שבי-אל-סטנד-ו-הליכה גובה ברך 120%: גישה חדשנית להעריך דינמי ביציבה שליטה עצמאית של גפה יצוקה
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
אנשים עם למשל פתולוגיה הסנסורית, יש לשבץ קושי בביצוע המשימה המשותפת של עולה מישיבה וייזום הילוך (לשבת אל הליכה: STW). לפיכך, בהפרדת שיקום קלינית של כפיפות אל דוכן וייזום הילוך – כינה כפיפה ל-סטנד-ו-הליכה (STSW) – הוא כרגיל. עם זאת, פרוטוקול סטנדרטי STSW עם גישה האנליטית מוגדרת בבירור מתאימה הערכה פתולוגית טרם מוגדר.
לפיכך, פרוטוקול חוקי מטרה מוגדר כי הוא מתאים עבור אנשים בריאים ומתפשרים על ידי דרישה בשלב עולה כדי להיות יזם מ- 120% בגובה ברך עם בסיס רחב של עצמאי תמיכה של איבר עופרת. לכידה אופטית של (3D) תלת ממדי מסלולי תנועה סגמנטלי, ופלטפורמות כוח להניב דו ממדים (2D) מרכז-של-לחץ (COP) מסלולי מעקב יתר של המרחק האופקי בין COP ואת כל גוף-מרכז-של- מסה (BCOM), הירידה של המגדילותזה יציבות מיקומית אבל מוצע לייצג שליטה ביציבה דינמית עניה.
מרחק BCOM-COP מתבטא עם ובלי נורמליזציה אורך הרגל של הנבדקים. בעוד מרחקי COP-BCOM להשתנות באמצעות STSW, נתונים מנורמלים באירועי תנועת המפתח של מושב פעמי וראשוני בוהן פעמי (TO1) במהלך שלבי 1 ו -2 יש תוך נמוך ולהבדלי נושא היתר 5 ניסויים חוזרים ונשנים שבוצעו על ידי 10 אנשים צעירים ובריאים . לפיכך, השוואת מרחק COP-BCOM באירועים מרכזיים במהלך ההופעה של פרדיגמה STSW בין חולים עם פציעת הנוירון המוטורי עליונה, או קבוצות חולים אחרות שנפרצו, ונתונים נורמטיביים אצל אנשים צעירים ובריאים היא שיטה חדשנית להערכת יציבות יציבה דינמית.
Introduction
פתולוגיות קלינית המשפיעה על המערכות הסנסורית עבור הנוירון מוטורי למשל עליון (טור ה) שבץ בעקבות פציעה, להוביל ליקויים פונקציונליים הכוללים חולשה, אובדן יציבות יציבה ספסטיות, אשר יכולה להשפיע באופן שלילי תנועה. השחזור יכול להיות משתנה עם מספר לא מבוטל של נפגעי שבץ שלא הצליח להשיג את אבני הדרך תפקודית של עמידה או הליכה בטוחה 1,2.
המנהג הדיסקרטי של הליכה ולשבת אל דוכן הם משימות שיקומיות מצויות לאחר פתולוגיה טור ה 3,4, תנועות מעבר אולם נזנחים לעתים קרובות. שבי-אל-הליכה (STW) היא משימה רציפה ביציבה-תנועה המאגדת כפיף ל-עמדה (STS), ייזום הילוך (GI), והליכת 5.
הפרדת STS ו GI, רעיוני של היסוס במהלך STW נצפתה בחולים עם מחלת פרקינסון 6 וכרוני שבץ 7, בנוסף unimpaire המבוגרמבוגרים ד 8, אבל לא אצל אנשים צעירים ובריאים 9. לכן לשבת אל דוכן-ו-הליכה (STSW) מיושמת בדרך כלל בתוך הסביבה הקלינית מוגדרת על ידי שלב הפסקה באורך משתנה בעת עמידה. עם זאת, אין פרוטוקולים שפורסמו עד כה בהגדרת דינמיקת STSW בהקשר מתאים אוכלוסיות חולות.
בדרך כלל במחקרים STW גובה הכיסא הראשונית היא 100% של גובה הברך (KH; מהרצפה עד הברך המרחק), רגל-רוחב GI להוביל גפה הם בחרו בעצמם, נשק מוגבלים לרוחב חזהו בהקשר משימה משמעות אקולוגית הוא לעתים קרובות נעדר 5-9. עם זאת, מטופלי מקבלים עולים בין 100% KH מאתגרים 10 ולעתים קרובות לנקוט עמדת רגל רחבה יותר לעומת אנשים בריאים 11, ליזום הליכה עם הרגל הפגועה שלהם 7, ו להשתמש בנשקם לייצר מומנטום 7.
