Name: Posturalna organizacja inicjacji chodu do analizy biomechanicznej z wykorzystaniem nagrań platformy siłowej (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-07-26T14:30:00.000+00:00
Duration: 6 min 21 s
Description: Poznaj metodę analizy inicjacji chodu z wykorzystaniem platformy siłowej do badania antycypacyjnych dostosowań posturalnych. Technika ta umożliwia precyzyjną ocenę biomechaniki ruchu w kontekście klinicznym i sportowym.

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

Autorzy chcieliby podziękować ANRT i LADAPT.

Autorzy nie mają sprzecznych interesów.

Celem tego artykułu było dostarczenie naukowcom, klinicystom i studentom szkół wyższych informacji na temat metody ("metody globalnej") stosowanej w naszym laboratorium do badania biomechanicznej organizacji inicjacji chodu (GI). Poniżej omówiono krytyczne kroki protokołu, ograniczenia metody oraz alternatywne metody i zastosowania.
Krytycznym krokiem w protokole jest wykrywanie zdarzeń czasowych przewodu pokarmowego (tj. początek APA, wychylenie pięty i palców oraz odczepienie tylnej stopy). ...

Inicjacja chodu (GI), przejściowa faza między postawą ortododalną a lokomocją, jest zadaniem funkcjonalnym i eksperymentalnym paradygmatem, który jest klasycznie używany w literaturze do badania kontroli postawy podczas złożonego zadania motorycznego wymagającego jednoczesnego napędu i stabilności całego ciała1. Wiadomo, że pacjenci ze schorzeniami neurologicznymi, takimi jak choroba Parkinsona2, stroke3, postępujące porażenie nadjądrowe4, oraz "zaburzenia chodu wyższego stopnia"5, mają trudności z inicjowaniem chodu, co naraża ich na zwiększone ryzyko upadku. Dlatego ważne jest, aby zarówno nauki podstawowe, jak i kliniczne opracowywały koncepcje i metody pozwalające uzyskać wgląd w mechanizmy kontroli postawy występujące podczas inicjacji chodu, aby zdobyć wiedzę naukową i lepiej zrozumieć patofizjologię zaburzeń chodu i równowagi oraz być w stanie zaradzić im poprzez odpowiednie interwencje.
Koncepcja biomechanicznej organizacji inicjacji chodu jest opisana poniżej, a klasyczna metoda przeznaczona do badania tej organizacji jest szczegółowo opisana w sekcji protokołu. GI można podzielić na trzy następujące po sobie fazy: fazę "antycypacyjnych korekt postawy" (APA) odpowiadającą dynamicznym zjawiskom zachodzącym w całym ciele przed zejściem pięty z wymachu, fazę "odciążania" (między zejściem z pięty a odsunięciem palców) oraz fazę "wymachu", która kończy się w momencie zetknięcia się stopy zamachu z powierzchnią podparcia. Ten klasyczny podział procesu żołądkowo-jelitowego wywodzi się z pionierskich badań Belenkii et al.6 i inni7,8, koncentrując się na koordynacji między postawą a ruchem podczas dobrowolnego podnoszenia ramion do poziomu w pozycji wyprostowanej. W tym paradygmacie segmenty ciała, które są bezpośrednio zaangażowane w podnoszenie ramienia, odpowiadają łańcuchowi "ogniskowemu", podczas gdy segmenty ciała, które są umieszczone między proksymalną częścią łańcucha ogniskowego a powierzchnią podparcia, odpowiadają łańcuchowi "posturalnemu"9. Autorzy ci stwierdzili, że unoszenie ramienia było systematycznie poprzedzane dynamicznymi i elektromiograficznymi zjawiskami w łańcuchu posturalnym, które nazwali "antycypacyjnymi korektami postawy". W przypadku GI odchylenie pięty (lub odchylenie palca od nogi, w zależności od autorów) jest uważane za początek ruchu chodu10. W związku z tym zjawiska dynamiczne zachodzące przed tym momentem odpowiadają APA, a kończyna wymachu jest uważana za składową łańcucha ogniskowego11. Stwierdzenie to jest zgodne z klasyczną koncepcją biomechanicznej organizacji ruchu, zgodnie z którą każdy akt motoryczny musi obejmować komponent ogniskowy i posturalny12,13.
