와 위 말단 장애 없이 사람들이 마시는 작업의 운동학 적 분석 3D 모션을 사용 하 여 캡처

Summary

이 프로토콜 운동 성능과 개인 치기와 건강 한 컨트롤에 적용 하는 상부 말단의 sensorimotor 기능을 평가 하는 객관적인 방법을 설명 합니다. 표준화 된 테스트 절차 작업 술의 3 차원 모션 캡처에 대 한 운동학 적 분석 및 결과 변수 제공 됩니다.

Abstract

운동학 분석 3 차원 (3 차원) 공간에서 상부 말단의 객관적인 평가 대 한 강력한 방법입니다. 광전자 카메라 시스템과 3 차원 모션 캡처 운동학 적 이동 분석을 위한 황금 표준으로 간주 됩니다 및 결과 측정으로 점점 부상 또는 질병 후 운동 성능 및 품질을 평가 하는 상부 말단 운동 참여. 이 문서는 뇌졸중 후 상부 말단 장애가 있는 개인에 적용 하는 작업을 마 시의 운동학 적 분석에 대 한 표준화 된 프로토콜을 설명 합니다. 마시는 작업 통합 도달 하 고, 파악 하 고 한 잔 한 잔, 컵, 다시 배치 하 고 다시 테이블의 가장자리에 손을 이동을 테이블에서 해제 합니다. 앉는 자세는 개인의 신체 치수 표준화와 작업 편안한 자습된 속도에서 수행 되 고 보상 움직임 제한 되지. 의도 자연 및 프로토콜의 생태학적 인 타당성을 개선 하기 위해 실제 상황에 가까운 작업을 유지 하는. 5-카메라 모션 캡처 시스템 9 retroreflective 마커 팔, 간선, 및 얼굴의 해부학 적 랜드마크에 위치에서 3D 좌표 위치를 수집 하는 데 사용 됩니다. 간단한 단일 마커 배치는 임상 설정에서 프로토콜의 타당성을 확인 하는 데 사용 됩니다. 주문 품 Matlab 소프트웨어 운동 데이터의 빠르고 자동화 된 분석을 제공합니다. 운동 시간, 속도, 최대 속도, 최대 속도, 그리고 트렁크 움직임 뿐만 아니라 어깨와 팔꿈치 관절의 공간 각도 운동학 함께 부드럽게 (운동 단위 수)의 시간에 대 한 일시적인 운동학 계산 됩니다. 마시는 작업은 온건 하 고 가벼운 상부 말단 장애가 있는 개인에 대 한 유효한 평가 이다. 구문, 응답 (변경 하려면 감도)와 구별 하 고 동시 타당성 마시는 작업에서 얻은 운동학 변수의 설립 되었습니다.

Introduction

운동학 분석 선형 및 각도 변위, 속도, 그리고 가속도 포함 하 여 시간과 공간을 통해 신체의 움직임을 설명 합니다. 광전자 모션 캡처 시스템 중 보내 적외선 빛 신호 캡처 수동 마커에서 반사를 본문에 배치 여러 고속 카메라를 사용 하 여 또는 활성 마커를 포함 하는 적외선에서 운동 데이터를 전송 발광 다이오드. 이러한 시스템은 운동학 적 데이터¹의 인수에 대 한 ' 골드 표준 '으로 간주 됩니다. 이러한 시스템은 그들의 높은 정확성과 유연성 측정의 다양 한 작업에 대 한 존중. 운동학 적 조치 캡처 운동 성능에 작은 변화에 효과가 나타났습니다 그리고 수 수 감지와 전통적인 임상 품질 조정^2,3. 그것은 그 운동학 작업^{4의 성취 동안 진정한 복구 (premorbid 운동 특성의 복원) 및 보상 (대체) 운동 패턴의 사용 사이 구별을 위해 사용 해야 제안 되었습니다. 5}.

