건강한 참가자의 하부 사지 생체 역학 분석
Summary
이 기사에서는 개인의 하반신 생체 역학을 측정하는 데 사용할 수있는 최신 기술 중 두 가지에 대한 포괄적 인 실험 방법론을 소개합니다.
Abstract
생체 역학 분석 기술은 인간의 움직임의 연구에 유용합니다. 이 연구의 목적은 상업적으로 이용 가능한 시스템을 사용하여 건강한 참가자의 하반신 생체 역학 평가를 위한 기술을 소개하는 것이었습니다. 걸음걸이 분석 및 근력 테스트 시스템을 위한 별도의 프로토콜이 도입되었습니다. 걸음걸이 평가의 정확성을 극대화하려면 마커 배치및 자가 주행 러닝머신 적응 시간에 주의를 기울여야 합니다. 유사 하 게, 참가자 위치, 연습 재판, 그리고 구두 격려 근육 강도 테스트에 세 가지 중요 한 단계. 현재 의증거는 이 문서에 설명된 방법론이 더 낮은 사지 생체 역학의 평가를 위해 효과적일 지도 모른다는 것을 건의합니다.
Introduction
생체 역학의 분야는 주로 응력, 변형, 하중 및 생물학적 시스템의 움직임 – 고체 및 유체 모두의 연구를 포함한다. 그것은 또한 구조, 크기, 모양 및 신체의 움직임에 기계적 효과의 모델링을 포함한다1. 몇 년 동안,이 분야의 발전은 정상 및 병리학 적 걸음걸이, 신경 근육 제어의 역학, 성장과 형태2의역학에 대한 우리의 이해를 향상시켰다.
이 문서의 주요 목적은 개인의 낮은 사지 생체 역학을 측정하기 위해 사용할 수있는 최신 기술의 두 가지에 대한 포괄적 인 방법론을 제시하는 것입니다. 걸음걸이 분석 시스템은 Sloot et al3에의해 설명된 바와 같이, SP 알고리즘을 통합하여 러닝머신의 속도를 조절하는 증강 현실 환경과 결합된 자가 이동(SP) 러닝머신을 사용하여 보행 생체역학을 측정및 정량화한다. 근력 테스트 장비는 상지 재활을 위한 평가 및 치료 도구로 사용된다4. 이 장치는 동위 원소 및 동위 원소 모드에서 다양한 운동 또는 작업 시뮬레이션 작업의 다양한 생리학적 패턴을 객관적으로 평가할 수 있습니다. 현재 상지 강도 측정5에 대한5 금본위제로 인식되고 있으나, 특히 하반신과 관련된 증거는 불분명하다. 이 백서는 하부 말단에 대한 걸음걸이 및 등각 투영 강도의 평가를 완료하기 위한 상세한 프로토콜을 설명합니다.
생체 역학 분석 내에서 기능 적 성능 평가 (예 : 보행 분석)와 근육 성능의 특정 테스트를 결합하는 것이 유용합니다. 이것은 증가 된 근육 강도가 기능적 성능을 향상시킨다고 가정 할 수 있지만, 이것은 항상명백한6이 아닐 수도 있기 때문입니다. 이러한 접근법을 평가하기 위해 재활 프로토콜 및 연구 전략의 개선된 미래 설계에 이러한 이해가 필요합니다.
Protocol
보고된 방법은 본머스 대학 연구 윤리 위원회 (참조 15005)에서 윤리적 인 승인을받은 연구에서 따랐다. 1. 참가자 연구에 참여하는 건강한 성인(23~63세, 평균 ±S.D.; 42.0±13.4, 체질량 70.4±15.3 kg, 신장 175.5±9.8 cm; 15남성, 15명의 암컷)을 모집한다. 이 연구를 위해 30명의 참가자가 모집되었습니다. 참가자의 현기증, 균형 문제 또는 걷기 어려움의 자기 보고 된 역사가 ?…
Representative Results
공간-시간적, 운동학 및 운동 걸음걸이 매개변수의 평균 및 표준 편차는 표 2에구비되어 있다. 모든 30명의 참가자에 대한 MVIC 데이터는 표 3에요약되어 있습니다. 보행 매개변수의 그래픽 표현을 보여주는 한 참가자의 왼쪽 및 오른쪽에 대한 일반적인 데이터 세트는 각각 그림 4 및 그림 5에제공됩니다.<…
Discussion
이 연구의 기여는 이전에 함께 설명되지 않은 결합 된 보행 분석 및 근육 강도 테스트를위한 기술을 하나의 프로토콜 내에서 정확하고 포괄적으로 설명하는 것입니다.
걸음걸이 분석에 대한 정확한 결과를 얻기 위해 1) 마커 배치 및 2) 적응 시간이라는 두 가지 영역이 있습니다. 측정된 데이터의 정확도는 사용된 모델의 정확도에 크게 좌우됩니다. 정확도에 영향을 미치는 다?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
우리는 MATLAB 데이터 처리에 대한 그의 조언에 대한 박사 조나단 윌리엄스 감사드립니다.
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 |
Referências
- 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).
Citar este artigo
Bahadori, S., Wainwright, T. W. Lower Limb Biomechanical Analysis of Healthy Participants. J. Vis. Exp. (158), e60720, doi:10.3791/60720 (2020).