הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.

מאמר שיטה

ניתוח ביומכאני תחתון של משתתפים בריאים

8.5K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/60720

⸱

15 באפריל 2020

 , 
1Orthopaedic Research Institute, Bournemouth University

במאמר זה

סיכום

מאמר זה מציג מתודולוגיה ניסיונית מקיפה על שתי הטכנולוגיות העדכניות ביותר הזמינות כדי למדוד את הביומכניקה הגפיים התחתון של אנשים.

תקציר

טכניקות ניתוח ביומכאני שימושיות בחקר התנועה האנושית. מטרת מחקר זה הייתה להחדיר טכניקה להערכת הביו-מכניקה הנמוכה יותר במשתתפים בריאים באמצעות מערכות מסחריות זמינות. פרוטוקולים נפרדים הוכנסו עבור ניתוח הילוך ומערכות בדיקה חוזק השריר. כדי להבטיח דיוק מרבי עבור הערכת הילוך, תשומת לב צריך להינתן מיקומי סמן וזמן הליכון בקצב עצמי. באופן דומה, מיצוב משתתף, משפט תרגול, ועידוד מילולי הם שלושה שלבים קריטיים בבדיקת חוזק השריר. הראיות הנוכחיות עולה כי המתודולוגיה המתוארים במאמר זה עשוי להיות יעיל להערכת ביומכניקה הגפיים התחתון.

מבוא

המשמעת של הביומכניקה כרוכה בעיקר בחקר הלחץ, המתח, העומסים והתנועה של מערכות ביולוגיות-מוצק ונוזלי כאחד. זה כולל גם את הדוגמנות של אפקטים מכניים על המבנה, גודל, צורה ותנועה של הגוף1. במשך שנים רבות, ההתפתחויות בתחום זה שיפרו את ההבנה שלנו של הילוך נורמלי ופתולוגי, מכניקה של שליטה נוירו-מולקולרית, ומכניקה של צמיחה וצורה2.

המטרה העיקרית של מאמר זה היא להציג מתודולוגיה מקיפה על שתי הטכנולוגיות העדכניות ביותר הזמינות כדי למדוד ביומכניקה הגפיים התחתון של אנשים. מערכת ניתוח הילוך מודד וככמת הליכה ביומכניקה באמצעות הליכון בקצב אישי (SP) בשילוב עם סביבת מציאות מורחבת, אשר משלבת אלגוריתם SP כדי לווסת את המהירות של הליכון, כפי שמתואר על ידי Sloot ואח '3. בדיקת חוזק השריר הציוד משמש כהערכה וככלי טיפול עבור שיקום הגפיים העליון4. התקן זה יכול באופן אובייקטיבי להעריך מגוון של דפוסים פיזיולוגיים של תנועה או משימות סימולציה משימה מצבי איזוטוניקה איזומטרי. הוא מוכר כרגע כתקן זהב עבור חוזק הגפיים העליון מדידה5 אבל הראיות הקשורות במיוחד הגפיים התחתונות נשאר ברור. המאמר מסביר את הפרוטוקול המפורט להשלמת הערכה של הליכה וחוזק איזומטרי עבור הגפיים התחתונות.

במסגרת ניתוח ביו-מכניקה, היא שימושית לשלב הערכות של ביצועים פונקציונליים (כגון ניתוח הילוך) עם בדיקות ספציפיות של ביצועי השרירים. הסיבה לכך היא בעוד שניתן להניח כי כוח השריר מוגבר משפר ביצועים פונקציונליים, זה לא תמיד יכול להיות ברור6. הבנה זו נדרשת לתכנון עתידי משופר של פרוטוקולי שיקום ואסטרטגיות מחקר להערכת גישות אלה.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

השיטה שדווחה התקבלה במחקר שקיבל אישור מוסרי מוועדת האתיקה למחקר של אוניברסיטת בורנמאות ' (אסמכתא 15005).

1. המשתתפים

  1. לגייס מבוגרים בריאים (מגיל 23 עד 63 שנים, משמעות ± ש גויטיין; 42.0 ± 13.4, מסת הגוף 70.4 ± 15.3 ק"ג, גובה 175.5 ± 9.8 ס"מ; 15 זכרים, 15 נקבות) להשתתף במחקר. שלושים משתתפים גויסו למחקר זה.
  2. ודא שאין היסטוריה מדווחת על כך בפני סחרחורת, בעיות איזון או קשיי הליכה במשתתפים.
  3. ודא כי המשתתפים לא סבלו כל פציעה הנוירומולקולרית ידוע או תנאי המשפיעים על איזון או הליכה.

