Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Behavior

Mauern entsprechende Motion Capture-Techniken für die Beurteilung der Nordic-Walking-Gang und Haltung in den älteren Erwachsenen

doi: 10.3791/53926 Published: May 12, 2016

Summary

Ziel war es, die optimale Nutzung von Techniken der Datenerhebung für Nordic-Walking-Gang- und Haltungsanalyse untermauern. Dreidimensionale Bewegungserfassung sollte während der kurzen Dauer - Analyse (dh einzelne Gangzyklus) verwendet werden, während Accelerometrie sollte für längere Dauer - Analyse (dh wiederholten Zyklen) wie ein 6 - Minuten - Gehtest verwendet werden.

Abstract

Nordic Walking (NW) ist eine sichere und einfache Form der Übung in den letzten Jahren, und dieses Gangbild bei der Untersuchung wurden verschiedene Techniken der Datenerhebung eingesetzt worden, die jeweils mit positiven und negativen. Ziel war es, die Wirkung von NW auf älteren Erwachsenen Gang und Haltung zu bestimmen und in die optimale Nutzung unterschiedlicher Datenerfassungssysteme sowohl kurze als auch lange Dauer-Analyse zu bestimmen. Gang- und Körperhaltung während der NW und normalen Gehen wurden bei 17 gesunden älteren Erwachsenen (69 ± 7,3 Jahren) bewertet. Die Teilnehmer führten zwei Studien von 6 Minuten zu Fuß Tests (6MWT) (1 mit Polen (WP) und 1 ohne Pole (NP)) und 6 Versuche mit einem 5m zu Fuß (3 WP und 3 NP). Bewegung wurde mit zwei Systemen aufgezeichnet, ein 6-Sensor Accelerometrie System und ein 8-Kamera 3-dimensionale Motion-Capture-System, um die räumlich-zeitliche zu quantifizieren, kinematische und kinetische Parameter.

Mit beiden Systemen demonstriert Teilnehmer erhöhte Schrittlänge und Doppelstütze und Verkleed Gehgeschwindigkeit und Kadenz WP im Vergleich zu NP (p <0,05). Auch mit Motion-Capture, größere Einzel Support-Zeit wurde festgestellt, WP (p <0,05). Mit 3-D-Erfassung, kleinere Hüfte Energieerzeugung und Kraftmomente wurden bei Fersenkontakt und Pre-Swing sowie kleinere Kniestromaufnahme bei Fersenkontakt, Pre-Swing und Terminal swing WP im Vergleich zu NP gefunden, wenn beurteilt über ein Zyklus (p <0,05). Auch ergab WP kleinere Kraftmomente bei Fersenkontakt und Terminal schwingen zusammen mit größeren Momente in der Mitte der Haltung eines Gangzyklus (p <0,05). Es wurden keine Änderungen für die Körperhaltung gefunden.

NW scheint angemessen für ein normales Gangbild bei älteren Erwachsenen zu fördern. Dreidimensionale Bewegungserfassung sollte in erster Linie während der kurzen Dauer der Ganganalyse (dh einzelne Gangzyklus) verwendet werden, während Accelerometrie Systeme in erster Linie in den Fällen eingesetzt werden , sollten längere Dauer Analyse erfordern , wie zum Beispiel während der 6MWT.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Nordic Walking (NW) ist als einfache und sichere Form der Fitness - Walking angesehen 1 speziell entwickelten Stöcke verwenden. Es wird vorgeschlagen, dass Pole zusätzliche Stabilität sorgen, Verbesserung der Körperhaltung und Belastung der Gelenke der unteren Extremitäten zu verringern. Es besteht jedoch begrenzt oder widersprüchliche Aussagen Gelenkbelastung und Körperhaltung in Bezug auf. Auf der einen Seite Schwameder et al. 2, Willson et al. 3 und Koizumi et al. 4 Bericht Verbesserungen in kinematischen Maßnahmen und / oder Verringerung der Bodenreaktions, Kompression und Scherkräfte mit ihren Pol zu Fuß Studien. Auf der anderen Seite, kinematische Maßnahmen und erhöhte Gelenkbelastung in Bezug auf die Brems- / Antriebskräfte und Kraftmomente rückläufig von Hansen et al. 5, Stief et al. 6 und Hagen et al. 7 , während Pol zu Fuß. Zusätzlich Ansprüche der verbesserten Körperhaltung scheinen gegangen entirel zu habeny nicht unterstützt durch wissenschaftliche Forschung zu diesem Punkt.

Ähnlich wie bei den widersprüchlichen Ergebnissen mit Gangmuster gefunden, verschiedene Methoden und Geräte wurden auch in dieser Linie der Forschung eingesetzt. Mehrere Studien haben 3-dimensionale Motion - Capture - Systeme 4,6 und digitale Videokameras 2,5, alle mit Kraftmessplatten in das System, Gang angemessen beurteilen eingearbeitet , um verwendet. Während zusätzlich andere Studien haben andere Mittel zur Beurteilung Nordic Polarisierungs Gang einschließlich der Verwendung von electrogoniometry 7, Elektromyographie (EMG) 8 eingesetzt und Dehnmessstreifen angebracht Pole 2,9. Mit der Technik in diesem Protokoll verwendet wird , stellt sie den spezifischen Vorteil, dass sie eine entsprechende Darstellung (dh wiederholt Gangzyklen) eines Individuums Nordic Polarisierungs Gang über alternative Techniken zu demonstrieren , die mehr konzentriert auf kurze Laufzeiten und einzelne Gangzyklen. Auch dieses Verfahren nutztAccelerometrie, ein geeignetes Instrument, die bis zu diesem Punkt hat sich dünn in Nordic-Walking-Forschung eingesetzt. Je nach Ziel der einzelnen Forschungsprojekte kann die Anwendung dieses Protokolls für Situationen geeignet, wie in diesem Protokoll beschriebenen, besonders für kurze und lange Dauer Gang. Es ist wichtig zu beachten , dass sowohl Motion - Capture - und Accelerometrie eignen sich für eine Vielzahl von Gangeigenschaften zu erhalten , einschließlich: räumlich-zeitliche (zB Schrittlänge, Gehgeschwindigkeit, etc.), Kinematik (zB Bewegungsbereich) und kinetische (zB Kräfte , Leistungsausgänge, etc.) Parameter.

