Dreidimensionale kinematische Charakterisierung einer Objektaufnahmeaufgabe mittels Motion Capture

In dieser Studie zielen wir darauf ab, die Aufgabe des Gegenstandgreifens mithilfe der Bewegungsaufnahme zu entschlüsseln und eine detaillierte Beschreibung ihrer kinematischen Elemente bereitzustellen. Bestehende Methoden weisen ein unzureichendes Verständnis der schnellen Durchführung unter normalen Bedingungen auf, und dieses Protokoll definiert die Basisleistung, wodurch die Interpretation und klinische Anwendbarkeit verbessert wird. Beginnen Sie damit, den Teilnehmer aufzufordern, ein Unterhemd und leichte Shorts zu tragen.

Stellen Sie sicher, dass der Teilnehmer barfuß ist. Weisen Sie den Teilnehmer an, eine kurze Distanz von dem Untersucher weg mit einem bequemen, selbstgewählten Tempo zu gehen. Bitten Sie den Teilnehmer dann, sich umzudrehen und mit dem gleichen Tempo zurück zum Untersucher zu gehen.

Weisen Sie den Probanden an, den Hals durch Aufblicken zu strecken, den Hals durch Abblicken zu beugen, den Kopf nach links und rechts zu drehen und den Kopf zu beiden Seiten zu neigen. Weisen Sie den Probanden an, den Körper nach vorne und hinten zu beugen, den Körper nach links und rechts zu drehen und eine Seitneigung zu beiden Seiten durchzuführen.

Sobald alle Bewegungen bequem und sicher abgeschlossen sind, weisen Sie die Versuchsperson an, für die anschließende Platzierung der Marker im Stehen zu verbleiben. Stellen Sie sicher, dass die Versuchsperson in einer entspannten, aufrechten Haltung steht, mit natürlich am Körper anliegenden Armen. Palpieren Sie die hinteren anatomischen Landmarken und platzieren Sie die magnetischen Basen nacheinander über den Dornfortsätzen von T4, T8, T10 sowie über dem linken und rechten hinteren oberen Darmbeinstachel.

Als Nächstes platzieren Sie eine magnetische Basis auf der hinteren Fläche des Darmbeinkamms, ungefähr zwei bis drei Zoll superolateral zur hinteren oberen Darmbeinstachel. Sobald die hinteren magnetischen Basen positioniert sind, befestigen Sie diese mit Klebeband. Bitten Sie dann den Teilnehmer, sich umzudrehen und während des Stehens dem Untersucher zugewandt zu stellen.

Tasten Sie die linken und rechten vorderen oberen Darmbeinstachel ab und befestigen Sie eine magnetische Basis über dieser Markierung. Lokalisieren Sie den Xiphoidfortsatz und platzieren Sie eine magnetische Basis darüber. Befestigen Sie anschließend die vorderen magnetischen Basen mit Klebeband.

Bitten Sie den Probanden, die Kappe wieder aufzusetzen und in eine aufrechte Standhaltung zurückzukehren. Tasten Sie die zuvor angebrachten magnetischen Basen durch die Kleidung hindurch ab und befestigen Sie nacheinander reflektierende Marker an den magnetischen Basen. Weisen Sie den Probanden an, sich vom Untersucher wegzudrehen und den Hals nach vorne zu beugen.

Danach lokalisieren Sie die siebte Halswirbel und platzieren einen reflektierenden Marker über diesem anatomischen Punkt. Bitten Sie den Teilnehmer, in eine neutrale Kopfposition zurückzukehren und sich dem Untersucher zuzuwenden. Identifizieren Sie das Sternum und befestigen Sie einen reflektierenden Marker darüber.

Dann ertasten Sie die linken und rechten Acromionfortsätze und platzieren Sie einen reflektierenden Marker über der identifizierten Markierungsstelle. Weisen Sie den Probanden an, bequem sitzend die rechte Handfläche über das linke Knie zu legen. Lokalisieren Sie die mediale und laterale Epikondyle des rechten Humerus und platzieren Sie darüber jeweils einen reflektierenden Marker.

