Name: Przekwalifikowanie ruchu z wykorzystaniem informacji zwrotnej o wydajności w czasie rzeczywistym (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-01-17T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 16 s
Description: Poznaj metodę przekwalifikowania ruchu z wykorzystaniem analizy biomechanicznej i informacji zwrotnej w czasie rzeczywistym. Technika ta wspomaga rehabilitację pacjentów z zaburzeniami ruchu poprzez natychmiastową korektę wzorców motorycznych.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ta praca została częściowo sfinansowana przez Kanadyjską Fundację na rzecz Innowacji.

1. Przygotowanie systemu
<ol>
	<li>Wyczyść objętość przechwytywania wszelkich materiałów odbijających światło, które mogą być obserwowane przez kamery. Zmniejsza to ryzyko pomylenia rzeczywistych markerów skórnych ze stacjonarnymi markerami tła podczas testowania ruchu i poprawia ogólną dokładność sesji.</li>
	<li>Kalibrację kamer można przeprowadzić, kierując wszystkie kamery na nieruchome znaczniki w stałych pozycjach w laboratorium. Rozszerz kalibrację statyczną na ruchy dynamiczne przy użyciu ruchomych znaczników umieszczonych w znanych odległościach. Upewnij się, że pokryłeś jak największą objętość przechwytywania, aby zoptymalizować kalibrację.</li>
	<li>Uporządkuj wszystkie materiały (znaczniki odblaskowe, urządzenia pomiarowe itp.), które mają być użyte do przygotowania pacjenta. Poprawia to wydajność podczas testów i zmniejsza obciążenie pacjenta.</li>
</ol>
2. Przygotowanie pacjenta
<ol>
	<li>Odsłoń jak najwięcej skóry na stawach i segmentach ciała, które mają być mierzone. Zminimalizuj ilość luźnej odzieży i upewnij się, że wszelkie elementy odzieży, które mogą zakłócać zdolność kamer do wizualizacji odblaskowych znaczników, są ograniczone. Można to zrobić za pomocą taśmy lub klipsów. Jeśli to możliwe, upewnij się, że markery są przymocowane bezpośrednio do skóry.</li>
	<li>Przygotuj skórę do utrwalenia markera. Golenie lub ścieranie obszaru może być konieczne w przypadkach, gdy obecne są włosy lub gdy powierzchnia skóry jest nadmiernie spocona lub tłusta. Przydatne może być wytarcie obszaru za pomocą alkoholu lub podobnego płynu. Te kroki są ważne, aby zmaksymalizować przyleganie markera do skóry i zapobiec odpadaniu markerów.</li>
	<li>Badanie palpacyjne dla kluczowych anatomicznych punktów orientacyjnych na podstawie zestawu markerów, które mają być użyte. Oznaczenie skóry w rzeczywistym punkcie orientacyjnym poprawi dokładność umieszczania znaczników i dostarczy informacji niezbędnych w przypadku odpadania znaczników podczas oceny.</li>
	<li>Umieść odblaskowe znaczniki na anatomicznych punktach orientacyjnych zgodnie ze specyfikacją zestawu znaczników. Większość zestawów markerów będzie zawierała co najmniej 12-15 markerów umieszczonych obustronnie nad kończynami dolnymi i różnymi anatomicznymi punktami orientacyjnymi górnej części ciała. Ważne jest, aby pamiętać, że zdolność do odtworzenia rzeczywistego ruchu szkieletu będzie zależeć od umiejscowienia markerów na skórze. W związku z tym należy dokładnie rozważyć przy określaniu modelu biomechanicznego, który ma być używany.</li>
	<li>W razie potrzeby wykonaj pomiary ważnych danych antropometrycznych. W zależności od modelu biomechanicznego, dane te mogą być potrzebne do obliczenia długości segmentów, położenia wspólnych środków obrotu oraz ogólnych właściwości bezwładności ruchomych segmentów i kończyn podczas przetwarzania danych biomechanicznych w trybie offline.</li>
</ol>
3. Analiza ruchu i dostarczanie informacji zwrotnych w czasie rzeczywistym
<ol>
	<li>Niech badany stanie w środku objętości przechwytywania w celu przeprowadzenia wstępnej próby statycznej trwającej około 3 sekund. Próba ta jest konieczna, aby upewnić się, że wszystkie istotne markery są widoczne i obliczyć orientację segmentów.</li>
