Sit-to-stand ve-yürüyüş% 120 Diz Boy dan: A Novel Yaklaşım Dinamik Postural Kontrol Independent Kurşun bacağın değerlendirilmesi için
Summary
Here, we present a novel protocol to measure positional stability at key events during the sit-to-stand-to-walk using the center-of-pressure to the whole-body-center-of-mass distance. This was derived from the force platform and three-dimensional motion-capture technology. The paradigm is reliable and can be utilized for the assessment of neurologically compromised individuals.
Abstract
Sensorimotor patoloji, mesela Bireyler, inme zorluk oturan ve yürüyüş (: STW sit-to-yürüyüş) başlatılması yükselen ortak görevi yerine var. Böylece, klinik rehabilitasyon ayrılması otur-standı ve yürüyüş başlatma – adlandırdığı sit-to-stand ve-yürüyüş (STSW) – olağandır. Ancak, patolojik değerlendirme için uygun açıkça tanımlanmış analitik bir yaklaşımla bir standart STSW protokol henüz tanımlanmalıdır etti.
Bu nedenle, bir hedefe yönelik protokol o kurşun ekstremitenin destek bağımsız geniş bir taban ile% 120 diz yükseklikten başlatılmalıdır yükselen faz gerektiren sağlıklı ve tehlikeye bireyler için uygundur tanımlanır. Optik üç boyutlu (3D) yakalanması segmental hareket yörüngeleri ve kuvvet platformları iki boyutlu (2B) merkez-of-basınç (COP) COP ve tüm vücut merkezi-of arasındaki yatay mesafenin izin izleme yörüngeleri elde etmek için kütle (BCOM), azalma olan artışpozisyonel istikrar s ama kötü dinamik postural kontrol temsil etmek önerilmektedir.
BCOM-COP mesafesi ve deneklerin bacak uzunluğuna normalleşme olmadan ifade edilir. COP-BCOM mesafeleri STSW aracılığıyla değişir iken, 1. ve 2. adımlarda esnasında koltuk-off ve ilk ayak-off (TO1) kilit hareketi etkinliklerinde normalize veriler 10 genç sağlıklı bireyler tarafından gerçekleştirilen 5 tekrarlanan çalışmalarda düşük intra ve inter konu değişkenliği var . Böylece, genç sağlıklı bireylerde üst motor nöron hasarı veya diğer tehlikeye hasta grupları ve normatif verilerle hastalar arasında bir STSW paradigmanın performansı sırasında önemli olaylar da COP-BCOM mesafe karşılaştıran dinamik postural stabilite değerlendirilmesi için yeni bir yöntemdir.
Introduction
sensörimotor sistemlerini etkileyen klinik patolojiler, örnek üst motor nöron (UMN) hasarı aşağıdaki inme, olumsuz lokomosyon etkileyebilir halsizlik, postural stabilite ve spastisite kaybı dahil fonksiyonel bozuklukları, yol açar. Kurtarma güvenli ayakta ya da 1,2 yürüyüş fonksiyonel kilometre taşları elde etmek için başarısız inmeli önemli sayıda değişken olabilir.
Ve yürüyüş ayrık uygulama sit-to-standı UMN patoloji 3,4 sonra ortak rehabilitasyon görevleri vardır ancak geçiş hareketleri sıklıkla ihmal edilir. Sit-to-yürüyüş (STW) için stand sit-(STS), yürüme başlamasını (GI) birleştiren ve 5 yürüyen sıralı postural-lokomotor iştir.
STW sırasında yansıtıcı tereddüt STS ve GI, ayrılması eski unimpaire yanı sıra Parkinson hastalığı 6 ve kronik felç 7 olan hastalarda gözlenmiştird yetişkin 8 değil, genç sağlıklı bireylerde 9. Bu nedenle sit-to-stand ve-yürüyüş (STSW) yaygın olarak klinik ortamında uygulanan ve ayakta dururken değişken uzunlukta bir duraklama fazı ile tanımlanır. Ancak, hasta popülasyonları için uygun bir bağlamda STSW dinamiklerini tanımlayan bugüne kadar yayımlanmış protokoller vardır.
