Name: Analiza kinematyczna z wykorzystaniem przechwytywania ruchu 3D podczas picia u osób z i bez upośledzenia kończyn górnych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-03-28T13:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 45 s
Description: Poznaj metodę analizy kinematycznej ruchu kończyn górnych u pacjentów po udarze i osób zdrowych przy użyciu systemu przechwytywania ruchu 3D. Technika ta umożliwia szczegółowe ilościowe określenie deficytów ruchowych niewykrywanych tradycyjnymi metodami klinicznymi.

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

Specjalne podziękowania dla Bo Johnelsa, Nassera Hosseiniego, Roya Tranberga i Patrika Almströma za pomoc w rozpoczęciu tego projektu. Dane badawcze przedstawione w tym protokole zostały zebrane w Szpitalu Uniwersyteckim Sahlgrenska.

Wszystkie opisane tutaj metody były częścią badań zatwierdzonych przez Regionalną Komisję Oceny Etyki w Göteborgu, Szwecja (318-04, 225-08).
1. Konfiguracja systemu przechwytywania ruchu
<ol>
	<li>Zamontuj 4 kamery na ścianie w odległości około 1,5 - 3 m od obszaru pomiaru na wysokości 1,5 - 2,5 m przodem do obszaru pomiaru. Zamontuj jedną kamerę na suficie tuż nad obszarem pomiaru (<silna klasa="xfig">Rysunek 1). Uruchom system kamer.</li>
	<li>Umieść ramkę kalibracyjną w kształcie litery L na stole tak, aby krótka oś znajdowała się w jednej linii z krawędzią stołu, a długa oś była skierowana do przodu. 
	UWAGA: Układ współrzędnych jest zdefiniowany z osiami X skierowanymi do przodu (do przodu w płaszczyźnie strzałkowej), osią Y skierowaną bocznie (w płaszczyźnie czołowej) i osią Z skierowaną w górę (nadrzędnie, prostopadłą do płaszczyzny poprzecznej).</li>
	<li>Otwórz oprogramowanie do śledzenia i akwizycji danych 3D (Track Manager), rozpocznij kalibrację, wybierając opcję Capture (Przechwytywanie) | Kalibruj, wprowadź czas kalibracji 30 s i kliknij OK.</li>
	<li>Przesuwaj różdżkę we wszystkich kierunkach na całym obszarze pomiaru (75 × 75 × 65 cm) nad krzesłem i stołem, aby upewnić się, że wszystkie 5 kamer rejestruje różdżkę w jak największej liczbie orientacji16,17. Po kalibracji wyniki pojawiają się na ekranie. Akceptuj resztki kalibracyjne poniżej 0,5 mm.</li>
	<li>Niech osoba, ubrana w bluzkę bez rękawów, usiądzie na krześle o regulowanej wysokości, opierając się plecami o oparcie krzesła, górna część ramienia w neutralnej pozycji przywodzionej, dłoń spoczywająca na stole, a nadgarstek wyrównany do krawędzi stołu. Sprawdź, czy kąty kolan, bioder i łokci wynoszą około 90°.</li>
	<li>Umieść odblaskowe markery pasywne z podwójną taśmą klejącą na szkieletowych punktach orientacyjnych18 na badanej dłoni (trzeci staw śródręczno-paliczkowy), nadgarstku (wyrostek rylcowaty kości łokciowej), łokciu (nadkłykieć boczny), prawym i lewym ramieniu (środkowa część wyrostka barkowego), klatce piersiowej (górna część mostka) i czole (wcięcie między brwiami).</li>
	<li>Umieść dwa znaczniki na kubku (górna i dolna krawędź).</li>
</ol>
2. Procedury przechwytywania ruchu podczas picia
<ol>
	<li>Umieść kubek z twardego plastiku (średnica 7 cm, wysokość 9,5 cm) ze 100 ml wody w odległości 30 cm od krawędzi stołu, w linii środkowej ciała. Pozycja filiżanki na stole jest celowo dobrana, aby wykonanie zadania było naturalne i zbliżone do rzeczywistej sytuacji.</li>
	<li>Poproś badanego, aby wykonał zadanie picia w wygodnym tempie we własnym tempie poprzez: i) sięgnięcie i uchwycenie kubka, ii) podniesienie kubka ze stołu w kierunku ust, iii) napicie się (jeden łyk), iv) postawienie filiżanki z powrotem na stole za zaznaczoną linią (30 cm od krawędzi stołu) oraz v) powrót do pozycji wyjściowej z ręką na krawędzi stołu.</li>
	<li>Upewnij się, że tester rozumie instrukcje i może wygodnie dosięgnąć kubka mniej dotkniętym ramieniem bez pochylania się do przodu.</li>
	<li>Przed każdym nagraniem upewnij się, że pozycja początkowa (pozycja początkowa) jest prawidłowa, poproś osobę, aby była gotowa, rozpocznij przechwytywanie ręcznie i wydaj słowne polecenie "możesz zacząć teraz".</li>
	<li>Gdy osoba zakończy zadanie, zatrzymaj nagrywanie ręcznie.</li>
	<li>Nagraj pięć prób z krótką przerwą między każdym badaniem (około 30 sekund), zaczynając od mniej dotkniętego ramienia.</li>
	<li>Sprawdź, czy pobieranie danych powiodło się (95 - 100% danych dla każdego zidentyfikowanego markera). 
	UWAGA: Dane znacznika są automatycznie przesyłane w czasie rzeczywistym do oprogramowania do akwizycji danych (Track Manager). Do automatycznej identyfikacji znaczników wykorzystywany jest predefiniowany model automatycznej identyfikacji znaczników (AIM).</li>
	<li>W przypadku wykrycia niekompletnych danych należy wykonać dodatkowe próby po zidentyfikowaniu problemu i dostosowaniu pozycji siedzenia lub znacznika, aby zapewnić pełną widoczność markerów, aby uzyskać co najmniej 3 udane próby. 
	UWAGA: Możliwe problemy, które mogą wystąpić, to to, że znaczniki mogą spaść lub są zasłonięte od kąta widzenia kamery, co skutkuje niekompletnymi danymi. Jednak konfiguracja kamery i znacznika, tak jak jest używana w tym protokole, powoduje utratę danych z powodu luk tylko w bardzo rzadkich przypadkach. W sumie sesja motion capture trwa około 10 - 15 minut.</li>
</ol>
3. Analiza danych
<ol>
	<li>Przenieś nagrane dane z Track Manager bezpośrednio do Matlaba, klikając Plik | Eksport | Bezpośrednio do Matlaba.</li>
	<li>Użyj polecenia Matlab w wierszu polecenia: (>> obszar roboczy), aby wyświetlić zestaw zmiennych Matlaba. 
	UWAGA: Kluczowe zmienne Matlaba zawierające dane, które należy wykorzystać w instrukcjach i przy tworzeniu analizy to: 
	QTMmeasurements.Frames - liczba przechwyconych klatek 
	QTMmeasurements.FrameRate - liczba klatek przechwytywanych na sekundę (240) 
	QTMmeasurements.Trajectories.Labeled.Count - liczba etykiet (10) 
	QTMmeasurements.Trajectories.Labeled.Labels - etykiety zdefiniowane w Track Manager 
	QTMmeasurements.Trajectories.Labeled.Data - dane pomiarowe w tablicy 3D 10 x 3 x liczba klatek, gdzie dla każdej klatki i każdej etykiety rejestrowane są 3 współrzędne</li>
	<li>W Matlabie przefiltruj wartości x, y, z za pomocą instrukcji (butter) i (filtfilt) z filtrem Butterwortha drugiego rzędu 6 Hz zarówno w kierunku do przodu, jak i do tyłu, dając zniekształcenia bez zniekształceń fazowych i filtrowanie następnego rzędu. 
	UWAGA: Przykład 
	[b, a] = masło(2, 6/240/2); % Częstotliwość graniczna 6 Hz i w odniesieniu do 1/2 częstotliwości próbkowania 
	xfiltered = filtfilt(b, a, QTMmeasurements.Trajectories.Labeled(1,1,:));</li>
	<li>W Matlabie utwórz program, który będzie używał wartości x, y, z dla każdej próbki klatki i każdej etykiety do obliczania zmiennych kinematycznych, takich jak prędkość styczna ręki i kąty połączenia. Zmienne kinematyczne przedstawiono w tabeli 2.</li>
	<li>W Matlabie stwórz program do podziału sekwencji próbek na 5 logicznych faz: sięganie, transport do przodu, picie, transport z powrotem i powrót ręki do pozycji wyjściowej (<silna klasa="xfig">Rysunek 2). Definicje rozpoczęcia i zakończenia każdej fazy przedstawiono szczegółowo w tabeli 1.</li>
	<li>W Matlabie użyj instrukcji (plot), aby utworzyć wykresy pozycji, prędkości, kątów połączeń i diagramów kąt-kąt.</li>
</ol>

