Name: ארגון יציבתי של התחלת הליכה לניתוח ביומכני באמצעות הקלטות פלטפורמת כוח (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-07-26T14:30:00.000+00:00
Duration: 6 min 21 s
Description: חקור ארגון יציבתי של התחלת הליכה באמצעות הקלטות פלטפורמת כוח לניתוח התאמות יציבה צפויות. שיטה זו מאפשרת הערכה מדויקת של משתנים ביומכניים רלוונטיים למחלות מוטוריות כולל פרקינסון.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

המחברים רוצים להודות ל-ANRT ול-LADAPT.

למחברים אין אינטרסים מתחרים.

מטרת מאמר זה הייתה לספק לחוקרים, קלינאים וסטודנטים להשכלה גבוהה מידע על השיטה (השיטה ה"גלובלית") המשמשת במעבדה שלנו לחקר הארגון הביומכני של ייזום הליכה (GI). השלבים הקריטיים של הפרוטוקול, מגבלות השיטה ושיטות ויישומים חלופיים נדונים להלן.
שלב קריטי בפרוטוקול הוא זיהוי אירועי התזמון של GI (כלומר, התפרצות APA, הנעה של העקב והבוהן, והרגל האחורית). הערכים של המשתנים הזמניים והמרחביים הקשורים לארגון מערכת העיכול תלויים בזיהוי הנכון של אירועים אלה. עבור כל אחד מהם הוצעו מספר שיטות זיהוי (שיטות מוצעות...