Genellikle STW çalışmalarında ilk koltuk yüksekliği diz yüksekliğinin% 100 (KH; zeminden diz mesafesi), kendi seçtiği olan silah göğüs ve ekolojik anlamlı bir görev bağlamında karşısında kısıtlanır, ayak genişliği ve GI kurşun-ekstremite 5-9 yok çoğu zaman. Ancak, hastaların% 100 KH zorlu 10 yükselen bulmak ve sık sık sağlıklı bireylerin 11 ile karşılaştırıldığında daha geniş bir ayak pozisyonunu kabul, onların etkilenen bacak 7 yürüyüşü başlatmak ve ivme 7 oluşturmak için kollarını kullanın.
yürüyüşü, bir kullanım amacı içinde tüm vücut hareketinde bir durum değişikliği başlatmak için eful yönü 12 gereklidir. Bu tüm vücut merkezi-of-kütle uncoupling sağlanır: merkez-of-basınç (COP (BCOM alanı 13 tüm kabul vücut bölümlerinin ağırlıklı ortalama): Elde edilen zemin reaksiyon kuvveti pozisyonu (GRF) vektör 14). GI, hızlı basmakalıp posterior ve uzuv doğru COP yanal hareketinin beklenti safhasında böylece BCOM ivme 12,15 üreten oluşur salladı edilecek. Bunların arasındaki yatay mesafe, dinamik postural kontrol 16 bir ölçüsü olarak ortaya atılmış COP ve BCOM dolayısıyla ayrılır.
COP-BCOM mesafenin hesaplanması COP ve BCOM pozisyonları ölçümünü gerektirir. COP standart hesaplama (1) 17 denklemde aşağıda gösterilmiştir:
tp_upload / 54323 / 54323eq2.jpg "/>
(1)
M ve Kuvvet sırasıyla kuvvet platformu eksenleri ve yönlü GRF hakkında anları temsil eder. indisler eksenleri temsil etmektedir. kökenli temas yüzeyi ve kuvvet platformun kökenli arasındaki dikey mesafedir, ve sıfır olarak kabul edilir.
BCOM pozisyonlar türetmek kinematik yöntemi segmental belirteçlerin değiştirmesini izlemeyi içerir. Vücut segment hareket bir sadık temsil yumuşak doku-dışlayıcı (CAST tekniği 18) en aza indirerek, kemik yerlerinden uzak yerleştirilmiş sert plakalar üzerinde kümelenmiş işaretçileri kullanılarak elde edilebilir. BCOM konumunu belirlemek için, tek tek vücut kademeli kütleleri kadavra çalışma 19 göre tahmin edilir. Üç boyutlu (3D) hareket sistemi tescilli yazılım proksimal ve d konumlarını koordine kullanıriçin ISTAL segmenti yerleri: 1) segmental uzunlukları belirler, 2) aritmetik segmental kitleleri tahmin ve 3) segmental COM yerleri hesaplamak. Bu modeller daha sonra sektörler arası pozisyonları net toplamı (Şekil 1) dayalı zaman içinde belirli bir noktada 3D BCOM pozisyon tahminleri sağlayabiliyoruz.
Bu nedenle, bu çalışmanın amacı ekolojik geçerlidir ve yüksek koltuk yüksekliği yükselen içeren standart bir STSW protokolü sunmak için ilk. STSW 120 den% KH KH tehlikeye bireyler için daha kolay (ve daha güvenli) 'dir% 120 yükselen, yani 20 yükselen sırasında alt BCOM dikey hızları ve GRF en% 100 KH engelleme kuşaktan biyomekanik belirsiz olduğu daha önce gösterilmiştir. İkinci olarak, 3D hareket-yakalama kullanarak önemli kilometre taşları ve geçişler sırasında dinamik postür kontrolünü değerlendirmek için COP-BCOM yatay mesafeler elde etmek. STSW sırasında sağlıklı bireylerde bacak-le bağımsız olan bu yaklaşım,reklam 20, fonksiyonel iyileşme değerlendirme olanağını sunmaktadır. Son olarak, genç, sağlıklı bireylerden oluşan bir ön STSW veri kümesi temsilcisi sunulmuştur, grup içi ve arası konu değişkenlik patolojik kişilerle karşılaştırma bilgilendirmek amacıyla tanımlanmıştır.