Z biomechanicznego punktu widzenia, APA związane z GI objawia się jako wsteczne i przyśrodkowo-boczne (boczny zorientowany na bok) przemieszczenie środka nacisku, które działa w celu przesunięcia środka ciężkości w przeciwnym kierunku - do przodu i w kierunku strony nogi stojącej. Im większy antycypacyjny środek przemieszczenia ciśnienia do tyłu, tym wyższa wydajność silnika pod względem prędkości wysuniętego do przodu środka ciężkości przy kontakcie ze stopą10,14. Ponadto, przesuwając środek ciężkości w stronę nogi w pozycji stojącej, APA przyczynia się do utrzymania stabilności przyśrodkowo-bocznej podczas fazy wymachu GI1,15,16,17. Aktualna literatura podkreśla, że zmiana w tej antycypacyjnej kontroli stabilności jest głównym źródłem upadków u osób starszych1. Stabilność podczas GI została określona ilościowo w literaturze z adaptacją "marginesu stabilności"18, wielkości, która uwzględnia zarówno prędkość, jak i położenie środka ciężkości w podstawie podpory. Oprócz rozwoju APA, doniesiono, że upadek środka ciężkości podczas fazy wymachu przewodu pokarmowego pod wpływem grawitacji jest aktywnie hamowany przez triceps surae nogi w podporie. To aktywne hamowanie ułatwia utrzymanie stabilności po kontakcie ze stopą, umożliwiając płynne lądowanie stopy na powierzchni podparcia4.
Celem tego artykułu jest dostarczenie uczonym, klinicystom i studentom wyższych uczelni informacji na temat materiału i metody opracowanej w naszym laboratorium w celu zbadania organizacji postawy przewodu pokarmowego za pomocą podejścia biomechanicznego. Ta "globalna" metoda (która może być również utożsamiona z metodą "kinetyczną" z powodów wyszczególnionych poniżej) została zainicjowana przez Brenière'a i współpracowników10,19. Opiera się na bezpośredniej zasadzie mechaniki do obliczania zarówno przyspieszenia środka ciężkości, jak i chwilowych położeń środka ciśnienia. Każdy z tych punktów jest globalnym wyrazem charakterystycznym dla danego ruchu.
Jeden to chwilowe wyrażenie ruchów wszystkich segmentów ciała związanych z celem ruchu (środek ciężkości; np. prędkość postępu ciała podczas GI); drugi (środek ciśnienia) jest wyrazem warunków wsparcia niezbędnych do osiągnięcia tego celu. Chwilowe pozycje tych dwóch punktów odzwierciedlają warunki posturodynamiczne, które muszą być spełnione przy inicjacji chodu. Platforma siłowa jest odpowiednim instrumentem dla tego modelu, ponieważ umożliwia bezpośredni pomiar sił i momentów zewnętrznych działających na powierzchnię nośną podczas ruchu. Pozwala również na wykonywanie naturalnych ruchów i nie wymaga specjalnego przygotowania.
Wiadomo, że wiele czynników wpływa na organizację postawy GI, w tym czynniki biomechaniczne, (neuro)fizjologiczne, psychologiczne, środowiskowe i poznawcze1,20. W pracy skoncentrowano się na wpływie dwóch czynników - prędkości przewodu pokarmowego i ciśnienia czasowego - i przedstawiono typowe wartości uzyskiwane u zdrowych młodych dorosłych.