חניכת הליכה (GI), השלב החולף בין יציבה אורתוגרדיאלית לתנועה במצב יציב, היא משימה פונקציונלית ופרדיגמה ניסיונית המשמשת באופן קלאסי בספרות לחקר בקרת יציבה במהלך משימה מוטורית מורכבת הדורשת הנעה ויציבות בו זמנית של כל הגוף1. חולים עם מצבים נוירולוגיים, כגון מחלת פרקינסון2, שבץמוחי 3, שיתוק על-טבעי מתקדם4 ו"הפרעות הליכה ברמה גבוהה יותר"5, ידועים כמתקשים ליזום הליכה, החושפת אותם לסיכון מוגבר לנפילה. לכן חשוב למדעים בסיסיים וקליניים כאחד לפתח מושגים ושיטות כדי לקבל תובנה על מנגנוני בקרת היציבה במשחק במהלך חניכת הליכה, להשיג ידע מדעי והבנה טובה יותר של הפתופיזיולוגיה של הפרעות הליכה ואיזון ולהיות מסוגלים לתקן אותם באמצעות התערבויות נאותות.
הרעיון של ארגון ביומכני של התחלת הליכה מתואר להלן, והשיטה הקלאסית שנועדה לחקור ארגון זה מפורטת בסעיף הפרוטוקול. ניתן לחלק את מערכת העיכול לשלושה שלבים עוקבים: שלב "התאמות היציבה הצפויות" (APA) המתאים לתופעות הדינמיות המתרחשות בכל הגוף לפני הנפת העקב, שלב ה"פריקה" (בין העקב המתנדנד לבוהן כבויה), ושלב ה"נדנדה" שמסתיים בזמן שכף הרגל המתנדנדת יוצרת קשר עם משטח התמיכה. תת-חלוקה קלאסית זו של תהליך מערכת העיכול מקורה במחקרים החלוציים של Belenkii et al.6 ואחרים7,8, המתמקדים בתיאום בין יציבה ותנועה במהלך הרמת זרוע רצונית לאופקית בתנוחה הזקופה. בפרדיגמה זו, מקטעי הגוף המעורבים ישירות בהרמת הזרוע תואמים את שרשרת ה"מוקד", ואילו מקטעי הגוף המשולבים בין החלק הפרוקסימלי של שרשרת המוקד לבין משטח התמיכה תואמים את שרשרת "היציבה"9. מחברים אלה דיווחו כי להרמת הזרוע קדמו באופן שיטתי תופעות דינמיות ואלקטרומיוגרפיות בשרשרת היציבה, שאותן כינו "התאמות יציבה צפויות". עבור GI, swing heel-off (או swing toe-off, בהתאם למחברים) נחשב כתחילת תנועת ההליכה10. כתוצאה מכך, התופעות הדינמיות המתרחשות לפני רגע זה תואמות את APA, ואת איבר הנדנדה נחשב מרכיב של שרשרת מוקד11. הצהרה זו עולה בקנה אחד עם התפיסה הקלאסית של ארגון ביומכני תנועתי, לפיה כל פעולה מוטורית חייבת לערב מוקד ומרכיב יציבתי12,13.
מנקודת מבט ביומכנית, APA הקשור ל- GI מתבטא בתזוזה לאחור ובינונית (רגל מתנדנדת מכוונת צד) של מרכז הלחץ, הפועלת להניע את מרכז הכובד בכיוון ההפוך - קדימה ולכיוון צד הרגל העמדה. ככל שמרכז תזוזת הלחץ לאחור הצפוי גדול יותר, כך ביצועי המנוע גבוהים יותר במונחים של מהירות מרכז הכובד הקדמי במגע כף הרגל10,14. בנוסף, על ידי הנעת מרכז הכובד לכיוון צד הרגל העמדה, APA תורם לשמירה על יציבות בינונית במהלך שלב הנדנדה של GI 1,15,16,17. הספרות הנוכחית מדגישה כי שינוי בשליטה הצפויה הזו על היציבות הוא מקור מרכזי לנפילות אצל קשישים1. יציבות במהלך מערכת העיכול כומתה בספרות עם התאמה של "מרווח היציבות"18, כמות שלוקחת בחשבון הן את המהירות והן את המיקום של מרכז הכובד בתוך בסיס התמיכה. בנוסף לפיתוח APA, דווח כי נפילת מרכז הכובד במהלך שלב הנדנדה של GI בהשפעת כוח הכבידה נבלמה באופן פעיל על ידי הטריפס סורה של רגל העמדה. בלימה אקטיבית זו מאפשרת שמירה על יציבות לאחר מגע כף הרגל, ומאפשרת נחיתת רגל חלקה על משטח התמיכה4.
מטרת מאמר זה היא לספק לחוקרים, קלינאים וסטודנטים להשכלה גבוהה מידע על החומר והשיטה שפותחו במעבדה שלנו כדי לחקור את הארגון היציב של מערכת העיכול באמצעות גישה ביומכנית. שיטה "גלובלית" זו (שניתן להטמיע אותה גם בשיטה "קינטית" מהסיבות שיפורטו להלן) יזמו ברנייר ומשתפי הפעולה10,19. הוא מבוסס על העיקרון הישיר של המכניקה כדי לחשב הן את התאוצה של מרכז הכובד, כמו גם את המיקום המיידי של מרכז הלחץ. כל אחת מהנקודות הללו היא ביטוי גלובלי ספציפי לתנועה.
האחד הוא הביטוי המיידי של התנועות של כל מקטעי הגוף הקשורים למטרת התנועה (מרכז הכובד; למשל, מהירות ההתקדמות של הגוף במהלך GI); השני (מרכז הלחץ) הוא הביטוי של תנאי התמיכה הדרושים כדי להגיע למטרה זו. המיקומים המיידיים של שתי נקודות אלה משקפים את התנאים הפוסטורו-דינמיים שיש לספק להתחלת הליכה. פלטפורמת הכוח היא המכשיר המתאים למודל זה משום שהיא מאפשרת מדידה ישירה של הכוחות החיצוניים והרגעים הפועלים על המשטח התומך במהלך התנועה. זה גם מאפשר ביצוע של תנועות טבעיות ולא דורש הכנה מיוחדת.
גורמים רבים ידועים כמשפיעים על הארגון היציבתי של GI, כולל גורמים ביומכניים, (נוירו-פיזיולוגיים), פסיכולוגיים, סביבתיים וקוגניטיביים 1,20. מאמר זה מתמקד בהשפעתם של שני גורמים - מהירות מערכת העיכול ולחץ טמפורלי - ומספק ערכים אופייניים המתקבלים אצל צעירים בריאים.

