторной средней и легкой верхней конечности на всех этапах после инсульта. Доказана в клинических условиях как 3 дней после инсульта и показал, чт…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Особая благодарность Bo Johnels, Нассер Хоссейни, Рой Tranberg и Патрик Almström за помощь с начала осуществления этого проекта. Данные исследований, представленных в этом протоколе была собрана на университетской больницы Сальгренска.
Materials
| 5 camera optoelectronic ProReflex Motion capture system (MCU 240 Hz) | Qualisys AB, Gthenburg, Sweden | N/A | Movement analysis system with passive retroreflective markers |
| Markers | Qualisys AB, Gthenburg, Sweden | N/A | Retroleflective passive circular markers, diameter of 12 mm |
| Calibration frame and wand | Qualisys AB, Gthenburg, Sweden | N/A | L-shape calibration frame (defines the origin and orientation of the coordinate system); T-shape wand (300 mm) |
| Qualisys Track Manager | Qualisys AB, Gthenburg, Sweden | N/A | 3D Tracking software |
| Matlab | Mathworks, Inc, Natick, Ca | N/A | Data analysis software |
Referenzen
- Alt Murphy, M., Häger, C. K. Kinematic analysis of the upper extremity after stroke – how far have we reached and what have we grasped?. Physical Therapy Reviews. 20 (3), 137-155 (2015).
- Bustren, E. L., Sunnerhagen, K. S., Alt Murphy, M. Movement Kinematics of the Ipsilesional Upper Extremity in Persons With Moderate or Mild Stroke. Neurorehab Neural Re. 31 (4), 376-386 (2017).
- Sivan, M., O’Connor, R. J., Makower, S., Levesley, M., Bhakta, B. Systematic review of outcome measures used in the evaluation of robot-assisted upper limb exercise in stroke. J Rehabil Med. 43 (3), 181-189 (2011).
- Demers, M., Levin, M. F. Do Activity Level Outcome Measures Commonly Used in Neurological Practice Assess Upper-Limb Movement Quality?. Neurorehab Neural Re. 31 (7), 623-637 (2017).
- Levin, M. F., Kleim, J. A., Wolf, S. L. What do motor “recovery” and “compensation” mean in patients following stroke?. Neurorehab Neural Re. 23 (4), 313-319 (2009).
- Alt Murphy, M., Willen, C., Sunnerhagen, K. S. Responsiveness of Upper Extremity Kinematic Measures and Clinical Improvement During the First Three Months After Stroke. Neurorehab Neural Re. 27 (9), 844-853 (2013).
- van Dokkum, L., et al. The contribution of kinematics in the assessment of upper limb motor recovery early after stroke. Neurorehab Neural Re. 28 (1), 4-12 (2014).
- Alt Murphy, M., Willen, C., Sunnerhagen, K. S. Kinematic variables quantifying upper-extremity performance after stroke during reaching and drinking from a glass. Neurorehab Neural Re. 25 (1), 71-80 (2011).
- Subramanian, S. K., Yamanaka, J., Chilingaryan, G., Levin, M. F. Validity of movement pattern kinematics as measures of arm motor impairment poststroke. Stroke. 41 (10), 2303-2308 (2010).
- Michaelsen, S. M., Dannenbaum, R., Levin, M. F. Task-specific training with trunk restraint on arm recovery in stroke: randomized control trial. Stroke. 37 (1), 186-192 (2006).
- Kwakkel, G., et al. Standardized measurement of sensorimotor recovery in stroke trials: Consensus-based core recommendations from the Stroke Recovery and Rehabilitation Roundtable. Int J Stroke. 12 (5), 451-461 (2017).
- Wagner, J. M., Lang, C. E., Sahrmann, S. A., Edwards, D. F., Dromerick, A. W. Sensorimotor impairments and reaching performance in subjects with poststroke hemiparesis during the first few months of recovery. Phys Ther. 87 (6), 751-765 (2007).
- van Kordelaar, J., van Wegen, E., Kwakkel, G. Impact of time on quality of motor control of the paretic upper limb after stroke. Arch Phys Med Rehab. 95 (2), 338-344 (2014).
- Thielman, G., Kaminski, T., Gentile, A. M. Rehabilitation of reaching after stroke: comparing 2 training protocols utilizing trunk restraint. Neurorehab Neural Re. 22 (6), 697-705 (2008).
- Armbruster, C., Spijkers, W. Movement planning in prehension: do intended actions influence the initial reach and grasp movement?. Motor Control. 10 (4), 311-329 (2006).
- Qualisys. . Qualisys Track Manager user manual. , (2008).
- Alt Murphy, M., Banina, M. C., Levin, M. F. Perceptuo-motor planning during functional reaching after stroke. Exp Brain Res. , (2017).
- Sint Jan, S. V. . Color atlas of skeletal landmark definitions : guidelines for reproducible manual and virtual palpations. , (2007).
- Alt Murphy, M., Sunnerhagen, K. S., Johnels, B., Willen, C. Three-dimensional kinematic motion analysis of a daily activity drinking from a glass: a pilot study. J Neuroeng Rehabil. 3, 18 (2006).
- Alt Murphy, M., Willen, C., Sunnerhagen, K. S. Movement kinematics during a drinking task are associated with the activity capacity level after stroke. Neurorehab Neural Re. 26 (9), 1106-1115 (2012).
- Alt Murphy, M. . Development and validation of upper extremity kinematic movement analysis for people with stroke. Reaching and drinking from a glass. , (2013).
- Persson, H. C., Alt Murphy, M., Danielsson, A., Lundgren-Nilsson, A., Sunnerhagen, K. S. A cohort study investigating a simple, early assessment to predict upper extremity function after stroke – a part of the SALGOT study. BMC Neurol. 15, 92 (2015).
- Hoonhorst, M. H., et al. How Do Fugl-Meyer Arm Motor Scores Relate to Dexterity According to the Action Research Arm Test at 6 Months Poststroke?. Arch Phys Med Rehab. 96 (10), 1845-1849 (2015).
- Pang, M. Y., Harris, J. E., Eng, J. J. A community-based upper-extremity group exercise program improves motor function and performance of functional activities in chronic stroke: a randomized controlled trial. Arch Phys Med Rehab. 87 (1), 1-9 (2006).
- Alt Murphy, M., et al. SALGOT – Stroke Arm Longitudinal study at the University of Gothenburg, prospective cohort study protocol. BMC Neurol. 11, 56 (2011).