Danach das Verfahren für den linken Ellbogen wiederholen. Anschließend wird der Teilnehmer gebeten, beide Hände bequem auf die Oberschenkel zu legen. Die Processus styloidei radialis und ulnaris identifizieren und einen reflektierenden Marker über diesen Bezugspunkt platzieren.

Wiederholen Sie den Vorgang entsprechend für das entgegengesetzte Handgelenk. Palpieren Sie anschließend den Os capitatum in einer Hand, befestigen Sie einen reflektierenden Marker darüber und wiederholen Sie dies an der gegenüberliegenden Hand. Platzieren Sie je einen reflektierenden Marker auf dem Daumennagel und einen weiteren auf dem Mittelfinger jeder Hand.

Während der Proband bequem sitzt, tasten Sie die mediale und laterale Femurkondyle des rechten Knies ab und befestigen einen reflektierenden Marker über dieser Markierung. Wiederholen Sie den Vorgang am linken Knie. Anschließend lokalisieren Sie die mediale und laterale Malleolus des rechten Sprunggelenks und positionieren einen reflektierenden Marker.

Als Nächstes identifizieren Sie das Os cuneiforme mediale sowie die Köpfe des ersten, zweiten und fünften Mittelfußknochens des rechten Fußes und platzieren Sie einen reflektierenden Marker über jede dieser Markierungsstellen. Danach ertasten Sie die Tuberositas calcanei des rechten Fußes. Befestigen Sie einen reflektierenden Marker über dieser Markierungsstelle und wiederholen Sie die Platzierung der Marker am linken Fuß.

Befestigen Sie Marker-Cluster beidseitig an den Segmenten Unterarm, Hand, Oberarm, Oberschenkel und Unterschenkel. Sichern Sie jeden Cluster mithilfe von Riemen oder Klebeband fest. Anschließend platzieren Sie reflektierende Marker beidseitig am Stirnbein direkt oberhalb der Augenbrauen und danach an den Schläfenbeinen.

Um eine konsistente Neupositionierung bei Bedarf zu gewährleisten, umreißen Sie alle auf der Haut platzierten Marker und Cluster mit einem abwaschbaren Hautmarker. Überprüfen Sie während der Stehposition auf lose Marker, Cluster-Bewegungen und Verdeckungen. Korrigieren Sie gegebenenfalls Platzierungsfehler und sichern Sie unsichere Befestigungen.

Falls keine Probleme festgestellt werden, fahren Sie mit der Objektaufnahmetask fort. Ordnen Sie die Bewegungserfassungskameras um das Erfassungsvolumen an, um eine vollständige Sichtbarkeit des Körpers während des Vorwärtsbeugens, der Objektinteraktion und der Rückkehr in die aufrechte Position sicherzustellen. Definieren Sie ein Erfassungsvolumen, das groß genug ist, um die vollständige Aufnahmbewegung ohne Verdeckung zu ermöglichen.

Kalibrieren Sie das Bewegungserfassungssystem gemäß den Anweisungen des Herstellers, um das globale Koordinatensystem zu etablieren. Stellen Sie sicher, dass alle Kameras reflektierende Marker klar erfassen, und überprüfen Sie, dass sich im Erfassungsbereich keine unerwünschten reflektierenden Objekte befinden. Beginnen Sie mit der Aufnahme der Bewegungserfassung, bevor Sie die Versuchsperson zur Durchführung der Bewegung auffordern.

Beenden Sie die Aufnahme erst, nachdem die Versuchsperson die Aufgabe abgeschlossen hat. Überprüfen Sie die Aufnahme, um sicherzustellen, dass alle Marker vorhanden sind, bevor Sie mit der nächsten Aufnahme fortfahren. Stellen Sie sicher, dass die Versuchsperson aufrecht innerhalb des Erfassungsvolumens steht.