Şekil 1. 2B BCOM hesaplanması. Kolaylık olması açısından, örneğin, 2 boyutlu, 3-bağlı kütleye kadar tüm bacak COM hesaplanması esasına dayanır burada ilgili COM pozisyonları (x, y), ve segmental kitleler (m, 1 koordinatları m 2, m 3) bilinmektedir. Segment kütleleri ve laboratuvar açısından segmental COM pozisyonlarının yeri, (LCS; köken: 0, 0) koordinat sistemi, konu vücut kitle ve yayınlanan antropometrik verileri kullanarak hareket analiz sistemi sahipli yazılımlara göre tahmin edilmektedir (ana metne bakınız). X, birnd y bacak COM pozisyon, 3-bağlantılı kitle bu örnekte, daha sonra gösterilen formüller kullanılarak elde edilmiştir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Protocol
Representative Results
Discussion
Burada tanımlanan sit-to-stand ve-yürüyüş (STSW) protokolü, sağlıklı bireyler veya hasta gruplarında karmaşık geçiş hareketi sırasında dinamik postural kontrol test etmek için kullanılır. protokol patolojisi olan konular katılmak için izin vermek için tasarlanmıştır kısıtlamaları içerir ve ışığı kapatarak dahil o ekolojik geçerli ve hedef odaklı olduğu anlamına gelir. Daha önce bu kurşun ekstremite gösterilen ve temelde STSW 20 sırasında görev dinamikleri etkilemez …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar pratik destek için Londra South Bank Üniversitesi'nde King College London ve Bill Anderson Tony Christopher, Lindsey Mercanköşk teşekkür etmek istiyorum. Bu proje için veri toplama ona yardım için King College London'da Eleanor Jones da teşekkür ederiz.
Materials
| Motion Tracking Cameras | Qualysis (Qualysis AB Gothenburg, Sweden) | Oqus 300+ | n=8 |
| Qualysis Track Manager (QTM) | Qualysis (Qualysis AB Gothenburg, Sweden) | QTM 2.9 Build No: 1697 | Proprietary tracking software |
| Force Platform Amplifier | Kistler Instruments, Hook, UK | 5233A | n=4 |
| Force Platform | Kistler Instruments, Hook, UK | 9281E | n=4 |
| AD Converter | Qualysis (Qualysis AB Gothenburg, Sweden) | 230599 | |
| Light-Weight Wooden Walkway Section | Kistler Instruments, Hook, UK | Type 9401B01 | n=2 |
| Light-Weight Wooden Walkway Section | Kistler Instruments, Hook, UK | Type 9401B02 | n=4 |
| 4 Point "L-Shaped" Calibration Frame | Qualysis (Qualysis AB Gothenburg, Sweden) | ||
| "T-Shaped" Wand | Qualysis (Qualysis AB Gothenburg, Sweden) | ||
| 12mm Diameter Passive Retro reflective Marker | Qualysis (Qualysis AB Gothenburg, Sweden) | Cat No: 160181 | Flat Base |
| Double Adhesive Tape | Qualysis (Qualysis AB Gothenburg, Sweden) | Cat No: 160188 | For fixing markers to skin |
| Height-Adjustable Stool | Ikea, Sweden | Svenerik | Height 43-58cmwith ~10cm customized height extension option at each leg |
| Circular (Disc) Pressure Floor Pad | Arun Electronics Ltd, Sussex, UK | PM10 | 305mm Diameter, 3mm thickness, 2 wire |
| Lower Limb Tracking Marker Clusters | Qualysis (Qualysis AB Gothenburg, Sweden) | Cat No: 160145 | 2 Marker clusters, lower body with 8 markers (n=2) |
| Upper Limb Tracking Marker Clusters | Qualysis (Qualysis AB Gothenburg, Sweden) | Cat No: 160146 | 2 Marker clusters, lower body with 6 markers (n=2) |
| Self-Securing Bandage | Fabrifoam, PA, USA | 3'' x 5' | |
| Cycling Skull Cap | Dhb | Windslam | |
| Digital Column Scale | Seca | 763 Digital Medical Scale w/ Stadiometer | |
| Measuring Caliper | Grip-On | Grip Jumbo Aluminum Caliper – Model no. 59070 | 24in. Jaw |
| Extendable Arm Goniometer | Lafayette Instrument | Model 01135 | Gollehon |
| Light Switch | Custom made | ||
| Visual3D Biomechanics Analysis Software | C-Motion Inc., Germantown, MD, USA | Version 4.87 |
References
- Duncan, P. W., Goldstein, L. B., Matchar, D., Divine, G. W., Feussner, J. Measurement of motor recovery after stroke. Outcome assessment and sample size requirements. Stroke. 23 (8), 1084-1089 (1992).
