Trójwymiarowa charakterystyka kinematyczna zadania podnoszenia przedmiotu z wykorzystaniem systemu analizy ruchu (Motion Capture)
15 maja 2026
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.
W niniejszym badaniu dążymy do zdekodowania zadania podnoszenia przedmiotu przy użyciu systemu przechwytywania ruchu oraz do przedstawienia szczegółowego opisu jego elementów kinematycznych. Dotychczasowe metody nie zapewniają jasnego zrozumienia szybkich reakcji w warunkach normalnych, a niniejszy protokół ustanawia bazowe wyniki wydajności, co poprawia interpretację oraz przydatność kliniczną. Na początek poproś uczestnika o założenie podkoszulka i lekkich spodenek.
Należy upewnić się, że uczestnik jest boso. Poinstruuj uczestnika, aby przeszedł krótki dystans oddalając się od badacza w komfortowym, samodzielnie dobranym tempie. Następnie poproś uczestnika, aby odwrócił się i podszedł z powrotem do badacza w tym samym tempie.
Poproś uczestnika o wyprostowanie szyi poprzez patrzenie w górę, zgięcie szyi poprzez patrzenie w dół, obrót głowy w lewo i w prawo oraz przechylenie głowy na obie strony. Poleć uczestnikowi wykonanie skłonu tułowia do przodu i do tyłu, rotację tułowia w lewo i w prawo oraz zgięcia boczne na obie strony.
Po bezpiecznym i swobodnym wykonaniu wszystkich ruchów poproś uczestnika, aby pozostał w pozycji stojącej w celu kolejnego rozmieszczenia markerów. Upewnij się, że uczestnik stoi w rozluźnionej, wyprostowanej postawie, z rękami naturalnie opuszczonymi wzdłuż boków ciała. Wybadaj palpacyjnie tylne punkty anatomiczne i kolejno umieść bazy magnetyczne nad wyrostkami kolczystymi T4, T8, T10 oraz nad lewym i prawym kolcem biodrowym tylnym górnym.
Następnie należy umieścić podstawę magnetyczną na tylnej powierzchni grzebienia biodrowego, około dwa do trzech cali superolateralnie w stosunku do kolca biodrowego tylnego górnego. Po ustawieniu tylnych podstaw magnetycznych należy przymocować je taśmą. Następnie należy poprosić uczestnika, aby obrócił się przodem do badacza, stojąc prosto.
Zlokalizuj palpacyjnie lewą i prawą kolce biodrowe przednie górne i przymocuj w tych miejscach podstawy magnetyczne. Zlokalizuj wyrostek mieczykowaty i umieść nad nim podstawę magnetyczną. Następnie przymocuj przednie podstawy magnetyczne za pomocą taśmy.
Poproś uczestnika o ponowne założenie górnej części odzieży i powrót do pozycji wyprostowanej. Wybadaj palcami wcześniej umieszczone podstawy magnetyczne przez ubranie i kolejno przyczep do nich markery odblaskowe. Poleć uczestnikowi odwrócenie się od badającego i zgięcie szyi do przodu.
Następnie zlokalizuj siódmy kręg szyjny i umieść marker odblaskowy nad tym punktem orientacyjnym. Poproś uczestnika o powrót do neutralnej pozycji głowy i odwrócenie się przodem do badacza. Zidentyfikuj mostek i przymocuj nad nim marker odblaskowy.
Następnie przeprowadź palpację wyrostków barkowych po lewej i prawej stronie i umieść marker odblaskowy nad zidentyfikowanym punktem orientacyjnym. Poproś uczestnika, aby usiadł wygodnie i położył prawą dłoń na lewym kolanie. Zlokalizuj nadkłykcie przyśrodkowy i boczny prawej kości ramiennej i umieść nad nimi markery odblaskowe.
Następnie powtórz procedurę dla lewego łokcia. Potem poproś uczestnika o wygodne ułożenie obu dłoni na udach. Zidentyfikuj wyrostki rylkowate kości promieniowej i łokciowej, a następnie umieść marker odblaskowy nad tym punktem orientacyjnym.
W ten sam sposób powtórz procedurę dla przeciwległego nadgarstka. Następnie zlokalizuj poprzez palpację kość główną w jednej dłoni, przyczep nad nią marker odblaskowy i powtórz czynność w drugiej dłoni. Umieść jeden marker odblaskowy na paznokciu kciuka i jeden marker odblaskowy na środkowym palcu każdej dłoni.