Weisen Sie den Probanden an, beide Arme bis auf etwa 45 Grad vom Körper abzuduzieren, wobei die Ellbogen gestreckt und die Handflächen nach vorne gerichtet sein sollen. Bitten Sie den Probanden, zwei Sekunden lang ruhig zu verharren und dabei laut zu zählen: 1000, 2000. Weisen Sie den Probanden anschließend an, beide Arme weiter bis auf etwa 90 Grad vom Körper abzuduzieren, wobei die Ellbogen gestreckt bleiben und die Handflächen nach unten zeigen sollen.

Bitten Sie die Versuchsperson, zwei Sekunden lang still zu stehen und laut zu zählen: 1000, 2000. Weisen Sie die Versuchsperson an, beide Arme an die Seiten abzusenken und in einer entspannten, neutralen Haltung zu stehen. Stellen Sie ein standardisiertes Objekt auf den Boden an einer vordefinierten Position innerhalb des Aufnahmevolumens.

Bitten Sie den Probanden, aufrecht in einer bequemen, selbstgewählten Haltung stehend, dem Objekt zugewandt zu stehen. Weisen Sie den Probanden an, das Objekt in bequemem Tempo vom Boden aufzuheben, wieder in die Standposition zurückzukehren und es zu übergeben. Bewahren Sie während des Einsammelns und Neupositionierens des Objekts zwischen den Durchgängen eine bequeme sitzende oder kniende Position auf dem Boden, um eine konsistente Platzierung sicherzustellen.

Weisen Sie die Versuchsperson an, drei Durchgänge mit einer Hand durchzuführen. Wiederholen Sie danach die Aufgabe für drei Durchgänge mit der anderen Hand. Die Versuchspersonen wurden in drei Gruppen nach Bewegungsstrategie eingeteilt: Kniebeuge-dominant, Beugung-dominant und gemischt.

Es gab keine signifikanten Unterschiede in Alter, Geschlechtsverteilung, Körpergröße oder Körpergewicht zwischen den Gruppen. Die Kniebeugewinkel unterschieden sich sowohl bei der dominanten als auch bei der nicht-dominanten Handbedingung signifikant zwischen den Gruppen mit großen Effektstärken. Die Kinematik des Sprunggelenks zeigte bei der dominanten und nicht-dominanten Handbedingung signifikante Gruppenunterschiede mit großen Effektstärken.

Die Rumpfbeugung unterschied sich sowohl bei der dominanten als auch bei der nicht-dominanten Handbedingung signifikant zwischen den Gruppen, mit moderaten Effektgrößen. Die Kinematik des Hüftgelenks unterschied sich zwischen den Gruppen weder bei der dominanten noch bei der nicht-dominanten Handbedingung signifikant. Eine stärkere Beugung wurde am linken Sprunggelenk und linken Kniegelenk während des Aufhebens eines Objekts mit der nicht-dominanten Hand im Vergleich zum Aufheben mit der dominanten Hand beobachtet, mit großen Effektgrößen.

Signifikante Unterschiede wurden ebenfalls am rechten Sprunggelenk und linken Hüftgelenk zwischen den Bedingungen dominante und nicht-dominante Hand mit großen Effektstärken beobachtet. An dem rechten Knie, der rechten Hüfte oder dem Rumpf wurden keine signifikanten Unterschiede zwischen den Bedingungen dominante und nicht-dominante Hand festgestellt. Dieses Protokoll ermöglicht es Forschern, unterschiedliche Bewegungsstrategien, die während einer Gegenstandaufhebeaufgabe verwendet werden, zu quantifizieren und zu charakterisieren, einschließlich Squat-dominanter, Hinge-dominanter und hybrider Muster.

Zusätzliche Analysen, die im Anschluss an dieses Verfahren durchgeführt werden können, umfassen Gelenkgeschwindigkeiten, Dynamiken des Massenschwerpunkts und Bodenreaktionskräfte und ermöglichen so ein umfassenderes Verständnis der Aufgabenbewältigung. Zukünftige Forschungsarbeiten können unseren Bewegungserfassungs-Protokoll erweitern, um kompensatorische Mechanismen, insbesondere bei Erkrankungen des Bewegungsapparats, zu untersuchen.