Posturale organisatie van loopinitiatie voor biomechanische analyse met behulp van force platform opnames
26 juli 2022
Dit artikel beschrijft het materiaal en de methode die zijn ontwikkeld om de houdingsorganisatie van loopinitiatie te onderzoeken. De methode is gebaseerd op krachtplatformregistraties en op het directe principe van de mechanica om het zwaartepunt en het zwaartepunt van de kinematica van het drukcentrum te berekenen.
Deze methode maakt het mogelijk om anticiperende houdingsaanpassing of APA te verkrijgen. APA weerspiegelt de werking van het systeem op centraal niveau. Het maakt het dus mogelijk om de vraag in te voegen hoe de APA, de MOS en de BI eruit zien.
Het belangrijkste voordeel van deze techniek is precisie. Bovendien is het een techniek die de mogelijkheid heeft om te worden aangepast, en minder vermoeiend voor patiënten die bijvoorbeeld motorische fixatie hebben. De implicatie van deze techniek kan worden uitgebreid naar alle werkende pathologie.
Voor de ziekte van Parkinson is het vooral interessant omdat het kan helpen om de mechanische marker te vinden voor het stellen van een eerdere diagnose of het detecteren van subklinische evenwichts- en loopstoornis. Deze methode is toepasbaar in bepaalde sporten, zoals hardlopen of sport met gebaar met een stilstaande positie, zoals het schieten van basketbal of honkbal. Ik denk dat iemand die deze methode nog nooit heeft beoefend, ook goed kan presteren.
Je moet gewoon rigoureus zijn. Om te beginnen, vraag de deelnemers om blootsvoets en onbeweeglijk op een krachtplatform te staan in hun natuurlijke rechtopstaande houding. Met de armen losjes tegen hun zijkanten hangend en hun blik gericht op een doelwit op ooghoogte op minstens vijf meter afstand.
Bepaal het voorkeursstartbeen van de deelnemer door lichtjes tegen hun rug te duwen terwijl ze in de eerste houding zijn met hun ogen gesloten om een stap naar voren te zetten. Leg de deelnemers uit dat de taken die ze moeten uitvoeren, zijn om de gang vanuit de staande houding met het voorkeursbeen te initiëren. Om verder te lopen naar het einde van de baan en dan rustig terug te keren naar de oorspronkelijke staande houding.
Leg uit dat de gang moet worden gestart na twee opeenvolgende signalen, een voorbereidend signaal en een vertreksignaal. Leg vervolgens de instructies uit over snelheid en temporele druk. Activeer data-acquisitie van het force-platform en lever het eerste of voorbereidende signaal aan de deelnemers.
Instrueer hen om onbeweeglijk te staan en vermijd het anticiperen op loopinitiatie bij dit eerste signaal. Zorg ervoor dat de deelnemers visueel onbeweeglijk zijn. Controleer de immobiliteit online met de tijdplots van het antero-posterieure of mediale laterale centrum van drukverplaatsing.
Geef dan het tweede of vertreksignaal af. Varieer de omstandigheden van de temporele druk die wordt opgelegd bij het initiëren van de gang en varieer vervolgens de omstandigheden van de loopinitiatiesnelheid. Instrueer de deelnemers om een reeks van 10 opeenvolgende onderzoeken uit te voeren in elke experimentele toestand en een rust van ten minste twee minuten tussen opeenvolgende omstandigheden op te leggen om de effecten van vermoeidheid te voorkomen.
Laat de deelnemers in elke voorwaarde twee kennismakingsproeven uitvoeren vóór de opnames. Stop ten slotte met de data-acquisitie zodra de deelnemer het force-platform heeft verlaten. De biomechanische tijdplots verkregen van het krachtplatform tijdens loopinitiatie en geselecteerde ruimtelijke temporele variabelen worden hier weergegeven.
De gang werd snel geïnitieerd in een reactietijdtoestand. De versnelling van het zwaartepunt en de snelheid van het zwaartepunt langs de antero-achterste, mediale laterale en verticale richtingen worden hier weergegeven. De verplaatsing van het drukmiddelpunt langs de antero-posterieure en mediale laterale richtingen wordt ook in deze figuur weergegeven.
