Analyse cinématique 3D Motion Capture de tâche de consommation d’alcool chez les personnes avec et sans handicap de haut-extrémité
Summary
Ce protocole décrit une méthode objective pour évaluer la performance de mouvement et la fonction sensori-motrice du membre supérieur appliqué aux personnes atteintes d’accidents vasculaires cérébraux et les témoins sains. Une méthode d’essai normalisée cinématiques variables analyse et résultat pour la capture de mouvement tridimensionnel de boisson spéciale sont fournis.
Abstract
Analyse cinématique est une méthode puissante pour une évaluation objective des mouvements du membre supérieur dans un espace à trois dimensions (3D). Capture de mouvement en trois dimensions avec un système de caméra optoélectronique est considérée comme méthode de référence pour l’analyse du mouvement cinématique et est plus utilisée comme critère d’évaluation pour évaluer la performance de mouvement et de la qualité après un accident ou une maladie impliquant des mouvements du membre supérieur. Cet article décrit un protocole standardisé pour l’analyse cinématique de boisson spéciale appliquée chez les personnes atteintes de déficiences du membre supérieur après un AVC. La tâche de boire incorpore pour atteindre, en saisissant et en levant une coupe d’une table pour prendre un verre, plaçant la coupe retour et en déplaçant la main en arrière vers le bord de la table. La position assise est normalisée à la taille corporelle de l’individu et les tâches sont exécutées à une vitesse confortable à progression autocontrôlée et mouvements compensatoires ne sont pas contraints. L’intention est de garder la tâche naturelle et à proximité d’une situation de vie réelle d’améliorer la validité écologique du protocole. Un système de capture de mouvement de caméra-5 est utilisé pour recueillir des positions coordonnées 3D de 9 marqueurs rétroréfléchissants positionnés sur des repères anatomiques du bras, tronc et du visage. Un placement simple marqueur unique est utilisé pour garantir la faisabilité du protocole en milieu clinique. Sur mesure logiciel Matlab contient une analyse automatisée et rapide des données de mouvement. Cinématique temporelle des temps de mouvement, vitesse, vitesse maximale, temps de vitesse maximale et la douceur (nombre d’unités de mouvement) ainsi que la cinématique angulaire spatiale de l’épaule et coude mixte ainsi que les mouvements du tronc sont calculés. La tâche de boire est une évaluation valable pour les personnes ayant une déficience modérée et légère des membres supérieurs. La construction, la validité discriminative et simultanée avec réactivité (sensibilité au changement) des cinématiques variables provenant de la consommation d’alcool tâche ont été établis.
Introduction
Analyse cinématique décrit les mouvements du corps dans l’espace et le temps, y compris les déplacements linéaires et angulaires, vitesses et accélérations. Les systèmes de capture de mouvement optoélectroniques utilisent plusieurs caméras haute vitesse qui soit envoyer des signaux lumineux infrarouge pour saisir les reflets des marqueurs passifs placé sur le corps ou transmettent les données de mouvement des marqueurs actifs contenant infrarouge diodes électroluminescentes. Ces systèmes sont considérés comme « gold standard » pour l’acquisition de données cinématiques1. Ces systèmes sont appréciées pour leur grande précision et flexibilité dans les mesures de tâches diverses. Qualité qui peut-être être détectée avec traditionnel clinique échelles2,3et mesures cinématiques ont montré pour être efficace dans la capture de petits changements dans la performance du mouvement. Il a été suggéré que cinématique doit être utilisée pour la distinction entre le vrai recouvrement (restauration des caractéristiques du mouvement prémorbide) et l’utilisation des modes de compensation de mouvement (alternative) au cours de l’accomplissement d’une tâche4, 5.
Mouvements du membre supérieur peuvent être quantifiées à l’aide de la cinématique du point final, généralement obtenus d’un repère de la main et la cinématique angulaire de joints et segments (i.e., tronc). Cinématique du point final fournissent des informations sur les trajectoires, vitesse, stratégies de mouvement temporel, précision, rectitude et lissage, alors que la cinématique angulaire caractériser les mouvements migratoires en termes d’articulation temporelle et spatiale et les angles de segment, vitesses angulaires et la coordination interjoint. La cinématique de fin, tels que, le temps de mouvement, la vitesse et finesse sont efficaces pour capturer les déficits et l’amélioration des performances du mouvement après la course6,7,8 et voir la cinématique angulaire si le les mouvements des articulations et des segments corporels sont optimales pour une tâche spécifique. Cinématique de personnes ayant une déficience sont souvent comparé avec mouvement chez les personnes sans handicap8,9. Point final et la cinématique angulaire sont corrélés de manière qu’un mouvement exécuté avec la vitesse effective, douceur, et précision il faudra bon mouvement contrôle, coordination et utilisation des modèles de mouvement efficace et optimale. Par exemple, un patient avec une course qui se déplace lentement habituellement spectacles ont aussi diminué de douceur (augmentation du nombre d’unités de mouvement), abaisser la vitesse maximale et augmenter de déplacement tronc8. En revanche, des améliorations dans la cinématique du point de terminaison, tels que la vitesse de déplacement et de la douceur pourraient se produire indépendamment des changements de stratégies compensatoires mouvement du tronc et bras10. Il a été établi que l’analyse cinématique peut fournir des informations supplémentaires et plus précises sur comment la tâche est exécutée après une blessure ou une maladie, qui à son tour est essentielle pour un traitement efficace individualisé atteindre une récupération optimale moteur 11. analyse cinématique est plus utilisé dans les études cliniques pour décrire les mouvements chez les personnes atteintes de déficiences du membre supérieur après AVC8,9, afin d’évaluer la récupération moteur7, 12,13 ou pour déterminer l’efficacité des interventions thérapeutiques10,14.
Tâches de mouvement souvent étudiés dans les accidents vasculaires cérébraux sont pointant et atteint, bien que l’utilisation des tâches fonctionnelles qui incorporent la manipulation des objets du quotidien réel augmente de1. Cinématique d’atteindre dépendent des contraintes expérimentales telles que la sélection d’objets et l’objectif de la tâche à15, il est essentiel d’évaluer les mouvements lors de tâches tenace et fonctionnels dans lequel les difficultés réelles en particulier vie quotidienne se reflétera plus étroitement.
Ainsi, le but du présent document est de fournir une description détaillée d’un simple protocole normalisé utilisé pour l’analyse cinématique d’une tâche tenace et fonctionnelle, boire la tâche, appliqué aux personnes ayant une déficience des membres supérieurs dans les phases aiguës et chroniques après un AVC. Les résultats de la validation du présent protocole, pour les personnes ayant une déficience modérée et légère la course seront résumées.
Protocol
Representative Results
Discussion
Le protocole peut être utilisé avec succès pour quantifier la performance du mouvement et la qualité chez les personnes ayant une déficience sensori-motrice modéré et doux membre supérieur à tous les stades après accident vasculaire cérébral. La faisabilité de ce protocole a été prouvée dans un contexte clinique, dès 3 jours après l’accident vasculaire cérébral et a montré que le système peut être utilisé par le professionnel de la santé formés sans les qualifications techniques particulières…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Merci à Bo Johnels, Nasser Hosseini, Roy Tranberg et Patrik Almström de l’aide avec le lancement de ce projet. Les données de recherche présentées dans le présent protocole ont été recueillies à l’hôpital universitaire Sahlgrenska.
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 |
References
- Alt Murphy, M., Häger, C. K. Kinematic analysis of the upper extremity after stroke – how far have we reached and what have we grasped?. Physical Therapy Reviews. 20 (3), 137-155 (2015).
- Bustren, E. L., Sunnerhagen, K. S., Alt Murphy, M. Movement Kinematics of the Ipsilesional Upper Extremity in Persons With Moderate or Mild Stroke. Neurorehab Neural Re. 31 (4), 376-386 (2017).
- Sivan, M., O’Connor, R. J., Makower, S., Levesley, M., Bhakta, B. Systematic review of outcome measures used in the evaluation of robot-assisted upper limb exercise in stroke. J Rehabil Med. 43 (3), 181-189 (2011).
- Demers, M., Levin, M. F. Do Activity Level Outcome Measures Commonly Used in Neurological Practice Assess Upper-Limb Movement Quality?. Neurorehab Neural Re. 31 (7), 623-637 (2017).
- Levin, M. F., Kleim, J. A., Wolf, S. L. What do motor “recovery” and “compensation” mean in patients following stroke?. Neurorehab Neural Re. 23 (4), 313-319 (2009).
