يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية

مقالة منهجية

تحليل الميكاميكانيكية الحيوية للأطراف السفلية للمشاركين الأصحاء

8.5K مشاهدة

⸱

DOI:

10.3791/60720

⸱

أبريل 15, 2020

 , 
1Orthopaedic Research Institute, Bournemouth University

في هذه المقالة

ملخص

تقدم هذه المقالة منهجية تجريبية شاملة على اثنين من أحدث التقنيات المتاحة لقياس الميكانيكا الحيوية للأطراف السفلية للأفراد.

الملخص

تقنيات التحليل البيوميكانيكية مفيدة في دراسة الحركة البشرية. وكان الهدف من هذه الدراسة هو إدخال تقنية للتقييم الميكانيكي الحيوي للأطراف السفلية لدى المشاركين الأصحاء باستخدام النظم المتاحة تجارياً. تم تقديم بروتوكولات منفصلة لتحليل المشي وأنظمة اختبار قوة العضلات. لضمان أقصى قدر من الدقة لتقييم المشية ، يجب الانتباه إلى مواضع العلامات ووقت التأقلم في جهاز المشي الذاتي. وبالمثل، تحديد المواقع المشارك، والتجربة الممارسة، والتشجيع اللفظي هي ثلاث مراحل حاسمة في اختبار قوة العضلات. وتشير الأدلة الحالية إلى أن المنهجية المبينة في هذه المادة قد تكون فعالة في تقييم الميكانيكا الحيوية للأطراف السفلية.

المقدمة

الانضباط من الميكانيكا الحيوية ينطوي في المقام الأول على دراسة الإجهاد والإجهاد والأحمال وحركة النظم البيولوجية - الصلبة والسائلة على حد سواء. كما أنه ينطوي على نمذجة الآثار الميكانيكية على هيكل وحجم وشكل وحركة الجسم1. لسنوات عديدة ، أدت التطورات في هذا المجال إلى تحسين فهمنا للمشية الطبيعية والباثولوجية ، وميكانيكا التحكم العصبي العضلي ، وميكانيكا النمو والشكل2.

الهدف الرئيسي من هذه المقالة هو تقديم منهجية شاملة على اثنين من أحدث التقنيات المتاحة لقياس الميكانيكا الحيوية للأطراف السفلية للأفراد. يقيس نظام تحليل المشي ويقيس الميكانيكا الحيوية للمشية ويقيسها كميًا باستخدام جهاز المشي الذاتي (SP) في تركيبة مع بيئة الواقع المعزز ، والتي تدمج خوارزمية SP لتنظيم سرعة جهاز المشي ، كما هو موضح من قبل Sloot et al3. يتم استخدام معدات اختبار قوة العضلات كتقييم وأداة علاج لإعادة تأهيل الأطراف العليا4. يمكن لهذا الجهاز تقييم موضوعي لمجموعة متنوعة من الأنماط الفسيولوجية للحركة أو مهام محاكاة الوظيفة في أوضاع متساوي القياس والنظائر. ومن المسلم به حاليا كمعيار الذهب لقياس قوة الطرف العلوي5 ولكن الأدلة المتعلقة على وجه التحديد إلى الطرف السفلي لا يزال غير واضح. تشرح هذه الورقة البروتوكول التفصيلي لاستكمال تقييم المشية والقوة المتساويالقياسية للأقصى السفلي.

في إطار التحليل الميكانيكي الحيوي ، من المفيد الجمع بين تقييمات الأداء الوظيفي (مثل تحليل المشي) مع اختبارات محددة للأداء العضلي. هذا لأنه في حين أنه قد يكون من المفترض أن زيادة قوة العضلات يحسن الأداء الوظيفي, هذا قد لا يكون دائما واضحا6. وهذا الفهم مطلوب لتحسين تصميم بروتوكولات إعادة التأهيل واستراتيجيات البحوث في المستقبل لتقييم هذه النهج.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

وقد اتبعت الطريقة المبلغ عنها في دراسة حصلت على موافقة أخلاقية من لجنة أخلاقيات البحوث في جامعة بورنموث (المرجع 15005).

