的运动再培训采用实时反馈的性能

Summary

再培训异常的运动模式后，受伤或疾病，是身体康复的重要组成部分。最近技术的进步已批准的运动过程中准确地评估各种不同的任务，与附近的瞬间量化的结果。这提供实时修改错误的运动模式的新的机会。

Abstract

运动 - 尤其是运动模式，已经过了数年的磨练 - 任何修改需要重新组织负责管理运动性能的神经肌肉模式。该电动机可以提高学习通过一些使用的方法，在研究和临床的设置一样。在一般情况下，在实时或后移动的结果的知识的性能口头反馈被临床上常用灌输运动学习作为一个初步手段。根据患者的意愿和学习风格，视觉反馈（ 例如，通过使用镜子或不同类型的视频）或本体指导，利用治疗师触摸，用于补充治疗师的口头指示。事实上，这些形式的反馈相结合的运动学习和优化的结果在临床上是司空见惯的。

以实验室为基础，定量运动分析提供准确，客观地分析了各种运动在健康和受伤的人群中一直在研究环境中的中流砥柱。虽然实际的动作捕捉机制可能会有所不同，目前所有的运动分析系统依赖的体节和关节的运动轨迹，并使用已建立的运动方程来量化关键的运动模式的能力。由于采集和处理速度的变动的，分析和描述的限制历来发生脱机完成后，一个给定的测试会话。

本文将重点介绍一个新的补充标准的运动分析技术，依赖于附近的瞬时评估和量化运动模式和显示特定的运动特征的患者在运动过程中分析会议。其结果是，这种新技术可以提供一种新的方法，提供的反馈，有优势奥雅纳R当前使用反馈方法。

Introduction

下肢神经肌肉或肌肉骨骼结构的任何显着变化将可能有的移动功能和相关的物理特性的影响。因此，改善身体功能，是任何康复干预的重要成果。正常的重复动作，如散步一般按电机程序是包含必要的控制信息，需要激活正确的强度和定时^1的肌肉。这些运动项目是必要的运动，以提高自动化程度，从而减少了专门用于运动控制，并允许应注意的其他更高层次的任务。然而，由于在运动中和运动程序的作用，事实上，这些程序精制过了数年，后损伤或疾病是一个具有挑战性的企业不断变化的运动性能。

传统上，的运动再培训的干涉离子的运动性能提供了足够的反馈，以确保新的信息被纳入新的和不断变化的电机程序为前提。简单而有效的，方法包括口头反馈与全球的指令（ 例如，“弯多”，“让你的膝盖直”），以及如使用镜子或录像设备提供视觉反馈的机制。虽然这些间接的策略是有用的，尤其是在资源有限的临床设置，他们提供的运动变量的离散的，可量化的措施限制他们的困难。其结果是，与反馈的附加的更直接的方法补充这些技术可能会提高电机重新学习所需。

有很多接受的研究和临床社区提供反馈的离散的，可量化的结果的运动特性，可以提高性能，在运动过程中retraini NG干预。例如，瞬间视觉或听觉的肌肉活化强度使用肌电生物反馈装置反馈的康复运动成为主流，尤其是在行程^2-3，脑性麻痹^4，或慢性偏瘫⁵人。的运动运动学的反馈（关节和段的角度）与此相反，已被证明是较少使用的由于快速，准确地评估和测量这些成果中的一个难点。事实上，尽管定量，以实验室为基础的分析，突出的运动特征的生物力学研究，并已开始被纳入临床上，绝大多数的运动分析使用离线分析测试后保留的。然而，有越来越多的研究文献中，使用新技术，提供反馈的步态措施为手段，提高运动的成效，再培训^6。

ve_content“一个病理，目前正在研究使用标准的运动分析系统的实时生物反馈功能集成是膝关节骨性关节炎（OA）。最近的研究利用实时反馈的步态运动学设计，特别是通过减少负载膝关节，量化使用外部膝盖内收力矩OA进展⁷ -一个公认的危险因素。例如，研究利用实时生物反馈治疗的的大腿角⁸或主干角度^9-10级。亨特等^[11]提供了一个实时显示在与会者面前的躯干角度步行试验过程中表现出的能力，增加展示的躯干倾斜在一个单一的培训课程，并伴随着减少膝盖内收矩震级。相反，巴里奥斯等^[8]进行了八个交易日修改动态冠状面膝关节行走训练干预的重点后的1个月的干预与基线相比，在立场和角度均显着减少膝内收力矩值。这些研究中，类似的研究，依赖的能力来衡量，分析和显示变量的兴趣在持续不断地向患者。这个新兴的研究领域，有各种疾病影响的运动特征的患者的临床意义。使用运动改变有关的膝骨性关节炎（OA）的例子，本文的目的是描述需要进行运动再培训的干预，使用实时生物反馈的行走性能的方法。

