Sit-на-дублера и блуждания от 120% до колена: Новый подход для оценки динамического управления Постуральные Независимость от Lead-конечности
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
Лица с сенсомоторной патологией , например, инсульт испытывают трудности исполняющий общую задачу вставая с сидения и инициируя походку (сидеть к ходить: STW). Таким образом, в клинической реабилитации отделения сидячую к стендом и походки инициации – называют сидячую к дублера и прогулке (STSW) – это обычно. Тем не менее, стандартизированный протокол STSW с четко определенным аналитическим подходом, подходящей для оценки патологического еще предстоит определить.
Следовательно, цель-ориентированный протокол определен, который подходит для здоровых и скомпрометированных лиц, требуя от растущей фазы быть инициировано 120% высоты колена с широким основанием поддержки независимой от ведущего конечности. Оптический захват трехмерного (3D) сегментные траектории движения, а также силовые платформы, чтобы получить двумерную (2D) в системе центра давления (КС) траектории разрешения отслеживания горизонтального расстояния между КС и всего тела-центра-of масса (BCOM), снижение которого увеличитьS позиционную стабильность, но предлагается представлять плохой динамический контроль осанки.
BCOM-КС расстояние выражается и без нормализации к длине ноги испытуемых. Хотя КС-BCom расстояния различаются по STSW, нормированные данные на ключевых событий движения сиденья взлета и начального отрыва пальцев (ТО1) во время выполнения шагов 1 и 2 имеют низкую внутри- и вариабельность предмет в 5 повторных испытаниях, проведенных на 10 молодых здоровых людей , Таким образом, сравнивая КС-BCom дистанцию на ключевых событий во время выполнения с STSW парадигмы между пациентами с верхней травмы двигательных нейронов или других скомпрометированных групп пациентов, а также нормативных данных у молодых здоровых людей является новая методология для оценки динамической постуральной устойчивости.
Introduction
Клинические патологии, влияющие на систему сенсорно, например, верхний мотонейрон (УМН) травмы следующего хода, приводят к функциональных нарушений, включая слабость, потеря постуральной стабильности и спастичности, которые могут негативно повлиять на передвижение. Восстановление может быть переменной со значительным числом выживших после инсульта не суметь достичь функциональных этапов безопасного стояния или ходьбы 1,2.
Дискретная практика ходьбе и сидеть к подставке общие задачи после реабилитационные УМН патологии 3,4, однако переходные движения часто пренебрегают. Сядьте к ходить (STW) является последовательным постуральной-двигательная задача включения сидячую к подставке (STS), походка инициацию (GI), и ходьба 5.
Разделение STS и GI, отражает колебания во время STW наблюдается у пациентов с болезнью 6 и хроническим инсультом Паркинсона 7, в дополнение к старой unimpaireг взрослые 8, но не у молодых здоровых людей 9. Поэтому сидеть к подставке-и-прогулка (STSW) обычно реализуется в клинических условиях и определяется фазы паузы переменной длины в положении стоя. Тем не менее, нет никаких опубликованных протоколов на сегодняшний день, определяющие динамику STSW в контексте подходящей для групп пациентов.
Обычно в исследованиях STW начальная высота стула составляет 100% от высоты колена (KH, от пола до колена расстояния), ноги на ширине и GI свинцово-конечности являются самостоятельный выбор, руки ограничены поперек груди и экологически значимого контекста задачи часто отсутствует 5-9. Тем не менее, пациенты считают , увеличившись с 100% KH 10 сложных и часто принимают более широкое положение ступней по сравнению со здоровыми лицами 11, начать походку с их пораженной ноги 7, и использовать свои руки , чтобы генерировать импульс 7.
Для того, чтобы инициировать походка, изменение состояния в движении всего тела в назн eful направление требуется 12. Это достигается за счет расцепления всего тела в системе центра масс (BCom: взвешенное среднее всех рассматриваемых сегментов тела в пространстве 13) от положения центра давления (КС: позиция силы реакции результирующая земли (ГФП) вектор 14). В опережающей фазе GI, быстрое стереотипного заднего и бокового движения КС к краю качаться происходит таким образом , генерируя BCom импульс 12,15. КС и BCOM, таким образом , разделены, причем горизонтальное расстояние между ними будучи предложен в качестве меры динамического постурального контроля 16.
Расчет КС-BCom расстояния требует одновременное измерение КС и BCom позиций. Стандартный расчет КС приведен ниже в уравнении (1) 17:
tp_upload / 54323 / 54323eq2.jpg "/>
(1)
Где M и Force представляют моменты относительно осей силы платформы и направленной GRF соответственно. Индексы представляют собой оси. Начало координат представляет собой вертикальное расстояние между контактной поверхностью и происхождение силовой платформы, и считается равным нулю.
Кинематический метод получения позиции BCom включает в себя отслеживание смещения сегментных маркеров. Точное представление движения тела сегмента может быть достигнуто за счет использования маркеров кластерные на жестких пластин , расположенных вдали от костистых ориентиров, сводя к минимуму мягких тканей-артефакт (техника CAST 18). Для того чтобы определить положение BCom, индивидуальные массы сегмента тела оцениваются на основе трупной работы 19. Трехмерная (3D) система движения собственное программное обеспечение использует положения проксимального и D координатistal места сегмента: 1) определяют сегментные длины, 2) арифметически оценки сегментные массы, и 3) вычислить сегментные местоположения COM. Затем эти модели способны обеспечить оценки 3D позиции BCom в данный момент времени на основе чистой суммирования между сегментных позиций (рисунок 1).
Таким образом, целью данной работы является первым представить стандартизированный протокол STSW, который является экологически действительным и включает в себя вставая с высокой сиденья высотой. Было показано , что ранее STSW от 120% КН биомеханики нечеткие от 100% KH запрета генерации низких BCom вертикальных скоростей и ГФП во время растет 20, что означает , поднимающийся от 120% КН легче (и безопаснее) для скомпрометированных лиц. Во-вторых, вывести КС-BCOM горизонтальные расстояния для оценки динамического постурального контроля во время ключевых этапов и переходов с использованием 3D-захвата движения. Этот подход, который у здоровых людей во время STSW не зависит от конечности-леОбъявление 20, предлагает перспективу функциональной оценки восстановления. Наконец, предварительный STSW данные набор представитель молодых здоровых людей представлена, и внутри- и предметные изменчивость в группе определяется с целью информирования сравнения с патологическими лиц.
Рисунок 1. Расчет 2D BCOM. Для простоты, пример основан на вычислении цельной ноги COM из 3-связанной массы в 2 -х измерениях, где координаты соответствующего COM – позиции (х, у) и сегментных массы (т 1, м 2, м 3), известны. Сегмент массы и расположение сегментных COM позиции по отношению к лабораторной системе координат (ЛСК; происхождение: 0, 0), оцениваются системой анализа движения с использованием патентованного программного обеспечения при условии массы тела и опубликованных антропометрических данных (см основной текст). ХАй у ног COM положение, в этом примере 3-связанной массы, затем получают с помощью формул , показанных. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Protocol
Representative Results
Discussion
МСН к подставке-и-прогулка (STSW) Протокол, определенный здесь может быть использован для тестирования динамического постурального контроля при комплексном переходного движения у здоровых лиц или групп пациентов. Протокол включает в себя ограничения, которые предназначены для обеспеч?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы хотели бы поблагодарить Тони Кристофер, Lindsey майорана в Королевском колледже в Лондоне и Билл Андерсон Лондонского университета South Bank за их практическую поддержку. Спасибо также Eleanor Джонс в Королевском колледже Лондона за ее помощь в сборе данных для этого проекта.
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).
