Kinematische analyse met behulp van 3D Motion Capture van drinken taak in mensen met en zonder bovenste extremiteit bijzondere waardeverminderingen
28 maart 2018
Dit protocol beschrijft een objectieve methode om te evalueren van de prestaties van de beweging en de sensomotorische functie van de bovenste extremiteit toegepast op personen met een beroerte en gezonde controles. Een gestandaardiseerde testprocedure, Kinematische analyse en resultaten variabelen voor drie-dimensionale motion-video vastleggen van het drinken van taak worden geleverd.
Het algemene doel van deze motion capture-methodologie is om een objectieve methode te bieden om de kwaliteit van de bewegingsprestaties en de sensorimotorische functie van de bovenste extremiteit bij personen met een beroerte en gezonde controles te evalueren. Deze methode kan helpen om belangrijke vragen op het gebied van neurale revalidatie te beantwoorden, zoals hoe een beroerte de bewegingen en het herstel van de bovenste extremiteit beïnvloedt en hoe deze informatie kan worden gebruikt om effectieve behandelingen te selecteren. Het grote voordeel van deze techniek is dat specifieke bewegingstekorten en herstel die mogelijk niet worden ontdekt bij het gebruik van traditionele klinische schalen, in detail kunnen worden gekwantificeerd.
Om ons te helpen bij de demonstratie van de procedure vandaag, zullen we Ulla-Britt Bergstrom bijstaan, die een ergotherapeut is die werkt bij de Neural Rehabilitation Clinic in het Sahlgrenska University Hospital. Om het motion capture-systeem in te stellen, monteer vier camera's aan de muur op ongeveer een tot drie meter afstand van het meetgebied op een hoogte van 1,5 tot 2,5 meter, gericht op het meetgebied. Monteer één camera aan het plafond net boven het meetgebied.
Het plaatsen van een van de camera's aan het plafond met een kijkhoek over het gehele meetgebied was cruciaal voor de gegevensverzameling. Dit resulteerde in bijna 100% succesvolle gegevensverzameling. Start het camerasysteem.
Plaats vervolgens het L-vormige kalibratieframe op de tafel met de korte as in lijn met de rand van de tafel en de lange as naar voren wijzend. Open vervolgens de 3-D tracking in de dataverzamelsoftware. Start de kalibratie door capture te selecteren en vervolgens te kalibreren.
Voer de kalibratietijd van 30 seconden in en klik op oké. Beweeg de scepter in alle richtingen door het hele meetgebied boven de stoel en tafel om ervoor te zorgen dat alle vijf camera's de scepter in zoveel mogelijk richtingen vastleggen. Accepteer kalibratieresidu's onder 0,5 millimeter.
Laat nu de proefpersoon, die een mouwloos topje draagt, op een in hoogte verstelbare stoel zitten met haar rug tegen de rugleuning van de stoel. De bovenarm moet in neutrale adductiepositie zijn. Laat de arm op de tafel rusten en lijn het polsgewricht uit met de rand van de tafel.
De knie-, heup- en ellebooghoeken moeten ongeveer 90 graden zijn. Plaats vervolgens de retro-reflectieve passieve markers met dubbelzijdig plakband op de skeletachtige kenmerken van de geteste hand, pols, elleboog, rechter- en linkerschouder, thorax en voorhoofd. Plaats daarna twee markers op de beker.
In deze procedure, plaats een harde plastic beker met 100 milliliter water op 30 centimeter van de tafelrand in de middellijn van de proefpersoon. Vraag de proefpersoon om de drinktaak uit te voeren met een comfortabel, zelf gekozen tempo door één, de beker te bereiken en vast te grijpen. Twee, de beker van de tafel naar haar mond optillen.
Drie, een slok te nemen. Vier, de beker achter een gemarkeerde lijn op de tafel terug te plaatsen. En vijf, terug te keren naar de beginpositie met de hand op de rand van de tafel.
Het is belangrijk om de patiënt aan te moedigen de taak zo natuurlijk mogelijk uit te voeren en daarom worden alleen de drie middelste proeven gebruikt voor de berekening van de kinematica om ervoor te zorgen dat de patiënt bekend is met het testen. Zorg ervoor dat de proefpersoon de instructies begrijpt en de beker comfortabel kan bereiken met de minder aangedane arm zonder voorover te leunen. Zorg ervoor dat de startpositie correct is voor elke opname en vraag de proefpersoon om klaar te zijn.
Start de opname door 'start opname' te selecteren en geef mondelinge instructies om haar te vertellen dat ze moet beginnen. Wanneer de proefpersoon de taak voltooit, stopt u de opname door 'stop' te selecteren. Neem vijf proeven op met een korte pauze tussen elke proef, beginnend met de minder aangedane arm.
