Summary
Dette papiret beskriver materialet og metoden som er utviklet for å undersøke postural organisering av ganginitiering. Metoden er basert på kraftplattformopptak og på det direkte prinsippet om mekanikk for å beregne tyngdepunkt og trykkkinematikksenter.
Abstract
Ganginitiering (GI), den forbigående fasen mellom ortograd holdning og steady-state bevegelse, er en funksjonell oppgave og et eksperimentelt paradigme som klassisk brukes i litteraturen for å få innsikt i de grunnleggende posturale mekanismene som ligger til grunn for kroppsbevegelse og balansekontroll. Undersøkelse av GI har også bidratt til en bedre forståelse av fysiopatologien til posturale lidelser hos eldre og nevrologiske deltakere (f.eks. Pasienter med Parkinsons sykdom). Som sådan er det anerkjent å ha viktige kliniske implikasjoner, spesielt når det gjelder fallforebygging.
Dette papiret tar sikte på å gi forskere, klinikere og høyere utdanningsstudenter informasjon om materialet og metoden som er utviklet for å undersøke GI postural organisasjon via en biomekanisk tilnærming. Metoden er basert på kraftplattformopptak og det direkte prinsippet om mekanikk for å beregne kinematikken til tyngdepunktet og trykksenteret. Samspillet mellom disse to virtuelle punktene er et sentralt element i denne metoden siden den bestemmer betingelsene for stabilitet og helkroppsprogresjon. Protokollen innebærer at deltakeren i utgangspunktet står immobile i oppreist stilling og begynner å gå til slutten av et minst 5 m spor.
Det anbefales å variere GI-hastigheten (langsom, spontan, rask) og nivået av tidstrykk - gangart kan initieres så snart som mulig etter levering av et avgangssignal (høyt tidstrykk) eller når deltakeren føler seg klar (lavt tidstrykk). Biomekaniske parametere oppnådd med denne metoden (f.eks. Varighet og amplitude av forventede holdningsjusteringer, trinnlengde / bredde, ytelse og stabilitet) er definert, og deres beregningsmetode er detaljert. I tillegg er typiske verdier oppnådd hos friske unge voksne gitt. Til slutt diskuteres kritiske trinn, begrensninger og betydning av metoden med hensyn til den alternative metoden (motion capture system).
Introduction
Ganginitiering (GI), den forbigående fasen mellom ortograd og steady-state bevegelse, er en funksjonell oppgave og et eksperimentelt paradigme som klassisk brukes i litteraturen for å undersøke postural kontroll under en kompleks motorisk oppgave som krever samtidig helkroppsfremdrift og stabilitet1. Pasienter med nevrologiske tilstander, som Parkinsons sykdom2, slag3, progressiv supranukleær parese4 og "høyere nivå gangforstyrrelser"5, er kjent for å ha problemer med å starte gangart, noe som utsetter dem for økt risiko for å falle. Det er derfor viktig for både grunnleggende og kliniske å utvikle konsepter og metoder for å få innsikt i de posturale kontrollmekanismene som er i spill under ganginitiering, for å få vitenskapelig kunnskap og bedre forståelse av patofysiologien til gang- og balanseforstyrrelser og kunne avhjelpe dem gjennom tilstrekkelige inngrep.
Konseptet med biomekanisk organisering av ganginitiering er beskrevet nedenfor, og den klassiske metoden som er utformet for å undersøke denne organisasjonen, er beskrevet i protokolldelen. GI kan deles inn i tre påfølgende faser: "forutseende holdningsjusteringer" (APA) fase som svarer til de dynamiske fenomenene som forekommer i hele kroppen før svinghælen av, "lossing" -fasen (mellom svinghæl-off og tå-off), og "swing" -fasen som slutter på tidspunktet for svingfoten som kommer i kontakt med støtteflaten. Denne klassiske inndelingen av GI-prosessen stammer fra de banebrytende studiene til Belenkii et al.6 og andre7,8, med fokus på koordineringen mellom holdning og bevegelse under frivillig armheving til horisontal i oppreist stilling. I dette paradigmet tilsvarer kroppssegmentene som er direkte involvert i armhevingen den "fokale" kjeden, mens kroppssegmentene som er plassert mellom den proksimale delen av fokalkjeden og støtteflaten tilsvarer den "posturale" kjeden9. Disse forfatterne rapporterte at heving av armen ble systematisk innledet av dynamiske og elektromyografiske fenomener i posturalkjeden, som de kalte "forutseende holdningsjusteringer". For GI anses swing heel-off (eller swing toe-off, avhengig av forfatterne) som begynnelsen av gangbevegelsen10. Følgelig tilsvarer de dynamiske fenomenene som oppstår før dette øyeblikket APA, og svinglemmen anses å være en komponent i fokalkjeden11. Denne uttalelsen er i samsvar med den klassiske oppfatningen av bevegelsesbiomekanisk organisasjon, ifølge hvilken enhver motorisk handling må involvere en fokal og en postural komponent12,13.
