Posturalna organizacja inicjacji chodu do analizy biomechanicznej z wykorzystaniem nagrań platformy siłowej
26 lipca 2022
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.
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.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejsza praca przedstawia metodę badania organizacji postawy podczas inicjacji chodu za pomocą pomiarów na platformie dynamometrycznej, ze szczególnym uwzględnieniem antycypacyjnych korekt postawy (APA). Podejście to ma na celu pomoc w zrozumieniu funkcjonowania ośrodkowego układu nerwowego podczas rozpoczynania chodu oraz zapewnia precyzję w rejestrowaniu zmiennych biomechanicznych istotnych dla pacjentów z zaburzeniami motorycznymi.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Biomechanika
- Kontrola motoryczna
Wstęp
- Badanie dotyczy inicjacji chodu oraz korekt postawy.
- Antycypacyjne korekty postawy są kluczowe dla efektywnego przemieszczania się.
- Metoda ta znajduje zastosowanie w różnych stanach klinicznych, zwłaszcza w chorobie Parkinsona.
- Istnieje potencjał do poprawy wyników w dyscyplinach sportowych wymagających precyzyjnych ruchów.
Cel badania
- Opracowanie precyzyjnej metody analizy inicjacji chodu.
- Ocena antycypacyjnych korekt postawy w różnych kontekstach.
- Zbadanie potencjalnych markerów służących do wczesnej diagnostyki zaburzeń chodu.
Zastosowane metody
- Do analizy inicjacji chodu u uczestników wykorzystano pomiary z platformy dynamometrycznej.
- Uczestnicy stali boso na platformie dynamometrycznej, podczas gdy monitorowano ich unieruchomienie oraz czasy reakcji.
- Warunki eksperymentalne obejmowały warianty presji czasowej oraz prędkości inicjacji chodu.
- Przeprowadzono wielokrotne próby wraz z sesjami zapoznawczymi w celu zapewnienia wiarygodności danych.
- Akwizycję danych zakończono w momencie, gdy uczestnicy opuścili platformę.
Główne wyniki
- Metoda ta pozwoliła na skuteczne zarejestrowanie kluczowych parametrów biomechanicznych podczas inicjacji chodu.
- Wyniki dostarczyły szczegółowych informacji na temat dynamiki środka ciężkości oraz środka nacisku podczas ruchu.
- Zmienne warunki inicjacji chodu miały istotny wpływ na wyniki uczestników.
- Ustalono powiązania między APA a skuteczną inicjacją chodu w różnych scenariuszach.
Wnioski
- Niniejsza praca ustanawia podstawową metodologię analizy inicjacji chodu oraz kontroli postawy.
- Adaptacyjność tej techniki może pogłębić zrozumienie kontroli motorycznej w kontekście klinicznym i sportowym.
- Wnioski dotyczące diagnostyki zaburzeń motorycznych oraz poprawy wyników sportowych mają istotne znaczenie.
Najczęściej Zadawane Pytania
Znaczenie dla przemysłu
Ilościowa analiza biomechaniczna inicjacji chodu z wykorzystaniem pomiarów z platformy dynamometrycznej umożliwia precyzyjną ocenę mechanizmów kontroli postawy, istotną w badaniach nad wczesnymi stadiami schorzeń neurologicznych i zaburzeń ruchu. Podejście to zwiększa pewność prognostyczną w identyfikowaniu subtelnych deficytów motorycznych oraz wspiera podejmowanie decyzji w oparciu o analizę ryzyka podczas opracowywania modeli translacyjnych i przedklinicznych. Adaptacyjność i powtarzalność tej metody sprawiają, że stanowi ona narzędzie wielokrotnego użytku dla zespołów badawczo-rozwojowych w przedsiębiorstwach, koncentrujących się na mechanistycznej redukcji ryzyka oraz walidacji celów w szlakach kontroli motorycznej.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne etapy odkrywania i walidacja celu
- Umożliwia badanie kontroli ośrodkowego układu nerwowego nad antycypacyjnymi korektami postawy (APA).
- Wspiera ograniczanie ryzyka biologicznego poprzez ilościowe określanie funkcjonalnych wyników motorycznych w układach istotnych dla danej choroby.
- Ułatwia uzyskanie pewności predykcyjnej w walidacji celów terapeutycznych w zaburzeniach ruchu i równowagi.
Przesiewy i opracowanie testów
- Przygotowuje zwalidowane odczyty biomechaniczne do późniejszej analizy interwencji terapeutycznych.
- Standaryzuje pomiar przestrzennych i czasowych parametrów chodu w celu zapewnienia powtarzalności.
- Umożliwia skalowalną, ilościową ocenę wpływu perturbacji genetycznych lub związków chemicznych na funkcje motoryczne.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Koreluje markery biomechaniczne z punktami końcowymi o charakterze translacyjnym w celu oceny modeli przedklinicznych.
- Zapewnia ciągłość procesu od etapu odkrycia po walidację przedkliniczną w badaniach nad zaburzeniami ruchowymi.
- Umożliwia mechanistyczną redukcję ryzyka przy wyborze kandydatów w badaniach nad chorobami neurologicznymi.
Integracja potoku i przepływu pracy
Ta metoda oparta na platformie dynamometrycznej integruje się z continuum badań od etapu odkryć po badania przedkliniczne w zakresie kontroli motorycznej i zaburzeń równowagi.
- Biologia odkrywcza: Ilościowo określa dynamikę APA i środka ciężkości w celu wyjaśnienia ścieżek kontroli postawy.
- Przesiewanie: Dostarcza powtarzalnych, ilościowych wyników do porównywania różnych warunków.
- Analityka: Zapewnia szczegółowe wskaźniki czasowe i przestrzenne do analizy statystycznej efektów interwencji.
- Badania translacyjne: Łączy wyniki odkryć z walidacją modeli przedklinicznych przy użyciu markerów biomechanicznych.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Oferuje ustandaryzowaną, adaptacyjną platformę do wielokrotnego zastosowania w programach B+R.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność predykcyjną i redukuje niejednoznaczność mechanistyczną w badaniach nad kontrolą motoryczną.
- Wartość operacyjna: Poprawia standaryzację, powtarzalność i skalowalność testów biomechanicznych.
- Wartość strategiczna: Usprawnia podejmowanie decyzji o kontynuacji lub przerwaniu projektu (go/no-go) oraz zwiększa efektywność kapitałową dzięki możliwości wczesnego wykrywania deficytów funkcjonalnych.
- Wpływ na portfolio: Wspiera priorytetyzację skorygowaną o ryzyko oraz rozwój programów badawczych nad zaburzeniami ruchowymi.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymaga wiedzy z zakresu biomechaniki oraz interpretacji danych z platformy dynamometrycznej.
- Wymagany jest dostęp do skalibrowanych platform dynamometrycznych oraz oprogramowania analitycznego do obliczeń kinematycznych.
- Wymagane jest rygorystyczne instruowanie uczestników oraz standaryzacja protokołu pomiędzy zespołami.
- Metoda jest dostosowywalna do populacji zdrowych, neurologicznych i sportowych poprzez modyfikacje protokołu.
- Wyniki mogą być ograniczone przez zdolność uczestnika do pozostania w bezruchu i precyzyjnego przestrzegania instrukcji.