<table><tbody><tr><td>פלטפורמת כוח</td> <td>AMTI</td><td></td><td>פלטפורמת כוח אחת גדולה [120 ס"מ x 60 ס"מ] או שתיים קטנות [60 ס"מ x 40 ס"מ] פלטפורמת כוח</td></tr> <tr><td>Python</td><td>או MathWorks</td><td></td><td>שפת תכנות לחישוב משתנים ניסיוניים</td></tr><tr><td>מסלול Qualisys ניהול</td><td>Qualisys</td><td></td><td>תוכנה לסנכרון פלטפורמות הכוח, הקלטה והדמיה מקוונת של עקבות ביומכניים גולמיים (כוחות ומומנטים תלת מימדיים)</td></tr><tr>תוכנת <td>Visual3D</td><td>C-Motion Inc</td><td></td><td>לעיבוד עקבות ביומכניים גולמיים (סינון מעביר נמוך)</td></tr></tbody></table>

ארגון יציבתי של התחלת הליכה לניתוח ביומכני באמצעות הקלטות פלטפורמת כוח

Postural Organization of Gait Initiation for Biomechanical Analysis Using Force Platform Recordings

חניכת הליכה (GI), השלב החולף בין יציבה אורתוגרדיאלית לתנועה במצב יציב, היא משימה פונקציונלית ופרדיגמה ניסיונית המשמשת באופן קלאסי בספרות כדי לקבל תובנה לגבי מנגנוני היציבה הבסיסיים העומדים בבסיס תנועת הגוף ובקרת שיווי המשקל. חקר מערכת העיכול תרם גם להבנה טובה יותר של הפיזיופתולוגיה של הפרעות ביציבה אצל קשישים ומשתתפים נוירולוגיים (למשל, חולי פרקינסון). ככזה, הוא מוכר כבעל השלכות קליניות חשובות, במיוחד במונחים של מניעת נפילות.
מאמר זה נועד לספק לחוקרים, קלינאים וסטודנטים להשכלה גבוהה מידע על החומר והשיטה שפותחו כדי לחקור ארגון יציבת GI באמצעות גישה ביומכנית. השיטה מבוססת על הקלטות של פלטפורמת כוח ועל העיקרון הישיר של המכניקה לחישוב הקינמטיקה של מרכז הכובד ומרכז הלחץ. האינטראקציה בין שתי נקודות וירטואליות אלה היא מרכיב מרכזי בשיטה זו שכן היא קובעת את תנאי היציבות והתקדמות הגוף כולו. הפרוטוקול כולל את המשתתף בתחילה עומד ללא תנועה בתנוחה זקופה ומתחיל ללכת עד סוף מסלול של לפחות 5 מ '.
מומלץ לשנות את מהירות מערכת העיכול (איטית, ספונטנית, מהירה) ואת רמת הלחץ הטמפורלי - ניתן ליזום הליכה בהקדם האפשרי לאחר מסירת אות עזיבה (רמה גבוהה של לחץ טמפורלי) או כאשר המשתתף מרגיש מוכן (רמה נמוכה של לחץ טמפורלי). פרמטרים ביומכניים המתקבלים בשיטה זו (למשל, משך ומשרעת של התאמות יציבה צפויות, אורך/רוחב צעד, ביצועים ויציבות) מוגדרים, ושיטת החישוב שלהם מפורטת. בנוסף, ערכים אופייניים המתקבלים אצל צעירים בריאים מסופקים. לבסוף, נדונים צעדים קריטיים, מגבלות ומשמעות של השיטה ביחס לשיטה החלופית (מערכת לכידת תנועה).

תיאור חלקות זמן ביומכניות מייצגות המתקבלות מפלטפורמת הכוח במהלך התחלת ההליכה לא משנה מה רמת הלחץ הזמני או ההוראה על מהירות GI, להניף את העקב מקדים באופן שיטתי APA. ניתן לאפיין את ה-APA הזה בהסטת צד לאחור וברגל מתנדנדת של מרכז הלחץ (איור 2). הסטת לחץ צפויה זו מקדמת את ההאצה של מרכז הכובד בכיוון ההפוך (כלומר, קדימה ולצד הרגל העמדה). לאורך הכיוון האנטרופוסטריור, מהירות מרכז הכובד עולה בהדרגה לשיא זמן קצר לאחר מגע כף הרגל המתנדנדת. לאורך הכיוון הבינוני, מרכז המהירות של מהירות...