Fra et biomekanisk synspunkt manifesterer APA assosiert med GI som en bakover og mediolateral (svingben sideorientert) forskyvning av trykksenteret, som virker for å drive tyngdepunktet i motsatt retning - fremover og mot holdningsbensiden. Jo større det forutseende bakoversenteret for trykkforskyvning er, desto høyere er motorens ytelse når det gjelder tyngdepunktet fremover ved fotkontakt10,14. I tillegg, ved å drive tyngdepunktet mot holdningsbensiden, bidrar APA til å opprettholde middelmådig stabilitet under svingfasen av GI 1,15,16,17. Den nåværende litteraturen understreker at endring i denne forventede kontrollen av stabilitet er en viktig kilde til fall hos eldre1. Stabilitet under GI er kvantifisert i litteraturen med en tilpasning av "stabilitetsmarginen"18, en mengde som tar hensyn til både hastigheten og posisjonen til tyngdepunktet innenfor støttebasen. I tillegg til utviklingen av APA, har fallet av tyngdepunktet under svingfasen av GI under påvirkning av tyngdekraften blitt rapportert å bli aktivt bremset av triceps surae av holdningsbenet. Denne aktive bremsingen muliggjør stabilitetsvedlikehold etter fotkontakt, noe som gir en jevn fotlanding på støtteflaten4.
Målet med dette papiret er å gi forskere, klinikere og høyere utdanningsstudenter informasjon om materialet og metoden utviklet i vårt laboratorium for å undersøke postural organisering av GI via en biomekanisk tilnærming. Denne "globale" metoden (som også kan assimileres til en "kinetisk" metode av årsakene beskrevet nedenfor) ble initiert av Brenière og samarbeidspartnere10,19. Den er basert på mekanikkens direkte prinsipp for å beregne både akselerasjonen av tyngdepunktet, samt de øyeblikkelige posisjonene til trykksenteret. Hvert av disse punktene er et globalt uttrykk som er spesifikt for bevegelsen.
Den ene er det øyeblikkelige uttrykket for bevegelsene til alle kroppssegmenter relatert til formålet med bevegelsen (tyngdepunktet; f.eks. Progresjonshastigheten til kroppen under GI); den andre (pressens sentrum) er uttrykk for støttebetingelsene som er nødvendige for å nå dette målet. De øyeblikkelige posisjonene til disse to punktene gjenspeiler de posturodynamiske forholdene som skal tilfredsstilles for ganginitiering. Kraftplattformen er det riktige instrumentet for denne modellen fordi den tillater direkte måling av de ytre kreftene og øyeblikkene som virker på støtteflaten under bevegelse. Det tillater også utførelse av naturlige bevegelser og krever ingen spesiell forberedelse.
Mange faktorer er kjent for å påvirke den posturale organisasjonen av GI, inkludert biomekaniske, (neuro) fysiologiske, psykologiske, miljømessige og kognitive faktorer 1,20. Dette papiret fokuserer på påvirkning av to faktorer - hastighet av GI og tidspress - og gir typiske verdier oppnådd hos friske unge voksne.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Protokollen beskrevet nedenfor følger retningslinjene fra den menneskelige forskningsetiske komiteen ved Université Paris-Saclay. Deltakerne godkjente og signerte samtykkeskjema.
1. Deltakere
- Inkluder minst 15 friske unge voksne deltakere i eksperimentet (i alderen 20 til 40 år).
MERK: Dette anbefalte antallet forsøkspersoner tilsvarer det som er klassisk vurdert i litteraturen om GI. - Ekskluder deltakere med ganghjelpemidler, visuelle, hørsels- eller ortopediske problemer, identifiserte nevrologiske lidelser, demens, kognitive funksjonsnedsettelser (dvs. en poengsum < 25 på Mini Mental State Exam) og en medisinsk historie med fall.
- Be deltakerne om å gi skriftlig samtykke etter å ha informert dem om eksperimentets art og formål.
- Forsikre deg om at eksperimentet er i samsvar med standardene fastsatt av Helsinkideklarasjonen.
2. Laboratorieforberedelse
- Sørg for at kraftplattformen er lang nok til at hele svingfoten lander på den på slutten av første trinn. Hvis det ikke er det, bruk to små avstandskraftplattformer, med deltakere som står i den første stillingen på den første og slår svingfoten på den andre som er plassert foran deførste 21. I begge tilfeller må du sørge for at kraftplattformen(e) er innebygd i et spor som er minst 5 m langt for å sikre at steady state-vandring nås.