1- المشاركون

  1. تجنيد البالغين الأصحاء (الذين تتراوح أعمارهم بين 23 إلى 63 سنة، يعني ± S.D. ؛ 42.0 ± 13.4 ، كتلة الجسم 70.4 ± 15.3 كجم ، ارتفاع 175.5 ± 9.8 سم ؛ 15 ذكرا ، 15 أنثى) للمشاركة في الدراسة. وتم تعيين 30 مشاركا ً لهذه الدراسة.
  2. تأكد من عدم وجود تاريخ ذاتي الإبلاغ عن الدوخة أو مشاكل التوازن أو صعوبات المشي في المشاركين.
  3. تأكد من أن المشاركين لم يعانون من أي إصابة عصبية عضلية معروفة أو حالة تؤثر على التوازن أو المشي.

2. الإعداد وإجراءات لتحليل المشي

  1. استخدام نظام تحليل مشية(الشكل 1)تتألف من جهاز المشي لوحة ذات قوة مزدوجة، ونظام التقاط الحركة 10 كاميرا وبيئة افتراضية توفر تدفق البصرية.
  2. تأكد من أن المشارك يرتدي ملابس ضيقة جدا غير عاكسة مثل السراويل ركوب الدراجات أو طماق.
  3. باستخدام الأشرطة اللاصقة مزدوجة الجانب نعلق 25 علامات عاكسة سلبية ومكان وفقا لتكوين الجسم السفلي من نموذج الجسم البشري (HBM)7 كما هو مفصل في الجدول 1 والشكل 2. المعلومات الواردة في هذه الوثيقة مأخوذة من دليل HBM المرجعي8.
  4. استخدام مسطرة مشتركة لاتخاذ قياسات للالركبة والكاحل العرض المطلوب لHBM6.
  5. مشارك آمن إلى تسخير السلامة التي يتم تثبيتها إلى إطار علوي.
  6. بدء جلسة عمل جديدة في قاعدة البيانات وتأكد من أنها نشطة (مميزة).
  7. باستخدام علامة التبويب الموضوع، قم بإنشاء مشارك جديد من زر وضع العلامات العظمية.
  8. تصفح إلى ملف "الطرف السفلي HBM_N2.vst" ثم أدخل اسم المشارك. يظهر المشارك الجديد في جزء الموضوعات.
  9. انتقل إلى جزء الأدوات وافتح علامة التبويب إعداد الموضوع.
  10. صفر مستوى لوحات القوة عبر علامة التبويب الأجهزة. تأكد من أنه لا يتم بذل أي وزن على لوحات القوة.
  11. إعداد المشارك للمحاكمة ROM من خلال وجود لهم جاهزة في منتصف حلقة مفرغة.
  12. لضمان أن المشارك يمكن أن تُهمّم نفسه إلى جهاز المشي الذاتي الخطى، اطلب منه السير بسرعة مريحة لمدة 5 دقيقة في بداية الجلسة9،10.
  13. بعد التأقلم ودون أي تأخير، اطلب من المشارك المشي لمدة لا تقل عن 5 دقيقة10،11.
  14. ضمان تعمية المشاركين عن توقيت التسجيلات.
  15. تأكد من بدء تشغيل جهاز المشي وبدء تسجيل البيانات بالنقر على زر بدء التسجيل 12. ويمكن القيام بذلك مع البرامجالمتكاملة (جدول المواد).
  16. إيقاف التسجيل بعد الحصول على الكمية المطلوبة من البيانات. من المستحسن جمع ثلاث مجموعات من 25 دورة.
  17. افتح برنامج المعالجة(جدول المواد)وأزل الضوضاء عالية التردد على البيانات، عن طريق اختيار فلتر تمرير منخفض لبيانات العلامة مثل فلتر بتروورث من الدرجة الثانية مع تردد قطع 6 هرتز.
  18. انتقل إلى ملف، ثم حدد تصدير لحفظ كـ .csv.
  19. تحديد الخطوات الفردية من بيانات القوة الرأسية واستخدام علامات القدم للتأكد من أحداث مشية13.
  20. تحليل معلمات مشية مثل البيانات الحركية والحركية والمكانية الزمانية في Matlab R2017a(ملف تكميلي).