מאמר זה מתאר את החומר והשיטה שפותחו כדי לחקור את הארגון היציבתי של ייזום הליכה. השיטה מבוססת על הקלטות של פלטפורמות כוח ועל העיקרון הישיר של מכניקה לחישוב מרכז הכובד ומרכז קינמטיקה של לחץ.

Gait initiation (GI), the transient phase between orthograde posture and steady-state locomotion, is a functional task and an experimental paradigm that ...

שיטה זו מאפשרת להשיג התאמת יציבה צפויה, או APA. APA משקף את תפקוד המערכת ברמה המרכזית. לכן זה מאפשר להכניס את השאלה איך נראים ה- APA, ה- MOS וה- BI.היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא דיוק. יתר על כן, זוהי טכניקה שיש לה את האפשרות להיות מותאם, ופחות מעייף עבור המטופל שיש לו קיבוע מוטורי, למשל. את המשמעות של טכניקה זו ניתן להרחיב לכל הפתולוגיה עובד.עבור מחלת פרקינסון, זה מעניין במיוחד כי זה יכול לעזור למצוא את הסמן המכני למתן אבחנה מוקדמת יותר או גילוי איזון תת קליני והפרעת הליכה. שיטה זו ישימה בענפי ספורט מסוימים, כגון התחלת ריצה או ספורט עם מחווה עם תנוחת סטילס, כמו ירי כדורסל או בייסבול. אני חושב שאדם שמעולם לא תרגל את השיטה הזו יכול גם לתפקד היטב.אתה רק צריך להיות קפדני. כדי להתחיל, בקשו מהמשתתפים לעמוד יחפים וחסרי תנועה על פלטפורמת כוח בתנוחתם הזקופה הטבעית. כשהזרועות תלויות ברפיון על צדם ומבטם מופנה למטרה בגובה העיניים במרחק של חמישה מטרים לפחות.קבעו את הרגל ההתחלתית המועדפת על המשתתף על ידי דחיפה קלה על גבו בתנוחה הראשונית בעיניים עצומות כדי לעורר צעד קדימה. הסבירו למשתתפים שהמשימות שעליהם לבצע הן ליזום הליכה מתנוחת העמידה עם הרגל המועדפת. להמשיך ללכת עד סוף המסלול ואז לחזור בשקט לתנוחת העמידה הראשונית.הסבירו כי יש ליזום הליכה בעקבות שני אותות עוקבים, אות הכנה ואות יציאה. לאחר מכן הסבר את ההוראות על מהירות ולחץ זמני. הפעל איסוף נתונים מפלטפורמת הכוח וספק את האות הראשון או המכין למשתתפים.הנחו אותם לעמוד חסרי תנועה ולהימנע מציפייה להתחלת הליכה באות ראשון זה. ודא שהמשתתפים חסרי תנועה חזותית. בדוק את חוסר התנועה באינטרנט עם חלקות הזמן של מרכז רוחבי אנטרו-אחורי או מדיאלי של תזוזת לחץ.לאחר מכן ספק את האות השני או היציאה. לשנות את התנאים של לחץ זמני המוטל על התחלת ההליכה, ולאחר מכן לשנות את התנאים של מהירות התחלת ההליכה. הנחו את המשתתפים לבצע סדרה של 10 ניסויים רצופים בכל תנאי ניסוי והטילו מנוחה של לפחות שתי דקות בין תנאים עוקבים כדי למנוע את השפעות העייפות.בכל מצב, אפשרו למשתתפים לבצע שני ניסויי היכרות לפני ההקלטות. לבסוף, הפסק את רכישת הנתונים לאחר שהמשתתף עזב את פלטפורמת הכוח. חלקות הזמן הביומכניות המתקבלות מפלטפורמת הכוח במהלך התחלת ההליכה ומשתנים טמפורליים מרחביים נבחרים מוצגים כאן.ההליכה החלה במהירות במצב של זמן תגובה. ההאצה של מרכז הכובד ומהירות מרכז הכובד לאורך הכיוונים האנטרו-אחוריים, המדיאליים והאנכיים מתוארים כאן. תזוזה של מרכז הלחץ לאורך הכיוונים האנטרו-אחוריים והרוחביים המדיאליים מתוארת גם באיור זה.תחילתן של התאמות יציבה צפויות, או APA, לאורך הכיוונים הלטרליים והאנטרו-אחוריים של התקשורת, זמן ההנפה של העקב, זמן הבוהן המתנדנדת, זמן המגע של כף הרגל המתנדנדת וזמן כיבוי הרגל האחורית מוצגים כאן. האיור מתאר גם את הערכים המייצגים של משתנים טמפורליים שונים כמו חלונות זמן עבור APA, שלב פריקה ושלב נדנדה של התחלת הליכה. הערכים המייצגים של משתנים מרחביים שונים כמו מהירות אנטרו-אחורית של מרכז הכובד בכף הרגל ובמגע כף הרגל.מרכז הציפייה המרבי של תזוזת לחץ, אורך צעד, רוחב צעד, שיא מרכז כובד כלפי מטה ומרכז כובד אנכי במהירות בזמן מגע רגל מתנדנדת מוצגים כאן. החלק החשוב ביותר של כף הרגל להתרחש היא להבטיח כי המשתתפים הם חסרי תנועה בעליל על מנת לקבל בסיס טוב. לצד זה חשוב גם כי המשתתף לבצע שני פורמליזציה יש לפני ההקלטה.זה יאפשר לנו לערוך ניסוי טוב יותר במהלך הקטעים. אז שיטה קינמטית ניתן להשתמש כדי להוסיף נתונים במהלך עבודה נייחת. אני חושב שאולי יעניין כמה חוקרים ויחשבו איך הם יכולים להשתמש בטכניקה הזו בתחום, מהנדסה ועד שכפול קליני.