	<li>Korzystając z oprogramowania do zbierania danych, oznacz wszystkie znaczniki jako odpowiednie i utwórz szablon specyficzny dla cech antropometrycznych danej osoby. Dopasowanie rozmieszczenia znaczników do indywidualnego rozmiaru ciała poprawi śledzenie i analizę danych w czasie rzeczywistym. Szczególnie ważne jest stworzenie modelu ruchu, który może uwzględniać nadmiarowość pozycjonowania znaczników. W przypadkach, gdy dochodzi do okluzji lub spadku markera, możliwość wykorzystania dodatkowych pozycji znaczników w stosownych przypadkach w celu uzyskania odpowiedniej charakterystyki kinematycznej i utrzymania wyświetlania w czasie rzeczywistym bez przerw w danych.</li>
	<li>Wykonaj wstępną próbę analizy ruchu trwającą od 10-30 sek. Jest to wymagane do uzyskania danych wyjściowych i może być również wykorzystywane jako pierwszy mechanizm przekazywania pacjentowi informacji zwrotnej o wynikach. Konsultacja z pacjentem w sprawie istotnych wyników jest ważna, aby pomóc w uczeniu się motorycznym wymaganym podczas tworzenia nowych wzorców ruchowych.</li>
	<li>Poproś terapeutę, aby wyjaśnił cel zamierzonej modyfikacji ruchu. Powinno to obejmować zarówno biomechaniczne, jak i kliniczne uzasadnienie modyfikacji oraz to, w jaki sposób jest ona unikalna dla danej patologii. Demonstracja modyfikacji ruchu przez terapeutę poprawi uczenie się motoryczne pacjenta. Modyfikacja ruchu jest zazwyczaj określana na podstawie biomechanicznego i klinicznego obrazu pacjenta podczas leczenia lub pytania badawczego, które ma być zbadane, jeśli wyłącznie w celach badawczych.</li>
	<li>Rozpocznij sesję treningu ruchowego. Jeśli korzystasz z bieżni, pozwól badanemu wybrać preferowaną prędkość i daj kilka minut na osiągnięcie stanu ustalonego. Pozwala to również pacjentowi zapoznać się i poczuć się komfortowo ze sprzętem, konfiguracją eksperymentalną i protokołem.</li>
	<li>Przekaż pacjentowi informację zwrotną podczas wykonywania ruchu. Może to przybrać formę wielu różnych podejść, a ich połączenie jest korzystne podczas wczesnego treningu. Zacznij od mniej technicznych metod, takich jak werbalna informacja zwrotna i przejdź do biofeedbacku w czasie rzeczywistym. Wykorzystanie biofeedbacku w czasie rzeczywistym powinno zawsze obejmować wyraźne wyświetlanie maksymalnie jednej zmiennej wynikowej na raz.</li>
	<li>Daj pacjentowi wystarczająco dużo czasu na przećwiczenie nowego ruchu. Skuteczne uczenie się motoryczne nie osiąga się natychmiast. Zamiast tego, ciągłe ćwiczenie nowych cech ruchowych pomoże w zapewnieniu ponownego sformułowania programu motorycznego odpowiedzialnego za ten ruch. Typowa interwencja przekwalifikowania może wymagać 8-10 ukierunkowanych sesji treningowych, z których każda trwa od 30 do 60 minut.</li>
</ol>
4. Odprawa pacjenta i kolejne sesje treningowe
<ol>
	<li>Omów z pacjentem ważne wnioski i wyniki sesji. Ważnymi czynnikami, na których należy się skupić, powinny być zmienność wydajności, przestrzeganie zalecanej modyfikacji ruchu oraz dalszy opis uzasadnienia i znaczenia modyfikacji.</li>
	<li>Uzyskaj informacje dotyczące sesji od pacjenta. Biorąc pod uwagę, że preferencje każdego pacjenta będą się prawdopodobnie różnić, może być konieczna modyfikacja sposobu świadczenia interwencji dla danej osoby. Należy je wcześnie zidentyfikować, aby zoptymalizować skuteczność.</li>
	<li>Ustal plan na kolejne sesje treningowe, jeśli zajdzie taka potrzeba. Jeśli wybrana zostanie interwencja wielosesyjna, kolejne sesje treningowe powinny wykorzystywać podejście oparte na wyblakłej informacji zwrotnej, aby wzmocnić uczenie się motoryczne. Udzielaj mniej ogólnych informacji zwrotnych i naprzemiennie udzielaj informacji zwrotnych w blokach czasowych i nie udzielaj informacji zwrotnych w przyszłych sesjach.</li>
</ol>

