Análise cinemática usando 3D Motion Capture da tarefa bebendo em pessoas com e sem deficiências extremidade superior
28 de março de 2018
Este protocolo descreve um método objetivo para avaliar o desempenho de movimento e função sensório-motor da extremidade superior, aplicada a indivíduos com acidente vascular cerebral e controles saudáveis. Um procedimento de teste padronizado, cinemáticas variáveis de análise e resultado para captura de movimento tridimensional de beber tarefa são fornecidas.
O objetivo geral desta metodologia de captura de movimento é fornecer um método objetivo para avaliar a qualidade do desempenho do movimento e a função sensório-motora da extremidade superior em indivíduos com AVC e em controles saudáveis. Este método pode ajudar a responder a questões-chave no campo da reabilitação neural, como como um derrame influencia os movimentos e a recuperação das extremidades superiores e como essas informações podem ser usadas para selecionar tratamentos eficazes. A principal vantagem dessa técnica é que déficits específicos de movimento e recuperação que podem não ser detectados ao usar escalas clínicas tradicionais podem ser quantificados em detalhes.
Ajudando-nos para a demonstração do procedimento hoje estará Ulla-Britt Bergstrom, que é terapeuta ocupacional que trabalha na Clínica de Reabilitação Neural do Hospital Universitário Sahlgrenska. Para configurar o sistema de captura de movimento, monte quatro câmeras na parede a aproximadamente um a três metros de distância da área de medição a uma altura de 1.5 a 2.5 metros voltada para a área de medição. Monte uma câmera no teto logo acima da área de medição.
A colocação de uma das câmeras no teto com ângulo de visão em toda a área de medição foi crucial para a coleta de dados. Isso resultou em uma coleta de dados quase 100% bem-sucedida. Inicie o sistema da câmera.
Em seguida, coloque a estrutura de calibração em forma de L na mesa com o eixo curto alinhado com a borda da mesa e o eixo longo apontando para a frente. Em seguida, abra o rastreamento 3D no software de aquisição de dados. Inicie a calibração selecionando capturar e, em seguida, calibrar.
Insira o tempo de calibração de 30 segundos e clique em, ok. Mova a varinha em todas as direções em toda a área de medição acima da cadeira e da mesa para garantir que todas as cinco câmeras capturem a varinha no maior número possível de orientações. Aceite resíduos de calibração abaixo de 0,5 milímetros.
Agora, direcione o sujeito, vestindo um top sem mangas, para se sentar em uma cadeira ajustável em altura com as costas contra o encosto da cadeira. O braço deve estar em posição neutra aduzida. Descanse o braço na mesa e alinhe o pulso com a borda da mesa.
Os ângulos do joelho, quadril e cotovelo devem ser de aproximadamente 90 graus. Em seguida, coloque os marcadores passivos retrorrefletivos com fita adesiva dupla nos pontos de referência esqueléticos da mão, punho, cotovelo, ombro direito e esquerdo, tórax e testa testados. Depois disso, coloque dois marcadores no copo.
Neste procedimento, coloque um copo de plástico rígido com 100 mililitros de água a 30 centímetros da borda da mesa na linha média do assunto. Peça ao sujeito para realizar a tarefa de beber em uma velocidade confortável e individualizada, alcançando e segurando o copo. Dois, levantando o copo da mesa em direção à boca.
Três, tomando como gole. Quatro, colocar a taça de volta na mesa atrás de uma linha marcada. E cinco, voltando à posição inicial com a mão na borda da mesa.
É importante encorajar o paciente a fazer a tarefa da forma mais natural possível e, portanto, apenas as três tentativas intermediárias serão usadas para o cálculo da cinemática para garantir que o paciente esteja familiarizado com o teste. Certifique-se de que o sujeito entenda as instruções e possa alcançar o copo confortavelmente com o braço menos afetado sem se inclinar para a frente. Antes de cada gravação, certifique-se de que a posição inicial esteja correta e peça ao sujeito para estar pronto.
Inicie a captura selecionando, inicie a captura e dê instruções verbais para dizer a ela para começar. Quando o assunto terminar a tarefa, pare a gravação selecionando, parar. Registre cinco tentativas com uma pequena pausa entre cada tentativa, começando com o braço menos afetado.
Verifique se a aquisição de dados atinge 95 a 100% para cada marcador identificado. Quando dados incompletos forem detectados, realize testes extras após identificar o problema e ajustar as posições sentadas ou dos marcadores para garantir a visibilidade total dos marcadores, a fim de obter pelo menos três testes bem-sucedidos. Esta figura mostra o perfil de velocidade representativo de um controle saudável realizando a tarefa de beber.
