Análisis cinemático con movimiento 3D captura de tarea consumo en personas con y sin discapacidad de extremidad superior
Summary
Este protocolo describe un método objetivo para evaluar el rendimiento de movimiento y la función sensoriomotora de la extremidad superior aplicada a las personas con accidente cerebrovascular y controles sanos. Un procedimiento de prueba estandardizada, variables resultado y análisis cinemáticas para captura de movimiento tridimensional de beber tarea se proporcionan.
Abstract
El análisis cinemático es un método eficaz para la evaluación objetiva de los movimientos de la extremidad superior en un espacio tridimensional (3D). Captura de movimiento tridimensional con un sistema de cámara de la optoelectrónica se considera como estándar de oro para análisis de movimiento cinemáticos y se utiliza cada vez más como medida de resultado para evaluar el rendimiento de movimiento y calidad después de una lesión o enfermedad que implican movimientos de la extremidad superior. Este artículo describe un protocolo estandarizado para el análisis cinemático del trabajo aplicado en individuos con deficiencias de la extremidad superior después del accidente cerebrovascular. La tarea de beber incorpora alcanzar, agarrar y levantar una taza de una mesa a tomar una copa, colocar la taza de nuevo y que la mano se desplaza hasta el borde de la mesa. La posición sentada es estandarizada al tamaño del cuerpo del individuo y la tarea se realiza en una velocidad cómoda de su ritmo y movimientos compensatorios no están limitados. La intención es mantener la tarea natural y cerca de una situación de vida real para mejorar la validez ecológica del protocolo. Un sistema de captura de movimiento de cámara 5 se utiliza para obtener posiciones de coordenadas 3D de 9 marcadores reflectantes colocados en puntos anatómicos de la cara, brazo y tronco. La colocación de un simple marcador solo se utiliza para asegurar la viabilidad del protocolo en ajustes clínicos. A la medida software Matlab proporciona análisis rápidos y automatizados de datos de movimiento. Se calcula la cinemática temporal del tiempo del movimiento, velocidad, velocidad máxima, tiempo de velocidad pico y suavidad (número de unidades del movimiento) junto con la cinemática angular espacial de hombro y codo común así como los movimientos del tronco. La tarea de beber es una evaluación válida para las personas con discapacidad moderada y suave de la extremidad superior. El constructo, la validez discriminativa y concurrente junto con sensibilidad (sensibilidad al cambio) de las variables cinemáticas de la tarea de beber han sido establecidas.
Introduction
Análisis cinemático describen los movimientos del cuerpo a través de espacio y tiempo, incluyendo aceleraciones, velocidades y desplazamientos lineales y angulares. Los sistemas de captura de movimiento optoelectrónicos utilizan varias cámaras de alta velocidad que cualquiera envía señales de luz infrarroja para capturar las reflexiones de marcadores pasivos colocado en el cuerpo o transmiten los datos de movimiento de marcadores activos que contiene infrarrojo diodos electroluminosos. Estos sistemas son considerados como ‘gold standard’ para la adquisición de datos cinemática1. Estos sistemas son valorados por su alta precisión y flexibilidad en las medidas de diversas tareas. Medidas cinemáticas han demostrado ser eficaces en la captura de pequeños cambios en el rendimiento de movimiento y calidad que puede ser no detectado con tradicional clínica escala2,3. Se ha sugerido que eso cinemática debe utilizarse para la distinción entre verdadera recuperación (restauración de las características de movimiento premorbid) y el uso de patrones de movimiento (alternativa) compensatoria durante la realización de una tarea de4, 5.
Movimientos de la extremidad superior pueden cuantificarse utilizando cinemática del punto final, generalmente obtenida de un marcador de la mano y la cinemática angular de las articulaciones y segmentos (es decir., tronco). Cinemática del punto final proporcionan información sobre trayectorias, velocidad, estrategias de movimiento temporal, precisión, rectitud y suavidad, mientras que la cinemática angular caracterizar patrones de movimiento en términos de articulación espacial y temporal y los ángulos del segmento, velocidades angulares y la coordinación interjoint. Cinemática del punto final, tales como, tiempo de movimiento, velocidad y suavidad son efectivas para capturar el déficit y mejoras en rendimiento de movimiento después de stroke6,7,8 y cinemática angular muestra si la movimientos de las articulaciones y segmentos del cuerpo son óptimos para una tarea específica. Cinemática de las personas con discapacidad a menudo son comparadas con rendimiento de movimiento en los individuos sin discapacidades8,9. Punto final y cinemática angular están correlacionados de manera que un movimiento realizado con velocidad efectiva, suavidad, y precisión requiere control de buen movimiento, coordinación y uso de patrones de movimiento eficaz y óptima. Por ejemplo, un paciente con el movimiento que se mueve lentamente generalmente también muestra disminución de suavidad (mayor número de unidades del movimiento), bajar la velocidad máxima y mayor tronco desplazamiento8. Por otro lado, mejoras en la cinemática del punto final, como la velocidad de movimiento y suavidad pueden ocurrir independientemente de los cambios de estrategias de compensación de movimiento de tronco y brazo10. Se ha establecido que el análisis cinemático pueden proporcionar información adicional y más precisa acerca de cómo se logra la tarea después de una lesión o enfermedad, que a su vez es esencial para un tratamiento individualizado eficaz llegar a la óptima recuperación del motor 11. análisis cinemático es cada vez más utilizado en estudios clínicos para describir los movimientos en personas con deficiencias de la extremidad superior después de la carrera8,9, para evaluar la recuperación del motor7, 12,13 o determinar la efectividad de las intervenciones terapéuticas10,14.
Tareas de movimiento estudiadas a menudo en movimiento se apunta y llegar, aunque el uso de las tareas funcionales que incorporan la manipulación de los objetos cotidianos reales está aumentando1. Desde cinemática de alcanzar dependen de las limitaciones experimentales tales como la selección de objetos y el objetivo de la tarea15, es esencial evaluar los movimientos durante las tareas de útiles y funcionales en el que las dificultades reales del individuo vida diaria se verán reflejada más de cerca.
Así, el objetivo de este trabajo es proporcionar una descripción detallada de un simple protocolo estandarizado utilizado para el análisis cinemático de una tarea útil y funcional, beber tarea, aplicado a las personas con discapacidad de la extremidad superior en etapas agudas y crónicas después del accidente cerebrovascular. Se resumirán los resultados de la validación de este protocolo para personas con discapacidad moderada y suave movimiento.
Protocol
Representative Results
Discussion
El protocolo puede utilizarse con éxito para cuantificar el rendimiento de movimiento y la calidad en los individuos con discapacidad sensoriomotora moderada y suave de la extremidad superior en todas las etapas después del accidente cerebrovascular. La viabilidad de este protocolo ha sido probada en un entorno clínico tan temprano como 3 días post accidente cerebrovascular y demostró que el sistema puede usarse por profesional de salud capacitado sin cualificación técnica específica. Conocimientos técnicos, sin…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Agradecimiento especial a Bo Johnels, Nasser Hosseini, Roy Tranberg y Patrik Almström para ayuda con la iniciación de este proyecto. Los datos de investigación presentados en el presente Protocolo se reunieron en el Hospital Universitario de Sahlgrenska.
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 |
Referências
- 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).