- Smith, M. T., Baer, G. D. Achievement of simple mobility milestones after stroke. Arch Phys Med Rehabil. 80 (4), 442-447 (1999).
- Langhorne, P., Bernhardt, J., Kwakkel, G. Stroke rehabilitation. Lancet. 377 (9778), 1693-1702 (2011).
- Veerbeek, J. M., et al. What is the evidence for physical therapy poststroke? A systematic review and meta-analysis. PLoS One. 9 (2), e87987 (2014).
- Magnan, A., McFadyen, B., St-Vincent, G. Modification of the sit-to-stand task with the addition of gait initiation. Gait Posture. 4 (3), 232-241 (1996).
- Buckley, T. A., Pitsikoulis, C., Hass, C. J. Dynamic postural stability during sit-to-walk transitions in Parkinson disease patients. Mov Disord. 23 (9), 1274-1280 (2008).
- Frykberg, G. E., Aberg, A. C., Halvorsen, K., Borg, J., Hirschfeld, H. Temporal coordination of the sit-to-walk task in subjects with stroke and in controls. Arch Phys Med Rehabil. 90 (6), 1009-1017 (2009).
- Dehail, P., et al. Kinematic and electromyographic analysis of rising from a chair during a "Sit-to-Walk" task in elderly subjects: role of strength. Clin Biomech (Bristol, Avon). 22 (10), 1096-1103 (2007).
- Buckley, T., Pitsikoulis, C., Barthelemy, E., Hass, C. J. Age impairs sit-to-walk motor performance. J Biomech. 42 (14), 2318-2322 (2009).
- Roy, G., et al. The effect of foot position and chair height on the asymmetry of vertical forces during sit-to-stand and stand-to-sit tasks in individuals with hemiparesis. Clin Biomech (Bristol, Avon). 21 (6), 585-593 (2006).
- Kubinski, S. N., McQueen, C. A., Sittloh, K. A., Dean, J. C. Walking with wider steps increases stance phase gluteus medius activity. Gait Posture. 41 (1), 130-135 (2015).
- Jian, Y., Winter, D. A., Ishac, M. G., Gilchrist, L. Trajectory of the body COG and COP during initiation and termination of gait. Gait Posture. 1 (1), 9-22 (1993).
- Winter, D. A. Human balance and posture control during standing and walking. Gait Posture. 3 (4), 193-214 (1995).
- Cavanagh, P. R. A technique for averaging center of pressure paths from a force platform. J Biomech. 11 (10-12), 487-491 (1978).
- Halliday, S. E., Winter, D. A., Frank, J. S., Patla, A. E., Prince, F. The initiation of gait in young, elderly, and Parkinson’s disease subjects. Gait Posture. 8 (1), 8-14 (1998).
- Hass, C. J., Waddell, D. E., Fleming, R. P., Juncos, J. L., Gregor, R. J. Gait initiation and dynamic balance control in Parkinson’s disease. Arch Phys Med Rehabil. 86 (11), 2172-2176 (2005).
- Winter, D. A., Patla, A. E., Ishac, M., Gage, W. H. Motor mechanisms of balance during quiet standing. J Electromyogr Kinesiol. 13 (1), 49-56 (2003).
- Cappozzo, A., Catani, F., Croce, U. D., Leardini, A. Position and orientation in space of bones during movement: anatomical frame definition and determination. Clin Biomech (Bristol, Avon). 10 (4), 171-178 (1995).
