Kinematische analyse met behulp van 3D Motion Capture van drinken taak in mensen met en zonder bovenste extremiteit bijzondere waardeverminderingen
Summary
Dit protocol beschrijft een objectieve methode om te evalueren van de prestaties van de beweging en de sensomotorische functie van de bovenste extremiteit toegepast op personen met een beroerte en gezonde controles. Een gestandaardiseerde testprocedure, Kinematische analyse en resultaten variabelen voor drie-dimensionale motion-video vastleggen van het drinken van taak worden geleverd.
Abstract
Kinematische analyse is een krachtige methode om een objectieve beoordeling van de bovenste extremiteit bewegingen in een driedimensionale (3D) ruimte. Drie-dimensionale motion-video vastleggen met een opto-elektronische camerasysteem wordt beschouwd als gouden standaard p.a. kinematische beweging en wordt steeds meer gebruikt als resultaat maatregel ter beoordeling van de prestaties van de beweging en de kwaliteit na een verwonding of ziekte met betrekking tot de bewegingen van de bovenste extremiteit. Dit artikel beschrijft een gestandaardiseerd protocol voor Kinematische analyse van het drinken van taak toegepast bij personen met een beperking van de bovenste extremiteit na een herseninfarct. Het drinken taak neemt bereiken, grijpen en heffen een kopje uit een tabel te nemen van een drankje, de cup terug te plaatsen en de hand terugkeerde naar de rand van de tafel. De zithouding is gestandaardiseerd aan de lichaamsgrootte van het individu en de taak wordt uitgevoerd in een comfortabele zelfstudie snelheid en compenserende bewegingen niet beperkt. De bedoeling is om de taak natuurlijke en dicht bij een real-life situatie ter verbetering van de ecologische validiteit van het protocol. Een opname van 5-camera bewegingssysteem wordt gebruikt voor het verzamelen van 3D coördinaat posities van 9 retroreflective markeringen geplaatst op anatomische monumenten van de arm, de romp en het gezicht. Een eenvoudige enkele marker plaatsing wordt gebruikt om de haalbaarheid van het protocol in klinische instellingen. Op maat gemaakte Matlab-software biedt automatische en snelle analyses van verkeer gegevens. Temporele kinematica van beweging tijd, snelheid, piek snelheid, tijd van piek snelheid en gladheid (aantal eenheden van de beweging) samen met ruimtelijke hoekige kinematica van schouder en elleboog gezamenlijke evenals kofferbak bewegingen worden berekend. Het drinken taak is een geldige beoordeling voor personen met matige en milde bovenste extremiteit bijzondere waardevermindering. De constructie, de discriminerende en gelijktijdige geldigheid samen met responsiviteit (gevoeligheid te veranderen) van de kinematische variabelen verkregen de drinken taak zijn vastgesteld.
Introduction
Kinematische analyse beschrijft de bewegingen van het lichaam door ruimte en tijd, inclusief lineaire en hoekige verplaatsingen, snelheden en versnellingen. De opto-elektronische motion capture systemen gebruiken meerdere high-speed camera’s die ofwel verzenden uit infrarode lichtsignalen om vast te leggen van de reflecties van passieve markeringen op het lichaam geplaatst of de beweging vanaf actieve markeringen met infrarood verzenden emitting diodes. Deze systemen worden beschouwd als ‘gouden standaard’ voor de verwerving van kinematische gegevens1. Deze systemen worden gewaardeerd voor hun hoge nauwkeurigheid en flexibiliteit in metingen van uiteenlopende taken. Kinematische maatregelen hebben aangetoond effectief te zijn in het vastleggen van kleinere veranderingen in beweging prestaties en kwaliteit die worden met traditionele klinische ongemerkt kan schalen2,3. Er is gesuggereerd dat kinematica voor onderscheid tussen echte recovery (herstel van de premorbid beweging kenmerken) en het gebruik van compenserende (alternatieve) bewegingspatronen tijdens de vervulling van een taak4, moet worden gebruikt 5.
