Движение переподготовки использовании в режиме реального времени обратная связь о производительности

Summary

Переподготовка аномальные движения после травмы или болезни является ключевым компонентом физической реабилитации. Последние достижения в технологии позволили точной оценки движения во время разнообразных задач, с почти мгновенным количественной оценки результатов. Это дает новые возможности для модификации неисправных моделей движения в режиме реального времени.

Abstract

Любое изменение движения - особенно модели движения, которые были отточены в течение ряда лет - требует реорганизации нервно-мышечных моделей ответственность за управление движением производительности. Это обучение двигателя может быть повышена с помощью ряда методов, которые используются в научных исследованиях и клинических условиях, так. В общем, вербальную обратную связь производительности в режиме реального времени или знаний результаты после движения обычно используется в клинике в качестве предварительного средства воспитания двигатель обучения. В зависимости от предпочтений пациента и стиль обучения, визуальной обратной связи (например, через использование зеркала или различные типы видео) или проприоцептивные руководством использованием сенсорного терапевта, используются для дополнения словесной инструкции от врача. Действительно, сочетание этих форм обратной связи является обычным в клинической практике для облегчения процесса обучения двигателя и оптимизировать результаты.

Лаборатория основе, количественное движениеАнализ был опорой в исследованиях для обеспечения точного и объективного анализа различных движений у здоровых и раненых населения. В то время как реальные механизмы захвата движений могут отличаться, все современные системы анализа движения полагаются на способность отслеживать движение сегментов тела и суставов, а также использовать установленные уравнений движения для количественного ключевых движений. Из-за ограничений в приобретении и скорость обработки, анализа и описания движения традиционно происходило форума после завершения данной сессии тестирования.

Эта статья будет выделить новые дополнения к стандартным методам анализа движения, которая опирается на ближайшее мгновенной оценки и количественного определения перемещения и отображения специфических характеристик движения пациента во время сеанса анализа движения. В результате, эта новая технология может стать новым методом обратной доставки, которая имеет преимущества ОвеГ используемых в настоящее время методов обратной связи.

Introduction

Любые значительные изменения в нервно-мышечной и костно-мышечной структуры нижних конечностей, вероятно, будет иметь влияние на характеристики движения и связанные с ними физические функции. Соответственно, улучшение физических функций является важным результатом любого реабилитации вмешательства. Нормальные повторяющиеся движения, такие как ходьба, как правило, регулируется двигателем программ, которые содержат необходимую информацию управления, необходимое для активации мышц с правильной интенсивности и времени ^1. Эти двигатель программы, необходимые для улучшения автоматизма движений, тем самым уменьшая количество контроля посвященных движению и разрешений внимание будет уделено другими высшими задачами уровня. Однако, учитывая роль двигателя программ в движение и тот факт, что эти программы совершенствовались в течение многих лет, изменение движения производительности после травмы или болезни является сложным предприятием.

Традиционно, движение переподготовки interventионы были основаны на обеспечение достаточного обратной связи движения производительности для того, чтобы новая информация включается в новые и развивающиеся двигателя программу. Простой, но эффективный, подходы включают в себя вербальную обратную связь с глобальной инструкции (например, "согнуть больше", "держать колени прямыми"), а также механизмы обеспечения визуальной обратной связи, таких как использование зеркала или устройства видеозаписи. Хотя эти косвенные стратегии полезны, особенно в клинических условиях с ограниченными ресурсами, они ограничены их трудности в обеспечении дискретных и количественные меры движения переменных. В результате, дополняющий эти методы с дополнительными более прямые методы обратной связи, скорее всего, повышение двигателя повторное обучение лучшего.

Существует много признание в исследования и клинические общин, обеспечение обратной связи дискретной, поддающихся количественной оценке результатов параметров движения может улучшить производительность во время движения retraini нг вмешательства. Например, мгновенный визуальный или звуковой обратной связью мышечной активации интенсивности использования электромиографические устройств биологической обратной связи стала опорой в восстановлении движения, особенно у людей с инсультом ^2-3, детский церебральный паралич ^4, или хронический паралич ^5. В отличие от обратной связи кинематики движения (суставов и сегментов углов) оказалась меньше использовались в связи с трудностями в оценке и измерении этих результатов быстро и точно. Действительно, хотя количественные, лабораторного анализа движения занимает видное место в исследовании биомеханики и начал быть включены в клинических условиях, подавляющее большинство движений анализа использования предназначен для автономного анализа после тестирования. Однако, есть все большее число исследований в литературе, которые используют новые технологии для обеспечения обратной связи походки мер как средства повышения эффективности движение переподготовки ^6.