- Alt Murphy, M., Willen, C., Sunnerhagen, K. S. Responsiveness of Upper Extremity Kinematic Measures and Clinical Improvement During the First Three Months After Stroke. Neurorehab Neural Re. 27 (9), 844-853 (2013).
- van Dokkum, L., et al. The contribution of kinematics in the assessment of upper limb motor recovery early after stroke. Neurorehab Neural Re. 28 (1), 4-12 (2014).
- Alt Murphy, M., Willen, C., Sunnerhagen, K. S. Kinematic variables quantifying upper-extremity performance after stroke during reaching and drinking from a glass. Neurorehab Neural Re. 25 (1), 71-80 (2011).
- Subramanian, S. K., Yamanaka, J., Chilingaryan, G., Levin, M. F. Validity of movement pattern kinematics as measures of arm motor impairment poststroke. Stroke. 41 (10), 2303-2308 (2010).
- Michaelsen, S. M., Dannenbaum, R., Levin, M. F. Task-specific training with trunk restraint on arm recovery in stroke: randomized control trial. Stroke. 37 (1), 186-192 (2006).
- Kwakkel, G., et al. Standardized measurement of sensorimotor recovery in stroke trials: Consensus-based core recommendations from the Stroke Recovery and Rehabilitation Roundtable. Int J Stroke. 12 (5), 451-461 (2017).
- Wagner, J. M., Lang, C. E., Sahrmann, S. A., Edwards, D. F., Dromerick, A. W. Sensorimotor impairments and reaching performance in subjects with poststroke hemiparesis during the first few months of recovery. Phys Ther. 87 (6), 751-765 (2007).
- van Kordelaar, J., van Wegen, E., Kwakkel, G. Impact of time on quality of motor control of the paretic upper limb after stroke. Arch Phys Med Rehab. 95 (2), 338-344 (2014).
- Thielman, G., Kaminski, T., Gentile, A. M. Rehabilitation of reaching after stroke: comparing 2 training protocols utilizing trunk restraint. Neurorehab Neural Re. 22 (6), 697-705 (2008).
- Armbruster, C., Spijkers, W. Movement planning in prehension: do intended actions influence the initial reach and grasp movement?. Motor Control. 10 (4), 311-329 (2006).
- Qualisys. . Qualisys Track Manager user manual. , (2008).
- Alt Murphy, M., Banina, M. C., Levin, M. F. Perceptuo-motor planning during functional reaching after stroke. Exp Brain Res. , (2017).
- Sint Jan, S. V. . Color atlas of skeletal landmark definitions : guidelines for reproducible manual and virtual palpations. , (2007).
- Alt Murphy, M., Sunnerhagen, K. S., Johnels, B., Willen, C. Three-dimensional kinematic motion analysis of a daily activity drinking from a glass: a pilot study. J Neuroeng Rehabil. 3, 18 (2006).
- Alt Murphy, M., Willen, C., Sunnerhagen, K. S. Movement kinematics during a drinking task are associated with the activity capacity level after stroke. Neurorehab Neural Re. 26 (9), 1106-1115 (2012).
- Alt Murphy, M. . Development and validation of upper extremity kinematic movement analysis for people with stroke. Reaching and drinking from a glass. , (2013).
- Persson, H. C., Alt Murphy, M., Danielsson, A., Lundgren-Nilsson, A., Sunnerhagen, K. S. A cohort study investigating a simple, early assessment to predict upper extremity function after stroke – a part of the SALGOT study. BMC Neurol. 15, 92 (2015).
- Hoonhorst, M. H., et al. How Do Fugl-Meyer Arm Motor Scores Relate to Dexterity According to the Action Research Arm Test at 6 Months Poststroke?. Arch Phys Med Rehab. 96 (10), 1845-1849 (2015).
- Pang, M. Y., Harris, J. E., Eng, J. J. A community-based upper-extremity group exercise program improves motor function and performance of functional activities in chronic stroke: a randomized controlled trial. Arch Phys Med Rehab. 87 (1), 1-9 (2006).
- Alt Murphy, M., et al. SALGOT – Stroke Arm Longitudinal study at the University of Gothenburg, prospective cohort study protocol. BMC Neurol. 11, 56 (2011).