상부 말단 운동 끝점 운동학, 일반적으로 손으로 표식에서 얻은 고 관절과 세그먼트에서 각도 운동학을 사용 하 여 양이 정해질 수 있다 (즉., 트렁크). 각도 운동학 특성화 시간적, 공간 공동 및 세그먼트 각도, 운동 패턴 동안 궤적, 속도, 일시적인 운동 전략, 정밀도, 직진도, 다듬기에 대 한 정보를 제공 하는 끝점 운동학 각 속도, 그리고 interjoint 조정입니다. 끝점 운동학와 같은, 운동 시간, 속도, 그리고 부드럽게 하는 효과가 캡처 적자와 스트로크^6,,78 및 각도 운동학 보기 후 운동 성능 향상 여부는 관절과 신체 세그먼트의 움직임은 특정 작업에 적합 합니다. 장애가 있는 사람들에서 운동학 종종 장애^8,9없이 개인의 운동 성능을 비교 합니다. 끝점 및 각도 운동학 운동 효과적인 속도, 다듬기, 수행 정밀 좋은 운동 제어, 조정, 및 효과적이 고 최적의 운동 패턴의 사용이 필요 합니다 하는 방법에 상관 있다. 예를 들어 쇼 부드럽게 (운동 단위의 수 증가), 감소 하는 또한 일반적으로 천천히 이동 뇌졸중 환자 낮은 최대 속도, 그리고 트렁크 변위⁸증가. 다른 한편으로, 끝점 운동학, 운동 속도 같은 향상 된 트렁크의 보상 운동 전략의 변화에서 독립적으로 발생 하 고¹⁰팔 수 있습니다. 운동학 분석 후 부상이 나 질병, 차례 차례로 모터 복구 도달 개별된 효과적인 치료를 위해 필수적 이다는 작업은 수행 하는 방법에 대 한 추가 하 고 더 정확한 정보를 제공할 수 있습니다 설립 되었습니다. ¹¹. 운동학 분석 점점 모터 복구^7, 를 평가 하 선^8,9, 후 상부 말단 장애를 가진 사람의 움직임을 설명 하기 위해 임상 연구에 사용 ^12,13 또는 치료 개입^10,14의 효과 확인 하려면.

운동 자주 뇌졸중에 공부는 가리키는 작업과 도달, 비록 진짜 일상 개체의 조작을 통합 하는 기능적 작업의 사용은¹증가 합니다. 목적 및 기능 작업 동안 움직임을 평가 하 필수적 이다 도달의 운동학 개체의 선택 및 작업¹⁵의 목표는 실험적인 제약 조건에 따라 달라 집니다, 때문에 개인의 진짜 어려움 일상 생활을 더 밀접 하 게 반영 됩니다.

따라서,이 문서의 목표는 목적 및 기능 작업, 작업, 급성 및 만성 단계에서 상부 말단 장애가 있는 개인에 게 적용을 마시는의 운동학 적 분석을 위해 사용 되는 간단한 표준화 된 프로토콜에 대 한 자세한 설명을 제공 하기 선 후. 온건 하 고 온화한 선 장애를 가진 개인을 위한이 프로토콜의 유효성 검사 결과 요약 될 것 이다.

Protocol

여기에 설명 된 모든 방법을 예테보리, 스웨덴 (318-04, 225-08)에 지역 윤리 검토 위원회에 의해 승인 연구의 일부가 되었습니다.

1. 모션 캡처 시스템 설정

1. 벽 측정 영역을 직면 하는 1.5-2.5 m의 높이에서 측정 영역에서 대략 1.5-3 m에 4 카메라를 탑재 합니다. 측정 영역 (그림 1) 바로 위에 천장에 하나의 카메라를 탑재 합니다. 카메라 시스템을 시작 합니다.
2. 테이블의 가장자리에 맞춰 짧은 축과 긴 축의 앞으로 가리키는 테이블에 L-모양 교정 프레임을 배치 합니다.
   참고: 좌표계 (anteriorly에서 화살 비행기) 앞으로 지시 하는 X-axes, 감독 측면 (정면 비행기), y 축 및 z 축 위쪽으로 지시 (위에, 횡단 평면에 수직)으로 정의 됩니다.
3. 3D 추적 및 데이터 수집 소프트웨어 (트랙 관리자)를 열고, 캡처를 선택 하 여 교정 시작 | 보정, 30 s 및 클릭의 교정 시간 입력 확인.
4. 모든 5 카메라 가능한^16,17로 많은 방향에서 지팡이 캡처 수 있도록 테이블과 자 위 (75 × 75 × 65 cm) 전체 측정 영역에 걸쳐 모든 방향에 있는 지팡이 이동 합니다. 교정, 후 결과 화면에 표시. 0.5 m m 아래 교정 오차 허용.
5. 민소매를 입고에 제목이 있는 높이 조절의 자 chair´s, 중립 adducted 위치에 상 완에 대 한 그들의 뒤에에서 테이블 및 손목에서 손바닥 테이블의 가장자리에 맞춰집니다. 무릎, 엉덩이, 팔꿈치 각도가 약 90 ° 되는지 확인 합니다.
6. 테스트 한편 골격 랜드마크¹⁸ 에 이중 접착 테이프로 retroreflective 수동 마커를 배치 (3 손바닥 관절), 손목 (척 골의 styloid 과정), 팔꿈치 (측면 뼈), 오른쪽과 왼쪽 어깨 (중간 부분 acromion)의 가슴 (흉 골의 상단 부분), 그리고이 마 (눈 썹 사이 노치).
7. 컵 (상단 및 하단 가장자리)에 두 개의 마커를 배치 합니다.

