健常参加者の下肢バイオメカニカル解析
Summary
本稿では、個人の下肢バイオメカニクスを測定するために利用可能な最新の2つの技術に関する包括的な実験方法論を紹介する。
Abstract
生体力学的解析技術は、人間の動きの研究に有用である。本研究の目的は、市販のシステムを用いた健康な参加者における下肢生体力学的評価のための技術を導入することであった。歩行分析と筋力検査システムに別々のプロトコルが導入されました。歩行評価の最大精度を確保するためには、マーカー配置とセルフペーストレッドミル順応時間に注意を払う必要があります。同様に、参加者のポジショニング、練習試験、および言葉による励ましは、筋力検査における3つの重要な段階である。現在の証拠は、この記事で概説されている方法論が下肢バイオメカニクスの評価に有効である可能性があることを示唆している。
Introduction
バイオメカニクスの分野は、主に、固体と流体の生物学的システムのストレス、緊張、負荷および運動の研究を含む。また、体の構造、大きさ、形状、動きに対する機械的効果のモデル化も含みます。長年にわたり、この分野の発展は、正常および病理学的歩行、神経筋制御の力学、および成長と形態2の力学に関する我々の理解を改善した。
この記事の主な目的は、個人の下肢バイオメカニクスを測定するために利用可能な最新の技術の2つの包括的な方法論を提示することです。歩行解析システムは、Slootらら3で説明されているように、トレッドミルの速度を調節するSPアルゴリズムを統合する拡張現実環境と組み合わせて自己ペース(SP)トレッドミルを使用して歩行バイオメカニクスを測定し、定量化する。筋力検査装置は上肢リハビリテーションのための評価および処置具として使用される4.この装置は客観的に等角および等張モードの動きまたはジョブシミュレーションの仕事の仕事の仕事のパターンのいろいろな評価できる。現在、上肢強度測定5のゴールドスタンダードとして認識されているが、下肢に特異的に関連する証拠は不明のままである。この論文では、下肢の歩行と等角線強度の評価を完了するための詳細なプロトコルについて説明する。
生体力学的解析では、機能性能の評価(歩行解析など)と筋肉のパフォーマンスの特定のテストを組み合わせることが有用です。これは、筋力の増加が機能的性能を向上させると仮定する一方で、必ずしも明らかではない場合があるためである。この理解は、これらのアプローチを評価するためのリハビリテーションプロトコルと研究戦略の改善された将来の設計のために必要とされる。
Protocol
報告された方法は、ボーンマス大学研究倫理委員会(参照15005)から倫理的承認を受けた研究で続いた。 1. 参加者 研究に参加するために健康な成人(23歳から63歳、平均±S.D.;42.0 ±13.4、体重70.4±15.3kg、身長175.5±9.8cm;15人の男性、15人の女性)を募集する。この研究のために30人の参加者が募集された。 参加者のめまい、バランスの問題や歩行困難の自己報告され?…
Representative Results
空間的時間的、運動学的、運動的歩行パラメータの平均と標準偏差を表2に示します。30 人の参加者全員の MVIC データを表 3にまとめています。1 人の参加者の左側と右側の一般的なデータ セットは、それぞれ図 4 と図 5に示されています。 提示された?…
Discussion
この研究の貢献は、これまで一緒に説明されていない歩行分析と筋力検査を組み合わせた技術を1つのプロトコル内で正確かつ包括的に記述することです。
歩行解析の正確な結果を得るためには、最大の注意が必要な領域が2つあります: 1) マーカー配置と 2) 順応時間。測定されたデータの精度は、使用するモデルの精度に大きく依存します。精度に影響を与える他の重要…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
MATLABデータ処理に関するジョナサン・ウィリアムズ博士のアドバイスに感謝します。
Materials
| 701 Small lever | Baltimore Therapeutic Equipment Company (BTE) | Not Available – Online link provided in description | The unique attachment designed for the Primus RS to measure Knee Extension/Flexion – https://store.btetech.com/collections/primus/products/701-small-lever |
| D-Flow Software – Vresion 3.26 | Motekforce Link | Not Available – Online link provided in description | Software used to control GRAIL system – https://summitmedsci.co.uk/products/motek-dflow-hbm-software/ |
| Gait Offline Analysis (GOAT) – Version 2.3 | Motekforce Link | Not Available – Online link provided in description | Software used for the analysis of the gait parameters – https://www.motekmedical.com/product/grail/ |
| Gait Real-time Analysis Interactive Lab (GRAIL) | Motekforce Link | Not Available – Online link provided in description | GRAIL system measures and quantifies gait biomechanics by using a virtual reality based self-paced (SP) treadmill – https://www.motekmedical.com/product/grail/ |
