Nedre extremiteterna biomekanisk analys av friska deltagare
Summary
Denna artikel introducerar en omfattande experimentell metodik på två av de senaste teknikerna tillgängliga för att mäta den nedre delen biomekanik av individer.
Abstract
Biomekaniska analystekniker är användbara i studiet av mänsklig rörelse. Syftet med denna studie var att införa en teknik för den nedre delen biomekaniska bedömning hos friska deltagare med hjälp av kommersiellt tillgängliga system. Separata protokoll infördes för gång analys och muskel styrka testsystem. För att säkerställa maximal noggrannhet för gångbedömning bör man uppmärksamma markörplaceringarna och acklimatiseringstiden i egen takt. På samma sätt, deltagare positionering, en praxis rättegång, och verbal uppmuntran är tre kritiska stadier i muskelstyrka testning. De aktuella bevisen tyder på att den metod som beskrivs i denna artikel kan vara effektiv för bedömning av nedre delen biomekanik.
Introduction
Disciplinen biomekanik innebär främst studier av stress, påfrestningar, belastningar och rörelse av biologiska system – fast och flytande lika. Det innebär också modellering av mekaniska effekter på strukturen, storlek, form och rörelse av kroppen1. Under många år har utvecklingen inom detta område förbättrat vår förståelse av normal och patologisk gång, mekanik neuromuskulär kontroll, och mekanik för tillväxt och form2.
Huvudsyftet med denna artikel är att presentera en omfattande metod för två av de senaste teknikerna som finns tillgängliga för att mäta nedre delen biomekanik av individer. Gånganalyssystemet mäter och kvantifierar gångbiomekanik genom att använda ett löpband i egen takt (SP) i kombination med en förstärkt verklighetsmiljö, som integrerar en SP-algoritm för att reglera löpbandets hastighet, som beskrivs av Sloot et al3. Muskelstyrkatestutrustningen används som bedömning och ett behandlingsverktyg för övre änden rehabilitering4. Denna enhet kan objektivt bedöma en mängd fysiologiska mönster av rörelse eller jobb simuleringsuppgifter i isometriska och isotoniska lägen. Det är för närvarande erkänt som guldmyntfoten för övre extremiteten styrka mätning5 men de bevis som är relaterade specifikt till den nedre delen är fortfarande oklart. Detta dokument förklarar det detaljerade protokollet för att slutföra en bedömning av gång och isometrisk styrka för den nedre änden.
Inom biomekanisk analys är det användbart att kombinera bedömningar av funktionell prestanda (t.ex. gånganalys) med specifika tester av muskelprestanda. Detta beror på att även om det kan antas att ökad muskelstyrka förbättrar funktionella prestanda, detta kanske inte alltid är uppenbart6. Denna förståelse krävs för en förbättrad framtida utformning av rehabiliteringsprotokoll och forskningsstrategier för att bedöma dessa metoder.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bidraget från denna studie är att noggrant och omfattande beskriva inom ett protokoll de tekniker för kombinerad gånganalys och muskelstyrka testning som inte tidigare har beskrivits tillsammans.
För att uppnå korrekta resultat för gånganalys finns det två områden som kräver maximal uppmärksamhet: 1) markörplaceringar och 2) acklimatiseringstid. Noggrannheten hos de uppmätta uppgifterna är starkt beroende av noggrannheten hos den modell som används. De andra nyckelfaktorer som …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi vill tacka Dr Johnathan Williams för 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
- 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).
