Summary

Lavere lemmer Biomekanisk analyse af raske deltagere

Published: April 15, 2020
doi:

Summary

Denne artikel introducerer en omfattende eksperimentel metode på to af de nyeste teknologier til rådighed til at måle den nedre lemmer biomekanik af enkeltpersoner.

Abstract

Biomekaniske analyseteknikker er nyttige i studiet af menneskelig bevægelse. Formålet med denne undersøgelse var at indføre en teknik til den underlige biomekaniske vurdering hos raske deltagere ved hjælp af kommercielt tilgængelige systemer. Separate protokoller blev indført for gangart analyse og muskelstyrke testsystemer. For at sikre maksimal nøjagtighed for gangart vurdering, bør der lægges vægt på markør placeringer og selv-tempo løbebånd akklimatisering tid. Tilsvarende deltager positionering, en praksis forsøg, og verbal opmuntring er tre kritiske stadier i muskelstyrke test. Den nuværende dokumentation tyder på, at den metode, der er skitseret i denne artikel, kan være effektiv til vurdering af biomekanik i underekstremiteterne.

Introduction

Disciplinen biomekanik primært indebærer studiet af stress, stamme, belastninger og bevægelse af biologiske systemer – både fast og flydende. Det indebærer også modellering af mekaniske virkninger på strukturen, størrelse, form og bevægelse af kroppen1. I mange år har udviklingen på dette område forbedret vores forståelse af normal og patologisk gangart, mekanik af neuromuskulær kontrol, og mekanik af vækst og form2.

Hovedformålet med denne artikel er at præsentere en omfattende metode på to af de nyeste teknologier til rådighed til at måle underekstremiteterne biomekanik af enkeltpersoner. Den gangart analysesystem måler og kvantificerer gangart biomekanik ved hjælp af en self-paced (SP) løbebånd i kombination med en augmented reality miljø, som integrerer en SP algoritme til at regulere løbebånd hastighed, som beskrevet af Sloot et al3. Muskelstyrketestudstyret anvendes som en vurdering og et behandlingsværktøj til øvre ende rehabilitering4. Denne enhed kan objektivt vurdere en række fysiologiske bevægelsesmønstre eller jobsimuleringsopgaver i isometriske og isotoniske tilstande. Det er i øjeblikket anerkendt som guld standard for øvre lemmer styrke måling5, men de beviser, der er relateret specifikt til underekstremiteterne er fortsat uklart. Dette dokument forklarer den detaljerede protokol for at færdiggøre en vurdering af gangart og isometrisk styrke for den nedre ende.

Inden for biomekanisk analyse er det nyttigt at kombinere vurderinger af funktionel ydeevne (såsom gangartanalyse) med specifikke test af muskulær ydeevne. Dette skyldes, at selv om det kan antages, at øget muskelstyrke forbedrer funktionelle ydeevne, Dette kan ikke altid være synlige6. Denne forståelse er nødvendig for en forbedret fremtidig udformning af rehabiliteringsprotokoller og forskningsstrategier til vurdering af disse tilgange.

Protocol

Den rapporterede metode blev fulgt i en undersøgelse, der modtog etisk godkendelse fra Bournemouth University Research Ethics Committee (Reference 15005). 1. Deltagere Rekruttér raske voksne (i alderen 23 til 63 år, gennemsnit ± SD; 42,0 ± 13,4, kropsmasse 70,4 ± 15,3 kg, højde 175,5 ± 9,8 cm; 15 hanner, 15 hunner) til at deltage i undersøgelsen. 30 deltagere blev rekrutteret til denne undersøgelse. Sørg for, at der ikke er nogen selvrapporteret historie af svimm…

Representative Results

Middel- og standardafvigelsen for de rumlige,tidsmæssige, kinematik- og kinetiske gangartparametre er angivet i tabel 2. MVIC-data for alle 30 deltagere er sammenfattet i tabel 3. I figur 4 og figur 5findes et typisk datasæt for venstre og højre side af en deltager, der viser grafisk repræsentation af gangartparametre. De fremlagte …

Discussion

Bidraget fra denne undersøgelse er at præcist og omfattende beskrive inden for en protokol de teknikker til kombineret gangart analyse og muskelstyrke test, der ikke tidligere er blevet beskrevet sammen.

For at opnå nøjagtige resultater for ganganalyse er der to områder, der kræver maksimal opmærksomhed: 1) markørplaceringer og 2) akklimatiseringstid. Nøjagtigheden af de målte data afhænger i høj grad af nøjagtigheden af den anvendte model. De andre vigtige faktorer, der påvirker…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Vi vil gerne takke Dr. Johnathan Williams for hans råd om MATLAB databehandling.

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

  1. 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).
  2. Kaufman, K., An, K., Firestein, G. S. . Kelley and Firestein’s Textbook of Rheumatology (Tenth Edition). , 78-89 (2017).
  3. Sloot, L. H., van der Krogt, M. M., Harlaar, J. Self-paced versus fixed speed treadmill walking. Gait & Posture. 39 (1), 478-484 (2014).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. . . HBM2 Reference Manual. , 9-11 (2017).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. Ancillao, A. . Modern Functional Evaluation Methods for Muscle Strength and Gait Analysis. , 133 (2018).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. Abernethy, P., Wilson, G., Logan, P. Strength and power assessment. Issues, controversies and challenges. Sports Medicine. 19 (6), 401-417 (1995).
  22. 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).
  23. 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).
  24. 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).
  25. Bickers, M. J. Does verbal encouragement work? The effect of verbal encouragement on a muscular endurance task. Clinical Rehabilitation. 7 (3), 196-200 (1993).
  26. 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).
  27. 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).
  28. Rendos, N. K., et al. Variations in Verbal Encouragement Modify Isokinetic Performance. Journal of Strength and Conditioning Research. 33 (3), 708-716 (2019).
check_url/it/60720?article_type=t

Play Video

Citazione di questo articolo
Bahadori, S., Wainwright, T. W. Lower Limb Biomechanical Analysis of Healthy Participants. J. Vis. Exp. (158), e60720, doi:10.3791/60720 (2020).

View Video