postural-organization-gait-initiation-for-biomechanical-analysis

Research

JoVE Journal

Neuroscience

מדעי המוח

ממשקים עצביים במכונה (NMI) פותחו כדי לזהות מצב התנועה של המשתמש. NMIs אלה הם שעשויים להיות שימושיים לבקרה עצבית של רגליים מלאכותיות המופעלים, אך לא הוכח באופן מלא. מאמר זה הציג (1) פלטפורמת ההנדסה נועדה ליישום קל ופיתוח של שליטה עצבית לתותבות גפיים התחתונות מופעל ו( 2) התקנה ניסיונית ופרוטוקול בסביבת מעבדה על מנת להעריך את הרגליים מלאכותיות עצבית בשליטה על חולים עם קטיעות גפה תחתונה בבטחה וביעילות.

פלטפורמה להנדסה ולפרוטוקול ניסויי לעיצוב והערכה של Transfemoral תותב מופעל בשליטה עצבית

המטרה היתה לבסס את השימוש האופטימלי של טכניקות איסוף נתונים עבור הילוך וניתוח יציבה הליכה נורדית. תלת ממדי לכידת תנועה אמור לשמש במהלך ניתוח זמן קצר (מחזור ההליכה יחיד כלומר), בעוד accelerometry צריך להיות מועסק על ניתוח משך זמן ארוך יותר (חזר כלומר מחזורים) כמו 6 דקות הליכה מבחן.

המוכיח טכניקות לכידות תנועה מתאימה לכל ההערכה של הליכה ויציבת הליכה נורדית אצל קשישים

כאן, אנו מציגים פרוטוקול חדשני למדידת יציבות מיקום באירועי מפתח במהלך הישיבה לעמידה להליכה באמצעות מרכז הלחץ למרחק מרכז המסה של כל הגוף. זה נגזר מפלטפורמת הכוח וטכנולוגיית לכידת תנועה תלת מימדית. הפרדיגמה אמינה וניתן להשתמש בה להערכה של אנשים בסיכון נוירולוגי.

שבי-אל-סטנד-ו-הליכה גובה ברך 120%: גישה חדשנית להעריך דינמי ביציבה שליטה עצמאית של גפה יצוקה

מחקר זה חקר התחתונה-האיבר קינמטיקה וכוח התגובה הקרקע (GRF) במהלך בינוני עקבים ריצה וריצה. הנבדקים חולקו לקבוצות של לובשי מנוסים, לובשי לא מנוסים. מערכת ניתוח תנועה תלת מימדי עם פלטפורמה כוח שתצורתו נקבעה נתפס תנועות משותפת התחתונה-איבר, GRF.