<ol><li>Alt Murphy, M., Häger, C. K. <a target="_blank" href="http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1179/1743288X15Y.0000000002">Kinematic analysis of the upper extremity after stroke - how far have we reached and what have we grasped?</a> Physical Therapy Reviews. 20 (3), 137-155 (2015).</li>
<li>Bustren, E. L., Sunnerhagen, K. S., Alt Murphy, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Movement+Kinematics+of+the+Ipsilesional+Upper+Extremity+in+Persons+With+Moderate+or+Mild+Stroke%5BTitle%5D)+AND+%22Neurorehab+Neural+Re%22%5BJournal%5D)">Movement Kinematics of the Ipsilesional Upper Extremity in Persons With Moderate or Mild Stroke.</a> Neurorehab Neural Re. 31 (4), 376-386 (2017).</li>
<li>Sivan, M., O'Connor, R. J., Makower, S., Levesley, M., Bhakta, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Systematic+review+of+outcome+measures+used+in+the+evaluation+of+robot-assisted+upper+limb+exercise+in+stroke%5BTitle%5D)+AND+%22J+Rehabil+Med%22%5BJournal%5D)">Systematic review of outcome measures used in the evaluation of robot-assisted upper limb exercise in stroke.</a> J Rehabil Med. 43 (3), 181-189 (2011).</li>
<li>Demers, M., Levin, M. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Do+Activity+Level+Outcome+Measures+Commonly+Used+in+Neurological+Practice+Assess+Upper-Limb+Movement+Quality%3F%5BTitle%5D)+AND+%22Neurorehab+Neural+Re%22%5BJournal%5D)">Do Activity Level Outcome Measures Commonly Used in Neurological Practice Assess Upper-Limb Movement Quality?</a> Neurorehab Neural Re. 31 (7), 623-637 (2017).</li>
<li>Levin, M. F., Kleim, J. A., Wolf, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((What+do+motor+%22recovery%22+and+%22compensation%22+mean+in+patients+following+stroke%3F%5BTitle%5D)+AND+%22Neurorehab+Neural+Re%22%5BJournal%5D)">What do motor "recovery" and "compensation" mean in patients following stroke?</a> Neurorehab Neural Re. 23 (4), 313-319 (2009).</li>
<li>Alt Murphy, M., Willen, C., Sunnerhagen, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Responsiveness+of+Upper+Extremity+Kinematic+Measures+and+Clinical+Improvement+During+the+First+Three+Months+After+Stroke%5BTitle%5D)+AND+%22Neurorehab+Neural+Re%22%5BJournal%5D)">Responsiveness of Upper Extremity Kinematic Measures and Clinical Improvement During the First Three Months After Stroke.</a> Neurorehab Neural Re. 27 (9), 844-853 (2013).</li>
<li>van Dokkum, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+contribution+of+kinematics+in+the+assessment+of+upper+limb+motor+recovery+early+after+stroke%5BTitle%5D)+AND+%22Neurorehab+Neural+Re%22%5BJournal%5D)">The contribution of kinematics in the assessment of upper limb motor recovery early after stroke.</a> Neurorehab Neural Re. 28 (1), 4-12 (2014).</li>
<li>Alt Murphy, M., Willen, C., Sunnerhagen, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Kinematic+variables+quantifying+upper-extremity+performance+after+stroke+during+reaching+and+drinking+from+a+glass%5BTitle%5D)+AND+%22Neurorehab+Neural+Re%22%5BJournal%5D)">Kinematic variables quantifying upper-extremity performance after stroke during reaching and drinking from a glass.</a> Neurorehab Neural Re. 25 (1), 71-80 (2011).</li>
<li>Subramanian, S. K., Yamanaka, J., Chilingaryan, G., Levin, M. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Validity+of+movement+pattern+kinematics+as+measures+of+arm+motor+impairment+poststroke%5BTitle%5D)+AND+%22Stroke%22%5BJournal%5D)">Validity of movement pattern kinematics as measures of arm motor impairment poststroke.</a> Stroke. 41 (10), 2303-2308 (2010).</li>
<li>Michaelsen, S. M., Dannenbaum, R., Levin, M. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Task-specific+training+with+trunk+restraint+on+arm+recovery+in+stroke%3A+randomized+control+trial%5BTitle%5D)+AND+%22Stroke%22%5BJournal%5D)">Task-specific training with trunk restraint on arm recovery in stroke: randomized control trial.</a> Stroke. 37 (1), 186-192 (2006).</li>
<li>Kwakkel, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Standardized+measurement+of+sensorimotor+recovery+in+stroke+trials%3A+Consensus-based+core+recommendations+from+the+Stroke+Recovery+and+Rehabilitation+Roundtable%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Stroke%22%5BJournal%5D)">Standardized measurement of sensorimotor recovery in stroke trials: Consensus-based core recommendations from the Stroke Recovery and Rehabilitation Roundtable.</a> Int J Stroke. 12 (5), 451-461 (2017).</li>
<li>Wagner, J. M., Lang, C. E., Sahrmann, S. A., Edwards, D. F., Dromerick, A. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sensorimotor+impairments+and+reaching+performance+in+subjects+with+poststroke+hemiparesis+during+the+first+few+months+of+recovery%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Ther%22%5BJournal%5D)">Sensorimotor impairments and reaching performance in subjects with poststroke hemiparesis during the first few months of recovery.</a> Phys Ther. 87 (6), 751-765 (2007).</li>
<li>van Kordelaar, J., van Wegen, E., Kwakkel, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impact+of+time+on+quality+of+motor+control+of+the+paretic+upper+limb+after+stroke%5BTitle%5D)+AND+%22Arch+Phys+Med+Rehab%22%5BJournal%5D)">Impact of time on quality of motor control of the paretic upper limb after stroke.</a> Arch Phys Med Rehab. 95 (2), 338-344 (2014).</li>