| Leg Pad for 701 | Baltimore Therapeutic Equipment Company (BTE) | Not Available – Online link provided in description | The unique attachment designed for the Primus RS to measure Knee Extension/Flexion – https://store.btetech.com/collections/primus/products/701-802-leg-pad |
| Positioning Chair | Baltimore Therapeutic Equipment Company (BTE) | Not Available – Online link provided in description | Participant Positioning Chair is designed for assessment and treatment of the lower exteremeties. The chair is designed for multiple positions. https://www.btetech.com/product/primus/ |
| Primus RS | Baltimore Therapeutic Equipment Company (BTE) | Not Available – Online link provided in description | Primus RS equipment captures and reports real time objective data in Isotonic, Isometric, and Isokinetic resistance modes – https://www.btetech.com/wp-content/uploads/BTE-Rehabilitation-Equipment-PrimusRS-Brochure-1.pdf |
References
- Lu, T. W., Chang, C. F. Biomechanics of human movement and its clinical applications. The Kaohsiung Journal of Medical Sciences. 28 (2 Suppl), S13-S25 (2012).
- Kaufman, K., An, K., Firestein, G. S. . Kelley and Firestein’s Textbook of Rheumatology (Tenth Edition). , 78-89 (2017).
- Sloot, L. H., van der Krogt, M. M., Harlaar, J. Self-paced versus fixed speed treadmill walking. Gait & Posture. 39 (1), 478-484 (2014).
- Beaton, D. E., O’Driscoll, S. W., Richards, R. R. Grip strength testing using the BTE work simulator and the jamar dynamometer: A comparative study. The Journal of Hand Surgery. 20 (2), 293-298 (1995).
- Jindal, P., Narayan, A., Ganesan, S., MacDermid, J. C. Muscle strength differences in healthy young adults with and without generalized joint hypermobility: a cross-sectional study. BMC Sports Science, Medicine & Rehabilitation. 8, 12 (2016).
- Muehlbauer, T., Granacher, U., Borde, R., Hortobágyi, T. Non-Discriminant Relationships between Leg Muscle Strength, Mass and Gait Performance in Healthy Young and Old Adults. Gerontology. 64 (1), 11-18 (2018).
- van den Bogert, A. J., Geijtenbeek, T., Even-Zohar, O., Steenbrink, F., Hardin, E. C. A real-time system for biomechanical analysis of human movement and muscle function. Medical & Biological Engineering & Computing. 51 (10), 1069-1077 (2013).
- . . HBM2 Reference Manual. , 9-11 (2017).
- Sloot, L. H., van der Krogt, M. M., Harlaar, J. Effects of adding a virtual reality environment to different modes of treadmill walking. Gait Posture. 39 (3), 939-945 (2014).
- Liu, W. Y., et al. Reproducibility and Validity of the 6-Minute Walk Test Using the Gait Real-Time Analysis Interactive Lab in Patients with COPD and Healthy Elderly. PLoS One. 11 (9), e0162444 (2016).
