Uzasadnienie odpowiednich technik przechwytywania ruchu do oceny chodu i postawy nordic walking u osób starszych
12 maja 2016
Celem było uzasadnienie optymalnego wykorzystania technik zbierania danych do analizy chodu i postawy nordic walking. Trójwymiarowe przechwytywanie ruchu powinno być stosowane podczas analizy krótkotrwałej (tj. pojedynczego cyklu chodu), podczas gdy akcelerometria powinna być stosowana do analizy o dłuższym czasie trwania (tj. powtarzających się cykli), takich jak 6-minutowy test chodu.
Ogólnym celem tego eksperymentu jest określenie wpływu, jaki kijki do nordic walking mają zarówno na wzorce chodu, jak i ułożenie postawy, szczególnie u osób starszych. Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie biomechaniki, takie jak to, w jaki sposób można wykorzystać arktyczny chód do poprawy chodu i postawy u osób starszych. I jakie są optymalne metody oceny takich zmiennych chodu i postawy.
Główną zaletą tej techniki jest to, że demonstruje dwie skuteczne metody oceny chodu i postawy w odniesieniu do Nordic Walking. Implikacje tej techniki mogą rozciągać się na warunki terapeutyczne. W szczególności jako użycie kijków do narciarstwa biegowego, może pomóc w różnych chodach i warunkach.
Tę procedurę zademonstruje Zach Bonsegen, jeden z moich doktorantów. Na początek rozdaj każdemu uczestnikowi zestaw kijków i poinstruuj go, aby stał prosto. Następnie poproś uczestnika, aby umieścił czubki kijków przed palcami u nóg i położył łokcie obok swojego ciała.
Poinstruuj uczestników, aby wydłużyli kijki, aż ich łokcie utworzą kąt około 90 stopni obok ciała, upewnij się, że regulacja odpowiada około 65% wzrostu uczestnika. Następnie mocno dokręć drążki i odchyl końcówki buta do tyłu. Przed zamocowaniem pasków na nadgarstki poinstruuj uczestnika o prawidłowej postawie ciała, prosząc go, aby umieścił kijki za dolną częścią pleców i stanął prosto.
Poproś również uczestników, aby stali z podniesioną klatką piersiową i rozluźnionymi ramionami. Następnie poproś każdego uczestnika, aby zabezpieczył paski na nadgarstki, umieścił końcówki kijków za sobą i rozluźnił ręce po bokach. Trzymając ręce otwarte, poinstruuj testera, aby zaczął chodzić z minimalnymi wymachami ramion przez około 100 metrów.
Trzymając ręce otwarte i ciągnąc za sobą kijki, poinstruuj uczestnika, aby zaczął chodzić szybciej i większymi ruchami ramion. Następnie poproś uczestników, aby wyobrazili sobie, że podnoszą rękę do góry, tak jakby mieli zamiar uścisnąć czyjąś dłoń. Na koniec, gdy ramię wychyli się do przodu, poproś uczestnika, aby delikatnie chwycił uchwyt i przyłożył siłę do podłoża.
Przy każdym zamachu ramienia poinstruuj osobę, aby lekko podniosła kijki z ziemi i mocno je posadziła przy każdym kolejnym kroku. Czubek kijka powinien być wyrównany z linią środkową stopy. Poznanie i zrozumienie tej techniki ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia spójności z tym protokołem.
Aby tak się stało, podzieliliśmy instrukcje na cztery zwięzłe stwierdzenia, aby uprościć sprawę i zapewnić optymalną wydajność wszystkich uczestników. Rozpocznij zbieranie danych od zebrania pomiarów antropometrycznych każdego uczestnika. Zacznij od użycia taśmy mierniczej, aby zmierzyć długość każdej nogi jako odległość od przedniego górnego kręgosłupa biodrowego do środka kostki przyśrodkowej.
Następnie zmierz odległość między lewą i prawą kością, znaną jako odległość międzykostna, a także przesunięcia barku. Za pomocą suwmiarki zmierz szerokość każdego stawu, znajdując odległość między wypukłościami kostnymi każdego stawu. Zrób to, aby zmierzyć szerokość kolan, szerokość kostek, szerokość łokci, szerokość nadgarstków, a także zmierzyć grubość dłoni.
Na koniec użyj standardowej wagi do zmierzenia wagi uczestnika i taśmy mierniczej do zmierzenia wzrostu uczestnika. Aby ocenić wzorce chodu i wyrównanie postawy w długim okresie czasu, użyj systemu akcelerometrii do zbierania danych podczas sześciominutowego testu marszowego. Należy upewnić się, że system przyspieszeniometryczny składa się z co najmniej sześciu czujników, z których każdy ma wbudowane przyspieszeniomierze i żyroskopy, w celu pomiaru zarówno przyspieszenia, jak i prędkości kątowej każdego określonego segmentu ciała.
Przed umieszczeniem ich na urządzeniu uczestniczącym należy upewnić się, że wszystkie czujniki są bezpiecznie zadokowane w stacji dokującej systemu, aby można je było zsynchronizować i skalibrować system. Następnie użyj regulowanych pasków na rzepy, aby przymocować czujniki do nadgarstków z tyłu, do kostki z przodu, do kręgów L5 odcinka lędźwiowego kręgosłupa i do tułowia na szczycie mostka. Ustaw częstotliwość próbkowania na minimum 100 Hz.
Następnie poproś uczestnika o wykonanie dwóch prób sześciominutowego testu chodu, jednej z kijkami, a drugiej bez. Losowo przypisz dwie próby do kontroli pod kątem efektu kolejności. Poinstruuj uczestnika, aby chodził tam i z powrotem po 25-metrowym chodniku z samodzielnie wybraną prędkością przez sześć minut.
Zanim uczestnik rozpocznie, pamiętaj, aby kliknąć start, aby rozpocząć zbieranie danych za pomocą systemu akcelerometrii. Po zakończeniu obu prób sześciominutowego testu chodu oceń krótkotrwałe zdarzenia chodu za pomocą trójwymiarowego systemu przechwytywania ruchu z dwiema płytkami siłowymi osadzonymi w ścieżce. Zsynchronizuj płytki siłowe z systemem przechwytywania ruchu, podłączając je najpierw do komputera za pomocą przewodów dostarczonych przez firmę.
Następnie, w oprogramowaniu systemu przechwytywania ruchu, dodaj płytki siłowe do objętości przechwytywania, wprowadzając wymiary, pozycję, orientację, czułość i wszelkie inne wymagane informacje dla systemu. Upewnij się, że platformy siłowe są wyzerowane, aby zapobiec szumom w danych, i upewnij się, że zbierają dane z wystarczającą częstotliwością próbkowania 1 000 Hz. Następnie zakończ dynamiczną kalibrację systemu, najpierw machając różdżką z 3 znacznikami w kontrolowany sposób przez przestrzeń przechwytywania.
Następnie wykonaj kalibrację statyczną, aby ustawić globalny układ współrzędnych xyz, umieszczając ramkę L z czterema znacznikami w określonym punkcie odniesienia i wybierz ustaw głośność w oprogramowaniu komputerowym. Kalibracja systemu przechwytywania ruchu ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia dokładności zbieranych danych i jest wykonywana przede wszystkim. Aby zapewnić dokładne wyniki, oceniany jest błąd obrazu i, jeśli to konieczne, kalibracje są powtarzane aż do uzyskania optymalnych wartości.
Po skalibrowaniu oprogramowania dopasuj uczestnika do 39 odblaskowych znaczników, przymocowując je za pomocą taśmy dwustronnej i umieszczając je na określonych anatomicznych punktach orientacyjnych pokazanych tutaj i opisanych w dołączonym protokole tekstowym. Na koniec poinstruuj uczestnika, aby wykonał sześć prób 5-metrowego spaceru, przez objętość przechwytywania systemu, trzy z tyczkami i trzy bez. Losowo przypisz te próby do kontroli pod kątem efektu kolejności.
Ten wykres przedstawia typowy profil siły bioder w jednym cyklu chodu i porównuje chód uczestnika z kijkami do chodu bez kijków. Strzałki w H1, H2 i H3 wskazują zmiany w wytwarzaniu i absorpcji energii w porównaniu tych faz z biegunami i bez. Podczas korzystania z kijków znacznie mniejsze wytwarzanie siły bioder jest widoczne przy kontakcie z piętą, a także przed i początkowym zamachem, w porównaniu z chodzeniem bez kijków.
Pokazany tutaj jest typowy profil siły kolana w jednym cyklu chodu w porównaniu z kijkami do bez kijków. Podczas korzystania z kijków obserwuje się znacznie mniejszą absorpcję mocy kolan przy kontakcie z piętą, przed zamachem i przy wymachu końcowym w porównaniu z chodzeniem bez kijków. Po opanowaniu tej techniki można ją wykonać w ciągu 45 do 60 minut na uczestnika, jeśli jest wykonywana prawidłowo.
Podczas wykonywania zabiegu ważne jest, aby uczestnicy chodzili naturalnie zarówno z kijkami, jak i bez nich. Dlatego nie należy ich informować o tym, gdzie znajdują się płytki siłowe. Po tej procedurze można wykonać inne metody, takie jak EMG, aby odpowiedzieć na dodatkowe pytania, takie jak wzorce aktywacji mięśni, zwłaszcza mięśni górnej części ciała.
Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak oceniać chód i postawę Nordic Walking przy użyciu co najmniej jednego z dwóch różnych systemów przechwytywania ruchu. Protokół ten pozwala naukowcom zajmującym się biomechaniką badać wpływ nordic walking na chód i postawę u osób starszych, ale także w innych populacjach z zaburzeniami chodu i postawy, takich jak osoby z chorobą Parkinsona. Nie zapominaj, że wprowadzenie nowego narzędzia, takiego jak kijki, może zwiększyć poziom uwagi potrzebnej do wykonania zadania motorycznego, dlatego należy uświadomić uczestnikom, że powinni rozpocząć trening w bezpiecznym środowisku.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejsze badanie analizuje wpływ kijów do Nordic Walking na wzorce chodu i ustawienie postawy u osób starszych. Jego celem jest zidentyfikowanie optymalnych metod oceny tych zmiennych, co stanowi wkład w rozwój biomechaniki.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Biomechanika
- Analiza chodu
- Ocena postawy
Wprowadzenie
- Nordic walking jest popularną formą aktywności fizycznej wśród osób starszych.
- Zrozumienie chodu i postawy ciała jest kluczowe dla poprawy mobilności.
- Wcześniejsze badania analizowały różne metody analizy chodu.
- Niniejsze badanie koncentruje się na zastosowaniu kijów do nordic walking w ocenie chodu.
Cel badania
- Określenie wpływu kijów do Nordic Walking na chód i postawę.
- Ocena skutecznych technik gromadzenia danych do analizy.
- Zbadanie implikacji dla warunków terapeutycznych.
Zastosowane metody
- Trójwymiarowe przechwytywanie ruchu do analizy krótkoterminowej.
- Akcelerometria do analizy długoterminowej.
- Ocena wzorców chodu podczas 6-minutowego testu marszu.
- Porównanie wyników z zastosowaniem i bez zastosowania kijów nordic walking.
Główne wyniki
- Kije do Nordic walking wywierają pozytywny wpływ na wzorce chodu.
- Zaobserwowano poprawę ustawienia postawy przy użyciu kijów.
- Techniki gromadzenia danych zostały zwalidowane zarówno dla analiz krótkoterminowych, jak i długoterminowych.
- Wyniki potwierdzają zasadność stosowania Nordic walking w warunkach terapeutycznych.
Wnioski
- Nordic Walking może poprawić sposób chodu i postawę u osób starszych.
- Skuteczne metody oceny są kluczowe dla dokładnej analizy.
- Wyniki mogą stanowić podstawę praktyk terapeutycznych w celu poprawy chodu.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Niniejsze badanie ocenia techniki przechwytywania ruchu w analizie chodu i postawy osób starszych, wykorzystując nordic walking jako model. Przedstawia ono porównawczą walidację akcelerometrii oraz systemów 3D motion capture w krótkoterminowej i długoterminowej analizie biomechanicznej. Wyniki pozwalają na dobór metody w zależności od czasu trwania badania oraz potrzeb analitycznych w przedklinicznej ocenie funkcjonalnej.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne etapy odkrywania i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia weryfikację hipotez dotyczących lokomocji poprzez ilościowe określanie zmian w chodu w warunkach interwencji.
- Wartość operacyjna: Wspiera walidację celów funkcjonalnych poprzez obiektywne, mierzalne punkty końcowe ruchu.
Przesiewy i opracowywanie testów
- Wartość naukowa: Dostarcza zestandaryzowane, powtarzalne odczyty spatiotemporalne i kinematyczne do oceny chodu.
- Wartość operacyjna: Ułatwia przygotowanie analizy poprzez zdefiniowanie optymalnych systemów czujników dla zbierania danych o określonym czasie trwania.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Wartość naukowa: Dostarcza istotnych w kontekście chorób wyników funkcjonalnych w modelach starzenia, wspierając dopasowanie biomarkerów translacyjnych.
- Wartość operacyjna: Zapewnia ciągłość od etapu odkrycia po walidację przedkliniczną poprzez międzyplatformową kwantyfikację chodu.
Integracja potoku i przepływu pracy
Metoda ta znajduje zastosowanie w biologii odkrywczej do testowania hipotez dotyczących lokomocji oraz w badaniach przesiewowych w celu standaryzacji testów, wykazując znaczenie translacyjne w modelach starzenia oraz modelach nerwowo-mięśniowych.
- Biologia odkrywcza: Wspiera testowanie hipotez dotyczących wpływu interwencji na symetrię chodu i wzorce obciążenia stawów.
- Przesiewanie: Zapewnia powtarzalność analizy dzięki zsynchronizowanemu przechwytywaniu ruchu i gromadzeniu danych z platformy dynamometrycznej na określonych dystansach chodnika.
- Analityka: Generuje ilościowe zmienne zależne, w tym długość kroku, czas podwójnego podparcia, moc stawów oraz momenty siły do analizy porównawczej warunków.
- Badania translacyjne: Zapewnia ciągłość przedkliniczną poprzez umożliwienie oceny chodu w modelach osób starszych, istotnych w kontekście sarkopenii i zespołu kruchości.
- Zastosowania instytucjonalne: Ustanawia możliwość ponownego wykorzystania oceny biomechanicznej w programach badawczych nad chorobami neurodegeneracyjnymi, układem mięśniowo-szkieletowym oraz w geriatrii.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną w zakresie skuteczności lokomocyjnej poprzez redukcję niejednoznaczności mechanistycznej w modulacji chodu.
- Wartość operacyjna: Poprawia standaryzację i skalowalność dzięki zwalidowanemu rozmieszczeniu czujników, protokołom kalibracji oraz progom częstotliwości próbkowania.
- Wartość strategiczna: Usprawnia podejmowanie decyzji go/no-go poprzez dostarczenie obiektywnych danych funkcjonalnych w celu zmniejszenia ryzyka interwencji nakierowanych na lokomocję.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację związków z uwzględnieniem ryzyka na podstawie efektów w zakresie stabilności chodu i ryzyka upadków w populacjach starzejących się.
Kwestie implementacyjne
- Wymaga wiedzy specjalistycznej w zakresie biomechaniki, systemów przechwytywania ruchu oraz przetwarzania danych kinematycznych.
- Wymaga zastosowania trójwymiarowego przechwytywania ruchu z platformami dynamometrycznymi oraz systemów akcelerometrii z zsynchronizowanymi czujnikami.
- Wymaga standaryzacji rozmieszczenia markerów, procedur kalibracji oraz protokołów synchronizacji danych pomiędzy zespołami.
- Obejmuje kwestie adaptacyjne dla różnych systemów modelowych, w tym korekty dotyczące antropometrii i prędkości lokomocji.
- Uwzględnia ograniczenia praktyczne, takie jak limity obszaru przechwytywania ruchu w badaniach długoterminowych oraz dryf akcelerometru przy dłuższym użytkowaniu.