Het begin van anticiperende houdingsaanpassingen, of APA, langs de media laterale en antero-posterieure richtingen, tijd van swing hiel af, tijd van swing teen off, tijd van swing voetcontact en tijd van achterste voet off worden hier weergegeven. De figuur toont ook de representatieve waarden van verschillende temporele variabelen zoals tijdvensters voor APA, losfase en swingfase van loopinitiatie. De representatieve waarden van verschillende ruimtelijke variabelen zoals antero-posterior snelheid van het zwaartepunt bij voet- en voetcontact.
Het maximale anticiperende centrum van drukverplaatsing, staplengte, stapbreedte, piek neerwaartse zwaartepuntsnelheid en verticaal zwaartepuntsnelheid bij swingvoetcontacttijd worden hier weergegeven. Het belangrijkste onderdeel van de voet is ervoor te zorgen dat de deelnemer zichtbaar onbeweeglijk is om een goede baseline te hebben. Daarnaast is het ook belangrijk dat de deelnemer twee formalisaties uitvoert om te hebben voor de opname.
Dit zal ons in staat stellen om een echt betere proef te hebben tijdens de passages. Kinematische methode kan dus worden gebruikt om gegevens toe te voegen tijdens stationair werken. Ik denk dat sommige onderzoekers misschien interessant zijn en nadenken over hoe ze deze techniek in het veld kunnen gebruiken, van engineering tot klinische replicatie.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Deze studie presenteert een methode voor het onderzoeken van de posturale organisatie van het initiëren van de loopcyclus via krachtplatformmetingen, met een focus op anticipatoire posturale aanpassingen (APA). De aanpak is bedoeld om inzicht te bieden in hoe het centraal zenuwstelsel functioneert tijdens het initiëren van de loopcyclus en biedt precisie bij het vastleggen van biomechanische variabelen die relevant zijn voor patiënten met motorische problemen.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschappelijk vakgebied
- Neurowetenschappen
- Biomechanica
- Motorische controle
Achtergrond
- De studie onderzoekt de ganginitiatie en houdingsaanpassingen.
- Anticipatoire houdingsaanpassingen zijn cruciaal voor een effectieve voortbeweging.
- De methode heeft toepassingen bij diverse aandoeningen, in het bijzonder de ziekte van Parkinson.
- Er is potentieel voor het verbeteren van de prestaties in sporten waarbij precieze bewegingen vereist zijn.
Doel van de studie
- Het ontwikkelen van een nauwkeurige methode voor het analyseren van de loopinitiatie.
- Het beoordelen van anticipatoire posturale aanpassingen in verschillende contexten.
- Het onderzoeken van potentiële markers voor de vroege diagnose van loopstoornissen.
Gebruikte methoden
- Opnames met een krachtplatform werden gebruikt om de loopinitiatie van de deelnemers te analyseren.
- Deelnemers stonden blootsvoets op het krachtplatform, terwijl zij werden gemonitord op immobiliteit en responstijden.
- De experimentele condities omvatten variaties in temporele druk en de snelheid van de loopinitiatie.
- Er werden meerdere pogingen uitgevoerd, inclusief gewenningssessies om betrouwbare gegevens te waarborgen.
- De gegevensverwerving werd voltooid zodra de deelnemers van het platform afliepen.
Belangrijkste resultaten
- De methode legde succesvol belangrijke biomechanische parameters vast tijdens de initiatie van het lopen.
- De bevindingen boden gedetailleerde inzichten in de dynamiek van het zwaartepunt en het drukcentrum tijdens de beweging.
- Variabele condities van de loopinitiatie hadden een significante invloed op de prestaties van de deelnemers.
- Er werden verbanden vastgesteld tussen APA en een succesvolle initiatie van het lopen onder verschillende scenario's.
Conclusies
- Deze studie legt een fundamentele methodologie vast voor het analyseren van loopinitiatie en houdingscontrole.
- De aanpasbaarheid van de techniek kan het begrip van motorische controle in klinische en atletische contexten verbeteren.