Bovenste extremiteit bewegingen kunnen worden gekwantificeerd aan de hand van eindpunt kinematica, over het algemeen verkregen van een marker van de hand, en hoekige kinematica van gewrichten en segmenten (dwz., stam). Eindpunt kinematica bieden informatie over trajecten, snelheid, temporele verkeer strategieën, precisie, rechtheid en gladheid, terwijl hoekig kinematica kenmerkt bewegingspatronen in termen van temporele en ruimtelijke joint en segment hoeken, angular snelheden en interjoint coördinatie. Eindpunt kinematica, zoals verkeer tijd, snelheid en gladheid zijn effectief om vast te leggen van de tekorten en de verbeteringen in de prestaties van de beweging na beroerte6,7,8 en hoekige kinematica Toon of de bewegingen van de gewrichten en het lichaam segmenten zijn optimaal voor een specifieke taak. Kinematica van mensen met een beperking worden vaak vergeleken met verkeer prestaties in individuen zonder bijzondere waardeverminderingen8,9. Eindpunt en hoekige kinematica zijn gecorreleerd op een manier dat een beweging uitgevoerd met effectieve snelheid, gladheid, en precisie goede bewegingscontrole, coördinatie en gebruik van effectieve en optimale bewegingspatronen vergt. Bijvoorbeeld een patiënt met een beroerte die beweegt langzaam meestal ook shows daalde gladheid (toegenomen aantal eenheden van de beweging), verlaag maximale snelheid en kofferbak verplaatsing8verhoogd. Aan de andere kant, misschien verbeteringen in eindpunt kinematica, zoals de snelheid van beweging en de gladheid optreden onafhankelijk van de veranderingen van compenserende verkeer strategieën van romp en arm10. Vaststaat dat Kinematische analyse aanvullende en meer nauwkeurige informatie bevatten kan over hoe de taak is volbracht na een verwonding of ziekte, die op zijn beurt essentieel voor een geïndividualiseerde effectieve behandeling is naar het bereiken van optimale motor herstel 11. Kinematische analyse wordt steeds meer gebruikt in klinische studies voor het beschrijven van de bewegingen in de bovenste extremiteit gehandicapten na beroerte8,9, om te evalueren van de motor herstel7, 12,13 of om te bepalen van de effectiviteit van therapeutische interventies10,14.
Verkeer taken vaak bestudeerd in lijn zijn aan te wijzen en te bereiken, hoewel het gebruik van functionele taken die gebruikmaken van de manipulatie van echte alledaagse voorwerpen1 groeit. Aangezien kinematica van bereiken, is afhankelijk van de experimentele beperkingen zoals de selectie van objecten en het doel van de taak15, is het essentieel om te beoordelen van bewegingen tijdens doelgericht en functionele taken waarin de reële moeilijkheden in iemands dagelijks leven zal nauwer worden weerspiegeld.
Dus, het doel van dit document is bedoeld als een gedetailleerde beschrijving van een eenvoudige gestandaardiseerde protocol voor Kinematische analyse van een doelgerichte en functionele taak, taak, toegepast op personen met een beperking van de bovenste extremiteit in acute en chronische stadia drinken na een herseninfarct. Resultaten van de validatie van dit protocol voor personen met matige en milde beroerte bijzondere waardevermindering zal worden samengevat.
Protocol
Representative Results
Discussion
Het protocol kan met succes worden gebruikt te kwantificeren van de beweging prestaties en kwaliteit bij personen met gematigde en milde bovenste extremiteit sensomotorische bijzondere waardeverminderingen in alle stadia na een herseninfarct. De haalbaarheid van dit protocol is bewezen in een klinische omgeving zo vroeg als 3 dagen slag post, en toonde aan dat het systeem kan worden gebruikt door opgeleide gezondheidswerker zonder specifieke technische kwalificaties. Technische expertise is, echter nodig om te creëren e…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Speciale dank aan Bo Johnels, Nasser Hosseini, Roy Tranberg en Patrik Almström voor hulp bij de inleiding van dit project. De gegevens van het onderzoek gepresenteerd in dit protocol werd verzameld in het universiteitsziekenhuis van 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 |
References
- 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).
