Rörelse Omskolning med feedback i realtid för prestanda

Summary

Omskolning onormala rörelsemönster efter skada eller sjukdom är en viktig del av fysisk rehabilitering. Nya tekniska framsteg har möjliggjort korrekt bedömning av rörelse under en mängd olika uppgifter, med nära ögonblicklig kvantifiering av resultaten. Detta ger nya möjligheter för modifiering av felaktiga rörelsemönster i realtid.

Abstract

Varje ändring av rörelse – särskilt rörelsemönster som har finslipat under ett antal år – kräver omorganisering av neuromuskulära mönster som är ansvariga för att styra rörelsen prestanda. Denna motorisk inlärning kan förbättras genom ett antal metoder som används i forskning och kliniska situationer lika. I allmänhet muntlig återkoppling av prestanda i realtid eller kunskap om resultat efter rörelse används vanligen kliniskt som en preliminär sätt att ingjuta motorisk inlärning. Beroende på patientens önskemål och inlärningsstil, visuell återkoppling (t.ex. genom användning av en spegel eller olika typer av video) eller proprioceptiv vägledning använder terapeut beröring, används för att komplettera verbala instruktioner från terapeuten. Faktum är en kombination av dessa former av återkoppling vanligt i klinisk miljö för att underlätta motorisk inlärning och resultat optimera.

Laboratorium-baserad, kvantitativ rörelseAnalysen har varit en stöttepelare i forskningsmiljöer att tillhandahålla korrekt och objektiv analys av olika rörelser hos friska och skadade populationer. Medan de faktiska mekanismerna för att fånga rörelserna kan skilja sig alla nuvarande rörelseanalys system förlitar sig på förmågan att följa utvecklingen av kroppens segment och leder och att använda etablerade rörelseekvationer att kvantifiera viktiga rörelsemönster. På grund av begränsningar i förvärv och processorhastighet, analys och beskrivning av rörelserna har traditionellt skett offline efter avslutad en viss test session.

Detta dokument kommer att belysa en ny komplement till standardtekniker rörelseanalys som bygger på nära momentana bedömning och kvantifiering av rörelsemönster och visning av specifika rörelser egenskaper till patienten under en rörelseanalys session. Som ett resultat, kan denna nya teknik tillhandahålla en ny metod för återkoppling leverans som har fördelar oveR används för närvarande återkopplade metoder.

Introduction

Någon väsentlig förändring av den neuromuskulära eller muskuloskeletala struktur nedre extremiteterna kommer troligen att ha en inverkan på egenskaperna hos rörelse och tillhörande fysisk funktion. Följaktligen är förbättringen i fysisk funktion ett viktigt resultat av någon rehabilitering ingripande. Normala repetitiva rörelser som att gå i allmänhet regleras av motoriska program som innehåller den nödvändiga kontrollen information som behövs för att aktivera musklerna med rätt intensitet och timing ^1. Dessa motoriska program är nödvändiga för att förbättra automatik av rörelse, vilket minskar mängden av kontroll som ägnas åt rörelse och tillåter uppmärksamhet ägnas åt andra högre nivå uppgifter. Men med tanke på rollen som motor program i rörelse och det faktum att dessa program förfinats under ett antal år, ändra rörelse prestanda efter skada eller sjukdom är en utmanande satsning.

Traditionellt, rörelse omskolning Interventjoner har bygger på att ge tillräcklig återkoppling av rörelse prestanda för att säkerställa att de nya uppgifterna införlivas med nya och framväxande motor-program. Enkla, men ändå effektiv, metoder inkluderar muntlig återkoppling med globala instruktioner (t.ex. "böja mer", "hålla knät rakt") samt mekanismer för att ge visuell feedback såsom användning av en spegel eller video inspelningsenheter. Även om dessa indirekta strategier är användbara, speciellt i kliniska miljöer med begränsade resurser, de begränsas av deras svårigheter att tillhandahålla diskreta och kvantifierbara mått på rörelse variabler. Som ett resultat, kommer att komplettera dessa tekniker med ytterligare mer direkta metoder för återkoppling sannolikt öka motorns åter inlärning önskas.