Um perfil de velocidade suave em forma de sino com um pico dominante pode ser visto para cada fase do movimento, o que é típico do movimento normal. Ao contrário, esta figura mostra que um perfil de velocidade de um indivíduo com AVC moderado revela um perfil menos suave com aumento do número de picos de velocidade. Além disso, a velocidade de pico em cada fase de movimento é menor e o tempo total de movimento é maior.
Esta é a animação da tarefa de beber realizada por um controle saudável registrado em tempo real. Os marcadores na cabeça, tronco, braço esquerdo e dois marcadores no copo, juntamente com as trajetórias de movimento, são exibidos. Esta é a mesma animação de um indivíduo com acidente vascular cerebral.
Observe as trajetórias de movimento menos suaves e o aumento do movimento para frente do tronco durante a tarefa de beber. Este é um exemplo da mesma tarefa realizada por um indivíduo com comprometimento motor mais grave. Essa pessoa também tinha espasticidade.
Os submovimentos visíveis indicam acelerações e desacelerações repetitivas, significando déficits na suavidade do movimento. Uma vez dominada, essa técnica pode ser feita em 10 a 15 minutos por qualquer profissional capacitado e sem qualificação técnica específica. No entanto, é necessário conhecimento técnico para criar e desenvolver um programa para a análise dos dados.
Este procedimento é particularmente relevante para estudos clínicos devido a uma configuração simples com aquisição de dados direta e análise de uma tarefa ecologicamente válida. Usando esse método, obtemos cinemática válida, confiável e responsiva que quantifica os elementos-chave da análise do movimento em pessoas com AVC. Após seu desenvolvimento, esse método abriu caminho para os pesquisadores no campo da reabilitação neural explorarem a cinemática da extremidade superior em geral, mas também, especificamente, durante tarefas intencionais, como beber de um copo.
As principais variáveis identificadas na tarefa de beber para pessoas com AVC, como tempo de movimento, suavidade, ângulo do cotovelo, velocidade e deslocamento compensatório do tronco, também são reconhecidas como centrais para o AVC em outras tarefas. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como configurar e realizar uma análise cinemática simples e clinicamente viável de uma tarefa de extremidade superior usando um sistema óptico de captura de movimento.
Veja a transcrição completa e aceda a milhares de vídeos científicos
Visão Geral
Este protocolo descreve uma metodologia de captura de movimento destinada a avaliar objetivamente o desempenho do movimento dos membros superiores e a função sensoriomotora em pacientes com acidente vascular cerebral e controles saudáveis. Por meio da análise cinemática de uma tarefa padronizada de beber, o protocolo busca quantificar déficits de movimento que métodos clínicos tradicionais podem negligenciar.
Componentes Principais do Estudo
Área da Ciência
- Neurociência
- Reabilitação
- Controle Motor
Contexto
- O acidente vascular cerebral pode comprometer significativamente os movimentos dos membros superiores.
- As avaliações tradicionais podem não captar completamente os déficits de movimento.
- A análise cinemática oferece uma quantificação detalhada dos movimentos.
- Essa abordagem pode orientar estratégias de tratamento na reabilitação neural.
Objetivo do Estudo
- Estabelecer um método confiável para avaliar o desempenho motor em pacientes com acidente vascular cerebral.
- Investigar como o acidente vascular cerebral afeta os movimentos dos membros superiores e a recuperação.
- Facilitar a seleção de tratamentos de reabilitação eficazes.
Métodos Utilizados
- A plataforma principal utilizada é um sistema de captura de movimento.
- O estudo envolve pacientes com AVC e controles saudáveis realizando uma tarefa padronizada de beber.
- Um arranjo detalhado garante calibração precisa e coleta bem-sucedida de dados.
- Os passos principais incluem o posicionamento do sujeito e a colocação de marcadores para análise cinemática.
- O procedimento permite a aquisição confiável de dados em um curto período de tempo.
Resultados Principais
- Foram observadas diferenças nos perfis de velocidade entre controles saudáveis e indivíduos com acidente vascular cerebral.
- A suavidade e a velocidade do movimento foram significativamente afetadas em pacientes com acidente vascular cerebral.
- Essa metodologia fornece medidas válidas para compreender os déficits motores e a recuperação.