Gdy uczestnik siedzi w wygodnej pozycji, należy zlokalizować palpacyjnie kłykcie przyśrodkowy i boczny kości udowej prawego kolana i zamocować w tym miejscu marker odblaskowy. Procedurę należy powtórzyć dla lewego kolana. Następnie należy zlokalizować kostki przyśrodkową i boczną prawego stawu skokowego i umieścić tam marker odblaskowy.
Następnie zidentyfikuj kość klin środkową oraz głowy pierwszej, drugiej i piątej kości śródstopia prawej stopy i umieść marker odblaskowy nad każdym z tych punktów orientacyjnych. Następnie zbadaj palpacyjnie guz piętowy prawej stopy. Przymocuj marker odblaskowy nad tym punktem, a następnie powtórz rozmieszczenie markerów dla lewej stopy.
Przymocuj grupy markerów do segmentów przedramion, dłoni, ramion, ud oraz podudzi obustronnie. Każdą grupę należy mocno zabezpieczyć za pomocą pasków lub taśmy. Następnie umieść obustronnie markery refleksyjne na kości czołowej tuż powyżej brwi, a następnie na kościach skroniowych.
Używając zmywalnego markera do skóry, obrysuj wszystkie markery i klastry umieszczone na skórze, aby umożliwić spójne ich ponowne rozmieszczenie w razie potrzeby. Sprawdź, czy markery nie są luźne, czy klastry nie przesuwają się oraz czy nie występują przeszkody w widoczności (okluzje) podczas postawy stojącej. Popraw wszelkie błędy w rozmieszczeniu i zabezpiecz wszystkie niestabilne mocowania.
Jeśli nie stwierdzono żadnych problemów, należy przejść do zadania podnoszenia przedmiotu. Rozmieścić kamery do przechwytywania ruchu wokół obszaru pomiarowego, aby zapewnić pełną widoczność ciała podczas skłonu do przodu, interakcji z przedmiotem i powrotu do pozycji stojącej. Zdefiniować obszar pomiarowy wystarczająco duży, aby pomieścić cały ruch podnoszenia bez przesłonięć.
Zkalibruj system przechwytywania ruchu zgodnie z wytycznymi producenta, aby ustanowić globalny układ współrzędnych. Sprawdź, czy wszystkie kamery wyraźnie wykrywają markery odblaskowe i upewnij się, że w obszarze przechwytywania nie znajdują się żadne niepożądane obiekty odblaskowe. Rozpocznij nagrywanie przechwytywania ruchu przed poleceniem uczestnikowi rozpoczęcia ruchu.
Zatrzymaj nagrywanie dopiero po zakończeniu zadania przez uczestnika. Przejrzyj nagranie, aby upewnić się, że wszystkie markery są widoczne, przed przystąpieniem do kolejnego nagrania. Upewnij się, że uczestnik stoi wyprostowany w obrębie obszaru przechwytywania.
Poleć uczestnikowi odwiedzenie obu ramion do około 45 stopni względem ciała, przy całkowicie wyprostowanych łokciach i dłoniach skierowanych do przodu. Poproś uczestnika o pozostanie w bezruchu przez dwie sekundy, odliczając na głos: 1000, 2000. Poleć uczestnikowi dalsze odwiedzenie obu ramion do około 90 stopni względem ciała, przy wyprostowanych łokciach i dłoniach skierowanych w dół.
Poproś uczestnika, aby pozostał w bezruchu przez dwie sekundy i odliczył na głos: 1000, 2000. Poleć uczestnikowi opuszczenie obu rąk wzdłuż boków i przyjęcie rozluźnionej, neutralnej postawy. Umieść ustandaryzowany obiekt na podłodze w określonym miejscu w obrębie obszaru przechwytywania.
Poproś uczestnika o wyprostowaną postawę w wygodnej, samodzielnie wybranej pozycji, przodem do obiektu. Poleć uczestnikowi podniesienie obiektu z podłogi w komfortowym tempie, powrót do pozycji stojącej i przekazanie go. Podczas odzyskiwania i ponownego ustawiania obiektu pomiędzy próbami zachowaj wygodną pozycję siedzącą lub klęczącą na podłodze, aby zapewnić spójność jego rozmieszczenia.
Poproś uczestnika o wykonanie trzech prób jedną ręką. Następnie powtórz zadanie w trzech próbach z użyciem drugiej ręki. Uczestników podzielono na trzy grupy strategii ruchu: z dominacją przysiadu, z dominacją zgięcia w biodrach oraz hybrydową.