<ol><li>Ivanenko, Y. P., Poppele, R. E., Lacquaniti, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Motor+control+programs+and+walking%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroscientist%22%5BJournal%5D)">Motor control programs and walking.</a> Neuroscientist. 12, 339-348 (2006).</li>
<li>Woodford, H., Price, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((EMG+biofeedback+to+improve+lower+extremity+function+after+stroke%5BTitle%5D)+AND+%22Cochrane+Database+Syst.+Rev%22%5BJournal%5D)">EMG biofeedback to improve lower extremity function after stroke.</a> Cochrane Database Syst. Rev. 2007, CD004585(2007).</li>
<li>Moreland, J. D., Thomson, M. A., Fuoco, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electromyographic+feedback+to+improve+lower+extremity+function+after+stroke%3A+a+meta-analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Arch.+Phys.+Med.+Rehabil%22%5BJournal%5D)">Electromyographic feedback to improve lower extremity function after stroke: a meta-analysis.</a> Arch. Phys. Med. Rehabil. 79, 134-140 (1998).</li>
<li>Colborne, G. R., Wright, F. V., naumann, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Feedback+of+triceps+surae+EMG+in+gait+of+children+with+cerebral+palsy%3A+a+controlled+study%5BTitle%5D)+AND+%22Arch.+Phys.+Med.+Rehabil%22%5BJournal%5D)">Feedback of triceps surae EMG in gait of children with cerebral palsy: a controlled study.</a> Arch. Phys. Med. Rehabil. 75, 40-45 (1994).</li>
<li>Binder, S. A., Moll, C. B., Wolf, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+electromyographic+biofeedback+as+an+adjunct+to+therapeutic+exercise+in+treating+the+lower+extremities+of+hemiplegic+patients%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Ther%22%5BJournal%5D)">Evaluation of electromyographic biofeedback as an adjunct to therapeutic exercise in treating the lower extremities of hemiplegic patients.</a> Phys. Ther. 61, 886-893 (1981).</li>
<li>Tate, J. C., Milner, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Real-time+kinematic%2C+temporospatial%2C+and+kinetic+biofeedback+during+gait+retraining+in+patients%3A+a+systematic+review%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Ther%22%5BJournal%5D)">Real-time kinematic, temporospatial, and kinetic biofeedback during gait retraining in patients: a systematic review.</a> Phys. Ther. 90, 1123-1134 (2010).</li>
<li>Miyazaki, T., Wada, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+load+at+baseline+can+predict+radiographic+disease+progression+in+medial+compartment+knee+osteoarthritis%5BTitle%5D)+AND+%22Ann.+Rheum.+Dis%22%5BJournal%5D)">Dynamic load at baseline can predict radiographic disease progression in medial compartment knee osteoarthritis.</a> Ann. Rheum. Dis. 61, 617-622 (2002).</li>
<li>Barrios, J., Crossley, K., Davis, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gait+retraining+to+reduce+the+knee+adduction+moment+through+real-time+visual+feedback+of+dynamic+knee+alignment%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomech%22%5BJournal%5D)">Gait retraining to reduce the knee adduction moment through real-time visual feedback of dynamic knee alignment.</a> J. Biomech. 43, 2208-2213 (2010).</li>
<li>Hunt, M. A., Simic, M., Hinman, R. S., Bennell, K. L., Wrigley, T. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Feasibility+of+a+gait+retraining+strategy+for+reducing+knee+joint+loading%3A+Increased+trunk+lean+guided+by+real-time+biofeedback%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomech%22%5BJournal%5D)">Feasibility of a gait retraining strategy for reducing knee joint loading: Increased trunk lean guided by real-time biofeedback.</a> J. Biomech. 44, 943-947 (2011).</li>
<li>Simic, M., Hunt, M. A., Bennell, K. L., Hinman, R. S., Wrigley, T. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Trunk+lean+gait+modification+and+knee+joint+load+in+people+with+medial+knee+osteoarthritis%3A+The+effect+of+varying+trunk+lean+angles%5BTitle%5D)+AND+%22Arthritis+Care+Res%22%5BJournal%5D)">Trunk lean gait modification and knee joint load in people with medial knee osteoarthritis: The effect of varying trunk lean angles.</a> Arthritis Care Res. , In Press (2012).</li>
<li>Hunt, M. A., Simic, M., Hinman, R. S., Bennell, K. L., Wrigley, T. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Feasibility+of+a+gait+retraining+strategy+for+reducing+knee+joint+loading%3A+Increased+trunk+lean+guided+by+real-time+biofeedback%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomech%22%5BJournal%5D)">Feasibility of a gait retraining strategy for reducing knee joint loading: Increased trunk lean guided by real-time biofeedback.</a> J. Biomech. , (2010).</li>
<li>Mundermann, A., Asay, J., Mundermann, L., Andriacchi, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Implications+of+increased+medio-lateral+trunk+sway+for+ambulatory+mechanics%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomech%22%5BJournal%5D)">Implications of increased medio-lateral trunk sway for ambulatory mechanics.</a> J. Biomech. 41, 165-170 (2008).</li>
</ol>