2. התקנה ופרוצדורות עבור ניתוח הילוך

  1. השתמש במערכת ניתוח הילוך (איור 1) מורכב הליכון כפול חגורה לוחית האינסטרומנטציה, מערכת לכידת תנועה של 10 מצלמה וסביבה וירטואלית המספקת זרימה אופטית.
  2. ודא כי המשתתף לובש בגדים הדוקים מאוד ללא השתקפות כגון מכנסי רכיבה או חותלות.
  3. באמצעות קלטות דבק דו צדדי לצרף 25 סמנים הרפלקטיבית פסיבי מקום על פי תצורת הגוף התחתון של מודל גוף האדם (HBM)7 כמפורט בטבלה 1 ואיור 2. המידע במסמך זה נלקח ממדריך הסימוכין של HBM8.
  4. השתמש בסרגל משותף כדי לקחת מדידות של רוחב הברך הנדרש רוחבי הקרסול עבור HBM6.
  5. משתתף בטוח לרתמה בטיחות הידק מסגרת תקורה.
  6. הפעל הפעלה חדשה במסד הנתונים וודא שהוא פעיל (מודגש).
  7. באמצעות הכרטיסיה נושא, צור משתתף חדש מלחצן ' שלד תיוג '.
  8. דפדף אל הקובץ ' הקלד HBM_N2. vst ' ולאחר מכן הזן את שם המשתתף. המשתתף החדש מופיע בחלונית ' נושאים '.
  9. עבור אל החלונית ' כלים ' ופתח את הכרטיסיה הכנה לנושא .
  10. אפס רמה את לוחות הכוח באמצעות הכרטיסייה חומרה . ודא כי לא מופעל משקל על לוחיות הכוח.
  11. הכינו את המשתתף למשפט ROM על ידי לאחר אותם מוכנים באמצע ההליכון.
  12. כדי להבטיח המשתתף יכול להיות מותאם אישית הליכון בקצב עצמי, לבקש מהם ללכת במהירות נוחה 5 דקות בתחילת הפגישה9,10.
  13. בעקבות ההסתגלות וללא זמן השהיה, בקשו מהמשתתפים ללכת למינימום של 5 דקות10,11.
  14. ודא שהמשתתפים מעיוורים לתזמון ההקלטות.
  15. להבטיח להפעיל את ההליכון ולהתחיל הקלטות נתונים על ידי לחיצה על כפתור הקלטה להתחיל 12. ניתן לעשות זאת עם תוכנהמשולבת (טבלת חומרים).
  16. הפסק את ההקלטה לאחר שרכשת את כמות הנתונים הרצויה. מומלץ לאסוף שלושה סטים של 25 מחזורים.
  17. פתח את תוכנת העיבוד (טבלה של חומרים) ולהסיר את הרעש בתדר גבוה על הנתונים, על ידי בחירת מסנן מעבר נמוך לנתוני הסמן, כגון הזמנה שנייה מסנן באטרסוורת ' עם תדר מנותק של 6 הרץ.
  18. עבור אל הקובץולאחר מכן בחר ייצוא לשמירה כ-csv.
  19. לקבוע צעדים בודדים מתוך נתוני כוח אנכי להשתמש סמני כף הרגל כדי לברר אירועים הילוך13.
  20. לנתח את הפרמטרים הילוך כגון קימטי, קינטי ו-זמני נתונים מרחביים ב Matlab R2017a (קובץ משלים).

3. התקנה והליכים לבדיקת חוזק השריר

  1. השתמש בציוד בדיקת כוח השריר (ממדי דינמיות מודאליות) (איור 3), כדי למדוד את חוזק השריר של המשתתפים על בסיס התכווצות איזומטרי מירבית (mvic)14.
  2. חברו את הכלי/הלוח מספר 701 לראש התרגיל של מד הלחץ.
  3. הבדיקה הימנית והשמאלית של משתתף בברך חוזק שריר איזומטרי.
  4. בדוק את המשתתפים בתנוחה מיושבת על כיסא עם משענת הגב.
  5. באמצעות המתג למעלה/למטה, יישר את ציר המטרים עם ציר הסיבוב האנטומי של מפרק הברך. הניחו את כרית הכלי במיקום מרכזי בחלק התחתון של שוקה.
  6. לשמור על הברך ב 90 ° בגמישות, הירך בסיבוב נייטרלי וחטיפה, ואת הרגל בגמישות plantar.
  7. מניחים את ידי המשתתף על הבטן ומייצב את תא המטען, הירכיים ובאמצע הירך על הכיסא עם רצועות ולקרו.
  8. הפעל משפט תרגול למשתתפים כדי להתרגל לתרגיל הבדיקה.
  9. הנחה את המשתתף להאריך את ברכו (להפעיל את הלחץ כלפי מעלה על כרית) ואחריו flex (להפעיל לחץ כלפי מטה על המשטח) כדי להפעיל את התכווצות המרבי על הפקודה ללכת על 3 s.
  10. לספק בקשות מילוליות ועידוד ("לדחוף" כלפי מעלה ו "משוך" כלפי מטה) במהלך בדיקות כוח.
  11. ודא שהמשתתפים מודעים לכך שהם יכולים להפסיק את הבדיקה מיד אם הם חווים כאבים או אי נוחות יוצאי דופן.
  12. אפשר למשתתפים לנוח במשך 2 דקות.
  13. חזור על שלבים 3.1-3.12, שלוש פעמים לרגל שמאל ורגל ימין ולתעד את הנתונים בניוטונים (N).
  14. שמור את כל הנתונים והייצוא כדוח עבור הניתוח.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

