Caratterizzazione cinematica tridimensionale di un compito di raccolta di oggetti utilizzando la motion capture

In questo studio, miriamo a decodificare il compito di afferrare un oggetto utilizzando il motion capture e fornire una descrizione dettagliata dei suoi elementi cinematici. I metodi esistenti non offrono una chiara comprensione dell'esecuzione rapida in condizioni normali, e questo protocollo stabilisce un livello base di prestazione, migliorando l'interpretazione e l'applicabilità clinica. Per iniziare, chiedere al partecipante di indossare una canottiera e pantaloncini leggeri.

Assicurarsi che il partecipante sia a piedi nudi. Chiedere al partecipante di camminare per una breve distanza lontano dall'esaminatore, a un'andatura comoda e scelta autonomamente. Quindi, chiedere al partecipante di girarsi e tornare verso l'esaminatore alla stessa andatura.

Chiedere al partecipante di estendere il collo guardando verso l'alto, flettere il collo guardando verso il basso, ruotare la testa a sinistra e a destra e inclinare la testa su entrambi i lati. Istruire il partecipante a piegare il corpo in avanti e all'indietro, ruotare il corpo a sinistra e a destra ed eseguire flessioni laterali su entrambi i lati.

Dopo che tutti i movimenti sono stati completati in modo confortevole e sicuro, chiedere al partecipante di rimanere in piedi per il successivo posizionamento dei marker. Assicurarsi che il partecipante sia in posizione eretta e rilassata, con le braccia appoggiate naturalmente lungo i fianchi. Palpare i punti di repère anatomici posteriori e posizionare le basi magnetiche in successione sui processi spinosi di T4, T8, T10 e sulle spine iliache posteriori superiori sinistra e destra.

Successivamente, posizionare una base magnetica sulla superficie posteriore della cresta iliaca, approssimativamente da due a tre pollici in senso superolaterale rispetto alla spina iliaca postero-superiore. Una volta posizionate le basi magnetiche posteriori, fissarle con del nastro adesivo. Quindi, chiedere al partecipante di girarsi e di fronteggiare l'esaminatore mantenendosi in posizione eretta.

Palpare le spine iliache anteriori superiori sinistra e destra e posizionare una base magnetica su questo punto di repère. Individuare il processo xifoideo e posizionare una base magnetica su di esso. Quindi, fissare le basi magnetiche anteriori con del nastro.

Chiedere al partecipante di rimettere il coperchio e tornare a una postura eretta in piedi. Palpare le basi magnetiche precedentemente posizionate attraverso i vestiti e attaccare in sequenza i marcatori riflettenti sulle basi magnetiche. Istruire il partecipante a voltarsi in modo da rivolgere le spalle all'esaminatore ed eseguire una flessione del collo in avanti.

Quindi, individuare la settima vertebra cervicale e posizionare un marcatore riflettente su questo punto di repère. Chiedere al partecipante di tornare in una posizione neutra della testa e di girarsi verso l'esaminatore. Individuare lo sterno e applicare un marcatore riflettente su di esso.

Quindi, palpare i processi acromiali sinistro e destro e posizionare un marcatore riflettente sul punto di repère identificato. Istruire il partecipante a sedersi comodamente e a posizionare il palmo della mano destra sul ginocchio sinistro. Individuare gli epicondili mediale e laterale dell'omero destro e posizionare un marcatore riflettente su di essi.

Quindi, ripetere la procedura per il gomito sinistro. Successivamente, chiedere al partecipante di appoggiare comodamente entrambe le mani sulle cosce. Individuare i processi stiloidei radiale e ulnare e posizionare un marcatore riflettente su questo punto di repère.

In modo analogo, ripetere la procedura per il polso opposto. Successivamente, palpare l'osso capitato in una mano, applicare un marker riflettente sopra di esso e ripetere sull'altra mano. Posizionare un marker riflettente sull'unghia del pollice e un altro sull'unghia del dito medio di ciascuna mano.

Seduto comodamente, palpare i condili femorali mediale e laterale del ginocchio destro e posizionare un marker riflettente su questo punto di repère. Ripetere la procedura per il ginocchio sinistro. Successivamente, individuare i malleoli mediale e laterale della caviglia destra e posizionare un marker riflettente.

Successivamente, identificare l'osso cuneiforme medio e le teste del primo, secondo e quinto metatarso del piede destro e posizionare un marcatore riflettente su ciascun punto di repère. Poi, palpare la tuberosità del calcagno del piede destro. Applicare un marcatore riflettente su questo punto di repère e ripetere il posizionamento dei marcatori per il piede sinistro.

Applicare cluster di marker sul segmento del braccio, della mano, dell'avambraccio, della coscia e della gamba in modo bilaterale. Fissare saldamente ciascun cluster utilizzando cinghie o nastro adesivo. Successivamente, posizionare marker riflettenti bilateralmente sull'osso frontale appena sopra le sopracciglia, seguiti da quelli sui temporali.