<li>Thielman, G., Kaminski, T., Gentile, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rehabilitation+of+reaching+after+stroke%3A+comparing+2+training+protocols+utilizing+trunk+restraint%5BTitle%5D)+AND+%22Neurorehab+Neural+Re%22%5BJournal%5D)">Rehabilitation of reaching after stroke: comparing 2 training protocols utilizing trunk restraint.</a> Neurorehab Neural Re. 22 (6), 697-705 (2008).</li>
<li>Armbruster, C., Spijkers, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Movement+planning+in+prehension%3A+do+intended+actions+influence+the+initial+reach+and+grasp+movement%3F%5BTitle%5D)+AND+%22Motor+Control%22%5BJournal%5D)">Movement planning in prehension: do intended actions influence the initial reach and grasp movement?</a> Motor Control. 10 (4), 311-329 (2006).</li>
<li>Qualisys. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Qualisys+Track+Manager+user+manual%22">Qualisys Track Manager user manual</a>. , Qualisys Medical AB. Gothenburg. (2008).</li>
<li>Alt Murphy, M., Banina, M. C., Levin, M. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Perceptuo-motor+planning+during+functional+reaching+after+stroke%5BTitle%5D)+AND+%22Exp+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Perceptuo-motor planning during functional reaching after stroke.</a> Exp Brain Res. , (2017).</li>
<li>Sint Jan, S. V. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSint+Jan%2C+SV+%22Color+atlas+of+skeletal+landmark+definitions+%3A+guidelines+for+reproducible+manual+and+virtual+palpations%22">Color atlas of skeletal landmark definitions : guidelines for reproducible manual and virtual palpations</a>. , Churchill Livingstone. (2007).</li>
<li>Alt Murphy, M., Sunnerhagen, K. S., Johnels, B., Willen, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+kinematic+motion+analysis+of+a+daily+activity+drinking+from+a+glass%3A+a+pilot+study%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neuroeng+Rehabil%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional kinematic motion analysis of a daily activity drinking from a glass: a pilot study.</a> J Neuroeng Rehabil. 3, 18(2006).</li>
<li>Alt Murphy, M., Willen, C., Sunnerhagen, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Movement+kinematics+during+a+drinking+task+are+associated+with+the+activity+capacity+level+after+stroke%5BTitle%5D)+AND+%22Neurorehab+Neural+Re%22%5BJournal%5D)">Movement kinematics during a drinking task are associated with the activity capacity level after stroke.</a> Neurorehab Neural Re. 26 (9), 1106-1115 (2012).</li>
<li>Alt Murphy, M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Development+and+validation+of+upper+extremity+kinematic+movement+analysis+for+people+with+stroke.+Reaching+and+drinking+from+a+glass%22">Development and validation of upper extremity kinematic movement analysis for people with stroke. Reaching and drinking from a glass</a>. , University of Gothenburg. Doctor of Philosophy (Medicine) thesis (2013).</li>
<li>Persson, H. C., Alt Murphy, M., Danielsson, A., Lundgren-Nilsson, A., Sunnerhagen, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+cohort+study+investigating+a+simple%2C+early+assessment+to+predict+upper+extremity+function+after+stroke+-+a+part+of+the+SALGOT+study%5BTitle%5D)+AND+%22BMC+Neurol%22%5BJournal%5D)">A cohort study investigating a simple, early assessment to predict upper extremity function after stroke - a part of the SALGOT study.</a> BMC Neurol. 15, 92(2015).</li>
<li>Hoonhorst, M. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((How+Do+Fugl-Meyer+Arm+Motor+Scores+Relate+to+Dexterity+According+to+the+Action+Research+Arm+Test+at+6+Months+Poststroke%3F%5BTitle%5D)+AND+%22Arch+Phys+Med+Rehab%22%5BJournal%5D)">How Do Fugl-Meyer Arm Motor Scores Relate to Dexterity According to the Action Research Arm Test at 6 Months Poststroke?</a> Arch Phys Med Rehab. 96 (10), 1845-1849 (2015).</li>
<li>Pang, M. Y., Harris, J. E., Eng, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+community-based+upper-extremity+group+exercise+program+improves+motor+function+and+performance+of+functional+activities+in+chronic+stroke%3A+a+randomized+controlled+trial%5BTitle%5D)+AND+%22Arch+Phys+Med+Rehab%22%5BJournal%5D)">A community-based upper-extremity group exercise program improves motor function and performance of functional activities in chronic stroke: a randomized controlled trial.</a> Arch Phys Med Rehab. 87 (1), 1-9 (2006).</li>
<li>Alt Murphy, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((SALGOT+-+Stroke+Arm+Longitudinal+study+at+the+University+of+Gothenburg%2C+prospective+cohort+study+protocol%5BTitle%5D)+AND+%22BMC+Neurol%22%5BJournal%5D)">SALGOT - Stroke Arm Longitudinal study at the University of Gothenburg, prospective cohort study protocol.</a> BMC Neurol. 11, 56(2011).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Protokół może być z powodzeniem stosowany do ilościowego określania sprawności i jakości ruchu u osób z umiarkowanymi i łagodnymi zaburzeniami sensomotorycznymi kończyn górnych na wszystkich etapach po udarze. Wykonalność tego protokołu została udowodniona w warunkach klinicznych już 3 dni po udarze mózgu i wykazała, że system może być używany przez przeszkolonego pracownika służby zdrowia bez szczególnych kwalifikacji technicznych. Do stworzenia i rozwoju programu do analizy danych potrzebna jest jednak wiedza techniczn...