3. الإعداد وإجراءات لاختبار قوة العضلات

  1. استخدام معدات اختبار قوة العضلات (مقياس دينامومتر متعدد الوسائط)(الشكل 3)،لقياس قوة العضلات للمشاركين على أساس الحد الأقصى للانكماش المتساوي القياسالطوعي (MVIC)14.
  2. إرفاق أداة / لوحة رقم 701 إلى رئيس ممارسة دينامومتر.
  3. اختبار المشارك في الركبة اليمنى واليسرى قوة العضلات متساوي القياس.
  4. اختبار المشاركين في وضع يجلس على كرسي مع مسند الظهر.
  5. باستخدام التبديل لأعلى/لأسفل، قم بمحاذاة محور مقياس الدينامومتر مع المحور التشريحي للدوران في مفصل الركبة. ضع وسادة الأداة مركزيًا في الجزء السفلي من الساق.
  6. الحفاظ على الركبة في 90 درجة مرنة، الورك في دوران محايدة والاختطاف، والقدم في الانثناء البلتار.
  7. ضع يدي المشارك على بطنه واستقرت الجذع والوركين ومنتصف الفخذ على الكرسي مع أشرطة الفيلكرو.
  8. تشغيل تجربة الممارسة للمشاركين لتعتاد على مناورة الاختبار.
  9. تعليمات المشارك لتمديد ركبتهم (ممارسة الضغط صعودا على لوحة) تليها المرن (ممارسة الضغط إلى أسفل على لوحة) لممارسة الحد الأقصى للانكماش على الأمر الذهاب لمدة 3 ق.
  10. توفير المطالبات اللفظية والتشجيع ("دفع" لصعودا و "سحب" للنزول) أثناء اختبار القوة.
  11. تأكد من أن المشاركين يدركون أنهم يستطيعون إيقاف الاختبار على الفور إذا عانوا من أي ألم أو إزعاج غير عادي.
  12. السماح للمشاركين بالراحة لمدة دقيقتين.
  13. كرر الخطوات 3.1 - 3.12، ثلاث مرات للساق اليسرى والساق اليمنى وسجل البيانات في نيوتن (N).
  14. حفظ كافة البيانات وتصديرك كتقرير للتحليل.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

وترد في الجدول 2الانحراف المتوسط والمعياري لمعلمات المشي ة المكانية الزمانية والحركية والحركية. ويرد موجز لبيانات المركز لجميع المشاركين الثلاثين في الجدول 3. يتم توفير مجموعة نموذجية من البيانات للجانب الأيسر والأيمن من أحد المشاركين تظهر التمثيل الرسومي لمعلمات المشي في الشكل 4 والشكل 5، على التوالي.

البيانات المقدمة هي ممثلة للنتائج ...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

مساهمة هذه الدراسة هو أن تصف بدقة وشمولية ضمن بروتوكول واحد تقنيات تحليل المشي مجتمعة واختبار قوة العضلات التي لم يسبق وصفها معا.

من أجل تحقيق نتائج دقيقة لتحليل المشي ، هناك مجالان يتطلبان أقصى قدر من الاهتمام: 1) مواضع العلامات و2) وقت التأقلم. تعتمد دقة البيانات المقاسة بشكل كبير على دقة النموذج المستخدم. وتشمل العوامل الرئيسية الأخرى التي تؤثر على الدقة حركة علامة خاطئة بسبب تشوه الجلد السطحي بالنسبة إلى الهيكل العظمي الكامنة، ودقة نظام التتبع16.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

وليس لدى أصحاب البلاغ ما يكشفون عنه.

شكر وتقدير

نود أن نشكر الدكتور جوناثان ويليامز على نصيحته بشأن معالجة بيانات MATLAB.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
701 شركةبالتيمور للمعدات العلاجية ذات الرافعة الصغيرة (BTE)غير متوفر - الرابط عبر الإنترنت متوفر في الوصفالمرفق الفريد المصمم ل Primus RS لقياس تمديد / انثناء الركبة - https://store.btetech.com/collections/primus/products/701-small-lever< / a>
D-Flow Software - Vresion 3.26Motekforce Linkغير متوفر - الرابط عبر الإنترنت متوفر في الوصفالبرنامج المستخدم للتحكم في نظام GRAIL - https://summitmedsci.co.uk/products/motek-dflow-hbm-software/< / a>
Gait Offline Analysis (GOAT) - الإصدار 2.3رابط Motekforceغير متوفر - الرابط عبر الإنترنت متوفر في الوصفالبرنامج المستخدم لتحليل معلمات المشي - https://www.motekmedical.com/product/grail/< / a>
Gait Real-time Analysis Interactive Lab (GRAIL)رابط Motekforceغير متوفر - الرابط عبر الإنترنت متوفر في الوصفيقيس نظام GRAIL ويقيس الميكانيكا الحيوية للمشي باستخدام جهاز المشي الذاتي القائم على الواقع الافتراضي (SP) - https://www.motekmedical.com/product/grail/< / a>
Leg Pad for 701Baltimore Therapeutic Equipment Company (BTE) غيرمتوفر - الرابط عبر الإنترنت متوفر في الوصفالمرفق الفريد المصمم ل Primus RS لقياس تمديد / ثني الركبة - https://store.btetech.com/collections/primus/products/701-802-leg-pad< / a>
كرسي تحديد المواقع شركةبالتيمور للمعدات العلاجية (BTE) غيرمتوفر - الرابط عبر الإنترنت متوفر في الوصفتم تصميم كرسي تحديد المواقع للمشاركين لتقييم وعلاج الأجزاء الخارجية. تم تصميم الكرسي لمواقف متعددة. https://www.btetech.com/product/primus/< / a>
Primus RSBaltimore Therapeutic Equipment Company (BTE) غيرمتوفر - الرابط عبر الإنترنت متوفر في الوصفتلتقط معدات Primus RS البيانات الموضوعية في الوقت الفعلي وتبلغ عنها في أوضاع المقاومة المتساوية ومتساوي الحركة والحركة - https://www.btetech.com/wp-content/uploads/BTE-Rehabilitation-Equipment-PrimusRS-Brochure-1.pdf< / أ>

المراجع

  1. 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).
  2. Kaufman, K., An, K., et al. Kelley and Firestein's Textbook of Rheumatology (Tenth Edition). Firestein, G. S., et al. , Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-323-31696-5.00006-1 78-89 (2017).
  3. Sloot, L. H., van der Krogt, M. M., Harlaar, J. Self-paced versus fixed speed treadmill walking. Gait & Posture. 39 (1), 478-484 (2014).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. HBM2 Reference Manual. , Motek Medical B.V. The Netherlands. 9-11 (2017).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. Geijtenbeek, T., Steenbrink, F., Otten, B., Even-Zohar, O. Proceedings of the 10th International Conference on Virtual Reality Continuum and Its Applications in Industry. , ACM. Hong Kong, China. 201-208 (2011).
  13. 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).
  14. 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).
  15. Ancillao, A. Modern Functional Evaluation Methods for Muscle Strength and Gait Analysis. , Springer. 133(2018).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. Zeni, J. Jr, 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).
  20. 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).
  21. Abernethy, P., Wilson, G., Logan, P. Strength and power assessment. Issues, controversies and challenges. Sports Medicine. 19 (6), 401-417 (1995).
  22. 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).
  23. 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).
  24. 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).
  25. Bickers, M. J. Does verbal encouragement work? The effect of verbal encouragement on a muscular endurance task. Clinical Rehabilitation. 7 (3), 196-200 (1993).
  26. 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).
  27. 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).
  28. Rendos, N. K., et al. Variations in Verbal Encouragement Modify Isokinetic Performance. Journal of Strength and Conditioning Research. 33 (3), 708-716 (2019).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

ميكانيكا الطرف السفلي الحيويةتحليل المشيةاختبار قوة العضلاتوضع العلاماتالتأقلم مع جهاز المشيمعايرة منصة القوةالانقباض متساوي القياسالتحليل الكينماتيكيالتحليل الكينتيكيالبيانات المكانية والزمانية
تحليل الميكاميكانيكية الحيوية للأطراف السفلية للمشاركين الأصحاء
تواصل معنا
أوصِ به للمكتبة

الخصوصية

شروط الاستخدام

السياسات

حقوق الطبع والنشر © 2026 MyJoVE Corporation. جميع الحقوق محفوظة.