Nie stwierdzono istotnych różnic w wieku, rozkładzie płci, wzroście ani wadze pomiędzy grupami. Kąty zgięcia kolana różniły się istotnie między grupami zarówno dla warunków z użyciem ręki dominującej, jak i niedominującej, przy dużych wielkościach efektu. Kinematyka stawu skokowego wykazała istotne różnice grupowe w warunkach z użyciem ręki dominującej i niedominującej przy dużych wielkościach efektu.
Zgięcie tułowia różniło się znacząco między grupami zarówno dla warunku ręki dominującej, jak i niedominującej, przy umiarkowanych wielkościach efektu. Kinematyka stawu biodrowego nie różniła się znacząco między grupami ani dla warunku ręki dominującej, ani niedominującej. W przypadku podnoszenia przedmiotu ręką niedominującą zaobserwowano większe zgięcie w lewym stawie skokowym i lewym stawie kolanowym w porównaniu z podnoszeniem przedmiotu ręką dominującą, przy dużych wielkościach efektu.
Istotne różnice zaobserwowano również w prawym stawie skokowym i lewym stawie biodrowym pomiędzy warunkami z użyciem ręki dominującej i niedominującej, przy czym wielkości efektu były duże. Nie stwierdzono istotnych różnic w prawym stawie kolanowym, prawym stawie biodrowym ani w tułowiu pomiędzy warunkami z użyciem ręki dominującej i niedominującej. Niniejszy protokół pozwala badaczom na kwantyfikację i charakterystykę odrębnych strategii ruchowych stosowanych podczas zadania podnoszenia przedmiotu, w tym wzorców z dominacją przysiadu, dominacją zawiasu biodrowego oraz wzorców hybrydowych.
Dodatkowe analizy, które można przeprowadzić po zastosowaniu tej procedury, obejmują prędkości w stawach, dynamikę środka masy oraz siły reakcji podłoża, co pozwala na pełniejsze zrozumienie wykonania zadania. Przyszłe badania mogą rozszerzyć nasz protokół przechwytywania ruchu w celu zbadania mechanizmów kompensacyjnych, szczególnie w stanach związanych z chorobami układu mięśniowo-szkieletowego.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejszy artykuł przedstawia ustandaryzowany protokół ilościowej oceny strategii podnoszenia przedmiotów z wykorzystaniem trójwymiarowej analizy ruchu całego ciała. Metoda ta integruje koordynację tułowia, kończyn dolnych i górnych, równowagę oraz kontrolę wzrokowo-ruchową, zapewniając ekologicznie poprawnie podejście do badania tej podstawowej czynności dnia codziennego. Protokół umożliwia identyfikację i klasyfikację odrębnych strategii ruchowych podczas zadań polegających na podnoszeniu przedmiotów.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Nauka o ruchu człowieka
- Biomechanika
- Kontrola motoryczna
Wstęp
- Zadanie polegające na podnoszeniu przedmiotów jest powszechną czynnością dnia codziennego, wymagającą skoordynowanego ruchu całego ciała.
- Liczba zestandaryzowanych protokołów ilościowych do analizy tego zadania jest ograniczona.
- Przechwytywanie ruchu całego ciała umożliwia szczegółową ocenę strategii ruchowych.
- Zrozumienie tych strategii może dostarczyć cennych informacji dla rehabilitacji i interwencji ergonomicznych.
Cel badania
- W celu zaprezentowania powtarzalnej metody rejestracji i analizy ruchów chwytania obiektów.
- W celu klasyfikacji i porównania różnych strategii ruchowych z wykorzystaniem danych kinematycznych.
- W celu dostarczenia ram metodologicznych do oceny koordynacji całego ciała podczas zadań funkcjonalnych.
Zastosowane metody
- Przygotowanie uczestników i kompleksowe rozmieszczenie markerów do przechwytywania ruchu.
- Wykonanie zadania podnoszenia przedmiotu przez trzydziestu uczestników.
- Zebranie czternastu zmiennych kinematycznych podczas wykonywania zadania.
- Klasyfikacja strategii ruchu na wzorce z dominacją przysiadu, dominacją zgięcia w biodrach oraz wzorce hybrydowe.
Główne wyniki
- Zaobserwowano wyraźne różnice w kinematyce stawów, zwłaszcza kolanowego i skokowego, pomiędzy grupami strategii.
- Ruchy tułowia przyczyniły się do zróżnicowania wzorców ruchowych.
- Porównanie warunków dla ręki dominującej i niedominującej ujawniło adaptacje kompensacyjne.
- Protokół wykazał czułość w wykrywaniu zmienności strategii ruchowych.