Analiza kinematyczna opisuje ruchy ciała w przestrzeni i czasie, w tym przemieszczenia liniowe i kątowe, prędkości i przyspieszenia. Optoelektroniczne systemy przechwytywania ruchu wykorzystują wiele szybkich kamer, które albo wysyłają sygnały światła podczerwonego, aby uchwycić odbicia od pasywnych znaczników umieszczonych na ciele, albo przesyłają dane o ruchu z aktywnych znaczników zawierających diody emitujące podczerwień. Systemy te są uważane za "złoty standard" w pozyskiwaniu danych kinematycznych1. Systemy te są cenione za wysoką dokładność i elastyczność w pomiarach różnorodnych zadań. Pomiary kinematyczne okazały się skuteczne w wychwytywaniu mniejszych zmian w wydajności i jakości ruchu, które mogą być niewykryte za pomocą tradycyjnych skal klinicznych2,3. Zasugerowano, że kinematyka powinna być stosowana do rozróżnienia między prawdziwym odzyskiwaniem (przywróceniem przedchorobowych cech ruchowych) a wykorzystaniem kompensacyjnych (alternatywnych) wzorców ruchowych podczas wykonywania zadania4,5.
Ruchy kończyn górnych można określić ilościowo za pomocą kinematyki punktu końcowego, zazwyczaj uzyskiwanej za pomocą znacznika ręcznego, oraz kinematyki kątowej ze stawów i segmentów (np. tułowia). Kinematyka punktu końcowego dostarcza informacji o trajektoriach, prędkości, strategiach ruchu czasowego, precyzji, prostoliniowości i gładkości, podczas gdy kinematyka kątowa charakteryzuje wzorce ruchu pod względem czasowych i przestrzennych kątów stawów i segmentów, prędkości kątowych i koordynacji międzypołączeniowej. Kinematyka punktu końcowego, taka jak czas ruchu, prędkość i płynność, skutecznie rejestruje deficyty i poprawia wydajność ruchu po skoku6,7,8 i kinematyka kątowa pokazują, czy ruchy stawów i segmentów ciała są optymalne dla określonego zadania. Kinematyka osób z niepełnosprawnościami jest często porównywana ze sprawnością ruchową u osób bez upośledzeń8,9. Kinematyka punktu końcowego i kąta jest skorelowana w taki sposób, że ruch wykonywany z efektywną prędkością, płynnością i precyzją będzie wymagał dobrej kontroli ruchu, koordynacji oraz stosowania efektywnych i optymalnych wzorców ruchowych. Na przykład pacjent z udarem, który porusza się powoli, zwykle wykazuje również zmniejszoną płynność (zwiększoną liczbę jednostek ruchu), niższą prędkość maksymalną i zwiększone przemieszczenie tułowia8. Z drugiej strony, poprawa kinematyki punktów końcowych, takich jak prędkość i płynność ruchu, może wystąpić niezależnie od zmian strategii ruchów kompensacyjnych tułowia i ramienia10. Ustalono, że analiza kinematyczna może dostarczyć dodatkowych i bardziej precyzyjnych informacji o tym, w jaki sposób zadanie jest wykonywane po urazie lub chorobie, co z kolei jest niezbędne do zindywidualizowanego skutecznego leczenia w celu osiągnięcia optymalnej regeneracji motorycznej11. Analiza kinematyczna jest coraz częściej stosowana w badaniach klinicznych do opisywania ruchów u osób z upośledzeniem kończyn górnych po udarze8,9, w celu oceny regeneracji motorycznej7,12,13 lub w celu określenia skuteczności interwencji terapeutycznych10,14.
Często badane zadania ruchowe polegają na wskazywaniu i sięganiu, chociaż coraz częściej korzysta się z zadań funkcjonalnych, które obejmują manipulację prawdziwymi przedmiotami codziennego użytku1. Ponieważ kinematyka dosięgania zależy od ograniczeń eksperymentalnych, takich jak wybór obiektów i cel zadania15, niezbędna jest ocena ruchów podczas celowych i funkcjonalnych zadań, w których rzeczywiste trudności w codziennym życiu jednostki będą dokładniej odzwierciedlone.
Tak więc, celem tego artykułu jest dostarczenie szczegółowego opisu prostego, standardowego protokołu używanego do analizy kinematycznej celowego i funkcjonalnego zadania, zadania picia, stosowanego u osób z upośledzeniem kończyn górnych w ostrym i przewlekłym stadium po udarze. Wyniki walidacji tego protokołu dla osób z umiarkowanym i łagodnym upośledzeniem udaru mózgu zostaną podsumowane.