<table><tbody><tr><td>Platforma(y) siłowa(e)</td><td>AMTI</td><td></td><td>Jedna duża [120 cm x 60 cm] lub dwie małe [60 cm x 40 cm] platforma(y) siłowa(e)</td></tr><tr><td>Python lub Matlab</td><td>Python lub MathWorks</td><td></td><td>Język programowania do obliczania zmiennych eksperymentalnych</td></tr><tr><td>Zarządzanie ścieżką Qualisys</td><td></td><td></td><td>Oprogramowanie do synchronizacji platform(-ów) siłowych, rejestracji i wizualizacji on-line surowych śladów biomechanicznych (siły i momenty 3D)</td></tr><tr><td>Visual3D</td><td>C-Motion Inc</td><td></td><td>Oprogramowanie do przetwarzania surowych śladów biomechanicznych (filtrowanie dolnoprzepustowe)</td></tr></tbody></table>

posturalna organizacja inicjacji chodu do analizy biomechanicznej z wykorzystaniem nagrań platformy siłowej

Postural Organization of Gait Initiation for Biomechanical Analysis Using Force Platform Recordings

Inicjacja chodu (GI), przejściowa faza między ortododalną postawą a lokomocją, jest funkcjonalnym zadaniem i eksperymentalnym paradygmatem, który jest klasycznie używany w literaturze w celu uzyskania wglądu w podstawowe mechanizmy posturalne leżące u podstaw ruchu ciała i kontroli równowagi. Badanie przewodu pokarmowego przyczyniło się również do lepszego zrozumienia fizjopatologii zaburzeń postawy u osób starszych i neurologicznych (np. pacjentów z chorobą Parkinsona). W związku z tym uznaje się, że ma ważne implikacje kliniczne, zwłaszcza w zakresie zapobiegania upadkom.
Ten artykuł ma na celu dostarczenie uczonym, klinicystom i studentom wyższych uczelni informacji na temat materiału i metody opracowanej do badania organizacji postawy przewodu pokarmowego za pomocą podejścia biomechanicznego. Metoda opiera się na zapisach platformy siłowej i bezpośredniej zasadzie mechaniki do obliczenia kinematyki środka ciężkości i środka nacisku. Interakcja między tymi dwoma wirtualnymi punktami jest kluczowym elementem tej metody, ponieważ określa warunki stabilności i progresji całego ciała. Protokół polega na tym, że uczestnik początkowo stoi nieruchomo w pozycji wyprostowanej i zaczyna chodzić aż do końca toru o długości co najmniej 5 m.
Zaleca się różnicowanie prędkości GI (wolny, spontaniczny, szybki) oraz poziomu ciśnienia czasowego - chód może być zainicjowany tak szybko, jak to możliwe, po dostarczeniu sygnału odjazdu (wysoki poziom ciśnienia czasowego) lub gdy uczestnik czuje się gotowy (niski poziom ciśnienia skroniowego). Określono parametry biomechaniczne uzyskane tą metodą (np. czas trwania i amplitudę wyprzedzających korekt postawy, długość/szerokość kroku, wydajność i stabilność) oraz szczegółowo opisano metodę ich obliczania. Ponadto podano typowe wartości uzyskiwane u zdrowych młodych osób dorosłych. Na koniec omówiono kluczowe etapy, ograniczenia i znaczenie metody w stosunku do metody alternatywnej (systemu przechwytywania ruchu).

Opis reprezentatywnych wykresów biomechanicznych w funkcji czasu otrzymanych z platformy dynamometrycznej podczas inicjacji chodu 
Niezależnie od poziomu presji czasowej lub instrukcji dotyczącej prędkości GI, odryciu pięty nogi przenoszonej systematycznie poprzedzają APA. Te APA mogą charakteryzować się przesunięciem środka nacisku do tyłu i w stronę nogi przenoszonej (Rycina 2). To antycypacyjne przesunięcie środka nacisku sprzyja przyspieszeniu środka ciężkości w przec...