- Herman, T., Mirelman, A., Giladi, N., Schweiger, A., Hausdorff, J. M. Executive Control Deficits as a Prodrome to Falls in Healthy Older Adults: A Prospective Study Linking Thinking, Walking, and Falling. The Journals of Gerontology: Series A. 65 (10), 1086-1092 (2010).
- Geijtenbeek, T., Steenbrink, F., Otten, B., Even-Zohar, O. Proceedings of the 10th International Conference on Virtual Reality Continuum and Its Applications in Industry. , 201-208 (2011).
- Zeni, J. A., Higginson, J. S. Gait parameters and stride-to-stride variability during familiarization to walking on a split-belt treadmill. Clinical Biomechanics (Bristol, Avon). 25 (4), 383-386 (2010).
- Meldrum, D., Cahalane, E., Conroy, R., Fitzgerald, D., Hardiman, O. Maximum voluntary isometric contraction: reference values and clinical application. Amyotroph Lateral Sclerosis. 8 (1), 47-55 (2007).
- Ancillao, A. . Modern Functional Evaluation Methods for Muscle Strength and Gait Analysis. , 133 (2018).
- Mun, J. H. A method for the reduction of skin marker artifacts during walking : Application to the knee. KSME International Journal. 17 (6), 825-835 (2003).
- Liu, P. C., Liu, J. F., Chen, L. Y., Xia, K., Wu, X. Intermittent pneumatic compression devices combined with anticoagulants for prevention of symptomatic deep vein thrombosis after total knee arthroplasty: a pilot study. Therapeutics and Clinical Risk Management. 13, 179-183 (2017).
- Al-Amri, M., Al Balushi, H., Mashabi, A. Intra-rater repeatability of gait parameters in healthy adults during self-paced treadmill-based virtual reality walking. Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering. 20 (16), 1669-1677 (2017).
- Zeni, J., Richards, J., Higginson, J. Two simple methods for determining gait events during treadmill and overground walking using kinematic data. Gait & Posture. 27 (4), 710-714 (2008).
- Tsaopoulos, D. E., Baltzopoulos, V., Richards, P. J., Maganaris, C. N. Mechanical correction of dynamometer moment for the effects of segment motion during isometric knee-extension tests. Journal of Applied Physiology. 111 (1), 68-74 (2011).
- Abernethy, P., Wilson, G., Logan, P. Strength and power assessment. Issues, controversies and challenges. Sports Medicine. 19 (6), 401-417 (1995).
- Kroll, W. Reliability of a Selected Measure of Human Strength. Research Quarterly, American Association for Health, Physical Education and Recreation. 33 (3), 410-417 (1962).
- Anzak, A., Tan, H., Pogosyan, A., Brown, P. Doing better than your best: loud auditory stimulation yields improvements in maximal voluntary force. Experimental Brain Research. 208 (2), 237-243 (2011).
- Belkhiria, C., De Marco, G., Driss, T. Effects of verbal encouragement on force and electromyographic activations during exercise. Journal of Sports Medicine and Physical Fitness. 58 (5), 750-757 (2018).
- Bickers, M. J. Does verbal encouragement work? The effect of verbal encouragement on a muscular endurance task. Clinical Rehabilitation. 7 (3), 196-200 (1993).
- Karaba-Jakovljevic, D., Popadic-Gacesa, J., Grujic, N., Barak, O., Drapsin, M. Motivation and motoric tests in sports. Medicinki Pregled. 60 (5-6), 231-236 (2007).
- Andreacci, J. L., et al. The effects of frequency of encouragement on performance during maximal exercise testing. Journal of Sports Science. 20 (4), 345-352 (2002).
- Rendos, N. K., et al. Variations in Verbal Encouragement Modify Isokinetic Performance. Journal of Strength and Conditioning Research. 33 (3), 708-716 (2019).
Citer Cet Article
Bahadori, S., Wainwright, T. W. Lower Limb Biomechanical Analysis of Healthy Participants. J. Vis. Exp. (158), e60720, doi:10.3791/60720 (2020).