Protocol

1。系统准备

1. 清除任何反射材料，可以观察到由摄像机捕获体积。这将减少实际的皮肤固定的背景标志相混淆的标记在运动过程中测试的机会，并提高整体精度的会议。
2. 校准摄像头的所有摄像机固定标记对准在实验室内的固定位置。扩展的静态标定，动态的动作，使用移动标记放置在已知的距离。一定要覆盖尽可能多的捕获量尽可能地优化校准。
3. 组织的所有材料（反射标记，测量装置，等）可用于患者准备。在测试过程中，提高了工作效率，降低了患者的负担。

2。患者准备

1. 公开为尽可能拟被测定的关节和身体分部的皮肤。最小的耆老吨宽松的衣服和确保任何件衣服，可能会干扰的能力的摄像机的可视化的反射标记的约束。这可以通过使用磁带或剪辑。只要有可能，确保标记被直接固定到皮肤。
2. 准备在皮肤上标记固定。剃须或磨蚀的区域可能是必要的情况下，头发是本或在皮肤表面时，过分出汗或油性。擦拭面积使用外用酒精或类似液体可能是有用的。这些步骤是很重要的，以便最大限度遵守标记和皮肤之间的，并防止脱落的标记。
3. 触诊用于设置要使用的标志的基础上的关键的解剖标志。在实际的地标标记的皮肤会提高精度标记的位置，并提供必要的信息标记在评估过程中脱落的情况。
4. 根据解剖标志的粘贴反光标记规格的标记集。大多数标记设置将包括至少12-15标记在下肢和上身的各种解剖标志的双边。重要的是要注意，以重新创建实际骨骼运动的能力将取决于皮肤基于标记的定位。因此，必须认真考虑时，确定要使用的生物力学模型。
5. 测量重要的人体测量数据，如果需要的话。根据生物力学模型，这些数据可能需要计算段的长度，关节的旋转中心的位置，和整体的惯性特性的生物力学数据的脱机处理过程中的运动段和四​​肢。

3。运动分析与提供的实时反馈

1. 具有主题捕捉卷在中间的立场初始静态试验持续约3秒。这项试验是必要的，以确保所有勒药效机理的标记是可见的，计算段的方向。
2. 使用数据采集软件，标签所有适当的标记，并创建一个模板，特定的人体特征的个人。标记放置到个人的机身尺寸相匹配，提高数据的实时跟踪和分析。尤其重要的是，创建一个模型的移动，可以将标记定位的冗余。在出现标记闭塞或落客的情况下，能够利用额外的标记，在适当的情况下，适当的运动特性，并保持实时显示的数据没有休息。
3. 执行初始的运动分析试验，持续10-30秒。这是必需的以获得基准数据，并且也可以用作提供反馈给病人的结果的第一机构。咨询与病人有关的调查结果，重要的是要帮助在电机李尔宁时，需要产生新的运动模式。
4. 有治疗师解释拟移动变形例的目的。这应该包括的修改和生物力学和临床的理论依据，它是唯一的，以给定的病理。示范的运动修改由治疗师将提高运动技能学习的病人。运动，通常会根据修改的病人在治疗过程中的生物力学和临床演示，或研究的问题进行检查，如果仅用于研究目的。
5. 开始运动再培训会议。如果使用的是一台跑步机，让被摄体选择自己喜欢的速度，并提供一，两分钟，以达到稳定状态。这也让病人熟悉和舒适的设备，实验装置和协议。
6. 提供反馈意见，在病人的运动性能。这可以采取了许多不同的形式，ferent方法，并结合这些在早期的训练是有益的。开始用较少的技术方法，如口头反馈和进度的实时生物反馈治疗。利用实时生物反馈应始终包括一个结果变量的最大的一次清晰的显示。
7. 为病人提供足够的时间来练习新的运动。学习有效的电机没有达到瞬间。相反，不断实践新的运动特性将有助于确保电机的程序，负责该运动的重新制定。一个典型的再培训干预可能需要8-10针对性的培训课程，每次持续30至60分钟。

