シットにスタンド・アンド・ウォーク120％の膝の高さから：鉛四肢の動的姿勢制御の独立性を評価するための新しいアプローチ

ここでは、座って立っているか歩くかの主要なイベントで、全身の重心までの距離に対する圧力中心を使用して位置安定性を測定する新しいプロトコルを提示します。これは、フォースプラットフォームと3次元モーションキャプチャ技術から派生しました。このパラダイムは信頼性が高く、神経学的に損なわれた個人の評価に利用できます。

このプロトコルの全体的な目標は、座っているとき、立っているとき、歩くときの動的な位置安定性を測定することです。病理を持つ個人がしばしば困難に感じる複雑な移行運動。この手法の主な利点は、利用可能な最適な圧力中心と全身の重心推定(COP、BOM)を利用して、安定性の複合尺度を提供することです。

この技術の影響は、臨床診療にも役立つ可能性があります。意味のある安定性測定を展開して、回復を予測し、治療を評価して、座っている状態から歩行している状態までの回復率に影響を与えることができます。参加者が実行する手順を実演するのは、研究室の大学院生であるマイケル・アトウォーターズです。

コンピュータ上で独自の追跡ソフトウェアを開くことから始めます。キャプチャ周波数を 60 ヘルツに設定し、予測誤差を 20 ミリメートル、最大残差を 2 ミリメートル、最小軌道長を 2 フレーム、最大フレーム ギャップを 10 フレームとする 3D トラッキング パラメータを設定します。次に、各フォームプラットフォームアンプから8つの個々のフォースプラットフォームコンポーネントのそれぞれを、それぞれのアナログ-デジタルコンバーターに識別します。

各フォースプラットフォーム、スケーリングファクター、アナログチャンネルの所定のキャリブレーション設定がすべて指定されていることを確認してください。さらに、キャプチャの最後の 10 フレームでベースライン フォース プレートの読み取り値を読み取るようにソフトウェアを構成します。モーションキャプチャ周波数に乗数17を選択して、1020ヘルツのアナログサンプリング周波数を確保します。

3D空間のキャリブレーションの準備として、L字型の参照構造をキャプチャボリュームの床に配置し、この構造の長軸を内部方向に向けて配置します。次に、ソフトウェアのキャリブレーション設定ページで、長さ750ミリメートルのキャリブレーションタイプとしてワンドを選択します。また、正の C 軸が上向きで、正の Y 軸が長腕となる座標系の向きを選択します。

[OK]をクリックします。キャリブレーション アイコンをクリックし、キャリブレーション キャプチャの意図する長さを 60 秒に設定します。次に、結果を保存するファイルディレクトリを特定します。

[OK] をクリックしてキャリブレーションを開始します。キャリブレーションワンドを目的のキャプチャボリュームの周りで60秒間回転および平行移動することにより、キャリブレーションワンドをキャプチャボリューム内で動かします。次に、キャリブレーション結果を確認し、個々のカメラの残留誤差が 1.5 mm 未満のキャリブレーションを受け入れます。

[OK]をクリックします。最後に、各プラットフォームの4つの角のそれぞれに直径9ミリメートルのパッシブレトロリフレクティブマーカーを1つ配置することにより、キャリブレーションされた3D空間にフォースプラットフォームを配置します。5秒間の記録を取得し、3D空間内の各プラットフォームの参照系とマーカーを特定します。

このテーマについては、二重粘着テープと自己固定包帯を使用して、選択した基準の技術的フレームに従って、下肢と上肢、体幹、頭、骨盤セグメントの解剖学的ランドマークに再帰反射マーカーを接着します。次に、被写体にキャプチャボリュームの中央に静止するように指示します。以前に設定したサンプリングパラメータを使用して、プロプリアトリートラッキングソフトウェアを開きます。

ソフトウェア内で、すべてのマーカーが考慮されていることを視覚的に確認します。次に、レコード アイコンをクリックして、5 秒間の静的キャプチャを完了します。まず、すべての解剖学的マーカーを削除します。

最終的なフィード位置を設定するには、被験者にスツールに座ってもらい、足を個々のフォースプラットフォーム(1と2)に乗せてもらいます。拡張可能なアームゴニオメーターを使用して、被験者の支配側のシャンク位置を垂直から10度後方に調整します。利き手でない足を均等に調整し、ロックキャリパーを使用して、足の横方向の境界線間の所定のバイオクロミアル距離に足間の幅を配置します。

次に、各足の横断面の向きを調整して、各内側の足の境界が移動方向と一直線に配置されるようにします。次に、マーカーを使用して、取り外し可能なフォースプラットフォームの表面上の最終的な足の位置を描きます。ソフトウェア内で、すべてのマーカーが考慮されていることを視覚的に確認し、記録アイコンをクリックして15秒間のダイナミックキャプチャを完了します。

ダイナミックキャプチャー開始から5秒後に、オペレーターの照明スイッチがオンになり、被験者がスツールから立ち上がって一時停止し、プラットフォーム3と4を無理矢理踏んで、照明スイッチに向かって歩き、停止し、利き手で照明スイッチを消すように通知します。最後に、ライトスイッチをリセットし、トライアルのスローモーション再生中にすべてのマーカーを考慮して、マーカーのドロップアウトを確認します。独自の追跡ソフトウェア内で、静的および動的試験からすべてのマーカーを特定してラベル付けし、タイムスライドをタスクの最初と最後に移動して不要なキャプチャをトリミングします。

マーカーの自動識別、またはマーカーにラベルを付けるAIM機能を利用して、ソフトウェアが3D空間での剛体の相対軌道を一貫して構築および計算できるようにします。マーカーが 10 フレームを超えてドロップアウトした場合は、未確認の軌道パネルで欠落している軌道を見つけます。最後に、すべての静的および動的試験をC3D形式でフォーマットしてエクスポートし、後処理およびバイオメカニクス解析ソフトウェアを使用します。

中外側平面では、歩行開始後の全身重心 (BCOM) は正弦波変位に追従し、COP の圧力中心は、ステップ 1 と 2 の片肢スタンス中にさらに横方向に変位します。前後機では、シートオフ時のCOPはBCOMの前から始まります。そして、上昇中に両者は前進しますが、直立して合流する前に、その分離は着実に減少します。

立ち上がり、一時停止、歩行開始、ステップ1、ステップ2におけるCOPとBCOMの間の水平分離距離は、COPとBCOMの変位の複雑な相互作用を示しており、位置安定性の指標を提供します。一度習得すると、この動きキャプチャー技術は、適切に実行されれば数分以内に完了することができ、ローカルの後処理をシステム化して位置の安定性をキャプチャすることができ、COP BCOMはリアルタイムで測定します。このビデオを見れば、座る、立つ、歩くときにCOP BCOM距離を使用して動的な位置安定性を測定する方法について十分に理解できるはずです。