כדי ליזום הליכה, שינוי מצב בתנועת הגוף כולו בתוך purpos כיוון eful נדרש 12. זו מושגת על ידי שחרר את הסוגר במרכז-של-מסת הגוף כולו (BCOM: הממוצע המשוקלל של כל מגזרי הגוף נחשבו בחלל 13) מהמרכז-של-לחץ (COP: עמדת כוח תגובת הקרקע כתוצאה (פוי) וקטור 14). בשלב המקדים של GI, אחוריים סטריאוטיפיים מהירים ותנועה לרוחב של השוטר לעבר האיבר להיות הניף ובכך מתרחש יצירת מומנטום BCOM 12,15. שוטר BCOM ובכך הם מופרדים, עם המרחק האופקי ביניהן לאחר הוצע כמדד שליטה ביציבה דינמית 16.
חישוב מרחק COP-BCOM דורש מדידה בו זמנית של עמדות COP ו BCOM. חישוב רמת COP מוצג למטה במשוואה (1) 17:
tp_upload / 54,323 / 54323eq2.jpg "/>
(1)
איפה M והכח מייצגים רגעים על צירי פלטפורמת כוח ואת GRF כיוונית בהתאמה. התחתיים מייצגים צירים. המקור הוא המרחק האנכי בין משטח המגע ואת המקור של פלטפורמת כוח, והוא נחשב אפס.
השיטה קינמטיקה של גזירת עמדת BCOM כרוכה מעקב לעקירתם של סמנים מגזריים. ייצוג נאמן של תנועה בגוף-מגזר יכול להיות מושגת על ידי שימוש סמנים התקבצו על צלחות נוקשות המוצבות הרחק ציוני דרך גרמית, מזעור רקמות רך-חפץ (טכניקת CAST 18). על מנת לקבוע עמדת BCOM, המוני קטע גוף יחידים מוערכים, המבוססים על עבודת cadaveric 19. תלת ממדי (3D) מערכת תנועה קניינית התוכנה משתמשת לתאם עמדות של הפרוקסימלית ומ דבמקומות קטע istal ל: 1) לקבוע אורכים ענפיים, 2) להעריך אריתמטית המונים ענפיים, ו -3) לחשב במקומות COM מגזריים. מודלים אלה אז הם יכולים לספק הערכות על המצב BCOM 3D בנקודת זמן נתונה על בסיס הסיכום נטו של עמדות בינמיגזרי (איור 1).
לפיכך, מטרת מאמר זה היא קודם כל מציגי פרוטוקול STSW סטנדרטי כי הוא אקולוגי תקף וכולל עולה מתוך מושב בגובה גבוה. הוכח בעבר כי STSW מ -120% KH מסתמן biomechanically מ 100% KH חסימת דור מהירויות אנכיות BCOM נמוכים GRF של במהלך עולה 20, כלומר עולה מ -120% KH קל יותר (ובטוח) ליחידים נפגעים. שנית, לגזור מרחקים אופקיים-BCOM COP להעריך שליטה ביציבה דינמית במהלך אבן דרך מרכזית ומעברים באמצעות תנועה ללכוד 3D. גישה זו, אשר אצל אנשים בריאים במהלך STSW אינה תלויה איבר-leמודעה 20, מציעה את האפשרות של הערכת התאוששות תפקודית. לבסוף, נציג סט ראשוני STSW נתונים של אנשים צעירים ובריאים מוצג, ופנים והבין-נושא השתנות בקבוצה מוגדרת על מנת ליידע השוואה עם אנשים פתולוגי.
איור 1. חישוב BCOM 2D. לשם הפשטות, הדוגמא מבוססת על חישוב COM מחיטה הרגל ממסה 3 צמוד 2 ממדים, שבו הקואורדינטות של עמדות COM בהתאמה (x, y), והמוני סגמנטלי (מ 1, מ '2, מ' 3) ידועים. המוני מגזר ומיקום עמדות COM ענפיות, ביחס במעבדת מערכת קואורדינטות (LCS; מוצא: 0, 0), נאמדים תוכנת קניינית מערכת ניתוח תנועה באמצעות מסת גוף נושא ונתוני אנתרופומטריות שפורסמו (ראו טקסט ראשי). ה- xnd עמדה COM y הרגל, בדוגמה זו של המסה 3 צמודות, נגזר אז תוך שימוש בנוסחאות לראות. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
Protocol
Representative Results
Discussion
לשבת אל הדוכן-ו-הליכה (STSW) הפרוטוקול המוגדר כאן ניתן להשתמש כדי לבחון שליטה ביציבה דינמית במהלך תנועה מעבר מורכבת אצל אנשים בריאים או קבוצות חולות. הפרוטוקול כולל אילוצים אשר נועדו לאפשר נבדק עם פתולוגיה להשתתף וההכללה של וכיבה את האור אומר שזה אקולוגי תקף והמטרה חוק…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים מבקשים להודות טוני כריסטופר, לינדסי מיורן ב בקינגס קולג 'בלונדון וביל אנדרסון בלונדון South Bank University לתמיכה המעשית שלהם. תודה גם אלינור ג'ונס בקינגס קולג 'בלונדון על עזרתה באיסוף הנתונים עבור פרויקט זה.
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 |
Riferimenti
- 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).