4。患者简报和后续的培训课程

1. 讨论会议与病人的重要发现和成果。应包括变异的重要因素集中在性能上，坚持规定动作modification，并进一步说明修改的理由和重要性。
2. 会议从患者处获得信息。鉴于每个病人的偏好可能会有所不同，这可能是必要的修改对于一个给定的个人的干预的交付。这些应及早发现，以优化效率。
3. 确定后续的培训课程的计划，如果必要的话。 ，如果多届干预的选择，后续的培训课程应该用一个褪了色的方法，以提高运动技能学习。提供整体的反馈和备用的反馈，没有反馈在今后的会议之间的时间段。

Representative Results

在图2中示出一个例子，从单一的运动再培训会议聚焦增加横向躯干倾斜角在患者体内与膝关节OA。培训使用口头和基于镜像的性能的反馈的组合约15分钟后，病人被提供有关侧向躯干弯曲量的实时数据。使用此方法的训练持续了一个额外的10分钟。在正常（未修改）的试验中，患者表现出一个自我选择的横向干线约2°倾斜（见峰值的20％左右的立场虚线）。在修改试验过程中，患者被指示到达到峰值的精益价值为6°，屏幕上的目标区域所描述的。在图2中，可以看出利用步态的变形的增加横向中继线精益是不相关的一个显着的变化的总体格局。相反，患者表现出增量在整个步态周期中的横向主干瘦缓解。

图3可以看出，在所得到的效果对膝关节负荷-如使用外部膝盖内收时刻量化- 。虽然未给病人提供可视化数据，增加横向中继线瘦肉的生物力学后果是在膝关节内收的时刻，减少潜在的负载转移在膝关节^9,12内 。同样，一般模式的的膝关节时刻 - 和随后加载内联 - 没有显着差之间的正常和修改试验。相反，降低的幅度在整个。

图1基本的标记集运动分析测试。黑点表示位置的重新射式标记放置在特定的解剖标志。评估关节和段运动时，更详细地，使用更复杂的标记集。

图2。样品横向躯干倾斜角在正常行走试验（虚线）和试验的病人被指示，以获得最大量的横向倾斜约6°（实线）的中继线。实时横向躯干倾斜角度被显示在前面的病人在所有时间。 0％是初次接触一肢及100％是相同的肢体的脚趾，被描述的数据从一个单一的立场循环。

图3。外部膝盖内收力矩值整个期间正常行走试验（虚线），以及一个被指示将增加它们的量的横向干线精益（实线），其中病人的立场。值被归一化时间，以及主体大小（百分比，体重和身高的产物 - ％BW *羟色胺）。

Discussion

实时反馈的性能在运动过程中，如散步，可以是一个有价值的辅助标准的运动分析方法。虽然其相对处于起步阶段，具体的研究和离散运动的修改肯定会从中受益的能力，以产生所需的准确性和实时修改。例如，如果病人需要一个特定的移动变形量，这个量可以被测量，并提供在实际运动。这里介绍的方法可以用于测试新的方法来运动变形例以及细化现有协议的范围广泛的患者人群。

收集到的数据的准确性和随后的能力，以实现离散运动参数的修改是依赖于若干因素。最重要的是，任何形式的运动分析的观察/测量的运动是表示该假设是依赖真正的解剖运动。是，皮肤标记是为了提供特定的基础解剖标志的可视化表示。因此，为了确保所捕获的运动准确地反映的实际运动的基础骨架，很在意必须投入的选择的标记定位。有许多不同的生物力学模型目前使用的，每个人都有稍微不同的标记，试图以最好的运动轨迹骨骼系统的存款。时，必须小心选择生物力学模型 - 这些模型的详细讨论超出了本文的讨论范围。最后，不管所使用的模型，坚持标记定位的精确度，必须保持。在运动过程中实时生物反馈的运动性能，或任何运动分析试验，垫再培训试验作出额外的努力，以确保准确的触诊和随后的标记放置的重要性不能被夸大之三。