- De implicaties voor het diagnosticeren van motorische stoornissen en het verbeteren van atletische prestaties zijn significant.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Management
Kwantitatieve biomechanische analyse van het starten van de loopcyclus met behulp van krachtplateau-registraties maakt een nauwkeurige beoordeling mogelijk van posturale controlemechanismen die relevant zijn voor onderzoek naar neurologische en bewegingsstoornissen in een vroeg stadium. Deze aanpak ondersteunt de voorspellende betrouwbaarheid bij het identificeren van subtiele motorische tekorten en informeert risicogebaseerde beslissingen in de ontwikkeling van translationele en preklinische modellen. De aanpasbaarheid en reproduceerbaarheid van de methode maken deze tot een herbruikbare capaciteit voor zakelijke R&D-teams die zich richten op mechanische risicoreductie en targetvalidatie in motorische controlepaden.
Strategische toepassingen in Biofarmaceutische R&D
Vroegtijdige ontdekking en targetvalidatie
- Maakt onderzoek mogelijk naar de controle van het centraal zenuwstelsel over anticipatoire posturale aanpassingen (APA).
- Ondersteunt biologische risicoreductie door functionele motorische outputs in ziekte-relevante systemen te kwantificeren.
- Vergemakkelijkt voorspellend vertrouwen bij de validatie van targets voor bewegings- en balansstoornissen.
Screening & Assayontwikkeling
- Bereidt gevalideerde biomechanische read-outs voor voor downstream screening van therapeutische interventies.
- Standaardiseert de meting van ruimtelijke en temporele gangparameters voor reproduceerbaarheid.
- Maakt schaalbare, kwantitatieve beoordeling mogelijk van verbindingen of genetische perturbaties op de motorische functie.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Rijgt biomechanische markers uit met translationele eindpunten voor de evaluatie van preklinische modellen.
- Ondersteunt de continuïteit van ontdekking tot preklinische validatie in pipelines voor bewegingsstoornissen.
- Biedt mechanistische risicoreductie voor de selectie van kandidaten in neurologisch ziekteonderzoek.
Integratie van Pipeline & Workflow
Deze op een krachtplatform gebaseerde methode is geïntegreerd in het continuüm van ontdekking tot prekliniek voor onderzoek naar motorische controle en balansstoornissen.
- Discovery Biology: Kwantificeert APA en de dynamiek van het zwaartepunt om posturale controlepaden te verduidelijken.
- Screening: Levert reproduceerbare, kwantitatieve resultaten voor vergelijking tussen verschillende condities.
- Analytics: Biedt gedetailleerde temporele en spatiale metrieken voor statistische analyse van interventie-effecten.
- Translational Research: Slaat een brug tussen ontdekkingsbevindingen en validatie in preklinische modellen met behulp van biomechanische markers.
- Enterprise Reuse: Biedt een gestandaardiseerd, aanpasbaar platform voor herhaaldelijk gebruik binnen R&D-programma's.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellend vertrouwen en vermindert mechanistische ambiguïteit in onderzoek naar motorische aansturing.
- Operationele waarde: Verbetert de standaardisatie, reproduceerbaarheid en schaalbaarheid van biomechanische assays.
- Strategische waarde: Verbetert go/no-go-beslissingen en kapitaalefficiëntie door het mogelijk maken van vroege detectie van functionele tekortkomingen.
- Impact op portfolio: Ondersteunt risico-gecorrigeerde prioritering en de voortgang van programma's voor bewegingsstoornissen.
Overwegingen voor de implementatie
- Vereist expertise in biomechanica en de interpretatie van gegevens van krachtplatforms.
- Vereist toegang tot gekalibreerde krachtplatforms en analytische software voor kinematische berekeningen.
- Vereist strikte instructies voor deelnemers en standaardisatie van protocollen tussen teams.
- Aanpasbaar voor gezonde, neurologische en atletische populaties door middel van protocolwijzigingen.
- De prestaties kunnen worden beperkt door het vermogen van de deelnemer om bewegingsloos te blijven en instructies nauwkeurig op te volgen.