Controleer of de dataverzameling 95 tot 100% bereikt voor elke geïdentificeerde marker. Wanneer onvolledige gegevens worden gedetecteerd, voer extra proeven uit na het identificeren van het probleem en pas de zit- of markerposities aan om volledige zichtbaarheid van de markers te garanderen om ten minste drie succesvolle proeven te verkrijgen. Deze figuur toont het representatieve snelheidsprofiel van een gezonde controle die de drinktaak uitvoert.
Voor elke bewegingsfase is een glad, belvormig snelheidsprofiel met één dominante piek te zien, wat typisch is voor normale bewegingen. In tegenstelling daarmee toont deze figuur dat een snelheidsprofiel van een persoon met een matige beroerte een minder glad profiel vertoont met een toegenomen aantal snelheidspieken. Ook is de pieksnelheid in elke bewegingsfase lager en is de totale bewegingstijd langer.
Dit is de animatie van de drinktaak uitgevoerd door een gezonde controle, geregistreerd in realtime. De markers op het hoofd, romp, linkerarm en twee markers op de drinkbeker, samen met de bewegingstrajecten, worden weergegeven. Dit is dezelfde animatie van een persoon met een beroerte.
Let op de minder gladde bewegingstrajecten en toegenomen voorwaartse beweging van de romp tijdens de drinktaak. Dit is een voorbeeld van dezelfde taak uitgevoerd door een persoon met een ernstiger motorische beperking. Deze persoon had ook spasticiteit.
De zichtbare subbewegingen duiden op herhaalde versnellingen en vertragingen, wat duidt op tekorten in de vloeiendheid van de beweging. Eenmaal beheerst, kan deze techniek in 10 tot 15 minuten worden uitgevoerd door elke getrainde professional zonder specifieke technische kwalificaties. Technische expertise is echter nodig om een programma voor de gegevensanalyse te creëren en ontwikkelen.
Deze procedure is bijzonder relevant voor klinische studies vanwege een eenvoudige set-up met een eenvoudige gegevensverzameling en analyse van een ecologisch valide taak. Met behulp van deze methode verkrijgen we geldige, betrouwbare en responsieve kinematica die de belangrijkste elementen van de bewegingsanalyse bij mensen met een beroerte kwantificeren. Na de ontwikkeling ervan, heeft deze methode de weg gebaand voor onderzoekers op het gebied van neural
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit protocol beschrijft een motion capture-methodologie die erop is gericht om objectief de bewegingsprestaties van de bovenste extremiteiten en de sensorimotorische functie bij beroertepatiënten en gezonde controlegroepen te evalueren. Door middel van kinematische analyse van een gestandaardiseerde drinktaak probeert het protocol bewegingsdeficiënties te kwantificeren die met traditionele klinische methoden over het hoofd kunnen worden gezien.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschappen
- Revalidatie
- Motorische controle
Achtergrond
- Een beroerte kan de bewegingen van de bovenste extremiteiten aanzienlijk beperken.
- Traditionele beoordelingen leggen bewegingsdeficiten mogelijk niet volledig vast.
- Kinematische analyse biedt een gedetailleerde kwantificering van bewegingen.
- Deze benadering kan bijdragen aan behandelstrategieën binnen de neurale rehabilitatie.
Doel van de studie
- Om een betrouwbare methode vast te stellen voor het beoordelen van de bewegingsprestaties bij beroertepatiënten.
- Om te onderzoeken hoe een beroerte de bewegingen en het herstel van de bovenste extremiteiten beïnvloedt.
- Om de selectie van effectieve rehabilitatiebehandelingen te vergemakkelijken.
Gebruikte methoden
- Het primaire platform dat wordt gebruikt is een motion capture-systeem.
- De studie omvat beroertepatiënten en gezonde controles die een gestandaardiseerde drinktaak uitvoeren.
- Een gedetailleerde opstelling waarborgt een nauwkeurige kalibratie en een succesvolle gegevensverzameling.
- De belangrijkste stappen omvatten de positionering van de proefpersonen en het plaatsen van markers voor kinematische analyse.
- De procedure maakt een betrouwbare gegevensverwerving mogelijk binnen een kort tijdsbestek.
Belangrijkste Resultaten
- Er werden verschillen in snelheidsprofielen waargenomen tussen gezonde controles en personen met een beroerte.
- De vloeiendheid en snelheid van de beweging waren significant beïnvloed bij beroertepatiënten.
- Deze methodologie biedt valide meetwaarden voor het begrijpen van motorische tekorten en herstel.
- De resultaten benadrukken belangrijke variabelen zoals bewegingstijd en vloeiendheid bij functionele taken.
Conclusies
- De studie demonstreert een valide methode voor het beoordelen van de motorische functie na een beroerte.
- Deze techniek bevordert het begrip van kinematica bij revalidatie na een beroerte.
- De implicaties strekken zich uit tot het verbeteren van behandelstrategieën door individuele bewegingsdeficiënties in detail in kaart te brengen.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Management
Objectieve kwantificering van bewegingsstoornissen aan de bovenste extremiteiten ondersteunt de validatie van doelwitten in de neurorevalidatie door meetbare eindpunten te bieden voor therapeutische interventie. Kinematische analyse van functionele taken, zoals drinken, maakt een mechanistische risicoreductie van revalidatiestrategieën mogelijk via gevoelige, reproduceerbare biomarkers van motorisch herstel. Deze benadering vergroot het voorspellend vertrouwen in de vroege ontdekkingsfase door sensorimotorische functies te koppelen aan klinisch relevante uitkomsten.
Strategische toepassingen in biofarmaceutische R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Kwantificeert tekortkomingen in de bewegingsprestaties om therapeutische hypothesen over neurale herstelpaden te onderzoeken.
- Operationele waarde: Levert objectieve, op sensoren gebaseerde eindpunten die de afhankelijkheid van subjectieve klinische schalen verminderen.
- Strategische waarde: Maakt biologische risicoreductie mogelijk door meetbare biomarkers van motorische beperking en herstel te identificeren.
Screening & Assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Een gestandaardiseerde drinktaak creëert een reproduceerbare functionele assay voor de motorische functie van de bovenste ledematen.
- Operationele waarde: Geautomatiseerde Matlab-analyse waarborgt een high-throughput en consistente verwerking van kinematische datasets.
- Strategische waarde: Ondersteunt de gereedheid van de assay voor het screenen van verbindingen of biologische middelen die gericht zijn op herstelpaden van de motoriek.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Bewegingstijd, vloeiendheid en gewrichtshoeken dienen als translationele biomarkers die in overeenstemming zijn met klinische assessments voor beroertes.
- Operationele waarde: Maakt continuïteit mogelijk van ontdekking tot preklinische validatie door gebruik te maken van ecologisch valide, naturalistische taken.
- Strategische waarde: Informeert risico-gecorrigeerde beslissingen over voortgang door sensorimotorisch herstel te kwantificeren met een hoge gevoeligheid voor verandering.
Integratie van Pipeline & Workflow
De methode wordt geïntegreerd in discovery biology door het mogelijk maken van hypotheseonderzoek naar neuroregeneratieve of neuroprotectieve verbindingen via kwantificeerbare motorische uitkomsten.
- Ontdekkingsbiologie: Ondersteunt de verduidelijking van pathways door kinematische variabelen te koppelen aan specifieke neurale circuits die betrokken zijn bij motorische controle.
- Screening: Levert kwantitatieve output, zoals piekvelociteit en bewegingseenheden, voor een betrouwbare evaluatie van verbindingen.
- Analytiek: Biedt temporele en spatiale kinematica die een vergelijking van motorische prestaties tussen verschillende condities mogelijk maken.
- Translationeel onderzoek: Legt een verbinding met preklinische continuïteit via gevalideerde, responsieve kinematische variabelen die gevoelig zijn voor revalidatie-interventies.
- Herbruikbaarheid binnen de organisatie: Vestigt een herbruikbaar platform voor kinematische analyse dat toepasbaar is op meerdere taken van de bovenste extremiteiten en ziektebeelden.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Vermindert mechanistische ambiguïteit door gedetailleerde bewegingsdefecten vast te leggen die onzichtbaar zijn voor traditionele schalen.
- Operationele waarde: Waarborgt standaardisatie en reproduceerbaarheid door vaste markerplaatsing en geautomatiseerde gegevensverwerking.
- Strategische waarde: Verbetert go/no-go-beslissingen door gevoelige, kwantificeerbare biomarkers van therapeutische effectiviteit te leveren.
- Impact op portfolio: Maakt risico-gecorrigeerde prioritering van neurorevalidatiekandidaten mogelijk op basis van objectieve gegevens over motorisch herstel.
Overwegingen bij de implementatie
- Vereist expertise in motion capture-systemen, markerplaatsing en kinematische data-analyse.
- Afhankelijk van opto-elektronische camerasystemen en een gekalibreerde 3D-trackinginfrastructuur.
- Vereist standaardisatie tussen teams voor een consistente positionering van proefpersonen en taakuitvoering op verschillende locaties.
- Omvat overwegingen voor aanpassingen bij variërende gradaties van motorische beperkingen en compenserende bewegingsstrategieën.
- Beperkt door de noodzaak van technische expertise voor het ontwikkelen en onderhouden van op maat gemaakte analysesoftware, ondanks de eenvoudige data-acquisitie.