Und trotz der Verwendung dieser verschiedenen Teile der Ausrüstung, nur von kurzer Dauer Gang Ereignisse (dh einzelne Gangzyklus) haben bewertet worden, Fragen in Bezug verlassen beste längere Dauer Gang Beurteilung (dh wiederholt Gang - Zyklen). Daher wird die Begründung für die Entwicklung und Anwendung dieser Technik auf die i basierendmportance der ein vollständiges Bild von Nordic Polarisierungs Gang Gestaltung.

Der Zweck dieser Studie war zweifach. Erstens ist das primäre Ziel zu bestimmen und die Verwendung beider Accelerometrie Systeme und 3-dimensionale Motion-Capture-Systeme bei der Beurteilung der Gang und Haltung über kurze und lange Zeiträume untermauern. In zweiter Linie ist es das Ziel, die Gesamtwirkung der Nordic-Walking-Stöcke auf Gangmuster einschließlich räumlich-zeitliche und kinetische Maßnahmen sowie Körperhaltung der älteren Erwachsenen zu bestimmen. Bis heute hat minimale Forschung konzentrierte sich auf älteren Erwachsenen NW und von dem , was veröffentlicht wurde, Funktion (dh Kraft, Balance, Flexibilität) hat die primären Zielvariablen dargestellt. Daher Wissen um die Rolle von Walking-Stöcke auf meßbare Gang Variablen im Zusammenhang benötigt wird und einen Einblick geben können, wie Pole in unsere Gangmuster spielen können, wie wir altern.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Diese Studie wurde in Übereinstimmung mit den Richtlinien des Forschungs Ethikrat der Universität von Ottawa durchgeführt.

1. Screening-Verfahren

  1. Bieten Seite zeigen Präsentationen zu lokalen Wandergruppen und Post Rekrutierung Plakate an Gemeindezentren und öffentliche Einrichtungen, um eine Gruppe von aktiven, Community-Wohnung ältere Erwachsene zu rekrutieren.
  2. Nach dem ersten Besuch, begrüßen Sie zuerst die Teilnehmer, führen sie ins Labor, und ihnen Zeit in angemessene Kleidung zu ändern (dh Shorts, T-Shirt und Laufschuhe). Einmal fertig, bieten jedem Teilnehmer eine eingehende Beschreibung der Versuche, eine schriftliche Einverständniserklärung erhalten, und Bildschirm jedes einzelnen Studienberechtigung mit verschiedenen Fragebögen.
    HINWEIS: Einschlusskriterien beinhaltet: 55-80 Jahre alt, Anfänger bis zum Nordic Walking (NW), keine neurologischen Erkrankungen, keine kognitiven Beeinträchtigungen, keine Herzbeschwerden, keine frühere Verletzungen oder Operationen zu beeinflussen Gang und obereExtremität Bewegung und die Fähigkeit, ohne Hilfe zu gehen.
    1. Haben die Teilnehmer eine allgemeine Gesundheit und körperliche Aktivität Fragebogen und die körperliche Aktivität Bereitschaft Fragebogen (PAR-Q) absolvieren, um Alter, Aktivitätsniveau, um zu bestätigen, alle vorhandenen neurologischen Erkrankungen, und kurz Herzgesundheit zu beurteilen.
    2. Als nächstes müssen sie einen selbst berichteten Haltungsstabilität vervollständigen und fällt Fragebogen (von Ashburn angepasst et al. 10) fallen Prävalenz zu bestimmen, falls zutreffend. Schließlich runden das Montreal Cognitive Assessment (MOCA) mit jedem Fach , um milde kognitive Beeinträchtigung 11 zu steuern, eine Mindestpunktzahl von 26 von 30 bildet.

2. Pole Set-up und Nordic Walking Unterricht

  1. Geben Sie jedem Teilnehmer mit einem Satz von Polen, und sie anweisen, wie die Pole auf eine optimale Länge im Verhältnis zu ihrer Höhe zu verstellen. Stellen Sie sicher, dass die Einstellung auf etwa 6 entspricht5% der Körperhöhe des Individuums.
    1. Geben Sie jedem Teilnehmer mit den folgenden Anweisungen bezüglich Pol Einstellung. Bitten Sie die Teilnehmer aufrecht zu stehen, haben die Teilnehmer die Polspitze vor den Zehen stellen, weisen die Teilnehmer den Ellenbogen und Unterarm zu legen neben dem Körper, und bitten die Teilnehmer, die Pole zu verlängern, so dass die Ellenbogen bildet eine ungefähre 90 ° Winkel neben dem Körper. Schließlich ziehen Sie die Pole und Winkel nach hinten die Boot-Tipps.
  2. Weisen Sie dem Teilnehmer die folgenden vier grundlegenden Schritte , um die Menge an Informationen zu minimieren ein gründliches Verständnis der Technik 12 zu verarbeiten und zu gewährleisten. Allot ca. 30 min für den Unterricht und die anschließende Praxis der Technik.
    HINWEIS: Nordic-Walking-Anweisungen sind von einem zertifizierten Nordic Walking Instruktor Pol gegeben werden.
    1. Vor dem Befestigen der Handschlaufe, weisen Sie den Teilnehmer ihre Pole hinter den unteren Rücken zu legen undaufrecht stehen. Bitten Sie die Teilnehmer mit ihrer Brust hoch und die Schultern entspannt zu stehen.
      ANMERKUNG: Erklären Sie dem Teilnehmer, der dies geschehen ist für Nordic Walking ein Verständnis für die erforderlichen aufrechte Körperhaltung zu gewinnen.
    2. Haben jeder Teilnehmer die Handgelenkbaender sichern, legen Sie die Polspitzen hinter ihnen, und ihre Arme an ihren Seiten zu entspannen. Während ihre Hände offen zu halten (dh nicht Griffe Greifen), weisen Sie den Gegenstand mit minimaler Schwingarm für ca. 100 m zu beginnen zu Fuß.
      HINWEIS: In dieser Phase sind die Pole einfach hinter dem Teilnehmer hinterher.
    3. Während noch die Hände zu öffnen und ziehen die Pole hinter ihnen zu halten, weisen Sie den Teilnehmer schneller zu beginnen, zu Fuß. Bitten Sie die Teilnehmer, ihre Hand zu visualisieren zu bringen, als ob sie im Begriff sind, jemandem die Hand zu schütteln.
      HINWEIS: In dieser Phase erklären, dass das Ziel ist es, die natürliche gegenseitige und rhythmische Aktionen der Arme und Beine während des Gehens zu fördern.
    4. Endlich,wie der Arm nach vorne schwingt, haben die Teilnehmer sanft den Griff erfassen und eine Kraft gegen den Boden anzuwenden. Mit jedem Arm schwingen, weisen Sie den einzelnen zu leicht die Stangen aus dem Boden heben und sie fest mit jeder weiteren Schritt pflanzen.
      HINWEIS: In dieser Phase erklären, dass die aufgebrachte Kraft hilft bei der Progression des Ganges und der Widerstand Muskulatur auf den Oberkörper zur Verfügung stellt.