Det finns mycket acceptans i forsknings-och kliniska samhällen som ger återkoppling av diskreta, kvantifierbara resultat av rörelse egenskaper kan förbättra prestanda under en rörelse retraini ng ingripande. Till exempel har ögonblicklig visuell eller auditiv feedback av muskelaktivering intensitet med elektromyografiska biofeedback enheter blir en stöttepelare i rehabilitering av rörelse, särskilt hos personer med stroke ^2-3, cerebral pares ^4, eller kronisk hemiplegi ^5. Däremot har återkoppling av rörelse kinematik (gemensamma och segment vinklar) visat sig vara mindre utnyttjad på grund av svårigheter att bedöma och mäta dessa resultat snabbt och exakt. Faktum även kvantitativ, laboratorium-baserad analys av rörelse framträdande plats i biomekanik forskning och har börjat införlivas i den kliniska miljön är den stora majoriteten av rörelseanalys användning reserverad för offline analys efter test. Det finns dock ett ökande antal studier i litteraturen som använder ny teknik för att ge feedback på gångsvårigheter åtgärder som ett sätt att förbättra effektiviteten i rörelsen omskolning ^6.

ve_content "> En patologi som för närvarande utreds för användning i realtid biofeedback kapacitet integrerade med standardsystem rörelseanalys är knä artros (OA). Nyligen genomförda studier har utnyttjat feedback i realtid för gångsvårigheter kinematik särskilt utformade för att minska belastningen passerar genom knäleden, kvantifieras med hjälp av externa ögonblick knä adduktion -. en erkänd riskfaktor för OA progression ⁷ Till exempel har studier utnyttjat realtid biofeedback för storleken på låret vinkel ⁸ eller trunk vinkel ^9-10 gav en Hunt et al ^11. realtidsvisning av bålen vinkel framför deltagarna under gång försök och visade förmågan att öka ut stammen mager i en enda träningspass, med åtföljande minskning av knä magnituder adduktion ögonblick. Däremot genomförde Barrios m fl ⁸ en åtta-session gång omskolning ingripande fokuserade på att modifiera dynamiska frontala planet knävinkel under hållning och visade signifikant minskning i knä värden adduktion stund efter en månad ingrepp jämfört med utgångsvärdet. Dessa studier och liknande studier har åberopat möjligheten att mäta, analysera och visa variabeln av intresse för patienten på en kontinuerlig basis. Denna spirande forskningsområde har kliniska implikationer för patienter med olika sjukdomar som påverkar rörelse egenskaper. Använda exempel på kinematiska förändringar som är relevanta för artros (OA) i knä, är syftet med denna uppsats att beskriva metoder som krävs för att genomföra en rörelse omskolning ingrepp med realtid biofeedback att gå prestanda.

Protocol

1. System Preparation Rensa fånga volymen av varje reflekterande material som kan observeras av kamerorna. Detta minskar risken för verkliga hud-baserade markörer förväxlas med stationära bakgrund markörer under rörelsen testning och förbättrar den totala noggrannheten av sessionen. Kalibrera kamerorna genom att sikta alla kameror på stationära markörer i fasta positioner inom laboratoriet. Förläng statiska kalibreringen till dynamiska rörelser med rörliga markörer placerade i kän…

Representative Results

Ett exempel från en enda rörelse omskolning session fokuserar på ökad laterala stammen lutningsvinkel hos en patient med knäartros visas i figur 2. Efter ungefär 15 minuter av utbildning med en kombination av verbala och spegel-baserade återkoppling av prestanda, var patienten är försedd med realtidsdata som hänför sig till mängden lateral stam böjning. Träning med denna metod fortsatte under ytterligare 10 minuter. Under normala (omodifierade) försök uppvisade patienten en självvald m?…

Discussion

Feedback i realtid för prestanda under rörelser såsom promenader kan vara ett värdefullt komplement till vanliga metoder rörelseanalys. Även i sin relativa linda, kommer forskning om specifika och diskret rörelse ändringar säkert omfattas av förmågan att producera den önskade modifieringen med noggrannhet och i realtid. Till exempel, om patienten kräver en viss mängd rörelse modifiering kan detta belopp mätas och som under själva rörelsen. Den metod som presenteras här kan användas för att testa nya…

Materials

Name of the reagent	Company	Catalogue number	Comments (optional)
Reflective markers	3×3 Design		12 mm diameter
Marker tape discs	Discount Disposables	TD-22 Electrode Collar, 8 mm	Designed usage is as electrode collars
Motion analysis cameras	Motion Analysis Corporation
Biofeedtrak	Motion Analysis Corporation
Matlab	The Mathworks