<table><tbody><tr><td>5-kamerowy optoelektroniczny system przechwytywania ruchu ProReflex (MCU 240 Hz)</td><td>Qualisys AB, Gthenburg, Szwecja</td><td>N/A</td><td>System analizy ruchu z pasywnymi znacznikami odblaskowymi</td></tr><tr><td>Markery</td><td>Qualisys AB, Gthenburg, Szwecja</td><td>N/A</td><td>Retroleflekcyjne pasywne znaczniki okrągłe, średnica 12 mm</td></tr><tr><td>Ramka i różdżka kalibracyjna</td><td>Qualisys AB, Gthenburg, Szwecja</td><td>N/A</td><td>Ramka kalibracji w kształcie litery L (określa początek i orientację układu współrzędnych); Różdżka w kształcie litery T (300 mm)</td></tr><tr><td>Qualisys Track Manager</td><td>Qualisys AB, Gthenburg, Szwecja</td><td>Nie dotyczy</td><td>Oprogramowanie do śledzenia 3D</td></tr><tr><td></td><td>Matlab Mathworks, Inc, Natick, Kalifornia</td><td>N/A Oprogramowanie</td> do <td>analizy danych</td></tr></tbody></table>

analiza kinematyczna z wykorzystaniem przechwytywania ruchu 3d podczas picia u osób z i bez upośledzenia kończyn górnych

Kinematic Analysis Using 3D Motion Capture of Drinking Task in People With and Without Upper-extremity Impairments