3. Datenerfassung und Testprotokoll

  1. Mit einem Standard Maßband, Waage, und Sattel, nehmen die anthropometrische Messungen des Teilnehmers, einschließlich Größe, Gewicht, inter-ASIS Abstand, links und rechts Beinlängen, Kniebreiten, Knöchel Breiten, Schulter-Offsets, Ellenbogen- Breiten, Handgelenk Breiten und Handdicken.
    1. Einem Maßband, von der anterior-superior Spina iliaca (ASIS) zur Mitte des Innenknöchels sowie der Abstand zwischen dem linken und rechten ASIS (dh jede Beinlänge als den Abstand messen </ Em> inter-ASIS Abstand).
      1. (ZB Kondylen) jedes Gelenks nächstes messen die Breiten jedes Gelenk mit einer Schieblehre , indem der Abstand zwischen den knochigen Protuberanzen finden. Schließlich messen die Höhe und das Gewicht des Teilnehmers ein Standard Maßband und Skala sind.
  2. Um Gangmuster (zB räumlich-zeitliche Maßnahmen) und Körperhaltung über einen langen Zeitraum zu beurteilen, ein Accelerometrie System für die Datenerfassung verwenden während der 6 - Minuten - Gehtest (6MWT), die eine gültige und entsprechende Test bei der Beurteilung ist von älteren Erwachsenen körperliche Ausdauer 13.
    1. Für die Accelerometrie System sicher, dass es von mindestens 6 Sensoren besteht, die jeweils mit Beschleunigungsmessern und Gyroskopen in sie eingearbeitet, um sowohl die Beschleunigung (g) und der Winkelgeschwindigkeit (Grad / sec) jedes spezifischen Körpersegment zu messen.
      1. Vor der Platzierung auf dem Teilnehmer, sicherzustellen, dass alle Sensoren are sicher an die Dockingstation , um das System verankert , sie zu synchronisieren und das System zu kalibrieren und schließlich präzise Datenmessungen 14 Relais.
    2. Bringen Sie die Sensoren mit einstellbaren Klettbänder, sichern die Sensoren an die Handgelenke, Knöchel, der Lendenwirbelsäule (L5) und Stamm und sammeln mit einer Abtastrate von mindestens 100 Hz.
      1. Wenn die Sensoren platzieren, sicherzustellen, dass sie nach den Systemrichtlinien ausgerichtet sind. Positionieren Sie die Knöchel Sensoren vorn. Positionieren Sie die Handgelenksensoren hinten (wenn in anatomischen Position). Positionieren Sie den Stamm-Sensor oben auf dem Brustbein, und die Position der L5-Sensor direkt an der L5 Wirbel.
        HINWEIS: Kinematische Daten werden drahtlos von diesen Sensoren zu einem Zugangspunkt übertragen, die exakt der Zeit der Übertragung der synchronisierten Daten verwendet wird.
    3. Den Teilnehmer mit den 6 Sensoren und sie bitten, zwei Studien der 6MWT auszuführen, eine mit Stangen und one ohne. Randomly ordnen Sie diese zwei Studien zur Wirkung, um zu steuern.
    4. Weisen Sie den Teilnehmer zu Fuß hin und her entlang einer 25 m Gehweg an einem selbst gewählten Geschwindigkeit für die 6MWT, sowohl für mit und ohne Stöcke. Zu diesem Zeitpunkt sollten Sie auf "Start" klicken, um die Datenerfassung mit dem Accelerometrie System zu beginnen.
      HINWEIS: Während der Pole Studien liefern weitere Anweisung an die Teilnehmer ihre Polarisierungs Anweisung zu implementieren.
  3. kurzer Dauer Gang Ereignisse mit Hilfe eines 3-dimensionalen Motion-Capture-System bei einem Minimum von 100 Hz zu sammeln, mit zwei Kraftmessplatten in den Weg eingebettet Schließlich beurteilen. Synchronisieren Sie die Kraft-Plattformen mit der Motion-Capture-System sicher, dass die Kraft-Plattformen Rauschen in den Daten zu verhindern, auf Null gesetzt, und sicherzustellen, dass sie bei einer ausreichenden Abtastrate sammeln, zum Beispiel 1000 Hz.
    1. Synchronisieren Sie die Kraftmessplatten auf die Motion-Capture-System indem sie zunächst mit dem Computer verbinden über die Drähte liefernd von der Firma. Zweitens, direkt innerhalb der Motion-Capture-System-Software, ist es zwingend notwendig, um "Hinzufügen" die Kraftplatten an die Fangvolumen durch die Dimensionen, Empfindlichkeiten Eingabe, Abtastraten und alle anderen erforderlichen Informationen für das System.
    2. Stellen Sie sicher, dass die Kraftmessplatten "auf Null gesetzt" worden sind. Tun Sie dies in zwei Schritten: 1) Rechtsklick auf jede Kraftmessplatte innerhalb der Software und wählen Sie "Null-Kraftmessplatte 'und 2) drücken Sie die" Null "Taste, die direkt auf dem Datenerfassungsfeld der Kraftmessplatten ist.
      HINWEIS: Stellen Sie sicher, dass die Motion-Capture-System-Informationen in Echtzeit sammelt sowohl aus dem linken und rechten Beine Fuß schlägt auf jeder Kraftplattform und ermöglicht eine räumlich-zeitliche, kinematische und kinetische Analyse.
  4. Führen Sie eine dynamische Kalibrierung des Systems (dem Ziel, die Erfassung Volumen definiert, die verwendet werden, während der Datensammlung ist). Um dies zu tun, winken ein 3-Marker Stab in einer kontrollierten Art und Weise durch die capture Raum. Führen Sie dann eine statische Kalibrierung des Systems das globale Koordinatensystem zu setzen (dh Bezugspunkt von 0, 0, 0 (x, y, z) durch einen 4-Marker L-Rahmen platzieren zu diesem Referenzpunkt angegeben und wählen Sie "Lautstärke einstellen 'innerhalb der Computer-Software.
    HINWEIS: Die dynamische Kalibrierung hilft später bei der Rekonstruktion der 3D-Position von 39 reflektierenden Markierungen für dieses Modell verwendet.
    1. Den Teilnehmer mit den 39 reflektierenden Markierungen, Befestigen sie doppelseitigen Klebeband und sie auf bestimmte anatomische Orientierungspunkte platzieren, einschließlich: zweite Mittelfußknochen, seitlichen Knöchels, calcanei, links und rechts Mitte Schaft, seitliche Femurkondylen, links und rechts der Mitte des Oberschenkels , ASIS, SIPS, T10, C7, rechts zurück, Schlüsselbein, Brustbein, acromion Prozesse, links und rechts Mitte Humerus, seitliche Epikondylen, links und rechts Mitte Unterarm, medialen und lateralen Handgelenke, zweite metacarpals, anterior-lateralen Kopf, und posterior-lateralen Kopf.
    2. Weisen Sie den Teilnehmer dannführen 6 Versuche mit einem 5 m zu Fuß durch die Systeme erfassen Volumen, drei mit Polen und drei ohne. zuweisen Randomly diese Versuche zur Kontrolle für Order-Effekt und bieten die gleiche Unterweisung gemäß den 6MWT.