ve_content "> Один патологии, которые в настоящее время исследуется для использования в режиме реального времени биологической обратной связи возможности интегрироваться со стандартными системами анализа движения коленного остеоартрита (ОА). Недавние исследования использованы в реальном времени обратную связь кинематики походка, разработанный специально для снижения нагрузки, проходящей через коленного сустава, количественно с помощью внешнего момента приведения колена -. признали фактором риска для прогрессии ОА ⁷ Например, исследования использовались в режиме реального времени биологической обратной связи от величины угла бедра ⁸ или багажник углом ^9-10 Хант и др. ^{11 предусматривает.} отображение в реальном времени магистральных угол перед участниками во время ходьбы испытания и показали возможность увеличить багажник постное выставлены в одной тренировке, с сопровождаться сокращением в колене величины момента приведения. Напротив, Барриос и др. ⁸ проводится восемь сессии Походка переподготовки вмешательства направлены на изменение динамического фронтальной плоскости коленаУгол во позицию и показал значительное снижение в колене значения момента приведения после одного месяца вмешательства по сравнению с исходным. Эти исследования, и аналогичные исследования, полагались на способности измерять, анализировать и отображать переменные, представляющие интерес для пациента на постоянной основе. Этот растущий область исследований имеет клиническое значение для больных с различными патологиями, что влияние характеристик движения. Используя примеры кинематических изменений, имеющих отношение к остеоартрозом (ОА) коленного сустава, цель этой работы является описание методов, необходимых для проведения движение переподготовки вмешательства с использованием реального времени биологической обратной связи ходьбы производительности.

Protocol

1. Подготовка системы

1. Снимите захват объем любого светоотражающего материала, которые могут наблюдаться в камерах. Это уменьшает шансы на фактическое кожи на основе маркеров путают со стационарными маркеры фона во время движения тестирования и повышает общую точность сессии.
2. Калибровка камеры, направляя все камеры на стационарных маркеров в фиксированных позициях в лаборатории. Расширение статической калибровки динамических движений с помощью движущихся маркеров размещены на известных расстояниях. Будьте уверены, чтобы охватить как можно большую часть объемного захвата, как можно оптимизировать калибровку.
3. Организовать все материалы (отражающие маркеры, измерительные приборы и т.д.), которые будут использоваться для подготовки пациента. Это повышает эффективность в ходе испытаний пациента и уменьшает нагрузку.

2. Подготовка пациента

1. Expose, как много кожи как можно более суставов и сегментов тела предназначен для измерения. Свернуть Amounт свободную одежду и убедитесь, что любые предметы одежды, которые могут повлиять на способность камер для визуализации отражающие маркеры ограничены. Это может быть сделано с помощью липкой ленты или клипов. Когда это возможно, обеспечить, чтобы маркеры наносятся непосредственно на кожу.
2. Подготовьте кожу для маркера фиксации. Бритье или истирания области может быть необходимо в тех случаях, когда волосы присутствует или когда поверхность кожи чрезмерно потных или жирной. Вытирая области ясно использованием спиртом или подобной жидкости может быть полезно. Эти шаги имеют важное значение для максимального сцепления между маркером и кожи, а также для предотвращения маркеров от падения.
3. Пальпируйте для основных анатомических ориентиров на основе маркер, установленный для использования. Маркировка кожи на фактический ориентир улучшить точность расположения маркеров и предоставить информацию, необходимую в случае маркеров падает во время оценки.
4. Прикрепите отражающие маркеры на анатомические ориентиры в соответствии схарактеристики маркера множество. Большинство наборов маркеров будет включать в себя как минимум 12-15 маркеров помещены с двух сторон на нижних конечностях и различные анатомические ориентиры верхней части тела. Важно отметить, что возможность воссоздать фактически скелетные движения будет зависеть от позиционирования кожи на основе маркеров. Таким образом, тщательное рассмотрение должно быть сделано при определении биомеханической модели, которые будут использоваться.
5. Возьмем для измерения важны антропометрические данные, если это необходимо. В зависимости от биомеханической модели, эти данные могут быть необходимы для расчета длины сегмента, позиции совместных центров вращения, и в целом инерционные свойства движущихся сегментов и конечностей во время форума обработки данных биомеханики.

3. Анализ движения и доставки в реальном времени обратная связь

1. Есть предмет стенд в середине захвата объем для начальной статической суд продолжительностью около 3 сек. Этот процесс необходимо убедиться, что все ReleВант маркеры видны и вычислить сегмент ориентации.
2. Использование программного обеспечения сбора данных, этикетки всех маркеров по мере необходимости и создать шаблон, характерные для антропометрических характеристик человека. Соответствие расположения маркеров на отдельных размеров тела позволит улучшить слежение в реальном времени и анализа данных. Это особенно важно создать модель движения, которая может включать в себя избыточность маркер позиционирования. В случаях, когда окклюзия маркером или высадки происходит, возможность использовать дополнительные позиции маркера при необходимости производить соответствующие кинематической характеристикой и поддерживают отображение в реальном времени без перерывов в данных.
3. Выполните первоначального судебного разбирательства анализа движения продолжительностью от 10-30 сек. Это необходимо для получения исходных данных, а также может быть использован в качестве первого механизма обеспечения обратной связи результатов для пациента. Консультации с пациентом соответствующих выводов важно для оказания помощи в двигатель ЛираНин требуется при создании новых моделей движения.
4. У терапевта объяснить цель предназначены движения модификации. Это должно включать в себя как биомеханических и клинических обоснований для модификации и как он является уникальным для данной патологии. Демонстрация движения модификации терапевт повысят двигателя обучении пациента. Движение модификации, как правило, определяется на основе биомеханических и клинических проявлений пациента во время лечения или исследования вопроса должны быть рассмотрены, если только для исследовательских целей.
5. Начать движение переподготовки сессии. При использовании беговой дорожки, позволяющие предмет самостоятельно выбирать предпочтительную скорость и обеспечить пару минут, чтобы достичь стационарной. Это также позволяет пациенту стало привычно и удобно с оборудованием, экспериментальные установки, и протокол.
6. Обеспечивать обратную связь с пациентом во время выполнения движений. Это может принимать форму многих DIFferent подходы, и сочетание этих полезно на ранних стадиях обучения. Начнем с менее технические методы, такие как вербальную обратную связь и прогресс в реальном времени биологической обратной связи. Использование в режиме реального времени биологической обратной связи всегда должно включать четкое отображение более одного результата переменной за один раз.
7. Обеспечить достаточное время для пациента на практике новое движение. Эффективное обучение двигателя не достигнут мгновенно. Вместо этого, постоянная практика новые характеристики движения будет оказывать помощь в обеспечении повторной постановки двигатель программы, ответственные за это движение. Типичный переподготовки вмешательство может потребоваться 8-10 целенаправленной тренировки, каждая из которых длится от 30 до 60 мин.

4. Пациент де-брифинга и последующих сессий обучения

1. Обсудить важные выводы и итоги сессии с пациентом. Важные факторы, чтобы сосредоточиться на изменчивость должна включать в работе, соблюдения предписанных MODIF движенияication и дальнейшее описание обоснования и важность изменений.
2. Получить входе в отношении сессию с пациентом. Учитывая, что предпочтения каждого пациента, скорее всего, отличаются, это может быть необходимо изменить доставки вмешательства для данного индивида. Они должны быть определены рано, чтобы оптимизировать эффективность.
3. Определить план для последующих тренировок, если это необходимо. Если мульти-сессии вмешательства выбирают, последующих тренировках следует использовать обратную связь исчезла подход к повышению двигатель обучения. Обеспечить меньше общего обратной связи и поочередно блоки времени обратной связи и нет обратной связи на будущих сессиях.

Representative Results

Пример из одного движения переподготовки заседание, посвященное увеличился боковой ствол угол наклона у пациентов с ОА коленных суставов показано на рисунке 2. После примерно 15 минут обучения с использованием комбинации вербальных и зеркала на основе обратной связи производительности, пациенту была оказана в режиме реального времени данных, относящихся к сумме боковые сгибания туловища. Обучение с помощью этого метода продолжают еще в течение 10 мин. Во время нормальный (неизмененный) испытания, пациент выставлены самостоятельный выбор количества боковых ствола наклон около 2 ° (см. пик пунктирной линией около 20% позиции). Во время испытания модификации, пациенту было поручено достичь пика постное значение 6 °, как показано на целевую область на экране. Как видно на рисунке 2, изменение походки модель использования увеличением бокового ствола постного не было связано с заметным изменением в общей структуре. Скорее всего, пациент выставлены INCRлегкость в боковом стволе постный в течение всего цикла походки.