Utilizzando un pennarello per la pelle lavabile, delimitare tutti i marker e i cluster posizionati sulla cute per un riposizionamento coerente, se necessario. Verificare la presenza di marker allentati, movimenti dei cluster e ostruzioni durante la postura eretta. Correggere eventuali errori di posizionamento secondo necessità e fissare eventuali attacchi non sicuri.

Se non vengono identificati problemi, procedere con il compito di prelievo dell'oggetto. Disporre le telecamere di motion capture attorno al volume di acquisizione per garantire la visibilità completa del corpo durante l'inclinazione in avanti, l'interazione con l'oggetto e il ritorno alla posizione eretta. Definire un volume di acquisizione sufficientemente ampio da contenere l'intero movimento di prelievo senza occlusioni.

Calibrare il sistema di motion capture seguendo le indicazioni del produttore per stabilire il sistema di coordinate globale. Verificare che tutte le telecamere rilevino chiaramente i marcatori riflettenti e assicurarsi che non siano presenti oggetti riflettenti non intenzionali nell'area di acquisizione. Avviare la registrazione del motion capture prima di istruire il partecipante a iniziare il movimento.

Interrompere la registrazione solo dopo che il partecipante ha completato il compito. Rivedere la registrazione per assicurarsi che tutti i marcatori siano presenti prima di passare alla registrazione successiva. Assicurarsi che il partecipante stia in piedi in posizione eretta all'interno del volume di acquisizione.

Chiedere al partecipante di abdurre entrambe le braccia di circa 45 gradi rispetto al corpo, con i gomiti completamente estesi e i palmi delle mani rivolti in avanti. Chiedere al partecipante di rimanere fermo per due secondi mentre conta ad alta voce: 1000, 2000. Istruire il partecipante ad abdurre ulteriormente entrambe le braccia di circa 90 gradi rispetto al corpo, con i gomiti estesi e i palmi delle mani rivolti verso il basso.

Chiedere al partecipante di rimanere fermo per due secondi e contare ad alta voce: 1000, 2000. Istruire il partecipante ad abbassare entrambe le braccia lungo i fianchi e a stare in piedi in una postura rilassata e neutra. Posizionare un oggetto standardizzato sul pavimento in una posizione predefinita all'interno del volume di acquisizione.

Chiedere al partecipante di stare in piedi in una posizione comoda e scelta autonomamente, rivolto verso l'oggetto. Istruire il partecipante a prendere l'oggetto dal pavimento a un ritmo comodo, tornare in posizione eretta e consegnarlo. Mantenere una posizione seduta o in ginocchio comoda sul pavimento durante il recupero e il riposizionamento dell'oggetto tra una prova e l'altra, per garantire un posizionamento costante.

Chiedere al partecipante di eseguire tre prove utilizzando una mano. Successivamente, ripetere il compito per altre tre prove utilizzando l'altra mano. I partecipanti sono stati suddivisi in tre gruppi in base alla strategia di movimento: dominante nel squat, dominante nel movimento di cerniera e ibrido.

Non sono state osservate differenze significative per età, distribuzione per sesso, altezza o peso tra i gruppi. Gli angoli di flessione del ginocchio differivano in modo significativo tra i gruppi sia nelle condizioni della mano dominante che in quelle della mano non dominante, con ampie dimensioni dell'effetto. La cinetica articolare della caviglia ha mostrato differenze significative tra i gruppi nelle condizioni della mano dominante e non dominante, con ampie dimensioni dell'effetto.

La flessione del tronco differiva in modo significativo tra i gruppi sia nella condizione della mano dominante che in quella della mano non dominante, con dimensioni dell'effetto moderate. La cinetica dell'articolazione dell'anca non differiva in modo significativo tra i gruppi né nella condizione della mano dominante né in quella della mano non dominante. Una maggiore flessione è stata osservata alla caviglia sinistra e al ginocchio sinistro durante il prelievo di un oggetto con la mano non dominante, rispetto al prelievo con la mano dominante, con dimensioni dell'effetto elevate.

Sono state inoltre osservate differenze significative alla caviglia destra e all'anca sinistra tra le condizioni di mano dominante e non dominante, con ampie dimensioni dell'effetto. Non sono state osservate differenze significative al ginocchio destro, all'anca destra o al tronco tra le condizioni di mano dominante e non dominante. Questo protocollo consente ai ricercatori di quantificare e caratterizzare strategie di movimento distinte utilizzate durante un compito di sollevamento di un oggetto, incluse le modalità dominanti in squat, dominanti in inclinazione e modelli ibridi.

Ulteriori analisi che possono essere eseguite al termine di questa procedura includono le velocità articolari, la dinamica del centro di massa e le forze di reazione al suolo, fornendo una comprensione più completa dell'esecuzione del compito. Ricerche future potranno ampliare il nostro protocollo di acquisizione del movimento per esaminare i meccanismi compensativi, in particolare in condizioni legate a malattie muscoloscheletriche.