- Dempster, W. T., Gabel, W. C., Felts, W. J. The anthropometry of the manual work space for the seated subject. Am J Phys Anthropol. 17 (4), 289-317 (1959).
- Jones, G. D., James, D. C., Thacker, M., Jones, E. J., Green, D. A. Sit-to-Walk and Sit-to-Stand-and-Walk Task Dynamics are Maintained During Rising at an Elevated Seat-Height Independent of Lead-Limb in Healthy Individuals. Gait Posture. 48, 226-229 (2016).
- Qualysis AB. . Qualysis Track Manager User Manual. , (2011).
- Hoffman, M., Schrader, J., Applegate, T., Koceja, D. Unilateral postural control of the functionally dominant and nondominant extremities of healthy subjects. J Athl Train. 33 (4), 319-322 (1998).
- Ren, L., Jones, R. K., Howard, D. Whole body inverse dynamics over a complete gait cycle based only on measured kinematics. J Biomech. 41 (12), 2750-2759 (2008).
- C-Motion Wiki Documentation. . Tutorial: Building a Model. , (2013).
- Kainz, H., Carty, C. P., Modenese, L., Boyd, R. N., Lloyd, D. G. Estimation of the hip joint centre in human motion analysis: a systematic review. Clin Biomech (Bristol, Avon). 30 (4), 319-329 (2015).
- Harrington, M. E., Zavatsky, A. B., Lawson, S. E., Yuan, Z., Theologis, T. N. Prediction of the hip joint centre in adults, children, and patients with cerebral palsy based on magnetic resonance imaging. J Biomech. 40 (3), 595-602 (2007).
- C-Motion Wiki Documentation. . Coda Pelvis. , (2015).
- Bell, A. L., Brand, R. A., Pedersen, D. R. Prediction of hip joint centre location from external landmarks. Human movement science. 8 (1), 3-16 (1989).
- Eames, M. H. A., Cosgrove, A., Baker, R. Comparing methods of estimating the total body centre of mass in three-dimensions in normal and pathological gaits. Human movement science. 18 (5), 637-646 (1999).
- C-Motion Wiki Documentation. . Force Structures. , (2015).
- Martin, M., et al. Gait initiation in community-dwelling adults with Parkinson disease: comparison with older and younger adults without the disease. Phys Ther. 82 (6), 566-577 (2002).
- Bland, J. M., Altman, D. G. Measurement error. BMJ. 313 (7059), (1996).
- Hof, A. L. Scaling gait data to body size. Gait Posture. 4 (3), 222-223 (1996).
- Holden, J. P., Selbie, W. S., Stanhope, S. J. A proposed test to support the clinical movement analysis laboratory accreditation process. Gait Posture. 17 (3), 205-213 (2003).
- Baker, R. Gait analysis methods in rehabilitation. J Neuroeng Rehabil. 3, (2006).
- Gregory, C. M., Embry, A., Perry, L., Bowden, M. G. Quantifying human movement across the continuum of care: From lab to clinic to community. J Neurosci Methods. 231, 18-21 (2014).
- Pai, Y. C., Rogers, M. W. Segmental contributions to total body momentum in sit-to-stand. Medicine and Science in Sports and Exercise. 23 (2), 225-230 (1991).
- Hughes, M. A., Weiner, D. K., Schenkman, M. L., Long, R. M., Studenski, S. A. Chair rise strategies in the elderly. Clin Biomech (Bristol, Avon). 9 (3), 187-192 (1994).
- Medeiros, D. L., Conceição, J. S., Graciosa, M. D., Koch, D. B., Santos, M. J., Ries, L. G. The influence of seat heights and foot placement positions on postural control in children with cerebral palsy during a sit-to-stand task. Res Dev Disabil. 43-44, 1-10 (2015).
- Breniere, Y., Do, M. C. When and how does steady state gait movement induced from upright posture begin?. J Biomech. 19 (12), 1035-1040 (1986).
- Weerdesteyn, V., de Niet, M., van Duijnhoven, H. J., Geurts, A. C. Falls in individuals with stroke. J Rehabil Res Dev. 45 (8), 1195-1213 (2008).
