Nedre lem Biomekanisk analyse av friske deltakere
Summary
Denne artikkelen introduserer en omfattende eksperimentell metodikk på to av de nyeste teknologiene som er tilgjengelige for å måle underekstremiteten biomekanikk av enkeltpersoner.
Abstract
Biomekaniske analyseteknikker er nyttige i studiet av menneskelig bevegelse. Målet med denne studien var å innføre en teknikk for nedre ekstremitet biomekanisk vurdering hos friske deltakere ved hjelp av kommersielt tilgjengelige systemer. Separate protokoller ble introdusert for ganganalyse og muskelstyrketestsystemer. For å sikre maksimal nøyaktighet for gangvurdering, bør det gis oppmerksomhet til markørplasseringer og selvtempotrede tredemølle akklimatiseringstid. Tilsvarende, deltaker posisjonering, en praksis studie, og verbal oppmuntring er tre kritiske stadier i muskel styrke testing. Den nåværende bevis tyder på at metodikken skissert i denne artikkelen kan være effektiv for vurdering av nedre lem biomekanikk.
Introduction
Disiplinen av biomekanikk innebærer primært studieav stress, belastning, belastning og bevegelse av biologiske systemer – solid og flytende likt. Det innebærer også modellering av mekaniske effekter på strukturen, størrelsen, formen og bevegelsen av kroppen1. I mange år har utviklingen på dette feltet forbedret vår forståelse av normal og patologisk gangart, mekanikk av nevromuskulær kontroll, og mekanikk av vekst og form2.
Hovedmålet med denne artikkelen er å presentere en omfattende metodikk på to av de nyeste teknologiene som er tilgjengelige for å måle nedre lem biomekanikk av enkeltpersoner. Ganganalysesystemet måler og kvantifiserer gangartbiomekanikk ved hjelp av en selvtempo (SP) tredemølle i kombinasjon med et miljø med utvidet virkelighet, som integrerer en SP-algoritme for å regulere tredemøllens hastighet, som beskrevet av Sloot et al3. Muskelstyrketestutstyret brukes som en vurdering og et behandlingsverktøy for øvre ekstremitetsrehabilitering4. Denne enheten kan objektivt vurdere en rekke fysiologiske mønstre for bevegelse eller jobbsimuleringsoppgaver i isometriske og isomoniske moduser. Det er for tiden anerkjent som gullstandarden for øvre lem styrke måling5 men bevisene knyttet spesielt til nedre lem er fortsatt uklart. Dette papiret forklarer den detaljerte protokollen for å fullføre en vurdering av gangart og isometrisk styrke for nedre ekstremiteter.
Innen biomekanisk analyse er det nyttig å kombinere vurderinger av funksjonell ytelse (for eksempel ganganalyse) med spesifikke tester av muskelytelse. Dette er fordi mens det kan antas at økt muskelstyrke forbedrer funksjonell ytelse, Dette kan ikke alltid være tydelig6. Denne forståelsen er nødvendig for bedre fremtidig utforming av rehabiliteringsprotokoller og forskningsstrategier for å vurdere disse tilnærmingene.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bidraget fra denne studien er å nøyaktig og omfattende beskrive innenfor en protokoll teknikkene for kombinert gangart analyse og muskelstyrke testing som ikke tidligere har blitt beskrevet sammen.
For å oppnå nøyaktige resultater for ganganalyse, er det to områder som krever maksimal oppmerksomhet: 1) markørplasseringer og 2) akklimatiseringstid. Nøyaktigheten av de målte dataene er sterkt avhengig av nøyaktigheten av modellen som brukes. De andre nøkkelfaktorene som påvirker nøy…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi vil gjerne takke Dr. Johnathan Williams for 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 |
References
- 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).