Analiza kinematyczna to potężna metoda obiektywnej oceny ruchów kończyn górnych w przestrzeni trójwymiarowej (3D). Trójwymiarowe przechwytywanie ruchu za pomocą systemu kamer optoelektronicznych jest uważane za złoty standard w analizie ruchów kinematycznych i jest coraz częściej stosowane jako miara wyniku do oceny wydajności i jakości ruchu po urazie lub chorobie związanej z ruchami kończyn górnych. W artykule opisano ustandaryzowany protokół analizy kinematycznej zadania picia stosowany u osób z upośledzeniem kończyn górnych po udarze mózgu. Zadanie picia obejmuje sięganie, chwytanie i podnoszenie filiżanki ze stołu, aby się napić, odłożenie filiżanki z powrotem i przesunięcie ręki z powrotem na krawędź stołu. Pozycja siedząca jest ustandaryzowana do wielkości ciała danej osoby, a zadanie jest wykonywane w komfortowej szybkości we własnym tempie, a ruchy kompensacyjne nie są ograniczone. Intencją jest, aby zadanie było naturalne i zbliżone do rzeczywistej sytuacji, aby poprawić ekologiczną ważność protokołu. System przechwytywania ruchu z 5 kamerami służy do zbierania pozycji współrzędnych 3D z 9 odblaskowych znaczników umieszczonych na anatomicznych punktach orientacyjnych ramienia, tułowia i twarzy. Proste umieszczenie pojedynczego markera służy do zapewnienia wykonalności protokołu w warunkach klinicznych. Dedykowane oprogramowanie Matlab zapewnia zautomatyzowane i szybkie analizy danych o ruchu. Obliczana jest kinematyka czasowa czasu ruchu, prędkości, prędkości szczytowej, czasu prędkości szczytowej i płynności (liczby jednostek ruchu) wraz z przestrzenną kinematyką kątową stawu barkowego i łokciowego oraz ruchów tułowia. Zadanie związane z piciem jest ważną oceną dla osób z umiarkowanym i łagodnym upośledzeniem kończyn górnych. Ustalono trafność konstrukcyjną, dyskryminacyjną i współbieżną wraz z responsywnością (wrażliwością na zmianę) zmiennych kinematycznych uzyskanych z zadania picia.

Protokół opisany w niniejszym artykule został zastosowany u osób po udarach oraz w grupie kontrolnej osób zdrowych2,6,8,19,20,21. Łącznie w różnych badaniach przeanalizowano dane kinematyczne 111 osób po udarach i 55 zdrowych osób z grupy kontrolnej. Zaburzenia kończyny górnej po udarze zdefin...

Ten protokół opisuje obiektywną metodę oceny sprawności ruchowej i funkcji sensomotorycznej kończyny górnej zastosowanej u osób po udarze mózgu i zdrowych osób z grupy kontrolnej. Zapewniona jest ustandaryzowana procedura testowa, analiza kinematyczna i zmienne wynikowe do trójwymiarowego przechwytywania ruchu zadania picia.

Analiza kinematyczna z wykorzystaniem przechwytywania ruchu 3D podczas picia u osób z i bez upośledzenia kończyn górnych

Kinematic analysis is a powerful method for objective assessment of upper extremity movements in a three-dimensional (3D) space. Three-dimensional motion ...