בשיטות ניתוח הילוך תקן הזהב כדי להעריך את החוויה אפקטים על התחתון-האיבר מכניקת במהלך בינוני עקבים ריצה וריצה

במחקר זה, שיטת ניתוח הילוך תלת מימדי המטפל ידידותי, אשר תוכנן להתבצע במרפאה לשיקום, מוצג. השיטה מורכבת שיטת מדידה פשוטה ודמויות אינטואיטיבי כדי להקל על ההבנה clinicians' של התוצאות.

שיטת ניתוח הילוך תלת מימדי מונחה קליניים להערכת הפרעה בהליכה

מוצג כאן הוא פרוטוקול לאסוף ולנתח הקינטיקה תלת ממדית של התנועה במכרסמים למחקרים פרה-קליניים.

3D ניתוח הילוך קימטי למחקרים פרה-קליניים במכרסמים

מאמר זה מציג מסגרת ניסיונית/אנליטית לחקר שליטה בגוף האדם. הפרוטוקול מספק הליכים צעד-אחר-צעד לביצוע ניסויים עומדים, מדידת הקינמטיקה ואותות קינטיקה, וניתוח התוצאות כדי לספק תובנות לגבי המנגנון שבבסיס השליטה האנושית.

שיטות נסיוניות ללימוד בקרת הפוסטאורל האנושית

מחקר זה השווה את המאפיינים הביומכניים של הקיצוניות התחתונה במהלך הפסקת הליכה לא מתוכננת במהירויות הליכה שונות. הנתונים הקינטמטיים והקינטיים של הגפיים התחתונות מ-15 נבדקים עם מהירויות הליכה רגילות ומהירות נאספו באמצעות מערכת ניתוח תנועה ופלטפורמת לחץ plantar.

מאפיינים ביומכניים בגפיים התחתונות הקשורים להפסקת הליכה לא מתוכננת במהירויות הליכה שונות

אנשים עם חוסר יציבות כרונית בקרסול (CAI) להפגין חוסר שליטה יציבה והפעלת שריר מושהית של גפיים תחתונות. פוסטורוגרפיה דינמית ממוחשבת בשילוב עם אלקטרומיוגרפיה פני השטח מספק תובנות על התיאום של מערכות חזותיות, somatosensory, ו vestibular עם ויסות הפעלת שריר כדי לשמור על יציבות יציבה אצל אנשים עם CAI.

הערכת בקרת יציבה והפעלת שריר הגפיים התחתוניות אצל אנשים עם חוסר יציבות כרונית בקרסול

הפרוטוקול הנוכחי מתאר מערך ניסיוני שנועד לחקור את ההשפעה של מניפולציה ברוחב צעד על הפעלת ביומכניקה באמצעות מערכת לכידת תנועה. המטרה היא להרחיב את מערכי הנתונים הרלוונטיים ולבחון את ההשפעות של רוחבי צעדים משתנים על השרשרת הקינמטית של הגפה התחתונה האנושית.

השפעת מניפולציה ברוחב צעד על ביומכניקה רצה

פרוטוקול זה מפרט גישה סטנדרטית לכימות התפלגות לחץ כף הרגל, איזון כף הרגל וזווית ציר הרגל במהלך משימות שינוי כיוון של 45° באמצעות פלטת לחץ Footscan המאפשרת הערכה שחזורית של דפוסי עומס דו-צדדיים בגפיים במהירות גישה מבוקרת.

השפעת תנועת שינוי כיוון (COD) על לחץ כף הרגל ואיזון כף הרגל בגפיים דו-צדדיות

חקור ארגון יציבתי של התחלת הליכה באמצעות הקלטות פלטפורמת כוח לניתוח התאמות יציבה צפויות. שיטה זו מאפשרת הערכה מדויקת של משתנים ביומכניים רלוונטיים למחלות מוטוריות כולל פרקינסון.

ארגון יציבתי של התחלת הליכה לניתוח ביומכני באמצעות הקלטות פלטפורמת כוח

גלה סרטונים נוספים