تحليل الميكاميكانيكية الحيوية للأطراف السفلية للمشاركين الأصحاء
Summary
تقدم هذه المقالة منهجية تجريبية شاملة على اثنين من أحدث التقنيات المتاحة لقياس الميكانيكا الحيوية للأطراف السفلية للأفراد.
Abstract
تقنيات التحليل البيوميكانيكية مفيدة في دراسة الحركة البشرية. وكان الهدف من هذه الدراسة هو إدخال تقنية للتقييم الميكانيكي الحيوي للأطراف السفلية لدى المشاركين الأصحاء باستخدام النظم المتاحة تجارياً. تم تقديم بروتوكولات منفصلة لتحليل المشي وأنظمة اختبار قوة العضلات. لضمان أقصى قدر من الدقة لتقييم المشية ، يجب الانتباه إلى مواضع العلامات ووقت التأقلم في جهاز المشي الذاتي. وبالمثل، تحديد المواقع المشارك، والتجربة الممارسة، والتشجيع اللفظي هي ثلاث مراحل حاسمة في اختبار قوة العضلات. وتشير الأدلة الحالية إلى أن المنهجية المبينة في هذه المادة قد تكون فعالة في تقييم الميكانيكا الحيوية للأطراف السفلية.
Introduction
الانضباط من الميكانيكا الحيوية ينطوي في المقام الأول على دراسة الإجهاد والإجهاد والأحمال وحركة النظم البيولوجية – الصلبة والسائلة على حد سواء. كما أنه ينطوي على نمذجة الآثار الميكانيكية على هيكل وحجم وشكل وحركة الجسم1. لسنوات عديدة ، أدت التطورات في هذا المجال إلى تحسين فهمنا للمشية الطبيعية والباثولوجية ، وميكانيكا التحكم العصبي العضلي ، وميكانيكا النمو والشكل2.
الهدف الرئيسي من هذه المقالة هو تقديم منهجية شاملة على اثنين من أحدث التقنيات المتاحة لقياس الميكانيكا الحيوية للأطراف السفلية للأفراد. يقيس نظام تحليل المشي ويقيس الميكانيكا الحيوية للمشية ويقيسها كميًا باستخدام جهاز المشي الذاتي (SP) في تركيبة مع بيئة الواقع المعزز ، والتي تدمج خوارزمية SP لتنظيم سرعة جهاز المشي ، كما هو موضح من قبل Sloot et al3. يتم استخدام معدات اختبار قوة العضلات كتقييم وأداة علاج لإعادة تأهيل الأطراف العليا4. يمكن لهذا الجهاز تقييم موضوعي لمجموعة متنوعة من الأنماط الفسيولوجية للحركة أو مهام محاكاة الوظيفة في أوضاع متساوي القياس والنظائر. ومن المسلم به حاليا كمعيار الذهب لقياس قوة الطرف العلوي5 ولكن الأدلة المتعلقة على وجه التحديد إلى الطرف السفلي لا يزال غير واضح. تشرح هذه الورقة البروتوكول التفصيلي لاستكمال تقييم المشية والقوة المتساويالقياسية للأقصى السفلي.
في إطار التحليل الميكانيكي الحيوي ، من المفيد الجمع بين تقييمات الأداء الوظيفي (مثل تحليل المشي) مع اختبارات محددة للأداء العضلي. هذا لأنه في حين أنه قد يكون من المفترض أن زيادة قوة العضلات يحسن الأداء الوظيفي, هذا قد لا يكون دائما واضحا6. وهذا الفهم مطلوب لتحسين تصميم بروتوكولات إعادة التأهيل واستراتيجيات البحوث في المستقبل لتقييم هذه النهج.
Protocol
Representative Results
Discussion
مساهمة هذه الدراسة هو أن تصف بدقة وشمولية ضمن بروتوكول واحد تقنيات تحليل المشي مجتمعة واختبار قوة العضلات التي لم يسبق وصفها معا.
من أجل تحقيق نتائج دقيقة لتحليل المشي ، هناك مجالان يتطلبان أقصى قدر من الاهتمام: 1) مواضع العلامات و2) وقت التأقلم. تعتمد دقة البيانات المقاسة بش?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
نود أن نشكر الدكتور جوناثان ويليامز على نصيحته بشأن معالجة بيانات MATLAB.
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 |
Riferimenti
- 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).