进行跟踪的能力的主体段和关节的运动也是依赖的照相机系统的技术规格以及完整性和行为的基于皮肤标记。比如，大小的标记物（例如，如果所涵盖的宽松的衣服）将产生负面影响的数据收集和提供给患者的视觉反射率或闭塞。如上文所述，创造段的生物力学模型，将标记裁员尽可能在“初级”标记闭塞或辍学的情况下，确保实时数据的维护。虽然更高的分辨率和更集中的相机肯定会减少误差跟踪移动时，必须确定在可接受的水平误差的干预。虽然离散（具体金额）在研究环境中，所选择的运动参数的修改是可能的目标，不够精确的修改可能是必要的临床上。事实上，这反映了需要精确的作用机制的研究对于一个给定的修改（以实验室为基础的运动分析系统）的技术优势，同时也了解实现时，临床上的资源，时间和设备的限制。虽然这并不排除临床使用精确的修改，利用这种方法时，必须进行评估限制在任何环境下。另外，虽然使用被动反射运动捕捉系统的方法在本文中已经描述了，准确的移动信息的获取和显示的相同的问题仍然有效而不管所使用的系统。例如，积极的标记系统，或使用可穿戴设备（的，例如 electrogoniometers，加速度计）仍然依靠诠释骨骼运动的能力，有效地分析。准确的收集，分析和显示的信息的方法，仍然是相同的任何系统。

不管所希望的精确度，准确地校准系统是必需的任何运动分析前或移动再培训会议。此步骤是必需的，以确保相对于彼此的位置的摄像机是已知的。它也提供了一个机会，以确保所有的相机都能够可视化目标的捕获量。例如，如果一台摄像机的视野，从另一个目的（ 如一个桌子或椅子）由于被遮挡，这是更好的校准阶段，而不是实际的运动分析阶段期间检测到它。的校准过程，会导致在测定位置和检测错误的系统在那个特定的一天的幅度。最大允许误差将取决于系统的技术规范以及用户的喜好。以上这些阈值的校准误差决定重新校准系统。

有许多赋TURE应用此技术的研究和临床结果。能力考查的即时变化的影响，在各种运动功能的生物力学变量可以提供有价值的信息，有必要更好地理解运动的机制。因此，可以大大提高功能的生物力学的理论知识，通过使用这种技术。事实上，使用的实时反馈的性能的优势-即使没有被利用-再培训干预的运动是在数据采集任务，而不是脱机完成后，检测到任何错误的能力。这无疑会提高工作效率的运动分析研究。

实时生物反馈的运动和随后的再培训的优势必须权衡这种方法的缺点。首先，有一个相关联的与任何运动分析系统的大量的成本。额外的软体和设备的成本或编程负担需要添加实时生物反馈能力时，考虑的。此外，还必须预见潜在的停机时间的系统由于技术上的困难，在某些时候，在使用过程中。传统的方法，如使用一个反射镜或视频捕捉明显不太可能受到影响的停机时间。最后，由于电机的学习风格的个体差异，有些人可能不一定受益于实时生物反馈。早期识别这些非反应是至关重要的。需要彻底了解运动学习的原则，以优化过程中和运动修改干预的结果。例如，在再培训结合了知识的成果和知识的表现，可以有效促进学习，并利用一个褪了色的反馈范例可协助保留的长期表现。

虽然潜在的影响是清除从临床的角度来看，一些问题仍然需要解决大规模运动之前修改战略时，应在临床上实施。首先，虽然当地的生物力学效果开始是众所周知的，这些修改对临床相关的结果，如疼痛和功能的影响是未知的。的移动变形例的确切的细节将取决于与病理学和个别病人的临床和生物力学特性的相关联的损伤。例如，所需的的运动修改参数很可能会显着差异膝关节骨性关节炎的人，谁得了中风，脊髓损伤。此外，增加横向的主干瘦膝关节骨性关节炎，已经表现出大量的瘦的人可能不会有效。还需要更多的研究，看看关节生物力学的变化转化为临床改善。进行长期干预将提供有价值的信息，有关的可行性（尤其是老年人口），坚持和运动修改的有效性。它也将提供在其他关节的生物力学和症状的变化进行监测，以评估这些修改的负面后果的风险的能力。最后，虽然作为一个独立的治疗测试疗效研究，临床实施这些修改将最终成为一个整体的治疗策略的一部分。例如，膝关节骨性关节炎的治疗，还涉及加强肌肉，运动练习/拉伸范围，和有氧训练。运动再培训，利用实时生物反馈可以作为一种辅助治疗方法作为一种有效的手段，优化关节的生物力学和整体的身体机能发挥了重要作用。运动修改将如何融入临床管理，以及它如何可以结合其他干预措施尚未确定。

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Reflective markers	3x3 Design		12 mm diameter
Marker tape discs	Discount Disposables	TD-22 Electrode Collar, 8 mm	Designed usage is as electrode collars
Motion analysis cameras	Motion Analysis Corporation
Biofeedtrak	Motion Analysis Corporation
Matlab	The Mathworks