Ten artykuł opisuje materiał i metodę opracowaną do badania organizacji posturalnej inicjacji chodu. Metoda opiera się na zapisach platformy siłowej i na bezpośredniej zasadzie mechaniki do obliczania kinematyki środka ciężkości i środka nacisku.

Posturalna organizacja inicjacji chodu do analizy biomechanicznej z wykorzystaniem nagrań platformy siłowej

Gait initiation (GI), the transient phase between orthograde posture and steady-state locomotion, is a functional task and an experimental paradigm that ...

Metoda ta umożliwia uzyskanie wyprzedzającej korekty postawy (APA). APA odzwierciedla funkcjonowanie systemu na szczeblu centralnym. Umożliwia to zatem postawienie pytania o to, jak wyglądają APA, MOS i BI.Główną zaletą tej techniki jest precyzja. Co więcej, jest to technika, która może zostać zaadaptowana i mniej męcząca dla pacjentów, którzy mają na przykład fiksację motoryczną. Implikacje tej techniki można rozszerzyć na wszystkie patologie robocze.W przypadku choroby Parkinsona jest to szczególnie interesujące, ponieważ może pomóc w znalezieniu mechanicznego markera do postawienia wcześniejszej diagnozy lub wykrycia subklinicznej równowagi i zaburzeń chodu. Ta metoda ma zastosowanie w niektórych sportach, takich jak bieganie lub sport z gestem w nieruchomej pozycji, taki jak strzelanie do koszykówki lub baseballu. Myślę, że osoba, która nigdy nie praktykowała tej metody, również może sobie dobrze poradzić.Po prostu musisz być rygorystyczny. Na początek poproś uczestników, aby stali boso i nieruchomo na platformie siłowej w swojej naturalnej, wyprostowanej pozycji. Z rękami luźno zwisającymi po bokach i wzrokiem skierowanym na cel na wysokości oczu oddalony o co najmniej pięć metrów.Określ preferowaną nogę startową uczestnika, lekko naciskając na jego plecy w początkowej pozycji z zamkniętymi oczami, aby sprowokować krok do przodu. Wyjaśnij uczestnikom, że zadanie, które mają wykonać, polega na zainicjowaniu chodu z pozycji stojącej preferowaną nogą. Aby kontynuować marsz do końca toru, a następnie spokojnie powrócić do początkowej pozycji stojącej.Wyjaśnij, że chód rozpoczyna się po dwóch następujących po sobie sygnałach: sygnale wstępnym i sygnale odjazdu. Następnie wyjaśnij instrukcje dotyczące prędkości i ciśnienia czasowego. Uruchom akwizycję danych z platformy siłowej i dostarcz uczestnikom pierwszy lub przygotowawczy sygnał.Poinstruuj je, aby stały nieruchomo i nie oczekiwały inicjacji chodu na ten pierwszy sygnał. Upewnij się, że uczestnicy są nieruchomi wzrokowo. Sprawdź unieruchomienie online z wykresami czasowymi przednio-tylnego lub przyśrodkowego bocznego środka przemieszczenia ciśnienia.Następnie wyślij drugi sygnał lub sygnał odjazdu. Zmień warunki ciśnienia czasowego wywieranego na inicjację chodu, a następnie zmień warunki prędkości inicjacji chodu. Poinstruuj uczestników, aby wykonali serię 10 kolejnych prób w każdym warunku eksperymentalnym i narzucili co najmniej dwuminutowy odpoczynek między kolejnymi warunkami, aby uniknąć skutków zmęczenia.W każdym warunku pozwól uczestnikom na wykonanie dwóch prób zapoznawczych przed nagraniami. Na koniec przerwij pobieranie danych, gdy uczestnik opuści platformę siłową. Przedstawiono tu biomechaniczne wykresy czasowe uzyskane z platformy sił podczas inicjacji chodu oraz wybrane przestrzenne zmienne czasowe.Chód został zainicjowany szybko w warunkach czasu reakcji. Przedstawiono tutaj przyspieszenie środka ciężkości i prędkość środka ciężkości wzdłuż przednio-tylnego, przyśrodkowego bocznego i pionowego kierunku. Na tym rysunku przedstawiono również przemieszczenie środka nacisku wzdłuż przednio-tylnego i przyśrodkowego kierunku bocznego.Początek wyprzedzającej korekty postawy (APA) wzdłuż środkowego kierunku bocznego i przednio-tylnego, czas oderwania pięty zamachu, czas oderwania palca wymachu, czas kontaktu stopy z wymachem i czas oderwania tylnej stopy są pokazane tutaj. Rysunek przedstawia również reprezentatywne wartości różnych zmiennych czasowych, takich jak okna czasowe dla APA, faza rozładowywania i faza wymachu inicjacji chodu. Reprezentatywne wartości różnych zmiennych przestrzennych, takich jak prędkość przednio-tylna środka ciężkości przy odłożeniu stopy i kontakt stopy.Pokazano tutaj maksymalny środek przewidywania przemieszczenia ciśnienia, długość kroku, szerokość kroku, szczytową prędkość środka ciężkości skierowaną w dół i pionową prędkość środka ciężkości w czasie kontaktu ze stopą wahadłową. Najważniejszą częścią stopy jest upewnienie się, że uczestnik jest widocznie nieruchomy, aby mieć dobrą linię wyjściową. Oprócz tego ważne jest również, aby uczestnik wykonał dwie formalności, które należy mieć przed nagraniem.To pozwoli nam na naprawdę lepszą próbę podczas tych fragmentów. Tak więc metoda kinematyczna może być używana do dodawania danych podczas pracy stacjonarnej. Myślę, że może to zainteresować niektórych badaczy i zastanowić się, jak mogą wykorzystać tę technikę w terenie, od inżynierii po replikację kliniczną.