4. Daten und statistische Analyse 14

  1. Bei der Analyse des 6MWT, entfernen Sie alle verwandelt sich während des Prozesses, um streng stationären Zustand zu Fuß zu berücksichtigen Nachdem die Windungen zu entfernen, verwenden Sie die Systemsoftware, die räumlich-zeitliche Maßnahmen, Stamm Bewegungsbereich (ROM) in allen Orten zu extrahieren und Stamm Geschwindigkeiten in allen Ebenen.
    ANMERKUNG: Dies wird automatisch während des Protokolls durch Algorithmen , die von dem System selbst verwendet 14 getan. Die Schritte, die notwendigen abhängigen Variablen innerhalb dieses Systems zu extrahieren, sind unten aufgeführt.
    1. Mit dem Accelerometrie Systemsoftware, klicken Sie zunächst auf "Monitordaten", wählen Sie die entsprechenden Studien zeitgestempelt, die gesammelt wurden, Rechtsklick auf die trrialien, und wählen Sie "in das CSV-Convert. Nachdem Sie das getan, öffnen Sie die CSV-Datei und stellen Sie sicher, dass die Daten von allen 6 Sensoren ist zur weiteren Analyse exportiert.
    2. Als nächstes wählen Sie die Testversion erneut und klicken Sie auf "Export in PDF". Beachten Sie das System einen PDF-Bericht mit einer Reihe von Variablen zu erzeugen. Von hier aus extrahieren Variablen, die für die Untersuchung gewünscht werden, in diesem Fall räumlich-zeitlichen und kinematische Maßnahmen.
  2. Für 3-dimensionale Bewegungserfassung, filtern, um alle Versuche vierter Ordnung Null Verzögerung mit Butter für analoge Geräte mit einer Grenzfrequenz von 10 Hz sowie ein Woltring Filter für die Marker-Trajektorien mit einem 15 mm MSE vorhergesagten Wert zu filtern. Um dies zu tun, fügen Sie die "Butterworth und Woltring 'Filteroptionen zur Operations Pipeline innerhalb der Systemsoftware, wählen Sie die oben genannten Grenzfrequenzen und MSE-Werte, und klicken Sie auf" Ausführen ".
    1. Fügen Sie einen 'Export in ASCII-Datei "Operation zur Operations Pipeline innerhalbdas System ein und wählen Sie "Ausführen". Speichern Sie die neu exportierten ASCII (Tabelle) Arbeitsblatt mit dem Computer.
    2. Öffnen Sie die exportierten ASCII - Dateien und in jeder Datei die Leistungsausgänge und Kraftmomente (dh Kinetik) für jede der unteren Extremität Gelenke, einschließlich der Knöchel, Knie und Hüfte.
      HINWEIS: Unter Verwendung der Minimal- und Maximalfunktionen im Arbeitsblatt berechnen die oberen und unteren Spitzen zu den verschiedenen Phasen eines einzelnen Gangzyklus entspricht (zB A1, K1, H1, etc.) , wie von Winter 14 skizziert.
    3. Als nächstes extrahiert die räumlichen-zeitlichen Maßnahmen den spezifischen Systemsoftware verwendet, die in diesem Fall automatisch durch die Systemalgorithmen und von anthropometrischen Messungen berechnet wird. die spezifischen Variablen zu extrahieren, zuerst die gewünschte Studie in die Systemsoftware zu importieren, wählen Sie "Events" und klicken Sie auf die gewünschte Variable die Variable Durchschnitt von jedem Versuch zu erhalten.
  3. Lastly, die ASCII-Dateien verwenden, die Bahnen für die C7-Marker sowie die sakrale / Becken-Marker finden. Mit Hilfe dieser Bahnen berechnen Haltungs-Ausrichtung als Differenz zwischen diesen Markern und Bahnen in den beiden medial-lateral und anterior-posterioren Richtung.
  4. Öffnen Sie statistische Software und importieren Sie die spezifische Studie. Zuerst mit Shapiro-Wilks-Test auf Normalität, sicherzustellen, ob die Daten normal verteilt ist.
    1. Zum Vergleich mit und ohne Stöcke, gepaart mit t-Tests, wenn die Daten normalverteilt ist und Wilcoxon Signed Tests Rang bei Krümmung. Verwenden Holm-Sidak mehrere Verfahren paarweise Vergleich, wenn notwendig. Signifikanzniveau bei p <0,05 festgelegt.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Spatial-Temporal Gait Parameter