Nie stwierdzono konfliktu interesów.

Informacje zwrotne w czasie rzeczywistym na temat wydajności podczas ruchów, takich jak chodzenie, mogą być cennym uzupełnieniem standardowych podejść do analizy ruchu. Choć w stosunkowo powijakach, badania nad specyficznymi i dyskretnymi modyfikacjami ruchu z pewnością skorzystają na możliwości uzyskania pożądanej modyfikacji z dokładnością i w czasie rzeczywistym. Na przykład, jeśli pacjent wymaga określonej modyfikacji ruchu, ilość ta może być zmierzona i dostarczona podczas rzeczywistego ruchu. Przedstawione tutaj po...

Każda znacząca zmiana w strukturze nerwowo-mięśniowej lub mięśniowo-szkieletowej kończyny dolnej prawdopodobnie będzie miała wpływ na charakterystykę ruchu i związane z nim funkcje fizyczne. W związku z tym poprawa sprawności fizycznej jest ważnym wynikiem każdej interwencji rehabilitacyjnej. Normalne, powtarzające się ruchy, takie jak chodzenie, są na ogół regulowane przez programy motoryczne, które zawierają niezbędne informacje sterujące potrzebne do aktywacji mięśni z odpowiednią intensywnością i czasem1. Te programy motoryczne są niezbędne do poprawy automatyzmu ruchu, zmniejszając w ten sposób ilość kontroli poświęconej ruchowi i pozwalając na skupienie uwagi na innych zadaniach wyższego poziomu. Jednak biorąc pod uwagę rolę programów motorycznych w ruchu i fakt, że programy te są udoskonalane przez wiele lat, zmiana wydajności ruchowej po urazie lub chorobie jest trudnym przedsięwzięciem.
Tradycyjnie, interwencje związane z przekwalifikowaniem ruchowym polegały na dostarczeniu wystarczającej ilości informacji zwrotnych na temat wydajności ruchowej, aby zapewnić, że nowe informacje zostaną włączone do nowego i rozwijającego się programu motorycznego. Proste, ale skuteczne podejścia obejmują słowną informację zwrotną z ogólnymi instrukcjami (np. "zegnij się bardziej", "trzymaj kolano prosto"), a także mechanizmy przekazywania wizualnej informacji zwrotnej, takie jak użycie lustra lub urządzeń rejestrujących wideo. Chociaż te pośrednie strategie są przydatne, zwłaszcza w warunkach klinicznych o ograniczonych zasobach, są one ograniczone przez trudności w dostarczaniu dyskretnych i wymiernych pomiarów zmiennych ruchowych. W rezultacie, uzupełnienie tych technik o dodatkowe, bardziej bezpośrednie metody informacji zwrotnej prawdopodobnie poprawi pożądane ponowne uczenie się motoryczne.
W społecznościach badawczych i klinicznych panuje powszechna akceptacja, że dostarczanie informacji zwrotnych na temat dyskretnych, mierzalnych wyników charakterystyki ruchu może poprawić wydajność podczas interwencji przekwalifikowania ruchu. Na przykład natychmiastowe wizualne lub słuchowe sprzężenie zwrotne intensywności aktywacji mięśni za pomocą elektromiograficznych urządzeń do biofeedbacku stało się podstawą rehabilitacji ruchowej, szczególnie u osób z udarem2-3, porażeniem mózgowym4 lub przewlekłą porażeniem połowiczym5. W przeciwieństwie do tego, sprzężenie zwrotne kinematyki ruchu (kąty połączeń i segmentów) okazało się mniej wykorzystywane ze względu na trudności w szybkiej i dokładnej ocenie i pomiarze tych wyników. Rzeczywiście, chociaż ilościowa, laboratoryjna analiza ruchu zajmuje ważne miejsce w badaniach biomechanicznych i zaczęła być włączana do warunków klinicznych, zdecydowana większość zastosowań analizy ruchu jest zarezerwowana dla analizy offline po testowaniu. Jednak w literaturze pojawia się coraz więcej badań, w których wykorzystuje się nowe technologie do dostarczania informacji zwrotnych na temat pomiarów chodu jako sposobu na poprawę skuteczności przekwalifikowania ruchowego6.
Jedną z patologii, która jest obecnie badana pod kątem wykorzystania możliwości biofeedbacku w czasie rzeczywistym zintegrowanych ze standardowymi systemami analizy ruchu, jest choroba zwyrodnieniowa stawu kolanowego (OA). W ostatnich badaniach wykorzystano sprzężenie zwrotne kinematyki chodu w czasie rzeczywistym, zaprojektowane specjalnie w celu zmniejszenia obciążenia przechodzącego przez staw kolanowy, określone ilościowo za pomocą zewnętrznego momentu przywodzenia kolana - uznanego czynnika ryzyka progresji choroby zwyrodnieniowejstawów 7. Na przykład w badaniach wykorzystano biofeedback w czasie rzeczywistym o wielkości kąta uda8 lub kąta tułowia9-10. Hunt i wsp.11 przedstawili wyświetlanie w czasie rzeczywistym kąta tułowia przed uczestnikami podczas prób chodzenia i wykazali zdolność do zwiększenia wykazywanego pochylenia tułowia w ciągu jednej sesji treningowej, przy jednoczesnym zmniejszeniu wielkości momentu przywodzenia kolana. W przeciwieństwie do tego, Barrios i wsp.8 przeprowadzili ośmiosesyjną interwencję w zakresie treningu chodu, koncentrując się na modyfikacji dynamicznego kąta kolana w płaszczyźnie czołowej podczas postawy i wykazali znaczne zmniejszenie wartości momentu przywodzenia kolana po miesięcznej interwencji w porównaniu z wartością wyjściową. Badania te, jak i podobne badania, opierały się na zdolności do mierzenia, analizowania i wyświetlania zmiennej, która jest interesująca dla pacjenta w sposób ciągły. Ten rozwijający się obszar badań ma implikacje kliniczne dla pacjentów z różnymi patologiami, które wpływają na charakterystykę ruchu. Posługując się przykładami zmian kinematycznych związanych z chorobą zwyrodnieniową stawów kolanowych (OA), celem niniejszego artykułu jest opisanie metod wymaganych do przeprowadzenia interwencji w zakresie przekwalifikowania ruchu z wykorzystaniem biofeedbacku w czasie rzeczywistym dotyczącego wydajności chodu.