postural-organization-gait-initiation-for-biomechanical-analysis

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neuronauka

Interfejsy neuronowe (NMI) zostały opracowane w celu identyfikacji trybu lokomocji użytkownika. Te NMI są potencjalnie przydatne do neuronalnej kontroli napędzanych sztucznych nóg, ale nie zostały w pełni zademonstrowane. W tym artykule przedstawiono (1) zaprojektowaną przez nas platformę inżynieryjną do łatwego wdrażania i rozwoju sterowania neuronowego dla zasilanych protez kończyn dolnych oraz (2) eksperymentalną konfigurację i protokół w środowisku laboratoryjnym do bezpiecznej i efektywnej...

Platforma inżynieryjna i protokół eksperymentalny do projektowania i oceny protezy przezudowej sterowanej neuronalnie

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.

Uzasadnienie odpowiednich technik przechwytywania ruchu do oceny chodu i postawy nordic walking u osób starszych

Tutaj prezentujemy nowatorski protokół do pomiaru stabilności pozycyjnej w kluczowych momentach podczas jazdy z pozycji siedzącej do stojącej i chodzącej, wykorzystując środek nacisku do odległości środka ciężkości całego ciała. Zostało to wyprowadzone z platformy siłowej i technologii trójwymiarowego przechwytywania ruchu. Paradygmat jest wiarygodny i może być wykorzystany do oceny osób z zaburzeniami neurologicznymi.

Siedzenie, stanie i chodzenie od 120% wysokości kolan: nowatorskie podejście do oceny dynamicznej kontroli postawy niezależnie od kończyny prowadzącej

To badanie dotyczyło kinematyki kończyn dolnych i siły reakcji podłoża (GRF) podczas umiarkowanego joggingu i biegania na wysokich obcasach. Badani zostali podzieleni na grupy osób noszących doświadczone i nieposiadających doświadczenia. Trójwymiarowy system analizy ruchu ze skonfigurowaną platformą siłową rejestrował ruchy stawów kończyn dolnych i GRF.