- Os resultados destacam variáveis-chave, como o tempo de movimento e a suavidade, em tarefas funcionais.
Conclusões
- O estudo demonstra um método válido para avaliar a função motora após acidente vascular cerebral.
- Essa técnica aprimora a compreensão da cinemática na reabilitação pós-AVC.
- As implicações se estendem à melhoria das estratégias de tratamento ao detalhar os déficits individuais de movimento.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
A quantificação objetiva dos déficits de movimento dos membros superiores apoia a validação de alvos em neuroreabilitação, fornecendo pontos finais mensuráveis para intervenções terapêuticas. A análise cinemática de tarefas funcionais, como beber, permite a redução mecanicista de riscos nas estratégias de reabilitação por meio de biomarcadores sensíveis e repetíveis da recuperação motora. Essa abordagem aumenta a confiança preditiva na fase inicial de descoberta, associando a função sensoriomotora a desfechos clinicamente significativos.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biotecnologia e Farmacêuticos
Descoberta Inicial e Validação de Alvo
- Valor Científico: Quantifica déficits no desempenho do movimento para investigar hipóteses terapêuticas em vias de reparação neural.
- Valor Operacional: Fornece desfechos objetivos baseados em sensores, reduzindo a dependência de escalas clínicas subjetivas.
- Valor Estratégico: Permite a redução de riscos biológicos ao identificar biomarcadores mensuráveis de comprometimento motor e recuperação.
Triagem e Desenvolvimento de Ensaios
- Valor Científico: A tarefa padronizada de ingestão de líquido estabelece um ensaio funcional reprodutível para a função motora dos membros superiores.
- Valor Operacional: A análise automatizada em Matlab garante processamento em alto rendimento e consistente de conjuntos de dados cinemáticos.
- Valor Estratégico: Apoia a preparação do ensaio para triagem de compostos ou biológicos que visam vias de recuperação motora.
Pesquisa Translacional e Pré-clínica
- Valor Científico: O tempo de movimento, a suavidade e os ângulos articulares funcionam como biomarcadores translacionais alinhados às avaliações clínicas de acidente vascular cerebral.
- Valor Operacional: Permite a continuidade do descobrimento à validação pré-clínica utilizando tarefas ecológica e naturalisticamente válidas.
- Valor Estratégico: Orienta decisões de avanço ajustadas ao risco ao quantificar a recuperação sensoriomotora com alta sensibilidade a mudanças.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
O método integra-se à biologia de descoberta ao permitir a testagem de hipóteses sobre compostos neuroregenerativos ou neuroprotetores por meio de resultados motores quantificáveis.
- Biologia da Descoberta: Apoia a clarificação de vias ao vincular variáveis cinemáticas a circuitos neurais específicos envolvidos no controle motor.
- Triagem: Fornece saídas quantitativas, como velocidade de pico e unidades de movimento, para avaliação confiável de compostos.
- Análises: Oferece dados cinemáticos temporais e espaciais que permitem comparação entre condições do desempenho motor.
- Pesquisa Translacional: Conecta-se à continuidade pré-clínica por meio de variáveis cinemáticas validadas e responsivas, sensíveis a intervenções de reabilitação.
- Reutilização Empresarial: Estabelece uma plataforma de análise cinemática reutilizável, aplicável a múltiplas tarefas do membro superior e modelos de doenças.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Reduz a ambiguidade mecanicista ao capturar déficits de movimento detalhados, invisíveis às escalas tradicionais.
- Valor Operacional: Garante padronização e reprodutibilidade por meio do posicionamento fixo de marcadores e processamento automatizado de dados.
- Valor Estratégico: Melhora as decisões de prosseguir ou interromper ao fornecer biomarcadores sensíveis e quantificáveis da eficácia terapêutica.
- Impacto no Portfólio: Permite a priorização ajustada ao risco de candidatos à neuroreabilitação com base em dados objetivos de recuperação motora.
Considerações sobre a Implementação
- Exige experiência em sistemas de captura de movimento, colocação de marcadores e análise de dados cinemáticos.
- Depende de sistemas de câmeras optoeletrônicos e infraestrutura de rastreamento 3D calibrada.
- Necessita padronização entre equipes para garantir posicionamento consistente do sujeito e execução de tarefas em diferentes locais.
- Envolve considerações de adaptação para diferentes níveis de comprometimento motor e estratégias de movimento compensatório.
- Limitado pela necessidade de conhecimento técnico para desenvolver e manter software personalizado de análise, apesar da aquisição de dados ser simples.