2. 절차 모션 캡처 마시는 작업의

1. 하드 플라스틱 컵 (7 cm의 직경, 높이 9.5 cm) 100 mL를 물 테이블 가장자리에서 30 cm의 시체의 중간에 놓습니다. 테이블에 컵의 위치는 자연 및 실재 상황에 가까운 작업 성능 유지를 의도적으로 선택 됩니다.
2. 마시는 수행 주제 i)에 도달 하 여 편안한 자습된 속도에서 작업 하 고 컵을 쥐고, ii) 입으로 테이블에서 컵 들고, iii) 복용 한 잔 (한 모금), 표시 된 선 (탭에서 30cm 뒤에 테이블에 다시 iv) 배치 컵 르 지), 및 v) 테이블의 가장자리에 손으로 초기 위치를 반환.
3. 그 주제는 지시를 이해 하 고 앞으로 기울고 없이 편안 하 게 덜 영향을 받는 팔으로 컵을 도달할 수 있다 확인 하십시오.
4. 각 사전 준비 하 고 수동으로 캡처를 시작 하 고, "당신은 지금 시작할 수 있습니다." 구두 지시를 제공 하는 주제에 게 녹음, 시작 위치 (처음 위치) 올바른지 확인
5. 주제 작업 끝나면 녹음 중지 수동으로.
6. 각 시도 사이 짧은 일시 중지 5 재판 기록 (약 30 s), 덜 영향을 받는 팔으로 시작.
7. 데이터 수집 성공 했습니다 확인 (95-100% 데이터 각 식별된 표식에 대 한).
   참고: 마커 데이터는 자동으로 전송 실시간 데이터 수집 소프트웨어 (트랙 관리자). 미리 정의 된 자동 마커 식별 (AIM) 모델의 표식 자동 식별을 위해 사용 됩니다.
8. 불완전 한 데이터를 검색 하는 경우 문제를 식별 하 고 적어도 3 성공적인 재판 받아야 표식의 완전 한 가시성을 보장 하기 위해 앉아 또는 마커 위치 조정 후 추가 시험을 수행 합니다.
   참고: 발생할 수 있는 가능한 문제는 마커 수 있습니다 떨어져 또는 그들은 시야각, 불완전 한 데이터에는 카메라에서 차단 됩니다. 그러나, 카메라와 마커 설정,이 프로토콜에 사용 되는 데이터 손실 인해 매우 드문 경우에만 생성 합니다. 총, 모션 캡처 세션 완료 하는 데 약 10-15 분 걸립니다.

