Driedimensionale kinematische karakterisering van een objectpick-up taak met behulp van motion capture

Summary

Dit protocol presenteert een gestandaardiseerde fullbody motion capture-benadering voor het beoordelen van de object pick-up taak, waarmee wordt geïllustreerd hoe verschillende bewegingsstrategieën en compenserende patronen kwantitatief kunnen worden gekarakteriseerd tijdens deze veelvoorkomende functionele activiteit.

Abstract

De taak om het object op te pakken is een fundamentele activiteit van het dagelijks leven die coördinatie van romp, onder- en bovenste ledematen, balans en visuomotorische controle integreert binnen één enkele, ecologisch geldige beweging. Ondanks de relevantie blijven gestandaardiseerde protocollen voor het kwantitatief beoordelen van objectopnamestrategieën met fullbody motion capture beperkt. Het doel van dit protocol is om een gestandaardiseerde methode te demonstreren voor het vastleggen en analyseren van de objectopruimtaak met behulp van full-body driedimensionale motion capture, en om te illustreren hoe verschillende bewegingsstrategieën kunnen worden geïdentificeerd en geclassificeerd. Het protocol beschrijft de voorbereiding van de deelnemer, het plaatsen van de marker, de uitvoering van taken en representatieve kinematische analyses. Dertig deelnemers voerden de taak om het object op te pikken uit, waarbij veertien kinematische variabelen werden verzameld. Bewegingsstrategieën werden ingedeeld in squat-dominant, scharnier-dominant en hybride patronen die verschillende en intermediaire benaderingen vertegenwoordigen langs een continuüm van bewegingsstrategieën. Representatieve resultaten tonen duidelijke verschillen in gewrichtskinematica tussen strategiegroepen, met name bij de knie en enkel, met extra bijdragen van rompbeweging. Verschillen tussen dominante en niet-dominante handcondities illustreren verder de gevoeligheid van de taak voor compenserende bewegingsaanpassingen. Dit protocol biedt een praktisch en reproduceerbaar kader voor het beoordelen van strategieën voor het oppakken van objecten en de coördinatie van het hele lichaam tijdens functionele beweging.

Introduction

Beoordeling van menselijke beweging staat centraal in klinische en onderzoeksevaluaties van musculoskeletale en functionele gezondheid¹. Traditioneel is bewegingsbeoordeling grotendeels gebaseerd op visuele observatie, die, hoewel klinisch waardevol, van nature subjectief is, beïnvloed door de ervaring van de beoordelaar en beperkt in het consequent vastleggen van subtiele coördinatiepatronen. Motion capture-technologieën, waaronder zowel marker-gebaseerde als markerloze systemen, maken gedetailleerde en kwantitatieve analyse van bewegingen van het hele lichaam mogelijk met toenemende to....

Protocol

De studie (IRB-2018-04-014) werd goedgekeurd door de institutionele beoordelingscommissie van de Nanyang Technological University, Singapore en werd uitgevoerd in overeenstemming met de ethische normen zoals vastgelegd in de Verklaring van Helsinki uit 1964 of vergelijkbare ethische normen. Alle deelnemers gaven schriftelijke geïnformeerde toestemming voorafgaand aan de deelname.

1. Voorbereiding van deelnemers

OPMERKING: De taak houdt in dat deelnemers een gestandaardiseerd voorwerp van de vloer oppakken in een comfortabel tempo, weer gaan staan en het voorwerp ov....

Results

Dertig deelnemers voerden de objectopname-taak uit, waarbij 14 kinematische variabelen werden verzameld. Deelnemers werden vervolgens ingedeeld in drie strategiegroepen die verschillende en intermediaire benaderingen vertegenwoordigen langs een continuüm van bewegingsstrategieën, geïnterpreteerd als squat-dominant (Groep 1), scharnier-dominant (Groep 2) en hybride strategieën (Groep 3). Er werden geen statistisch significante verschillen waargenomen tussen groepen op het gebied van leeft.......

Discussion

Dit protocol demonstreert een gestandaardiseerde aanpak voor het vastleggen en analyseren van een objectoppaktaak met behulp van full-body driedimensionale motion capture en illustreert hoe verschillende bewegingsstrategieën kwantitatief kunnen worden gekarakteriseerd. Deelnemers werden bewust geselecteerd en gegroepeerd om duidelijke en intermediaire bewegingsstrategiepatronen binnen de steekproef te vertegenwoordigen. Visuele inspectie van de gewrichtskinematica wees uit dat de kniefle.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Box for Pick up task	N/A	N/A	70mm x 70mm x 70mm (Lx W x H) 3D-printed using polylactic acid (PLA) filament (eSUN; Shenzhen Esun Industrial Co., China).
Cluster markers	Qualisys, AB	· 160146 Upper body · 160145 Lower body · 160149 SuperWrap for cluster	Clusters included two upper-body clusters (upper arms) and four lower-body clusters (two on the thighs and two on the shanks).
Cluster markers (custom)	N/A	N/A	Custom-designed cluster markers for tracking the wrist (RFA, LFA) and hand (RHMC, LHMC) were 3D-printed using polylactic acid (PLA) filament (eSUN; Shenzhen Esun Industrial Co., China).
Computer workstation	Generic	NA	Intel Core i9 processor, 32 GB RAM, 10 TB Harddisk, NVIDIA RTX2080
Double-sided adhesive skin tape	Qualisys, AB	160188 Double-sided adhesive tape	For attaching marker base to skin
Force plate	Kistler	Type 9260AA6	Two plates (600 × 500 x 50 mm) embedded underneath the flooring, one for each foot.
Hypoallergenic adhesive skin tape	3M	Micropore
Marker base	Optitrack	M4 Marker base
Motion capture system	Qualisys, AB	Miqus Video Aqus A12	x2, Full HD / 2 MP, Resolution 1920 × 1080 x12, 12 MP 300fps, Resolution 4096 × 3072, FOV 54 × 42 °(motorized)
Neodymium Magnets	Generic	N/A	Diameter 15mm, Thickness 1mm
Qualisys Track Manager (QTM)	Qualisys, AB	Version 2019	The software is used to record movements during the experiment and perform data post-processing.
Retroreflective markers	Optitrack	12.7 mm (1/2) M4 Markers
Visual3D	HAS-Motion	Version 2021	The software is used to do biomechanical modelling and produce the relevant joint angles