Wnioski
- Protokół oferuje praktyczne i powtarzalne podejście do oceny strategii podnoszenia obiektów.
- Umożliwia on szczegółową analizę koordynacji całego ciała podczas ruchu funkcjonalnego.
- Niniejszy schemat może wspierać badania oraz kliniczną ocenę strategii ruchu.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Ilościowa trójwymiarowa analiza ruchu w zadaniach chwytania obiektów umożliwia standaryzowaną ocenę koordynacji całego ciała, wspierając wczesne wykrywanie fenotypów ruchowych oraz opracowywanie biomarkerów funkcjonalnych. Niniejszy protokół zapewnia odtwarzalne wyniki kinematyczne, które mogą służyć jako podstawa badań translacyjnych i minimalizacji ryzyka mechanistycznego w badaniach nad funkcjami motorycznymi i nerwowo-mięśniowymi. Integracja parametrów tułowia, kończyn i równowagi sprawia, że jest to wartościowe narzędzie dla zespołów portfelowych dążących do uzyskania pewności predykcyjnej w modelach przedklinicznych i translacyjnych.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne etapy odkrywania i walidacja celu
- Umożliwia obiektywną kwantyfikację strategii ruchu w celu funkcjonalnej walidacji celu.
- Wspiera ograniczanie ryzyka mechanistycznego poprzez rozróżnienie wzorców ruchowych z dominacją przysiadu, dominacją zgięcia w biodrach oraz wzorców hybrydowych.
- Ułatwia identyfikację adaptacji kompensacyjnych istotnych dla modeli chorobowych lub urazowych.
Przesiewanie i opracowywanie testów
- Zapewnia zestandaryzowane, powtarzalne zmienne kinematyczne do opracowywania testów w badaniach nad funkcjami motorycznymi.
- Umożliwia rzetelne porównanie efektów interwencji w odniesieniu do zwalidowanych strategii ruchu.
- Wspiera skalowalność i ponowne wykorzystanie platformy w procesach screeningu związków chemicznych lub genetycznego.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Koreluje wyniki kinematyczne z translacyjnymi biomarkerami ruchu funkcjonalnego.
- Zapewnia ciągłość od etapu odkryć po walidację przedkliniczną poprzez ilościowe określanie koordynacji całego ciała.
- Wspiera decyzje o dalszym rozwoju projektu, skorygowane o ryzyko, w oparciu o czułe wykrywanie adaptacji ruchowych.
Integracja potoku i przepływu pracy
Niniejszy protokół wpisuje się w kontinuum od etapu odkryć do badań przedklinicznych, dostarczając ilościowych danych dotyczących ruchu na potrzeby testowania hipotez, przesiewu oraz badań translacyjnych.
- Biologia odkrywcza: Wspiera testowanie hipotez i wyjaśnianie szlaków sygnałowych poprzez szczegółową analizę kinematyczną.
- Przesiewanie: Dostarcza powtarzalnych, ilościowych wyników do porównywania grup interwencyjnych.
- Analityka: Generuje metryki kątów stawowych i koordynacji do rzetelnej analizy statystycznej.
- Badania translacyjne: Łączy etap odkryć z pracami przedklinicznymi poprzez zestawienie fenotypów ruchu z biomarkerami funkcjonalnymi.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Oferuje zestandaryzowane ramy możliwe do adaptacji w różnych modelach chorób i badaniach interwencyjnych.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność predykcyjną i zmniejsza niejednoznaczność mechanistyczną w badaniach nad ruchem.
- Wartość operacyjna: Poprawia standaryzację, powtarzalność i skalowalność ocen kinematycznych.
- Wartość strategiczna: Usprawnia podejmowanie decyzji go/no-go oraz efektywność kapitałową poprzez dostarczenie czułych, ilościowych punktów końcowych.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację skorygowaną o ryzyko oraz rozwój programów dotyczących funkcji motorycznych.
Wskazówki dotyczące wdrożenia
- Wymaga wiedzy specjalistycznej w zakresie technologii przechwytywania ruchu oraz analizy danych kinematycznych.
- Wymaga dostępu do instrumentacji do pełnozakresowego przechwytywania ruchu i oprogramowania analitycznego.
- Wymaga standaryzacji rozmieszczenia markerów i protokołów przetwarzania danych pomiędzy zespołami.
- Możliwość adaptacji do różnych systemów modelowych z uwzględnieniem modyfikacji specyficznych dla danego zadania.
- Zależność od współpracy uczestników oraz trafności ekologicznej zadania podnoszenia.