Полученный эффект на коленном суставе нагрузки - как количественно с помощью внешнего момента приведения колена - можно увидеть на рисунке 3. Хотя не предусмотрено, как визуализировать данные пациента, биомеханические следствие увеличения бокового ствола постное является снижение коленного момента приведения, возможно переключение нагрузки в коленном суставе ^9,12. Опять же, общая картина коленного сустава момент - и последующей загрузки в рамках совместного - не заметно отличаются от нормальных и измененных испытаний. Вместо этого, величина была снижена во всем.

Рисунок 1. Основной маркер, используемая для движения тестирования анализа. Черные точки представляют позиции повторнойflective маркеров размещены на специфические анатомические ориентиры. Более сложные наборы маркеров используются при оценке сустава и движений в сегменте более подробно.

Рисунок 2. Пример бокового ствола угол наклона во время обычной ходьбе суда (пунктирная линия) и суда, где пациенту было поручено получить максимальное количество бокового ствола наклон около 6 ° (сплошная линия). В режиме реального времени бокового ствола угол наклона был показан перед пациентом во все времена. Данные изображены находятся в одном цикле позицию, где 0% первоначальный контакт одной конечности и 100% это схождение с той же конечности.

Рисунок 3. Внешний коленоприведение момент значения всей позицию во время обычной ходьбе суда (пунктирная линия) и одна, в которой пациент было поручено увеличить их количество боковой ствол постное (сплошная линия). Значения приведены нормированные на время, а также к размерам тела (в процентах произведения массы тела и роста -% BW * HT).

Discussion

В реальном времени обратную связь производительности во время движения, такие как ходьба может быть ценным дополнением к стандартным подходам анализа движения. Хотя в относительном младенчестве, исследования в конкретные и дискретные изменения движения, безусловно, выиграют от возможности получения желаемого модификация с точностью и в режиме реального времени. Например, если пациент требует определенного количества движения модификации, эта сумма может быть измерена и представлена ​​в ходе фактического движения. Здесь подход может быть использован для тестирования новых подходов к движению модификации, а также уточнение существующих протоколов для широкого круга пациентов.

Точность собираемых данных и последующей способности к достижению дискретные изменения в параметры движения зависит от ряда факторов. Самое главное, анализ движения любого рода полагается на предположение, что наблюдаемые / измерять движения указывает наистинные анатомические движения. Как, кожа на основе маркеры предназначены для визуального представления конкретных основные анатомические ориентиры. Соответственно, для того, чтобы захваченные движения точно отражает фактическое движение основного скелета, гораздо забота должна быть введена в выборе Маркер позиционирования. Есть много различных биомеханических моделей в настоящее время применяются, что каждый имеет несколько иной размещения маркеров в попытке лучшего отслеживания движения скелетной системы. Необходимо соблюдать осторожность при выборе биомеханической модели - подробное обсуждение этих моделей выходит за рамки данной статьи. Наконец, независимо от используемой модели, соблюдение точного размещения маркеров должна быть сохранена. Важность принятия дополнительных усилий для обеспечения этой точной пальпации и последующего размещения маркера не может быть переоценена во время движения переподготовки испытаний с участием в режиме реального времени биологической обратной связи движения производительность, или любое испытание для анализа движения, что маттер.

Возможность отслеживать движение сегментов тела и суставов зависит также от технических характеристик камеры системы, а также целостность и поведение кожи на основе маркеров. Например, величина отражения или окклюзии видение маркеров (например, при погружении в свободную одежду) отрицательно скажется на данные, собранные и предоставленные пациенту. Как указывалось выше, создание сегментов в биомеханической модели, которые включают маркер увольнений по возможности, в случае "первичной" окклюзия маркером или отсева будет обеспечивать поддержание данных в реальном времени. Хотя более высоким разрешением и более целенаправленной камер, безусловно, уменьшить ошибки при отслеживании движений, необходимо принять решение о приемлемом уровне погрешности для вмешательства. В то время как дискретные (точное количество) изменение выбранного параметра движения, скорее всего, цель в научных исследованиях, менее точные модификации могут быть необходимы вклинических условиях. Это свидетельствует о необходимости быть точным при исследовании механизмов действия для данной модификации (и, действительно, технические преимущества лабораторных систем анализа движения), а также понимание ресурсов, времени и ограничения оборудования при реализации клинически. Хотя это не исключает возможности использования точного изменения клинически, оценки ограничения должны быть сделаны при использовании этого подхода в любых условиях. Кроме того, хотя методы с использованием пассивной отражающей системы захвата движения были описаны в этой статье, те же вопросы сбора и отображения точной информацией движение, остаются в силе независимо от используемой системы. Например, активные системы маркером или тех, кто использует носимых устройств (например, electrogoniometers, акселерометров) по-прежнему полагаются на способность толковать скелетные движения и анализа эффективно. Процесс точного сбора, анализа и отображения информации остается тем же для любой системы.