3. 데이터 분석

1. 파일을 클릭 하 여 기록 된 데이터 트랙 관리자에서 Matlab에 직접 전송 | 수출 | Matlab에 직접.
2. Matlab 명령을 사용 하 여 명령 프롬프트에서: (>> 작업 영역) Matlab 변수 집합을 볼 수.
   참고: 키 Matlab 변수 분석을 만드는 지침에 사용 될 데이터를 포함 하는:
   QTMmeasurements.Frames-캡처한 프레임의 수
   QTMmeasurements.FrameRate-(240) 초당 캡처한 프레임의 수
   QTMmeasurements.Trajectories.Labeled.Count-레이블 (10) 수
   QTMmeasurements.Trajectories.Labeled.Labels-트랙 관리자에서 정의 된 레이블
   QTMmeasurements.Trajectories.Labeled.Data-프레임, 3 좌표 각 프레임과 각 라벨에 대 한 기록 됩니다 어디 10 x 3 x 수의 3 차원 배열에 측정 데이터
3. Matlab에 x, y, z 값 (버터)를 사용 하 여 필터 및 (filtfilt) 6 Hz 2 차 버터워스와 앞으로 모두에서 필터 명령과 0 위상 왜곡 및 앞 차 필터링을 주는 방향을 반대.
   참고: 예제
   [b, a] = 버터 (2, 6/240/2); %6 Hz 컷오프 주파수와 ½ 샘플링 주파수에 관하여
   xfiltered = filtfilt (b, a, QTMmeasurements.Trajectories.Labeled(1,1,:));
4. Matlab, 손과 공동 각도의 접선 속도 등 운동학 적 변수를 계산 하는 x, y, z 값이 각 프레임 샘플 및 각 레이블을 사용 하 여 프로그램을 만듭니다. 운동학 적 변수는 표 2에 표시 됩니다.
5. Matlab을 만듭니다 5 논리 단계에 샘플의 순서를 프로그램: 교통, 음주, 다시 전송 및 초기 위치 (그림 2) 하는 손을 반환 앞으로 도달 하 고. 각 위상의 시작 및 끝에 대 한 정의 표 1에 자세히 보였다.
6. Matlab에 위치, 속도, 관절 각도 각도-각도 다이어그램의 플롯을 만드는 (플롯) 명령을 사용 합니다.

Results

이 문서에서 설명 하는 프로토콜 치기와 건강 한 컨트롤^{2,6,8,19,,2021}개인에 적용 되었습니다. 총, 운동학 데이터 111 개인 선과 55 건강 한 컨트롤에서 다른 연구에서 분석 되었습니다 했습니다. 후 선 보통 (FMA-UE 점수 32-57)로 정의 된 또는 가벼운 상부 말단 장애 (FMA-UE 점수 58-66)^8,22,,23<...

Discussion

프로토콜은 뇌졸중 후 모든 단계에서 운동 성능 및 온건 하 고 가벼운 상부 말단 sensorimotor 장애가 있는 개인에 품질 척도를 성공적으로 사용할 수 있습니다. 이 프로토콜의 타당성은 초기 3 일 게시물 뇌졸중, 임상 설정에서 입증 하 고 시스템 특정 기술 자격 없이 훈련된 건강 전문가 의해 사용 될 수 있다는 것을 보여주었다. 그러나 전문 기술,, 필요를 만들고 데이터 분석을 위한 프로그램을 개발 합니다. 이 측면에서 상부 말단 모션 캡처 걸음 걸이 분석, 있는 기성 품 분석 프로그램은 일반적으로 직접 제공한 제조 업체에서에서 다릅니다. 일상 생활에서 팔과 손 조작 및 다양 한 크기, 위치, 및 affordances에서 다른 개체와 상호 작용 하는 여러 가지 작업에 사용할 수 있습니다. 이것은 각 설치 고유 합니다. 더, 다른 목표와 작업의 제약도 영향을 줍니다 운동학 적 결과 때문에 운동학 높은 작업 관련. 미래에 더 많은 노력을 하 여야 한다와 같은 기본적인 작업의 운동학 적 분석에 대 한 표준화 된 프로토콜을 만들...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
5 카메라 광전자 ProReflex 모션 캡쳐 시스템 (MCU 240 Hz)	Qualisys AB, Gthenburg, Sweden	N/A	패시브 재귀반사 마커가 있는 움직임 분석 시스템
마커	Qualisys AB, Gthenburg, Sweden	N/A	역투과형 패시브 원형 마커, 직경 12 mm
캘리브레이션 프레임 및 막대	Qualisys AB, Gthenburg, Sweden	N/A	L-shape calibration frame (좌표계의 원점과 방향을 정의함); T자형 완드 (300 mm)
Qualisys Track Manager	Qualisys AB, Gthenburg, Sweden	N/A	3D 추적 소프트웨어
Matlab	Mathworks, Inc, Natick, Ca	N/A	데이터 분석 소프트웨어