用3D 运动捕捉对无上肢损伤患者饮酒任务的运动学分析
Summary
本协议描述了一种客观的方法来评估上肢运动性能和感觉运动功能, 用于中风和健康控制的个体。给出了三维运动捕获的标准测试程序、运动学分析和结果变量。
Abstract
运动学分析是客观评估三维 (3D) 空间上肢运动的有力方法。三维运动捕获与光电摄像系统被认为是运动运动分析的黄金标准, 并越来越多地被用作评价运动性能和损伤后的质量的结果措施。涉及上肢运动。本文介绍了在中风后上肢损伤的个体中应用饮酒任务的运动学分析的标准化协议。饮酒任务包括到达, 抓住和举起一杯从桌子上喝, 把杯子放回, 并把手放回桌子的边缘。坐姿被标准化为个人的身体大小, 任务是在一个舒适的自我节奏的速度和补偿运动不受限制。目的是保持任务的自然性和贴近现实生活的情况, 提高议定书的生态有效性。5相机运动捕捉系统是用来收集3D 坐标位置从9反光标记定位在解剖地标的手臂, 躯干和面部。一个简单的单一标记放置用于确保协议在临床设置的可行性。定制的 Matlab 软件提供了自动化和快速的运动数据分析。计算了运动时间、速度、峰值速度、峰值速度和平滑度 (运动单元数) 随肩肘关节空间角运动学以及躯干运动的时间运动学。饮酒任务是一种有效的评估, 对轻度和轻微上肢损伤的个人。建立了由饮水任务所获得的运动变量的构造、判别和并发有效性以及响应 (灵敏度变化)。
Introduction
运动学分析描述身体通过空间和时间的运动, 包括线性和角位移, 速度和加速度。光电运动捕获系统使用多个高速摄像机, 它们要么发出红外线信号, 要么从放置在身体上的被动标记捕捉反射, 要么从含有红外线的活动标记中传输运动数据。发射二极管。这些系统被认为是获取运动学数据1的 “黄金标准”。这些系统的价值在于它们在测量不同任务时的高精度和灵活性。运动学措施已证明是有效的捕捉较小的运动性能和质量的变化, 可能会被发现与传统的临床规模2,3。有人建议, 运动学应用于区分真正的恢复 (恢复病前运动特性) 和使用补偿 (替代) 运动模式在完成任务 4, 5。
上肢运动可以用终点运动学来量化, 一般是从手标记中获得的, 以及关节和线段 (i. e) 的角运动学。终点运动学提供了有关轨迹、速度、时间运动策略、精度、直线度和平滑性的信息, 而角运动学则是从时间和空间关节和线段角度来描述运动模式的,角速度和 interjoint 协调。端点运动学 (如移动时间、速度和平滑度) 有效地捕获了中风后的缺陷和运动性能的提高6,7,8和角运动学显示是否关节和身体段的运动是最佳的特定任务。有损伤的人的运动学通常与没有损伤的个人的运动性能进行比较8,9。端点和角运动学是相关的方式, 运动进行有效的速度, 平滑度和精度将需要良好的运动控制, 协调, 并使用有效和最佳的运动模式。例如, 移动速度慢的患者通常也会显示平滑度下降 (移动单元数量增加), 最大速度降低, 躯干位移增加8。另一方面, 端点运动学的改进, 如运动速度和平滑度, 可能独立于躯干和臂的补偿运动策略的变化, 如10。研究表明, 运动学分析可以提供更多更准确的信息, 说明任务是如何在受伤或疾病后完成的, 这反过来也是个体化有效治疗达到最佳运动恢复的必要条件。11. 运动学分析越来越多地用于临床研究, 以描述中风后上肢损伤患者的运动8,9, 以评估电机恢复7, 12,13或确定治疗干预措施的有效性10,14。
在笔画中经常研究的运动任务是指向和达到的, 尽管使用包含实际日常对象的操作的功能任务正在增加1。由于达到的运动学取决于实验性的约束, 例如对象的选择和任务15的目标, 因此在有目的和功能的任务中评估运动是非常重要的, 在这个过程中, 个人的实际困难日常生活将更加紧密地反映出来。
因此, 本文的目的是提供一个简单的标准化协议, 用于运动分析一个有目的和功能任务, 饮酒任务, 适用于在急性和慢性阶段上肢损伤的个人中风后。本协议的结果, 为轻度和轻度中风损害的个人将总结。
Protocol
Representative Results
Discussion
该协议可以成功地用于量化的运动性能和质量的个人在中等和轻度上肢感觉运动损伤的所有阶段后中风。本协议的可行性在中风后的3天内已在临床上得到证实, 并表明该系统可由训练有素的健康专业人士使用, 没有特定的技术资格。然而, 需要技术专长来创建和开发一个数据分析程序。从这个方面来说, 上肢运动捕捉不同于步态分析, 在这种情况下, 现成的分析程序通常由制造商直接提供。在日常生…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
特别感谢博 Johnels, 纳赛尔 Hosseini, 罗伊 Tranberg 和帕特里克 Almström 帮助启动这个项目。本议定书所载的研究数据是在 Sahlgrenska 大学医院收集的。
Materials
| 5 camera optoelectronic ProReflex Motion capture system (MCU 240 Hz) | Qualisys AB, Gthenburg, Sweden | N/A | Movement analysis system with passive retroreflective markers |
| Markers | Qualisys AB, Gthenburg, Sweden | N/A | Retroleflective passive circular markers, diameter of 12 mm |
| Calibration frame and wand | Qualisys AB, Gthenburg, Sweden | N/A | L-shape calibration frame (defines the origin and orientation of the coordinate system); T-shape wand (300 mm) |
| Qualisys Track Manager | Qualisys AB, Gthenburg, Sweden | N/A | 3D Tracking software |
| Matlab | Mathworks, Inc, Natick, Ca | N/A | Data analysis software |
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