Вне зависимости от желаемой точности, точной калибровки системы требуется прежде, чем любой анализ движения или движение переподготовки сессии. Этот шаг необходим для того, чтобы положение камеры по отношению друг к другу известны. Это также дает возможность убедиться, что все камеры способны визуализации предназначены захвата объеме. Например, если зрение с одной камеры поглощается в связи с другим объектом (например, стол или стул), то лучше, чтобы обнаружить его во время калибровки этапе, а не фактической стадии анализа движения. Процесс калибровки приведет к определению величины положения и обнаружения ошибок системы именно в этот день. Максимально допустимая погрешность будет зависеть от технических характеристик системы, а также от предпочтений пользователей. Калибровка ошибки выше эти пороги диктовать повторной калибровки системы.

Есть ряд футуры применение этого метода для исследования и клинические исходы. Возможность изучения влияния немедленные изменения в различных биомеханических переменных на двигательной функции могут предоставить ценную информацию, необходимую, чтобы лучше понять механизмы движения. Таким образом, теоретические знания функциональной биомеханики может быть значительно повышена за счет использования этой техники. Действительно, одним из преимуществ использования в реальном времени обратную связь производительности - даже если движение переподготовки вмешательства не используется - это способность обнаруживать любые ошибки в ходе сессии сбора данных, а не после завершения форума. Это, безусловно, повышение эффективности движения исследования анализа.

Преимущества реального времени биологической обратной связи движения и последующим переподготовки должны быть взвешены против недостатков этого подхода. Прежде всего, есть существенные затраты, связанные с любой системы анализа движения. Дополнительная обновлявляются и затраты на оборудование или программирования нагрузки должны быть учтены при добавлении в реальном времени возможности биологической обратной связи. Кроме того, потенциальные простои из-за технических трудностей системы также должны быть предусмотрены в какой-то момент во время использования. Традиционные подходы, такие как использование зеркала или захвата видео имеют гораздо меньше шансов быть затронуты при простоев. Наконец, учитывая индивидуальные различия в двигатель стилей обучения, некоторые люди не обязательно могут воспользоваться в режиме реального времени биологической обратной связи. Идентификация этих не отвечающих рано имеет важное значение. Глубокое понимание принципов двигатель обучения, необходимых для оптимизации результатов во время и вмешательство движения модификации. Например, включающий как знание результатов и знаний производительности во время переподготовки могут быть эффективными для содействия обучению, и использование исчезла обратная связь парадигма может помочь в сохранении производительности в долгосрочной перспективе.

Хотя потенциальное воздействиеснимите с клинической точки зрения, ряд вопросов все еще должны быть решены до широких масштабах стратегии модификации движения должны быть реализованы в клинических условиях. Во-первых, хотя местные биомеханические эффекты начинают быть хорошо известно, влияние этих изменений на клинически значимые исходы, такие как боль и функция пока неизвестно. Точное специфику движения модификация будет зависеть от нарушений, связанных с патологией и клинических и биомеханических характеристик конкретного пациента. Например, необходимого изменения параметров движения, скорее всего, отличаются между теми, кто с ОА коленных суставов по сравнению с тем, кто перенес инсульт травмы спинного мозга. Кроме того, увеличение бокового ствола склоняются в кого-то с ОА коленного сустава, который уже обладает большим количество мяса не может быть эффективным. Дополнительные исследования также необходимо рассмотреть, если изменения в совместных биомеханики перевести на клиническое улучшение. Проведение долгосрочных мероприятийпозволит получить ценную информацию относительно возможности (особенно в старших возрастных группах), приверженность и эффективность движения модификаций. Это также даст возможность отслеживать изменения в биомеханике и симптомы на другие суставы, чтобы оценить риск негативных последствий этих изменений. Наконец, хотя изучается как отдельный лечения, чтобы проверить эффективность, клиническая реализация этих модификаций в конечном итоге будет частью общей стратегии лечения. Например, для лечения ОА коленного сустава будет по-прежнему привлекать укрепления мышц, диапазон движения упражнения / растяжение, и аэробные кондиционирования. Движение переподготовки использования в режиме реального времени биологической обратной связи может играть важную роль в качестве дополнения подходе терапия как эффективное средство для оптимизации совместной биомеханики и общей физической функции. Как движение модификация вписывается в клиническую управления, и как это может сочетаться с другими мерами пока не определена.

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