<table><tbody><tr><td>Markery odblaskowe</td><td>3x3 Konstrukcja</td><td></td><td>Średnica 12 mm</td></tr><tr><td>Taśma markerowa Dyski</td><td>Rabat Jednorazowe</td><td>TD-22 Kołnierz elektrodowy, 8 mm</td><td>Zaprojektowane zastosowanie to kołnierze elektrod</td></tr><tr><td>Kamery do analizy ruchu</td><td>Korporacja</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Analiza ruchu Biofeedtrak</td><td>Korporacja</td><td></td><td></td>Analizy Ruchu</tr><tr><td>Matlab</td><td>The Mathworks</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

przekwalifikowanie ruchu z wykorzystaniem informacji zwrotnej o wydajności w czasie rzeczywistym

Movement Retraining using Real-time Feedback of Performance

Każda modyfikacja ruchu - szczególnie wzorce ruchowe, które były doskonalone przez wiele lat - wymaga reorganizacji wzorców nerwowo-mięśniowych odpowiedzialnych za zarządzanie wydajnością ruchową. To uczenie się motoryczne można wzmocnić za pomocą wielu metod, które są wykorzystywane zarówno w badaniach, jak i klinicznych. Ogólnie rzecz biorąc, werbalna informacja zwrotna o wydajności w czasie rzeczywistym lub wiedza o wynikach po ruchu jest powszechnie stosowana klinicznie jako wstępny sposób wpajania uczenia się motorycznego. W zależności od preferencji pacjenta i stylu uczenia się, wizualna informacja zwrotna (np. za pomocą lustra lub różnych rodzajów wideo) lub wskazówki proprioceptywne z wykorzystaniem dotyku terapeuty są wykorzystywane jako uzupełnienie ustnych instrukcji terapeuty. Rzeczywiście, połączenie tych form informacji zwrotnej jest powszechne w warunkach klinicznych, aby ułatwić uczenie się motoryczne i zoptymalizować wyniki.
Laboratoryjna, ilościowa analiza ruchu była podstawą w warunkach badawczych, aby zapewnić dokładną i obiektywną analizę różnych ruchów w populacjach zdrowych i rannych. Chociaż rzeczywiste mechanizmy rejestrowania ruchów mogą się różnić, wszystkie obecne systemy analizy ruchu opierają się na możliwości śledzenia ruchu segmentów ciała i stawów oraz wykorzystywania ustalonych równań ruchu do ilościowego określania kluczowych wzorców ruchowych. Ze względu na ograniczenia w szybkości akwizycji i przetwarzania, analiza i opis ruchów tradycyjnie odbywały się w trybie offline po zakończeniu danej sesji testowej.
Ten artykuł przedstawi nowe uzupełnienie standardowych technik analizy ruchu, które opiera się na niemal natychmiastowej ocenie i kwantyfikacji wzorców ruchowych oraz wyświetlaniu pacjentowi określonych cech ruchu podczas sesji analizy ruchu. W rezultacie, ta nowatorska technika może zapewnić nową metodę dostarczania informacji zwrotnej, która ma przewagę nad obecnie stosowanymi metodami informacji zwrotnej.

Przykład z jednej sesji reedukacji pojedynczego ruchu, skupiającej się na zwiększeniu kąta bocznego nachylenia tułowia u pacjenta z chorobą zwyrodnieniową stawu kolanowego, przedstawiono na Rysunku 2. Po około 15 min treningu z wykorzystaniem kombinacji informacji zwrotnej w formie instrukcji słownych oraz lustra, pacjent otrzymał dane w czasie rzeczywistym dotyczące zakresu bocznego zgięcia tułowia. Trening tą metodą kontynuowano przez kolejne 10 min. Podczas prób normalnych (niemodyfikowanych) pacjent ...

Trenowanie nieprawidłowych wzorców ruchowych po kontuzji lub chorobie jest kluczowym elementem rehabilitacji fizycznej. Ostatnie postępy technologiczne umożliwiły dokładną ocenę ruchu podczas różnych zadań, z niemal natychmiastową kwantyfikacją wyników. Daje to nowe możliwości modyfikacji błędnych wzorców ruchowych w czasie rzeczywistym.

Przekwalifikowanie ruchu z wykorzystaniem informacji zwrotnej o wydajności w czasie rzeczywistym

Any modification of movement - especially movement patterns that have been honed over a number of years - requires re-organization of the neuromuscular ...

