Onderste ledematen biomechanische analyse van gezonde deelnemers
Summary
Dit artikel introduceert een uitgebreide experimentele methodologie op twee van de nieuwste technologieën beschikbaar om de onderste ledematen biomechanica van individuen te meten.
Abstract
Biomechanische analysetechnieken zijn nuttig bij de studie van menselijke beweging. Het doel van deze studie was om een techniek in te voeren voor de biomechanische beoordeling van de onderste ledematen bij gezonde deelnemers met behulp van commercieel beschikbare systemen. Aparte protocollen werden geïntroduceerd voor de gang analyse en spierkracht testen systemen. Om maximale nauwkeurigheid voor gangbeoordeling te garanderen, moet aandacht worden besteed aan de markerplaatsingen en de acclimatisatietijd van de loopband op eigen tempo. Op dezelfde manier, deelnemer positionering, een praktijk proef, en verbale aanmoediging zijn drie kritische stadia in spierkracht testen. Het huidige bewijs suggereert dat de methodologie die in dit artikel wordt beschreven, effectief kan zijn voor de beoordeling van biomechanica met een lager been.
Introduction
De discipline van de biomechanica omvat voornamelijk de studie van stress, spanning, belastingen en beweging van biologische systemen – zowel vaste als vloeiende. Het omvat ook het modelleren van mechanische effecten op de structuur, grootte, vorm en beweging van het lichaam1. Voor vele jaren, ontwikkelingen op dit gebied hebben ons begrip van normale en pathologische gang, mechanica van neuromusculaire controle, en mechanica van de groei en vorm2verbeterd.
De belangrijkste doelstelling van dit artikel is om een uitgebreide methodologie te presenteren over twee van de nieuwste technologieën die beschikbaar zijn om biomechanica van lagere ledematen van individuen te meten. Het ganganalysesysteem meet en kwantificeert gangbiomechanica met behulp van een self-paced (SP) loopband in combinatie met een augmented reality-omgeving, die een SP-algoritme integreert om de snelheid van de loopband te reguleren, zoals beschreven door Sloot etal. 3. De spiersterkte testapparatuur wordt gebruikt als een beoordeling en een behandeling instrument voor bovenste extremiteit revalidatie4. Dit apparaat kan objectief een verscheidenheid aan fysiologische bewegingspatronen of taaksimulatietaken in isometrische en isotone modi beoordelen. Het is momenteel erkend als de gouden standaard voor bovenste ledematen sterkte meting5, maar het bewijs met betrekking tot specifiek de onderste ledemaat blijft onduidelijk. Dit document legt het gedetailleerde protocol voor het voltooien van een beoordeling van gang en isometrische sterkte voor de onderste extremiteit.
Binnen de biomechanische analyse is het nuttig om beoordelingen van functionele prestaties (zoals loopanalyse) te combineren met specifieke tests van spierprestaties. Dit komt omdat, terwijl kan worden aangenomen dat verhoogde spierkracht verbetert de functionele prestaties, dit kan niet altijd duidelijk6. Dit inzicht is nodig voor een betere toekomstige opzet van revalidatieprotocollen en onderzoeksstrategieën om deze benaderingen te beoordelen.
Protocol
Representative Results
Discussion
De bijdrage van deze studie is om binnen één protocol nauwkeurig en uitgebreid de technieken te beschrijven voor gecombineerde loopanalyse en spierkrachttesten die nog niet eerder samen zijn beschreven.
Om nauwkeurige resultaten voor ganganalyse te bereiken, zijn er twee gebieden die maximale aandacht vereisen: 1) markerplaatsingen en 2) acclimatisatietijd. De nauwkeurigheid van de gemeten gegevens is sterk afhankelijk van de nauwkeurigheid van het gebruikte model. De andere belangrijke fact…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We willen Dr. Johnathan Williams bedanken voor zijn advies over MATLAB gegevensverwerking.
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).