Wenn es mit Nordic-Walking-Stöcke zu Fuß und bewertet unter Verwendung von Motion-Capture-und Kraftmessplatten, Schrittlänge (p <0,01), Doppel-Support-Zeit (p <0,001) und einzelne Stützzeit (p <0,001) sind alle deutlich länger im Vergleich zu Walking ohne Stöcke . Zusätzlich Gehgeschwindigkeit (p <0,05) signifikant langsamer und Kadenz (p <0,001) signifikant kleiner bei dem die Pole im Vergleich zu ohne in älteren Erwachsenen. Ferner wird, wenn über einen längeren Zeitraum zu Fuß mit dem 6MWT und mit Accelerometrie ähnliche Ergebnisse werden zur Kenntnis genommen mit einer längeren Schrittlänge (p <0,001) und Doppel-Support-Zeit (p <0,001) sowie eine deutlich langsamer Gehgeschwindigkeit (p Prüfung Gangart <0,001) und kleiner Kadenz (p <0,001) (Tabelle 1).

Untere Extremität Joint Kinetic Analysis </ P>

Kinetic Maßnahmen werden unter Verwendung von 3-dimensionalen Motion-Capture allein bewertet.

Hüftgelenk

Wenn Pole mit deutlich kleineren Hüfte Stromerzeugung bei Fersenkontakt (H1) (p <0,05) sowie bei der Vor- Schwung (H3) (p <0,01) gesehen im Vergleich zu Fuß ohne Pole (Abbildung 1). Um mit diesen Reduktionen in Hüfte Energieerzeugung zusammenfallen, der Moment der Kraft während Gehen mit Stöcken ist deutlich kleiner an beiden Fersenkontakt (p <0,05) und Pre-Swing (p <0,05) im Vergleich zu ohne Stöcke.

Knie Power Generation / Absorption

Wenn Pole mit deutlich kleineren Knieleistungsabsorption bei Pre-Swing (K3) (p <0,001) und bei ter bei Fersenkontakt (K1) (p <0,05), gesehenminal swing (K4) (p <0,001) im Vergleich zu Fuß ohne Pole (Abbildung 2). Zusätzlich mit Polen deutlich kleinere Kraftmomente sind bei Fersenkontakt (p <0,001) und am Ende der Schwung (p <0,001) und deutlich größere Kraftmomente in der Mitte der Haltung (p <0,01) im Vergleich zu ohne Stöcke gefunden.

Knöchel Power Generation / Absorption

Es gibt keine nennenswerte Leistung oder Kraftmoment Unterschiede am Sprunggelenk an beiden Fersenkontakt (A1) oder toe-off (A2).

Postural Analyse

Es gibt keine signifikanten Unterschiede im Stamm Bewegungsbereich , wenn sie in einer der drei Ebenen der Bewegung (dh frontal, sagittal und horizontal) oder mit Motion - Capture in der Frontal- und Sagittalebene mit Accelerometrie.

Die Ergebnisse dieser Forschung fand zeitgleich mit der bisherigen Forschung zum gleichen Thema mit ähnlichen Motion-Capture-Systeme. Diese Ergebnisse zeigen, dass diese Technik und die Verwendung von sowohl Bewegungserfassung und Accelerometrie kann bei der Beurteilung der Gang und Haltung allgemein geeignet sein.

Abbildung 1
Abb . 1: Spitzen Hüfte Strom über ein einziges Gangzyklus Diese Figur stellt eine typische Hip Leistungsprofil in Watt pro Kilogramm Körpergewicht über einen einzigen Gangzyklus (dh Fersenauftreffposition von einem Fuß auf den nächsten Fersenauftreffposition des gleichen Fuß) zu zu vergleichen, um mit Polen (rot) ohne Stöcke (blau). Die Pfeile bei H1, H2 und H3 Phasen sind indikativ für die Änderungen der Leistungserzeugung / Absorption mit Pole ohne Pole im Vergleich mit dem Sternchen einen signifikanten Unterschied zwischen der tw anzeigto. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Figur 2
Abb . 2: Peak - Knie Strom über ein einziges Gangzyklus Diese Figur stellt eine typische Knieleistungsprofil in Watt pro Kilogramm Körpergewicht über einen einzigen Gangzyklus (dh Fersenauftreffposition von einem Fuß auf den nächsten Hölle Schlag des gleichen Fuß) zu zu vergleichen, um mit Polen (rot) ohne Stöcke (blau). Die Pfeile an K1, K2, K3 und K4 Phasen sind ein Anzeichen für die Veränderungen in der Stromerzeugung / Aufnahme mit Pole ohne Pole im Vergleich mit dem Sternchen einen signifikanten Unterschied zwischen den beiden anzeigt. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version zu sehen diese Figur.