Ogólnym celem tej procedury jest zebranie, przeanalizowanie i wyświetlenie odpowiednich danych dotyczących ruchu człowieka w jak najkrótszym czasie. Osiąga się to poprzez przeprowadzenie najpierw sesji analizy ruchu w linii bazowej w celu określenia normalnej charakterystyki ruchu. Drugim krokiem jest określenie, która charakterystyka ruchu zostanie zmodyfikowana na podstawie analizy charakterystyk normalnych.Następnie przeprowadzane są próby modyfikacji ruchu, które polegają na wyświetlaniu danych ruchowych w czasie rzeczywistym w połączeniu z celem obrazującym ilość zmian do osiągnięcia. Ostatnim krokiem jest określenie skuteczności zmodyfikowanego ruchu na podstawie wcześniej ustalonych wyników i zaplanowanie kolejnych sesji odpowiednich. Ostatecznie modyfikacja ruchu w czasie rzeczywistym jest wykorzystywana w celu zapewnienia szybkiej i dokładnej metody zmiany parametrów ruchu.Główną zaletą tej techniki w porównaniu ze standardową analizą ruchu jest to, że nie ma opóźnień między zbieraniem a analizą danych. Ta metoda może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie zaburzeń ruchowych, takie jak to, które techniki modyfikacji ruchu są najbardziej wykonalne i które z nich są najbardziej skuteczne w przywracaniu funkcji. Procedurę zademonstruje Jud, doktorant z laboratorium Aby rozpocząć przygotowanie systemu do tego protokołu, najpierw wyczyść objętość przechwytywania wszelkich materiałów odblaskowych, które mogą być obserwowane przez kamery.Zmniejsza to ryzyko pomylenia rzeczywistych markerów na skórze ze stacjonarnymi markerami tła podczas testowania i poprawia ogólną dokładność sesji. Następnie skalibruj kamery, kierując wszystkie kamery na nieruchome znaczniki w ustalonych pozycjach w laboratorium. Następnie rozszerz kalibrację statyczną na ruchy dynamiczne za pomocą ruchomych znaczników umieszczonych w znanych odległościach.Upewnij się, że pokryłeś jak największą objętość przechwytywania, aby zoptymalizować kalibrację. Teraz uporządkuj wszystkie materiały, w tym znaczniki odblaskowe i urządzenia pomiarowe, które mają być używane do przygotowania pacjenta. Poprawia to wydajność podczas badań i zmniejsza obciążenie pacjenta Aby rozpocząć przygotowanie pacjenta Najpierw należy odsłonić jak najwięcej skóry na stawach i segmentach ciała, które mają być mierzone.Zminimalizuj ilość luźnych ubrań i użyj taśmy lub klipsów, aby ograniczyć wszelkie elementy odzieży, które mogą zakłócać zdolność kamer do wizualizacji odblaskowych znaczników. Następnie, aby uzyskać maksymalne przyleganie markera do skóry, wytrzyj obszar z czysta. Za pomocą alkoholu do nacierania.Teraz zbadaj palpacyjnie kluczowe anatomiczne punkty orientacyjne na podstawie zestawu markerów, które mają być użyte. Oznaczenie skórki w rzeczywistym punkcie orientacyjnym poprawi dokładność umieszczania znaczników i dostarczy informacji niezbędnych w przypadku odpadnięcia znaczników. Podczas oceny należy umieścić znaczniki odblaskowe na anatomicznych punktach orientacyjnych zgodnie ze specyfikacją zestawu znaczników.Większość zestawów markerów będzie zawierała co najmniej 12 do 15 markerów umieszczonych obustronnie nad kończynami dolnymi i różnymi anatomicznymi punktami orientacyjnymi górnej części ciała. Ważne jest, aby pamiętać, że zdolność do odtworzenia rzeczywistego ruchu szkieletu będzie zależeć od umiejscowienia markerów opartych na skórze. W związku z tym należy dokładnie rozważyć przy określaniu modelu biomechanicznego, który ma być używany.W razie potrzeby wykonaj pomiary ważnych danych antropometrycznych. W zależności od modelu biomechanicznego, dane te mogą być potrzebne do obliczenia długości segmentów, położenia wspólnych środków obrotu oraz ogólnych właściwości bezwładności ruchomych segmentów i kończyn podczas przetwarzania danych biomechanicznych w trybie offline. Aby rozpocząć analizę ruchu i dostarczanie informacji zwrotnych w czasie rzeczywistym, najpierw poproś badanego, aby stanął w środku przestrzeni przechwytywania w celu przeprowadzenia wstępnej próby statycznej trwającej około trzech sekund.Próba ta jest konieczna, aby upewnić się, że wszystkie istotne markery są widoczne i obliczyć orientację segmentów. Teraz za pomocą oprogramowania do zbierania danych oznacz wszystkie markery zgodnie z potrzebami i utwórz szablon specyficzny dla cech antropometrycznych danej osoby. Pasujący znacznik.Dopasowanie do indywidualnego rozmiaru ciała poprawi śledzenie i analizę danych w czasie rzeczywistym. Szczególnie ważne jest stworzenie modelu ruchu, który może uwzględniać nadmiarowość pozycjonowania znaczników. Następnie wykonaj kilka wstępnych prób analizy ruchu.Jest to wymagane do uzyskania danych wyjściowych i może być również wykorzystywane jako pierwszy mechanizm przekazywania pacjentowi informacji zwrotnej o wynikach. Poproś terapeutę, aby wyjaśnił cel zamierzonej modyfikacji ruchu. Powinno to obejmować zarówno biomechaniczne, jak i kliniczne uzasadnienie modyfikacji oraz to, w jaki sposób jest ona unikalna dla danej patologii.Demonstracja modyfikacji ruchu przez terapeutę poprawi uczenie się motoryczne pacjenta. Modyfikacja ruchu jest zazwyczaj określana na podstawie biomechanicznego i klinicznego obrazu pacjenta podczas leczenia lub pytania badawczego, które ma być zbadane. Choćby w celach badawczych.Teraz rozpocznij sesję treningu ruchowego. Jeśli korzystasz z bieżni, dopasuj prędkość jak najbardziej do samodzielnie wybranej przez pacjenta prędkości chodzenia po równym podłożu i zapewnij kilka minut na osiągnięcie stałego stanu chodzenia. Pozwala to również pacjentowi zapoznać się i poczuć się komfortowo ze sprzętem, konfiguracją eksperymentalną i protokołem.Przekaż pacjentowi informację zwrotną podczas wykonywania ruchu. Zacznij od mniej technicznych metod, takich jak werbalna informacja zwrotna, a następnie przejdź do biofeedbacku w czasie rzeczywistym. Biofeedback w czasie rzeczywistym powinien obejmować przejrzyste wyświetlanie maksymalnie jednej zmiennej ruchowej na raz.Połączenie tych podejść jest korzystne podczas wczesnego treningu. Daj pacjentowi wystarczająco dużo czasu na przećwiczenie nowego ruchu. Skuteczne uczenie się motoryczne nie osiąga się natychmiast.Zamiast tego, ciągłe ćwiczenie nowych cech ruchowych pomoże w zapewnieniu przeformułowania programu motorycznego odpowiedzialnego za ten ruch. Typowa interwencja przekwalifikowania może wymagać od ośmiu do 10 sesji treningowych w skupieniu, z których każda trwa od 30 do 60 minut. Na koniec wykonaj kilka prób analizy ruchu poza bieżnią.Jest to ważny krok w celu określenia, jakie natychmiastowe efekty retencji wystąpiły w wyniku trenowania. Dane te można również wykorzystać do bardziej dogłębnej analizy charakterystyki ruchu w trybie offline. Po sesji.Podczas podsumowania omów z pacjentem ważne ustalenia i wyniki sesji. Ważnymi czynnikami, na których należy się skupić, powinny być zmienność i wydajność, przestrzeganie zalecanej modyfikacji ruchu oraz dalszy opis uzasadnienia i znaczenia modyfikacji. Uzyskaj również informacje dotyczące sesji od pacjenta.Biorąc pod uwagę, że preferencje każdego pacjenta będą się prawdopodobnie różnić, może być konieczna modyfikacja sposobu świadczenia interwencji dla danej osoby. Preferencje te powinny być zidentyfikowane wcześnie, aby zoptymalizować skuteczność. Na koniec ustal plan kolejnych sesji treningowych, jeśli zajdzie taka potrzeba, jeśli wybrana zostanie interwencja wielosesyjna.Kolejne sesje treningowe powinny wykorzystywać podejście oparte na wyblakłej informacji zwrotnej, aby poprawić uczenie się motoryczne, dostarczać mniej ogólnych informacji zwrotnych i naprzemiennie między blokami czasowymi informacji zwrotnej i brakiem informacji zwrotnej w przyszłych sesjach. Tutaj widzimy próbkę bocznego kąta pochylenia tułowia podczas normalnej próby chodzenia oraz próby, w której pacjent został poinstruowany, aby uzyskać maksymalne boczne pochylenie tułowia wynoszące około sześciu stopni. Przedstawione dane pochodzą z pojedynczego cyklu chodu, w którym 0% to początkowy kontakt jednej kończyny, a 100% to palec u nogi tej samej kończyny.Wynikający z tego wpływ na obciążenie stawu kolanowego można zobaczyć tutaj. Ogólny wzorzec ruchu stawu kolanowego i następujące po nim obciążenie w obrębie stawu nie różnił się znacząco między normalnymi i zmodyfikowanymi próbami. Zamiast tego magnituda została zmniejszona przez cały czas.Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak przeprowadzić standardową sesję analizy ruchu i uzupełnić ją o możliwość dostarczania pacjentowi informacji o wydajności w czasie rzeczywistym.