Ogólnym celem tej metodologii przechwytywania ruchu jest zapewnienie obiektywnej metody oceny wydajności ruchowej, jakości i funkcji sensomotorycznej kończyny górnej u osób po udarze mózgu i u zdrowych osób z grupy kontrolnej. Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie rehabilitacji neuronalnej, takie jak to, w jaki sposób udar wpływa na ruchy kończyn górnych i powrót do zdrowia oraz jak można wykorzystać te informacje do wyboru skutecznych metod leczenia. Główną zaletą tej techniki jest to, że specyficzne deficyty ruchowe i regeneracja, które mogą być niewykryte przy użyciu tradycyjnych skal klinicznych, mogą być szczegółowo określone ilościowo.W dzisiejszej demonstracji procedury pomoże nam Ulla-Britt Bergstrom, która jest terapeutką zajęciową pracującą w Klinice Rehabilitacji Neuronalnej w Szpitalu Uniwersyteckim Sahlgrenska. Aby ustawić system przechwytywania ruchu, zamontuj cztery kamery na ścianie w odległości około jednego do trzech metrów od obszaru pomiarowego na wysokości od 1,5 do 2,5 metra w kierunku obszaru pomiaru. Zamontuj jedną kamerę na suficie tuż nad obszarem pomiaru.Umieszczenie jednej z kamer na suficie z kątem widzenia na całym obszarze pomiarowym było kluczowe dla zbierania danych. Zaowocowało to prawie w 100% udanym zebraniem danych. Uruchom system kamer.Następnie umieść ramkę kalibracyjną w kształcie litery L na stole tak, aby krótka oś znajdowała się w jednej linii z krawędzią stołu, a długa oś była skierowana do przodu. Następnie otwórz śledzenie 3D w oprogramowaniu do akwizycji danych. Rozpocznij kalibrację, wybierając pozycję przechwytywania, a następnie skalibruj.Wprowadź czas kalibracji wynoszący 30 sekund i kliknij, w porządku. Przesuwaj różdżkę we wszystkich kierunkach w całym obszarze pomiarowym nad krzesłem i stołem, aby upewnić się, że wszystkie pięć kamer rejestruje różdżkę w jak największej liczbie orientacji. Akceptuj resztki kalibracji poniżej 0,5 milimetra.Teraz skieruj osobę, ubraną w bluzkę bez rękawów, aby usiadła na krześle o regulowanej wysokości, opierając się plecami o oparcie krzesła. Górna część ramienia powinna znajdować się w neutralnej pozycji przywodzionej. Oprzyj rękę na stole i wyrównaj nadgarstek z krawędzią stołu.Kąty kolan, bioder i łokci powinny wynosić około 90 stopni. Następnie umieść odblaskowe znaczniki pasywne z podwójną taśmą klejącą na szkieletowych punktach orientacyjnych badanej dłoni, nadgarstka, łokcia, prawego i lewego ramienia, klatki piersiowej i czoła. Następnie umieść dwa znaczniki na kubku.W tej procedurze umieść twardy plastikowy kubek ze 100 mililitrami wody w odległości 30 centymetrów od krawędzi stołu w linii środkowej obiektu. Poproś badanego, aby wykonał zadanie picia w wygodnym, samodzielnym tempie, sięgając i chwytając kubek. Druga, podnosząc filiżankę ze stołu w kierunku jej ust.Trzy, biorąc jako łyk. Cztery, stawiając filiżankę z powrotem na stole za zaznaczoną linią. I pięć, wracając do pozycji wyjściowej z ręką na krawędzi stołu.Ważne jest, aby zachęcić pacjenta do wykonania zadania tak naturalnie, jak to tylko możliwe, dlatego tylko trzy środkowe próby zostaną wykorzystane do obliczenia kinematyki, aby upewnić się, że pacjent jest zaznajomiony z badaniem. Upewnij się, że pacjent rozumie instrukcje i może wygodnie dosięgnąć kubka mniej dotkniętym ramieniem bez pochylania się do przodu. Przed każdym nagraniem upewnij się, że pozycja początkowa jest prawidłowa i poproś obiekt, aby był gotowy.Rozpocznij przechwytywanie, wybierając, rozpocznij przechwytywanie i wydaj instrukcje słowne, aby powiedzieć jej, aby rozpoczęła. Gdy obiekt zakończy zadanie, zatrzymaj nagrywanie, wybierając opcję zatrzymaj. Nagraj pięć prób z krótką przerwą między każdym badaniem, zaczynając od mniej dotkniętego ramienia.Sprawdź, czy akwizycja danych sięga od 95 do 100% dla każdego zidentyfikowanego markera. W przypadku wykrycia niekompletnych danych należy przeprowadzić dodatkowe próby po zidentyfikowaniu problemu i dostosowaniu pozycji siedzenia lub znaczników, aby zapewnić pełną widoczność markerów, aby uzyskać co najmniej trzy udane próby. Rysunek ten przedstawia reprezentatywny profil prędkości zdrowej osoby z grupy kontrolnej wykonującej zadanie picia.Dla każdej fazy ruchu można zaobserwować gładki profil prędkości w kształcie dzwonu z jednym dominującym szczytem, co jest typowe dla normalnego ruchu. W przeciwieństwie do tego, rysunek ten pokazuje, że profil prędkości osoby z umiarkowanym skokiem ujawnia mniej gładki profil ze zwiększoną liczbą szczytów prędkości. Ponadto prędkość szczytowa w każdej fazie ruchu jest niższa, a całkowity czas ruchu jest dłuższy.Jest to animacja zadania picia wykonywanego przez zdrową grupę kontrolną, rejestrowana w czasie rzeczywistym. Wyświetlane są znaczniki na głowie, tułowiu, lewym ramieniu i dwa znaczniki na kubku do picia wraz z trajektoriami ruchu. Jest to ta sama animacja osoby z udarem.Zwróć uwagę na mniej płynne trajektorie ruchu i zwiększony ruch tułowia do przodu podczas zadania picia. Jest to przykład tego samego zadania wykonywanego przez osobę z poważniejszym upośledzeniem ruchowym. Osoba ta również cierpiała na spastyczność.Widoczne ruchy podrzędne wskazują na powtarzające się przyspieszenia i opóźnienia, co oznacza braki w płynności ruchu. Po opanowaniu tej techniki może być wykonana w ciągu 10 do 15 minut przez każdego wyszkolonego profesjonalistę bez szczególnych kwalifikacji technicznych. Do stworzenia i rozwoju programu do analizy danych potrzebna jest jednak wiedza techniczna.Procedura ta jest szczególnie istotna w przypadku badań klinicznych ze względu na prostą konfigurację z prostym pozyskiwaniem danych i analizą zadania uzasadnionego z ekologicznego punktu widzenia. Stosując tę metodę, uzyskujemy prawidłową, wiarygodną i responsywną kinematykę, która określa ilościowo kluczowe elementy analizy ruchu u osób po udarze. Po jej opracowaniu, metoda ta utorowała drogę naukowcom zajmującym się rehabilitacją neuronalną do zbadania kinematyki kończyn górnych w ogóle, ale także podczas celowych zadań, takich jak picie ze szklanki.Kluczowe zmienne zidentyfikowane w zadaniu picia dla osób po udarze, takie jak czas ruchu, płynność, kąt nachylenia łokci, prędkość i kompensacyjne przemieszczenie tułowia, są również uznawane za kluczowe dla udaru w innych zadaniach. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak skonfigurować i przeprowadzić prostą i klinicznie wykonalną analizę kinematyczną zadania kończyny górnej przy użyciu optycznego systemu przechwytywania ruchu.

kinematic-analysis-using-3d-motion-capture-drinking-task-people-with

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neuronauka

Ten protokół opisuje, jak używać analizy wideo klatka po klatce do ilościowego określenia idiosynkratycznych ruchów od zasięgu do uchwycenia u ludzi. Do zademonstrowania techniki wykorzystuje się analizę porównawczą dotarcia u osób widzących i niewidzących zdrowych dorosłych, ale metoda ta może być również zastosowana do badania populacji rozwojowych i klinicznych.