VICON APDM Mit Polen Ohne Polen Mit Polen Ohne Polen Zielparameter Mittelwert ± SD Stride Länge (m) 1,39 ± 0,19 1,31 ± 0,21 † 1,47 ± 0,11 1,42 ± 0,11 † Gait Geschwindigkeit (m / sec) 1,08 ± 0,23 1,18 ± 0,20 * 1,25 ± 0,17 1,39 ± 0,14 † Cadence (Schritte / min) 93.07 ± 10.90 108,78 ± 11,26 † 101,92 ± 12,17 117,82 ± 9,74 † Doppel - Support Zeit (s) 0,34 ± 0,06 0,28 ± 0,06 † 0,28 ± 0,07 0,22 ± 0,06 † Einzel - Support Zeit (s) 0,48 ± 0,05 0,41 ± 0,04 † --- ---

Tabelle 1:. Spatial-zeitlichen Mittelwert und Standardabweichung für beide Systeme zur Datenerfassung stellt dieser Tabelle werden die verschiedenen räumlichen und zeitlichen Maßnahmen von beiden Accelerometrie und Motion - Capture - Systeme erhalten. Beide Kreuze und Sterne stellen einen signifikanten Unterschied zwischen den mit und ohne Pole Pole für jede jeweilige System, mit Kreuzen spezifisch signifikanten Unterschied bei p darstellt <0,01 und Sternchen eine signifikante Differenz bei p darstellt <0,05.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Die Bedeutung Konsistenz der Pflege in Bezug auf die Pole Verwendung ist von entscheidender Bedeutung innerhalb dieses Protokolls. Insbesondere sind geeignete Schritte für die richtige Polung Technik sowie für eine angemessene Pol eingerichtet wichtige Konsistenz über verschiedene Studien hinweg aufrecht zu erhalten. Daher sind die Richtlinien und Anweisungen eines bestimmten Nordic-Walking-Organisation sollte für Protokolle wie diese eingehalten werden. Zusätzlich und vor allem bei der Verwendung von Accelerometrie, die Verwendung eines Ganzkörper - Satz von dreiachsigen Monitore ist wichtig , ein umfassendes Verständnis des Subjekts vollen Körperbewegung (zB Gang und Haltung) einschließlich Beschleunigung und Drehung jedes spezifischen Körpersegment zu erhalten. Ein solches System kann und vor allem in den Fällen gemäß diesem Protokoll verwendet werden soll, einen relativ langen Gehweg (zB 25 m), um Ereignisse langer Dauer auch zu berücksichtigen , wie minimieren die Anzahl der Windungen in erster Linie zu Steady - State zu Fuß zu berücksichtigen. Dies könnte insbesondere important bei der Verwendung von validierten Gangprüfungen wie die 6MWT 13 in beiden klinischen und wissenschaftlichen Einstellungen.

Weiterhin wurden bei der Untersuchung kurzer Dauer Ereignisse wie einzelne Gangzyklen 16 als entsprechende Gerätesysteme Bewegungserfassung angegeben und sollten als solche verwendet werden, wie es der Fall mit dem zweiten Teil dieses Protokolls ist. Um die Genauigkeit dieses Systems zu gewährleisten, ist es unerlässlich, die richtige statische und dynamische Kalibrierung des Systems ausführen, um das Capture-Lautstärke einzustellen und was noch wichtiger ist, die globale Koordinatensystem, die für 3-dimensionale Rekonstruktion der reflektierenden Markierungen. Um sowohl Gang sowie Körperhaltung, eine Ganzkörper - Marker - Set zu bewerten (zB Plug-in Gait - Modell) ist notwendig , da die Positionen und Verschiebungen der Hüfte (SIPS und Sakral) und Rücken (C7) Marker in die kritisch sind Analyse und Messung der Stamm Bewegungsbereich (ROM) in der anterior-posterioren (AP) und medial-lateral (ML) Richtungen. Und ichastly sollte aus diesem Protokoll zum Beispiel 1000 Hz bei einer ausreichenden Abtastrate, werden die Kräfte zu sammeln Platten mit dem System integriert. Abtastrate kann von Studie zu Studie jedoch geändert werden, müssen die Forscher sicher sein, nicht das Abtasttheorem zu verletzen, in dem es heißt "das Prozesssignal muss im Signal so hoch wie die höchste Frequenz, die in einer Frequenz mindestens zweimal abgetastet werden, selbst" 17.