movement-retraining-using-real-time-feedback-of-performance

Research

JoVE Journal

Medicine

Medycyna

Przeprogramowanie ruchowe z wykorzystaniem opinii zwrotnej o wykonaniu w czasie rzeczywistym

W ostatnim czasie pojawiło się wiele perspektyw dla interaktywnych systemów człowiek-robot. W niniejszym artykule opisujemy integrację nowego urządzenia robotycznego z oprogramowaniem open source, które pozwala na szybkie stworzenie biblioteki funkcji interaktywnych. Następnie przedstawiamy zastosowanie kliniczne w ramach neurorehabilitacji.

Rehabilitacja haptyczno-graficzna: integracja robota z biblioteką środowisk wirtualnych i zastosowanie w terapii udarów mózgu

W tym artykule przedstawiono nowatorski, tani interfejs człowiek-maszyna do interaktywnego systemu rehabilitacji równowagi po udarze. System integruje gotowe, niedrogie czujniki w kierunku wolicjonalnie sterowanego paradygmatu elektroterapii. Interfejs oprogramowania typu proof-of-concept jest demonstrowany na zdrowych ochotnikach.

Interfejs człowiek-maszyna integrujący niedrogie czujniki z systemem stymulacji elektrycznej nerwowo-mięśniowej do rehabilitacji równowagi po udarze

W miarę jak rozwój protetyki zmierza w kierunku naturalnej kontroli, wykorzystanie wrodzonej zdolności osób po amputacji do uczenia się nowych umiejętności motorycznych może umożliwić biegłość. Ten manuskrypt opisuje ustrukturyzowany protokół rehabilitacji, który obejmuje naśladowanie, powtarzanie i strategie uczenia się przez wzmacnianie, w celu poprawy wielofunkcyjnej kontroli protetycznej.

Ustrukturyzowany protokół rehabilitacji w celu poprawy wielofunkcyjnej kontroli protetycznej: studium przypadku

Kontrolowanie identycznego ruchu za pomocą sprzężenia zwrotnego pozycji lub siły skutkuje różnymi aktywacjami neuronalnymi i zachowaniem motorycznym. Protokół ten opisuje, jak badać zmiany behawioralne, patrząc na zmęczenie nerwowo-mięśniowe oraz jak oceniać aktywność kory ruchowej (hamującej) za pomocą podprogowego TMS w odniesieniu do interpretacji rozszerzonego sprzężenia zwrotnego.

Kontrola siły i pozycji u ludzi - rola rozszerzonego sprzężenia zwrotnego

Zdolność do wywoływania i/lub kontrolowania plastyczności neuronalnej może być kluczowa w przyszłych terapiach zaburzeń neurologicznych i powrocie do zdrowia po urazie mózgu. W artykule przedstawiono protokół dotyczący wykorzystania treningu neurofeedback z funkcjonalnym rezonansem magnetycznym do modulacji funkcji ludzkiego mózgu.

Protokół do administrowania treningiem neurofeedbacku fMRI w czasie rzeczywistym

Opisujemy nowatorską konfigurację opartą na wirtualnej rzeczywistości, która wykorzystuje dobrowolną kontrolę jednej ręki do poprawy zdolności motorycznych drugiej (niewytrenowanej) ręki. Osiąga się to poprzez dostarczanie sensorycznych informacji zwrotnych w czasie rzeczywistym opartych na ruchu, tak jakby niewytrenowana ręka się poruszała. To nowe podejście może być wykorzystane do usprawnienia rehabilitacji pacjentów z jednostronnym niedowładem połowiczym.

Wykorzystanie wirtualnej rzeczywistości do przenoszenia wiedzy o umiejętnościach motorycznych z jednej ręki do drugiej

Obrazy motoryczne w środowisku wirtualnej rzeczywistości mają szerokie zastosowanie w systemach interfejsu mózg-komputer. Manuskrypt ten przedstawia wykorzystanie spersonalizowanych cyfrowych awatarów, które przypominają uczestników wykonujących ruchy wyobrażone przez uczestnika w środowisku rzeczywistości wirtualnej, aby zwiększyć immersję i poczucie posiadania ciała.

Wydajność obrazowania motorycznego dzięki ucieleśnionym cyfrowym bliźniakom w środowisku interfejsu mózg-komputer z obsługą rzeczywistości wirtualnej

To badanie pokazuje rolę innowacyjnego narzędzia do oceny i leczenia zmian biomechanicznych u pacjentów z bólem krzyża (LBP). Trzech pacjentów z LBP wykazało poprawę intensywności bólu i niezależności funkcjonalnej po ocenie. Technologia ta pomaga w tworzeniu dostosowanych strategii rehabilitacji, oferując wgląd w biomechanikę LBP w celu przeprowadzenia spersonalizowanych interwencji.

Zmiany biomechaniczne związane z bólem krzyża: innowacyjne narzędzie do oceny wzorców ruchowych i oceny leczenia w rehabilitacji

Artykuł opisuje procedury eksperymentalne dla powszechnie używanego paradygmatu wirtualnej rzeczywistości (VR) na myszach, a także określa wykonalność wykonywania złożonych zadań VR poprzez testowanie zadania dyskryminacji sygnału w kształcie litery Y.

Procedury treningu behawioralnego dla wirtualnej rzeczywistości z głową u myszy

Przedstawiamy nowatorskie podejście do ilościowego określania lokalizacji nanocząsteczek w naczyniach krwionośnych ludzkich guzów ksenoprzeszczepionych z wykorzystaniem dynamicznego obrazowania intravitalnego w czasie rzeczywistym w modelu zarodka ptaka.

Ocena wychwytu nanocząsteczek w guzach w czasie rzeczywistym z wykorzystaniem obrazowania intravitalnego

Poznaj metodę przekwalifikowania ruchu z wykorzystaniem analizy biomechanicznej i informacji zwrotnej w czasie rzeczywistym. Technika ta wspomaga rehabilitację pacjentów z zaburzeniami ruchu poprzez natychmiastową korektę wzorców motorycznych.

Przekwalifikowanie ruchu z wykorzystaniem informacji zwrotnej o wydajności w czasie rzeczywistym

Przeglądaj więcej filmów