הממוצע ואת סטיית התקן של הזמן המרחבי, הקינמטיקה, ואת הפרמטרים הילוך קינטי ניתנים בטבלה 2. נתוני MVIC עבור כל 30 המשתתפים מסוכמים בטבלה 3. קבוצה אופיינית של נתונים עבור הצד השמאלי והימני של משתתף אחד המציג ייצוג גרפי של פרמטרי הילוך מסופק באיור 4 ואיור 5, בהתאמה.

הנתונים המוצגים הם נציגים של התוצאות שהתקבלו על פני כל המשתתפים, והם עקביים...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

התרומה של מחקר זה היא לתאר במדויק ובאופן מקיף בתוך פרוטוקול אחד את הטכניקות עבור ניתוח הילוך משולב בדיקות חוזק השריר כי לא תוארו בעבר יחד.

כדי להשיג תוצאות מדויקות עבור ניתוח הילוך, ישנם שני תחומים הדורשים תשומת לב מקסימלית: 1) מיקומי סמן 2) זמן ההסתגלות. הדיוק של הנתונים שנמדדו תלוי במידה רבה בדיוק של המודל שבשימוש. גורמי מפתח אחרים המשפיעים על דיוק כוללים תנועה סמן שגוי בשל דפורמציה העור שטחית ביחס למבנה השלד הבסיסי, ואת הרזולוציה של מערכת המעקב16.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

. למחברים אין מה לגלות

תודות

אנחנו רוצים להודות לד ר ג'ונתן וויליאמס על עצתו בעיבוד נתונים MATLAB.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
701 חברתציוד טיפולי בולטימור עם מנוף קטן (BTE)לא זמין - קישור מקוון מסופק בתיאורהקובץ המצורף הייחודי המיועד לפרימוס RS למדידת הארכה/כיפוף ברך - https://store.btetech.com/collections/primus/products/701-small-lever
D-Flow תוכנה - Vresion 3.26Motekforce Linkלא זמין - קישור מקוון מסופק בתיאורתוכנה המשמשת לשליטה במערכת GRAIL - https://summitmedsci.co.uk/products/motek-dflow-hbm-software/
Gait ניתוח לא מקוון (GOAT) - גרסה 2.3Motekforce Linkלא זמין - קישור מקוון מסופק בתיאורתוכנה המשמשת לניתוח פרמטרי ההליכה - https://www.motekmedical.com/product/grail/
Gait מעבדה אינטראקטיבית לניתוח בזמן אמת (GRAIL)Motekforce Linkלא זמין - קישור מקוון מסופק בתיאורמערכת GRAIL מודדת ומכמתת ביומכניקה של הליכה באמצעות הליכון בקצב עצמי מבוסס מציאות מדומה (SP) - https://www.motekmedical.com/product/grail/
Leg Pad for 701Baltimore Therapeutic Equipment Company (BTE)לא זמין - קישור מקוון מסופק בתיאורהאביזר הייחודי המיועד לפרימוס RS למדידת הארכה/כיפוף ברך - https://store.btetech.com/collections/primus/products/701-802-leg-pad
Positioning ChairBaltimore Therapeutic Equipment Company (BTE)לא זמין - קישור מקוון מסופק בתיאורכיסא מיקום משתתף מיועד להערכה וטיפול בחיצוניות התחתונות. הכיסא מיועד למספר עמדות. https://www.btetech.com/product/primus/
Primus RSBaltimore Therapeutic Equipment Company (BTE)לא זמין - קישור מקוון המסופק בתיאורציוד פרימוס RS לוכד ומדווח על נתונים אובייקטיביים בזמן אמת במצבי התנגדות איזוטונית, איזומטרית ואיזוקינטית - https://www.btetech.com/wp-content/uploads/BTE-Rehabilitation-Equipment-PrimusRS-Brochure-1.pdf

מקורות

  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).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

תגיות

ביומכניקה של הגפה התחתונהניתוח הליכהבדיקת כוח שריריםהצבת סמניםהסתגלות להליכוןכיול לוח כוחותכיווץ איזומטריניתוח קינמטיניתוח קינטינתונים מרחביים-זמניים
ניתוח ביומכאני תחתון של משתתפים בריאים
צרו קשר
המליצו לספרייה

פרטיות

תנאי שימוש

מדיניות

זכויות יוצרים © 2026 MyJoVE Corporation. כל הזכויות שמורות.