Je nach Anlagenverfügbarkeit in verschiedenen Laborbedingungen, verschiedene Accelerometrie Systeme und Motion-Capture-Systeme verwendet werden können, sofern sie für die Einhaltung der kritischen Schritte dieses Protokolls ermöglichen. Um zum Beispiel einen dreiachsigen-Monitor-System, wenn nicht in der Lage zu verwenden, die sowohl Beschleunigung und Gyroskop Lesungen oder wenn die Laborfläche einen langen Gang zu übernehmen hat, die Verwendung dieses Systems kann nicht sein, völlig ausreichend für die Beurteilung der eigenen Gang und Haltung nicht ausreicht . In ähnlicher Weise mit Motion-Capture-Systeme, die Verwendung einesfür jeden Teilnehmer unteren Körpermodell ist bei der Beurteilung der verschiedenen Gangeigenschaften ausreichend, jedoch geringer Körpermodelle scheitern würden in geeigneter Weise Körperhaltung zu bewerten, wie einige der notwendigen Hüft- und Wirbelsäulen Marker fehlt möglicherweise Stamm ROM zu berechnen. Auch wenn dieses Protokoll mit spezifischen Bedingungen (zB Knie - Arthrose oder ACL Verletzung), die Verwendung von verschiedenen oder modifizierte Markersets zu untersuchen , wie die , die von Ali, Rouhi und Robertson 18 kann verwendet werden , um eine vollständige Beurteilung des Knies zu schaffen für solche Bedingungen. Zusätzlich wird, wie diese Studie auf älteren Erwachsenen nur fokussiert ist, kann das Protokoll von der Zugabe einer Kontrollgruppe zugute kommen zu Vergleichszwecken ist dies jedoch weitgehend abhängig von der Bevölkerung für jede einzelne Studie. In Abhängigkeit von der Bevölkerung, eine Kontrollgruppe (zB junge Erwachsene) kann dazu beitragen, weiter zu verstehen , wie Gang und Körperhaltung ändert, sowohl mit als auch ohne den Einsatz von Nordic Pole. Ebenfalls,um besser auf die Rolle zu verstehen, dass sich die Pole während des Gehens, die Verwendung von Dehnmessstreifen spielen könnten eingebaut werden. Nach einer Technik bisher verwendeten auf gesunde junge Erwachsene von Jensen und Kollegen 9, Platzierung eines Dehnungsmessstreifens an jedem der Pole helfen könnten bei der Bewertung der kinetischen Gangmessungen. Und schließlich, nach einer Technik , die von Shim eingesetzt und Kollegen 8, mit Elektromyographie (EMG) mit diesem Protokoll in das Verständnis der spezifischen Muskelaktivierungsmuster von der oberen und unteren Extremitäten beim Nordic Walking helfen können.

Die Originalität dieses Protokolls liegt in der Tatsache, dass sie die Richtlinie für Stand der Technik Ganganalysen in zwei sehr unterschiedlichen Set-ups zur Verfügung stellt. Daher gibt diese rationale und praktikable Möglichkeiten für Forscher und Kliniker aus zu wählen, wenn sie auf das Protokoll der Entscheidung, die am besten den Zweck ihrer Analyse dienen. Um es zu wiederholen, mit der 3-dimensionalen Motion-Capture-System,das Ziel ist, kurze Dauer Ereignisse zu untersuchen, wie bei einer einzigen Gangzyklus, während Beschleunigungsmessersysteme in diesem Fall verwendet werden Gang als Ganzes über einen längeren Zeitraum zu untersuchen. 6 - Verschiedene 3-dimensionale Motion - Capture - Systeme sowie Videokameras, die alle mit Kraftmessplatten in sie integriert wurden bei der Beurteilung der Nordic - Walking - Gang 3 verwendet. Stief et al. 6 verwendet , um eine 6-Kamerasystem 5 Polarisierungs und 5 nicht Polarisierungsversuche zu sammeln , um die Kinematik (dh ROM) und Kinetik (dh Kraftmomente) über die Hüfte, Knie und Fußgelenke zu messen. In ähnlicher Weise eine 10-Kamera - System wurde von Koizumi et al. 4 mit zwei Kraftmessplatten in das Gesetz aufgenommen , um kinetische Messungen von 10 Nordic - Walking - Studien , um zu erhalten , um letztendlich Scher- und Druckkräften der unteren Extremitätengelenke und Lendenwirbelsäule berechnen. Ferner Hansen et al. 5 verwendet , um einen 5-camÄra digitales Videosystem Bewegungen aufzeichnen, wieder mit zwei Kraftplattformen im Gang, um eingebettet einschließlich kinetische Variablen zu quantifizieren: Kompressionskräfte, Scherkräfte, Bodenreaktionskräfte und Momente von Gewalt. Bestehende Verfahren weisen grundsätzlich auf die Verwendung von Motion-Capture-Systeme als allgemein akzeptiert und weitgehend angemessen für eine genaue und effiziente Maßnahme eines Gang individuellen Muster, wenn auch für kurze Dauer Veranstaltungen.

Im Gegensatz alternative Methoden zur Gemeinsamkeit der Motion - Capture, wie die von Hagen verwendet et al. 7 haben manchmal eingesetzt. In dieser speziellen Studie, electrogoniometry und Kraftmessplatten werden verwendet , um die räumlich-zeitliche Maßnahmen (zB Schrittlänge), der unteren Extremitäten ROM und Kinetik zu bewerten, insbesondere die vertikale Kraft. Sie haben auch eine Accelerometrie System, es ist jedoch ein uniaxial Monitor, der nur auf der rechten radialen Seite des Handgelenks angeordnet wurde wr zu messenist die Beschleunigung und auf den Körper bei der Schätzung der Stoß unterstützen. Jenseits Hagen et al. 7 in den letzten Jahren hat Nordic Walking Gang wirklich noch unter Verwendung Accelerometrie sucht werden. Und weiter noch hat die Forschung noch längere Dauer Gang Ereignisse zu untersuchen, wie mit dem 6MWT. So wie Motion-Capture-weit für kurze Dauer Veranstaltungen genutzt wird, Accelerometrie sollte eher ein Grundnahrungsmittel in der Ganganalyse, insbesondere über einen längeren Zeitraum werden. Wenn die Verwendung von Accelerometrie mehr ist weithin anerkannt, und in dieser Hinsicht bewertet, kann dies für eine repräsentativere Bewertung des Gehens erlauben, wie es auf einer täglichen Basis durchgeführt wird.

