对有无上肢功能障碍者饮水任务的三维运动捕捉运动学分析

本运动捕捉方法的总体目标是提供一种客观的方法，用于评估脑卒中患者及健康对照个体上肢的运动表现质量和感觉运动功能。该方法有助于回答神经康复领域中的关键问题，例如脑卒中如何影响上肢运动及其恢复过程，以及如何利用这些信息来选择有效的治疗方案。该技术的主要优势在于，相较于传统临床量表，它能够对可能被忽略的特定运动缺陷和恢复情况进行详细量化。

今天为我们演示该操作流程的是Ulla-Britt Bergstrom，她任职于萨尔格伦斯卡大学医院神经康复诊所，是一名职业治疗师。设置动作捕捉系统时，将四个摄像头安装在距离测量区域约一至三米远的墙面上，高度为1.5至2.5米，正对测量区域。另将一个摄像头安装在测量区域正上方的天花板上。

将其中一台摄像机安装在天花板上，使其视场覆盖整个测量区域，这对数据采集至关重要。这使得数据采集成功率接近100%。启动摄像系统。

接下来，将L形校准框放置在桌面上，短轴与桌面边缘对齐，长轴向前延伸。然后，在数据采集软件中打开3D跟踪。通过选择“捕获”开始校准，然后选择“校准”。

输入30秒的校准时间，然后点击“确定”。在椅子和桌子上方的整个测量区域内，朝各个方向移动标定棒，确保所有五个摄像头尽可能多地捕捉到标定棒的不同方位。接受残差低于0.5毫米的校准结果。

现在，请让受试者（穿着无袖上衣）坐在高度可调节的椅子上，背部紧靠椅背。上臂应处于中立内收位。将手臂放在桌面上，并使腕部与桌面边缘对齐。

膝关节、髋关节和肘关节的角度应约为90度。接下来，使用双面胶带将被动反光标记贴在受试手、腕关节、肘关节、左右肩部、胸廓和前额的骨骼标志点上。随后，在杯子上放置两个标记。

在此步骤中，将一个装有100毫升水的硬塑料杯置于受试者中线位置，距离桌缘30厘米处。要求受试者以舒适、自主的速度完成饮水任务：第一步，伸手并抓握水杯；第二步，将水杯从桌面抬起送向嘴部。

三，啜饮一口；四，将杯子放回身后标记线处的桌面上；五，手回到初始位置，放在桌子边缘。

应鼓励患者尽可能自然地完成任务，因此仅使用中间三次试验的数据来计算运动学参数，以确保患者已熟悉测试过程。确保受试者理解指导语，并能够用受患较轻的一侧手臂舒适地触及杯子，且无需向前倾斜身体。每次记录前，需确认起始位置正确，并提醒受试者做好准备。

通过选择“开始采集”并给出口头指令，告知受试者开始任务。当受试者完成任务后，选择“停止”以结束记录。每个试验之间留出短暂间隔，共记录五次试验，从受试者受影响较轻的一侧上肢开始。

检查每个已识别标记的数据采集是否达到 95% 至 100%。当检测到数据不完整时，应先确定问题原因，调整坐姿或标记位置，确保标记完全可见，然后进行额外试验，以获得至少三次成功的试验数据。该图显示了一名健康对照者执行饮水任务时的典型速度曲线。

每个运动阶段均呈现出一个平滑的钟形速度曲线，且具有一个主导峰，这是正常运动的典型特征。相反，本图显示，中度中风个体的速度曲线不够平滑，速度峰的数量增多。此外，每个运动阶段的峰值速度较低，且总运动时间较长。

这是健康对照组个体执行饮水任务的实时记录动画。图中显示了头部、躯干、左臂上的标记点，以及饮水杯上的两个标记点，同时展示了各标记点的运动轨迹。下方是脑卒中患者执行相同任务的动画。

注意在饮水任务中，运动轨迹较不平滑，且躯干前移程度增加。这是由运动功能障碍更严重的个体执行相同任务的一个示例。该个体还伴有痉挛性。

可见的子运动表明存在重复的加速和减速，提示运动平滑性受损。一旦掌握，任何经过培训的专业人员均可在10至15分钟内完成该技术操作，无需特殊的资质认证。然而，数据分析程序的建立与开发仍需具备专业技术能力。

由于该方法设置简单，且能够直接获取和分析具有生态效度的任务数据，因此在临床研究中尤为适用。采用此方法，我们可以获得有效、可靠且敏感的运动学参数，用以量化中风患者运动分析中的关键要素。该方法建立后，为神经康复领域的研究人员探索上肢运动学特征开辟了道路，尤其适用于喝水等有目的性任务期间的运动分析。

在卒中患者饮水任务中识别出的关键变量，如运动时间、平滑度、肘关节角度、速度以及代偿性躯干位移，也被认为是其他任务中卒中研究的核心指标。观看本视频后，您应能够充分理解如何使用光学运动捕捉系统，建立并实施一项简单且具有临床可行性的上肢任务运动学分析。