Wykorzystanie złotego standardu metod analizy chodu do oceny wpływu doświadczenia na mechanikę kończyn dolnych podczas umiarkowanego joggingu i biegania na wysokich obcasach

W tym badaniu przedstawiono przyjazną dla klinicystów metodę trójwymiarowej analizy chodu, która została zaprojektowana do przeprowadzenia w klinice rehabilitacyjnej. Metoda składa się z uproszczonej metody pomiaru i intuicyjnych danych liczbowych, które ułatwiają lekarzom zrozumienie wyników.

Klinicznie zorientowana metoda trójwymiarowej analizy chodu do oceny zaburzeń chodu

Prezentowany tutaj jest protokół do zbierania i analizy trójwymiarowej kinematyki poruszania się czworonożnych u gryzoni do badań przedklinicznych.

Analiza kinematyczna chodu 3D do badań przedklinicznych na gryzoniach

Ten artykuł przedstawia eksperymentalne/analityczne ramy do badania kontroli postawy człowieka. Protokół zawiera procedury krok po kroku dotyczące przeprowadzania eksperymentów w pozycji stojącej, pomiaru kinematyki i kinetyki ciała oraz analizowania wyników w celu zapewnienia wglądu w mechanizmy leżące u podstaw kontroli postawy człowieka.

Eksperymentalne metody badania kontroli postawy człowieka

To badanie porównało cechy biomechaniczne kończyny dolnej podczas nieplanowanego zakończenia chodu przy różnych prędkościach chodu. Dane kinematyczne i kinetyczne kończyn dolnych od piętnastu osób o normalnej i dużej prędkości chodzenia zebrano przy użyciu systemu analizy ruchu i platformy nacisku podeszwowego.

Charakterystyka biomechaniczna kończyn dolnych związana z nieplanowanym zakończeniem chodu przy różnych prędkościach chodzenia

Osoby z przewlekłą niestabilnością stawu skokowego (CAI) wykazują niedobór kontroli postawy i opóźnioną aktywację mięśni kończyn dolnych. Komputerowa posturografia dynamiczna w połączeniu z elektromiografią powierzchniową zapewnia wgląd w koordynację układu wzrokowego, somatosensorycznego i przedsionkowego z regulacją aktywacji mięśni w celu utrzymania stabilności postawy u osób z CAI.

Ocena kontroli postawy i aktywacji mięśni kończyn dolnych u osób z przewlekłą niestabilnością stawu skokowego

Obecny protokół przedstawia eksperymentalną konfigurację zaprojektowaną do zbadania wpływu manipulacji szerokością kroku na biomechanikę działania za pomocą systemu przechwytywania ruchu. Celem jest poszerzenie odpowiednich zbiorów danych i zbadanie wpływu różnych szerokości stopni na łańcuch kinematyczny kończyny dolnej człowieka.

Wpływ manipulacji szerokością kroku na biomechanikę biegu

Protokół ten opisuje ustandaryzowane podejście do ilościowej analizy rozkładu ciśnienia podeszwowego, równowagi stopy i kąta osi stopy podczas zadań zmiany kierunku 45° za pomocą płytki naciskowej Footscan, umożliwiającej powtarzalną ocenę dwustronnych wzorców obciążeń kończyn przy kontrolowanej prędkości podejścia.

Wpływ ruchu zmiany kierunku (COD) na ciśnienie podeszwowe i równowagę stopy w kończynach obustronnych

Poznaj metodę analizy inicjacji chodu z wykorzystaniem platformy siłowej do badania antycypacyjnych dostosowań posturalnych. Technika ta umożliwia precyzyjną ocenę biomechaniki ruchu w kontekście klinicznym i sportowym.

Posturalna organizacja inicjacji chodu do analizy biomechanicznej z wykorzystaniem nagrań platformy siłowej

Przeglądaj więcej filmów