Sobald das Protokoll perfektioniert wird, wird sowohl Accelerometrie und Motion-Capture für Nordic Polarisierungsganganalyse mit Hilfe einer Beurteilung des Gehens in seiner Gesamtheit zu schaffen, die sowohl repräsentativ als mehr als gut Spritzern zu Fuß sein könnte. Außerdem können solche Techniken mit spezifischen Populationen eingesetzt werden (zB Parkinsauf Krankheit) ein besseres Verständnis davon, wie Nordic-Walking-Stöcke zu gewinnen nicht nur einen einzigen Schritt beeinflussen kann, sondern auch eine bessere Vertretung ihrer Gangart von wiederholten Schritten erhalten. Auch wenn in der klinischen Praxis können Kliniker können Accelerometrie mehr zu verwenden, genau eines Patienten Gang während der klinischen Beurteilung messen. Solche Systeme sind besonders benutzerfreundlich und die Datenerfassung und Analyse zu vereinfachen. Schließlich kann angemessen auf die Wirkung eines Nordic Walking Intervention suchen mit diesem Protokoll übereinstimmen. Es ist möglich, dass die Polarisierungs Technik zu lernen und dann sofort Labortests durchführen kann in einer ganz genauen Beurteilung führen. Stattdessen üben mit den Polen für einen bestimmten Zeitraum (zB 8 Wochen) eine bessere Beurteilung der Wirkung von Nordic Pole auf Gang und Haltung kann vorsehen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Diese Arbeit wird teilweise durch Nordixx Kanada, Hersteller der Walking-Stöcke in diesem Video verwendet finanziert.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Nordic walking poles Nordixx Canada Nordixx Global Traveler or Walker Alternative poles may be used
APDM accelerometry system APDM Opal system Alternative systems may be used
Vicon motion capture system Vicon Alternative systems may be used
Kistler force platforms Kistler Alternative platforms may be used
Vicon Nexus & Polygon Vicon Used in data analysis
14 mm reflective markers Vicon Number or markers depends on model
Tape measure
Weight scale
Caliper

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Parkatti, T., Wacker, P., Perttunen, J. Improvements in Functional Capacity from Nordic Walking: A Aandomized Controlled Trial Among Older Adults. J Aging Phys Act. 20, (1), 93-105 (2012).
  2. Schwameder, H., Roithner, R., Muller, E., Niessen, W., Raschner, C. Knee joint forces during downhill walking with hiking poles. J Sports Sci. 17, (12), 969-978 (1999).
  3. Willson, J., Torry, M. R., Decker, M. J., Kernozek, T., Steadman, J. R. Effects of walking poles on lower extremity gait mechanics. Med Sci Sports Exerc. 33, (1), 142-147 (2001).
  4. Koizumi, T., Tsujiuchi, N., Takeda, M., Fujikura, R., Kojima, T. Load dynamics of joints in Nordic walking. Procedia Engineering. 13, 544-551 (2011).
  5. Hansen, L., Henriksen, M., Larsen, P., Alkjaer, T. Nordic Walking does not reduce the loading of the knee joint. Scand J Med Sci Spor. 18, (4), 436-441 (2008).
  6. Stief, F., Kleindienst, F. I., Wiemeyer, J., Wedel, F., Campe, S., Krabbe, B. Inverse dynamic analysis of the lower extremities during Nordic walking, walking, and running. J Appl Biomech. 24, (4), 351-359 (2008).
  7. Hagen, M., Hennig, E. M., Stieldorf, P. Lower and upper extremity loading in nordic walking in comparison with walking and running. J Appl Biomech. 27, (1), 22-31 (2011).
  8. Shim, J., Kwon, H., Kim, H., Kim, B., Jung, J. Comparison of the effects of walking with and without Nordic pole on upper extremity and lower extremity muscle activation. J Phys Ther Sci. 25, (12), 1553-1556 (2013).
  9. Jensen, S. B., Henriksen, M., Aaboe, J., Hansen, L., Simonsen, E. B., Alkjaer, T. Is it possible to reduce the knee joint compression force during level walking with hiking poles. Scand J Med Sci Spor. 21, (6), 195-200 (2011).
  10. Ashburn, A., Hyndman, D., Pickering, R., Yardley, L., Harris, S. Predicting people with stroke at risk of falls. Age Ageing. 37, (3), 270-276 (2008).
  11. Nasreddine, Z. S., Phillips, N. A. The Montreal Cognitive Assessment, MoCA: a brief screening tool for mild cognitive impairment. J Am Geriatr Soc. 53, (4), 695-699 (2005).
  12. Teaching the Technique. Nordixx Inc. Available from: https://www.nordixx.com/pages/teaching-the-technique/ (2015).
  13. Rikli, R. E., Jones, C. J. The reliability and validity of a 6-minute walk test as a measure of physical endurance in older adults. J Aging Phys Activ. 6, (4), 363-375 (1998).
  14. APDM Motion Studio User Guide. APDM User Guide. Available from: http://share.apdm.com/motion_studio/docs/APDMUserGuide.pdf (2014).
  15. Winter, D. A. Biomechanics and motor control of human gait: normal, elderly and pathological. ISBN. (1991).
  16. Clayton, H. M., Schamhardt, H. C. Measurement techniques for gait analysis. Equine locomotion. Available from: http://libvolume2.xyz/biomedical/btech/semester7/biomechanicsandbiodynamics/forceplatformandkinematicanalysis/forceplatformandkinematicanalysistutorial2.pdf (2001).
  17. Winter, D. A., Patla, A. E. Signal processing and linear systems for the movement sciences. Waterloo Biomechanics. (1997).
  18. Ali, N., Rouhi, G., Robertson, G. Gender, vertical height and horizontal distance effects on single-leg landing kinematics: implications for risk of non-contact acl injury. J Hum Kinet. 37, (1), 27-38 (2013).
Mauern entsprechende Motion Capture-Techniken für die Beurteilung der Nordic-Walking-Gang und Haltung in den älteren Erwachsenen
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Dalton, C. M., Nantel, J. Substantiating Appropriate Motion Capture Techniques for the Assessment of Nordic Walking Gait and Posture in Older Adults. J. Vis. Exp. (111), e53926, doi:10.3791/53926 (2016).More

Dalton, C. M., Nantel, J. Substantiating Appropriate Motion Capture Techniques for the Assessment of Nordic Walking Gait and Posture in Older Adults. J. Vis. Exp. (111), e53926, doi:10.3791/53926 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter