Este artículo presenta una metodología experimental completa sobre dos de las últimas tecnologías disponibles para medir la biomecánica de las extremidades inferiores de los individuos.
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Artículo de método
Análisis Biomecánico de MenorLimb de Participantes Saludables
En este artículo
Resumen
Resumen
Las técnicas de análisis biomecánico son útiles en el estudio del movimiento humano. El objetivo de este estudio fue introducir una técnica para la evaluación biomecánica de las extremidades inferiores en participantes sanos que utilizan sistemas disponibles comercialmente. Se introdujeron protocolos separados para el análisis de marcha y los sistemas de pruebas de fuerza muscular. Para garantizar la máxima precisión para la evaluación de la marcha, se debe prestar atención a las ubicaciones de los marcadores y al tiempo de aclimatación de la cinta de correr autoguiada. Del mismo modo, el posicionamiento de los participantes, un ensayo de práctica y el estímulo verbal son tres etapas críticas en las pruebas de fuerza muscular. La evidencia actual sugiere que la metodología esbozada en este artículo puede ser eficaz para la evaluación de la biomecánica de las extremidades inferiores.
Introducción
La disciplina de la biomecánica implica principalmente el estudio del estrés, la tensión, las cargas y el movimiento de los sistemas biológicos , por igual, sólidos y fluidos. También implica el modelado de efectos mecánicos en la estructura, tamaño, forma y movimiento del cuerpo1. Durante muchos años, los desarrollos en este campo han mejorado nuestra comprensión de la marcha normal y patológica, la mecánica del control neuromuscular, y la mecánica del crecimiento y la forma2.
El objetivo principal de este artículo es presentar una metodología integral sobre dos de las últimas tecnologías disponibles para medir la biomecánica de extremidades inferiores de los individuos. El sistema de análisis de marcha mide y cuantifica la biomecánica de la marcha mediante el uso de una cinta de correr autoacelerada (SP) en combinación con un entorno de realidad aumentada, que integra un algoritmo SP para regular la velocidad de la cinta de correr, como se describe en Sloot et al3. El equipo de prueba de fuerza muscular se utiliza como una evaluación y una herramienta de tratamiento para la rehabilitación de las extremidades superiores4. Este dispositivo puede evaluar objetivamente una variedad de patrones fisiológicos de movimiento o tareas de simulación de trabajo en modos isométricos e isotónicos. Actualmente se reconoce como el estándar de oro para la medida de la fuerza de las extremidades superiores5, pero la evidencia relacionada específicamente con la extremidad inferior sigue sin estar clara. Este documento explica el protocolo detallado para completar una evaluación de la marcha y la fuerza isométrica para la extremidad inferior.
Dentro del análisis biomecánico, es útil combinar evaluaciones del rendimiento funcional (como el análisis de marcha) con pruebas específicas de rendimiento muscular. Esto se debe a que si bien se puede suponer que el aumento de la fuerza muscular mejora el rendimiento funcional, esto no siempre puede ser aparente6. Este entendimiento es necesario para mejorar el diseño futuro de protocolos de rehabilitación y estrategias de investigación para evaluar estos enfoques.
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Protocolo
El método reportado fue seguido en un estudio que recibió la aprobación ética del Comité de ética de investigación de la Universidad de Bournemouth (Referencia 15005).
1. Participantes
- Reclutar adultos sanos (de 23 a 63 años, media de S.D.; 42,0 a 13,4, masa corporal 70,4 x 15,3 kg, altura 175,5 x 9,8 cm; 15 hombres, 15 mujeres) para participar en el estudio. Treinta participantes fueron reclutados para este estudio.
- Asegúrese de que no haya antecedentes autoinformados de mareos, problemas de equilibrio o dificultades para caminar en los participantes.
- Asegúrese de que los participantes no sufrieron ninguna lesión o condición neuromuscular conocida que afecte el equilibrio o caminar.
2. Configuración y procedimientos para el análisis de la marcha
- Utilice un sistema de análisis de marcha(Figura 1)compuesto por una cinta de correr instrumentada por placa de fuerza de doble banda, un sistema de captura de movimiento de 10 cámaras y un entorno virtual que proporciona flujo óptico.
- Asegúrese de que el participante esté usando ropa no reflectante muy ajustada, como pantalones cortos de ciclismo o leggings.
- El uso de cintas adhesivas de doble cara fija 25 marcadores reflectantes pasivos y coloca de acuerdo con la configuración del cuerpo inferior del Modelo de Cuerpo Humano (HBM)7 como se detalla en la Tabla 1 y la Figura 2. La información en este documento se toma del Manual de referencia de HBM8.
- Utilice una regla de articulación para tomar medidas de los anchos de rodilla y tobillo requeridos para el HBM6.
- Asegure al participante un arnés de seguridad que esté fijado a un bastidor superior.
- Inicie una nueva sesión en la base de datos y asegúrese de que está activa (resaltada).
- Con la pestaña asunto, cree un nuevo participante desde el botón Esqueleto de etiquetado.
- Vaya al archivo 'LowerLimb HBM_N2.vst' y, a continuación, escriba el nombre del participante. El nuevo participante aparece en el panel Asuntos.
- Vaya al panel Herramientas y abra la pestaña Preparación del asunto.
- Nivelcero cero las placas de fuerza a través de la pestaña Hardware.
- Prepare al participante para la prueba ROM teniéndolo listo en el medio de la cinta de correr.
- Para asegurarse de que el participante puede acostumbrarse a la cinta de correr autoguiada, pídaleque que camine a una velocidad cómoda durante 5 minutos al comienzo de la sesión9,10.
- Después de la aclimatación y sin tiempo de demora, pida al participante que camine un mínimo de 5 min10,,11.
- Asegúrese de que los participantes estén cegados al momento de las grabaciones.
- Asegúrese de iniciar la cinta de correr e iniciar las grabaciones de datos haciendo clic en el botón Iniciar grabación 12. Esto se puede hacer con software integrado(Tabla de materiales).
- Detenga la grabación después de adquirir la cantidad deseada de datos. Se recomienda recoger tres conjuntos de 25 ciclos.
- Abra el software de procesamiento(Tabla de materiales)y elimine el ruido de alta frecuencia en los datos, seleccionando un filtro de paso bajo para los datos del marcador, como un filtro Butterworth de segundo orden con una frecuencia de corte de 6 Hz.
- Vaya a Archivoy, a continuación, seleccione Exportar para guardar como .csv.
- Determinar zancadas individuales a partir de datos de fuerza vertical y utilizar los marcadores de pie para determinar los eventos de marcha13.
- Analice los parámetros de marcha como datos cinemáticos, cinéticos y espaciales-temporales en Matlab R2017a(Archivo complementario).
3. Configuración y procedimientos para la prueba de fuerza muscular
- Utilice el equipo de prueba de fuerza muscular (dinamómetro multimodal)(Figura 3), para medir la fuerza muscular de los participantes en función de la contracción isométrica voluntaria máxima (MVIC)14.
- Fije la herramienta/pad número 701 al cabezal de ejercicio del dinamómetro.
- Pruebe la fuerza muscular isométrica de la rodilla derecha e izquierda del participante.
- Pruebe a los participantes en una posición sentada en una silla con respaldo.
- Con el interruptor arriba/abajo, alinee el eje del dinamómetro con el eje anatómico de rotación de la articulación de la rodilla. Coloque la almohadilla de la herramienta centralmente en la parte inferior de la espinilla de la tibia.
- Mantenga la rodilla a 90o de flexión, la cadera en rotación y abducción neutrales, y el pie en flexión plantar.
- Coloque las manos del participante sobre su abdomen y estabilice el tronco, las caderas y el muslo medio en la silla con Velcro correas.
- Ejecute una prueba de práctica para que los participantes se acostumbren a la maniobra de prueba.
- Indique al participante que extienda su rodilla (ejerza presión hacia arriba sobre la almohadilla) seguido de flexión (ejercer presión hacia abajo sobre la almohadilla) para ejercer una contracción máxima en el comando Ir durante 3 s.
- Proporcione indicaciones verbales y aliento ("Push" para arriba y "Pull" para hacia abajo) durante la prueba de fuerza.
- Asegúrese de que los participantes son conscientes de que pueden detener la prueba inmediatamente si experimentan algún dolor o malestar inusual.
- Permita que los participantes descansen durante 2 minutos.
- Repita los pasos 3.1 - 3.12, tres veces para la pierna izquierda y la pierna derecha y registre los datos en newtons (N).
- Guarde todos los datos y expándalos como un informe para el análisis.
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Resultados
La media y la desviación estándar de los parámetros espacial-temporal, cinemática y marcha cinética se indican en la Tabla 2. Los datos MVIC de los 30 participantes se resumen en el Cuadro 3. En la Figura 4 y la Figura 5, respectivamente, se proporciona un conjunto típico de datos para el lado izquierdo y derecho de un participante que muestra la representación gráfica de los parámetros de marcha...
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Discusión
La contribución de este estudio es describir con precisión y integral dentro de un protocolo las técnicas para el análisis combinado de la marcha y las pruebas de fuerza muscular que no se han descrito previamente juntos.
Con el fin de lograr resultados precisos para el análisis de la marcha, hay dos áreas que requieren la atención máxima: 1) colocaciones de marcadores y 2) tiempo de aclimatación. La precisión de los datos medidos depende en gran medida de la precisión del modelo utilizado. Lo...
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Divulgaciones
Los autores no tienen nada que revelar.
Agradecimientos
Nos gustaría dar las gracias al Dr. Johnathan Williams por su consejo sobre el procesamiento de datos de MATLAB.
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| 701 Palanca pequeña | Baltimore Therapeutic Equipment Company (BTE) | No disponible - Enlace en línea proporcionado en la descripción | El accesorio único diseñado para que el Primus RS mida la extensión/flexión de la rodilla - https://store.btetech.com/collections/primus/products/701-small-lever |
| D-Flow Software - Vresion 3.26 | Motekforce Link | No disponible - Enlace en línea proporcionado en la descripción | Software utilizado para controlar el sistema GRAIL - https://summitmedsci.co.uk/products/motek-dflow-hbm-software/ |
| Gait Offline Analysis (GOAT) - Versión 2.3 | Motekforce Link | No disponible - Enlace en línea proporcionado en la descripción | Software utilizado para el análisis de los parámetros de la marcha - https://www.motekmedical.com/product/grail/ |
| Gait Real-time Analysis Interactive Lab (GRAIL) | Motekforce Link | No disponible - Enlace en línea proporcionado en la descripción | El sistema GRAIL mide y cuantifica la biomecánica de la marcha mediante el uso de una cinta de correr autodidacta (SP) basada en realidad virtual - https://www.motekmedical.com/product/grail/ |
| Almohadilla para la pierna 701 | Baltimore Therapeutic Equipment Company (BTE) | No disponible - Enlace en línea proporcionado en la descripción | El accesorio único diseñado para que el Primus RS mida la extensión/flexión de la rodilla - https://store.btetech.com/collections/primus/products/701-802-leg-pad |
| Silla de posicionamiento | Baltimore Therapeutic Equipment Company (BTE) | No disponible - Enlace en línea proporcionado en la descripción | La silla de posicionamiento del participante está diseñada para la evaluación y el tratamiento de las exterimidades inferiores. La silla está diseñada para múltiples posiciones. https://www.btetech.com/product/primus/ |
| Primus RS | Baltimore Therapeutic Equipment Company (BTE) | No disponible - Enlace en línea proporcionado en la descripción | El equipo Primus RS captura e informa datos objetivos en tiempo real en los modos de resistencia isotónica, isométrica e isocinética - https://www.btetech.com/wp-content/uploads/BTE-Rehabilitation-Equipment-PrimusRS-Brochure-1.pdf |
Referencias
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