Klatka po klatce analiza wideo idiosynkratycznych ruchów sięgających do chwytania u ludzi

Obiektywny pomiar funkcji mięśni jest wyzwaniem, szczególnie u dzieci. W oparciu o dostępny na rynku cyfrowy czujnik 3D, opracowano przyjazny dla dzieci test do gier, aby ocenić funkcję kończyny górnej na potrzeby badań klinicznych.

Obiektywna i przyjazna dla dziecka ocena funkcji ramienia za pomocą czujnika 3D

Zaprojektowaliśmy test rzeczywistości wirtualnej do oceny instrumentalnych czynności życia codziennego (IADL) za pomocą systemu przechwytywania ruchu. Proponujemy szczegółową analizę kinematyczną w celu interpretacji różnych ruchów uczestnika, w tym trajektorii, odległości ruchu i czasu do ukończenia, aby ocenić możliwości IADL.

Pomiar kinematyki codziennych ruchów za pomocą systemów przechwytywania ruchu w rzeczywistości wirtualnej

Protokół jest proponowany do uchwycenia naturalnej funkcji ręki osób z upośledzeniem ręki podczas ich codziennych czynności za pomocą egocentrycznej kamery. Celem protokołu jest zapewnienie, że nagrania są reprezentatywne dla typowego użycia dłoni przez daną osobę podczas codziennych czynności w domu.

Uchwycenie reprezentatywnego użycia dłoni w domu za pomocą egocentrycznego wideo u osób z upośledzeniem kończyn górnych

Ten protokół ma na celu zbadanie wpływu warunków zadania na strategie ruchowe u osób, które przeżyły przewlekły udar. Co więcej, protokół ten można wykorzystać do zbadania, czy ograniczenie wyprostu łokcia wywołane stymulacją elektryczną nerwowo-mięśniową powoduje kompensację tułowia podczas sięgania ramion ukierunkowanych na cel u osób dorosłych bez niepełnosprawności.

Wpływ warunków wykonywania zadań motorycznych na kinematykę zasięgu ramienia ukierunkowanego na cel i kompensację tułowia u osób po przewlekłym udarze mózgu

Obecny protokół opisuje trójwymiarowe śledzenie/ocenę ruchu, aby zobrazować zmianę ruchu szczurów po ekspozycji na symulowane środowisko nieużywania.

Kompleksowe zrozumienie zmian chodu wywołanych bezczynnością u gryzoni

Zalecano stosowanie kinematycznych parametrów zadania picia w rehabilitacji po udarze kończyn górnych, jednak konwencjonalne podejścia do badań kinematycznych są uważane za niepraktyczne. Obecny protokół opisuje internetowy przewodnik do nagrywania nagrań z zadania picia, które są kompatybilne z komputerowym widzeniem i pozwalają wyodrębnić zalecane metryki kinematyczne.

Internetowy przewodnik dla klinicystów do nagrywania kompatybilnego wideo ze standaryzowanej kinematyki zadań picia do analizy widzenia komputerowego

Ten protokół przedstawia standaryzowany, pełnocielowy podejście do rejestracji ruchu w celu oceny zadania zbierania obiektów, ilustrując, jak różne strategie ruchu i wzorce kompensacyjne mogą być ilościowo scharakteryzowane podczas tej powszechnej aktywności funkcjonalnej.

Trójwymiarowa charakterystyka kinematyczna zadania podnoszenia przedmiotu z wykorzystaniem systemu analizy ruchu (Motion Capture)

Celem naszych badań jest powiązanie zachowania z aktywnością mózgu. Dokładne pomiary behawioralne i techniki obrazowania pozwalają nam wyjaśnić zależności między mózgiem a zachowaniem.

Korelacja reakcji behawioralnych z sygnałami fMRI z ludzkiej kory przedczołowej: badanie procesów poznawczych z wykorzystaniem analizy zadań

Niniejszy artykuł szczegółowo opisuje protokół elektroporacji in utero kory mózgowia oraz hipokampa u myszy w stadium E14.5. Wykazujemy również, że jest to cenna metoda badania dendrytów i kolców dendrytycznych w tych dwóch obszarach mózgu.

Wizualizacja i manipulacja genetyczna dendrytów i kolców w korze mózgu i hipokampie myszy z wykorzystaniem elektroporacji in utero

Poznaj metodę analizy kinematycznej ruchu kończyn górnych u pacjentów po udarze i osób zdrowych przy użyciu systemu przechwytywania ruchu 3D. Technika ta umożliwia szczegółowe ilościowe określenie deficytów ruchowych niewykrywanych tradycyjnymi metodami klinicznymi.

Analiza kinematyczna z wykorzystaniem przechwytywania ruchu 3D podczas picia u osób z i bez upośledzenia kończyn górnych

Przeglądaj więcej filmów