MERK: En kraftplattform som registrerer 3D-øyeblikkene og kreftene er nødvendig for å beregne hele settet av eksperimentelle variabler (se avsnitt 5).- Som et sikkerhetstiltak, fest en sele til taket og sentrer den til kraftplattformens store øks i tilfelle eksperimentet inkluderer skrøpelige pasienter (f.eks. nevrologiske pasienter).
- Kalibrer kraftplattformen(e). Klikk på auto-zero-knappen .
- Importere journalene
- Åpne Qualisys Track manager.
- Velg og åpne "Prosjekt" -mappen.
- Opprett en pasientmappe.
- Klikk på Legg til, og velg deretter pasienter.
- Angi etiketter: Pasient-ID, Fornavn, Etternavn, Fødselsdato, Kjønn og Kommentar om nødvendig.
- Klikk på Legg til, og velg deretter Gangøkt .
- Angi etiketter: Saks-ID, Testoperatør, Kommentarer om nødvendig, Diagnose, Sekundærdiagnose, Berørt side, Klassifisering av grovmotorisk funksjon, Funksjonell mobilitetsskala, Høyde, Vekt, Benlengde venstre, Benlengde høyre, Knebredde venstre, Knebredde høyre, Ankelbredde venstre, Ankelbredde høyre, Eneste delta venstre, Eneste delta høyre, Skulderforskyvning venstre , Skulderforskyvning høyre, Albuebredde venstre, Albuebredde høyre, Håndleddsbredde venstre, Håndleddsbredde høyre, Håndtykkelse venstre, Håndtykkelse høyre og Markørdiameter.
- Klikk på Legg til, og velg deretter Markerless session.
- Angi etiketter: Testtilstand, Prothesis_Orthosis, Ekstern hjelp, Ekstern hjelp-siden, Personlig hjelp, Personlig hjelp-siden, Kommentarer om nødvendig, Testoperatør og Hendelsesmodus (velg flere kraftplater).
- Sjekk Force plate automatisk null.
- Velg Verktøy.
- Klikk på Force Plates.
- Klikk på Ved forhåndsvisning start i etikettboksen "Force plate auto-zero".
- Sørg for at basissignalene fra kraftplattformen (krefter og øyeblikk) er på null når den lades ut.
- Klikk på Ny eller bruk snarveien Ctrl + N.
- Klikk på Datainfo Vindu 1 eller bruk snarveien Ctrl + D.
- Klikk på Display Force Data eller bruk snarveien Ctrl + D.
- Klikk på Force og velg Plot.
3. Eksperimentell prosedyre
- Be deltakerne stå barbeint og ubevegelig på en kraftplattform i sin naturlige oppreiste stilling, med armene hengende løst mot sidene, og blikket rettet mot et mål i øyehøyde minst 5 m unna (figur 1).
MERK: Avgrens posisjonen til føttene på kraftplattformen i den opprinnelige stillingen (f.eks. med kritt). Kontroller nøye at deltakerne legger føttene på disse merkene etter hvert forsøk. Dette punktet er viktig siden den opprinnelige fotposisjonen påvirker APA-funksjonene til GI. - Bestem deltakernes foretrukne startben ved å skyve lett mot deltakernes rygg mens de er i den første stillingen med lukkede øyne for å provosere et skritt fremover.
- Forklar deltakerne at oppgaven de skal utføre er å initiere gang fra stående stilling med det foretrukne benet, å fortsette å gå til slutten av sporet, og deretter å gå stille tilbake til den opprinnelige stående stillingen.
MERK: Hvis det ikke startes med det identifiserte foretrukne benet i en gitt studie under eksperimentet, gjenta forsøket. - Forklar at ganglag skal initieres etter to påfølgende signaler (akustiske, visuelle eller taktile): et forberedende signal og et avgangssignal (se trinn 3.6 og 3.7).
- Forklar instruksjonene om hastighet og tidstrykk (se trinn 3.8-3.10).
- Lever det første (forberedende) signalet til deltakerne. Be dem om å stå immobile og unngå å forutse GI ved dette første signalet.
- Lever det andre signalet (avgangssignalet) etter en tilfeldig 2-5 s forsinkelse etter det forberedende signalet.
- Sørg for at deltakerne er visuelt immobile før du leverer dette andre signalet. Sjekk immobilitet online med tidsplottene til anteroposterior eller mediolateralt senter for trykkforskyvning
MERK: Hvis de ikke er immobile, kan det være vanskelig å oppdage APA-utbrudd (trinn 5.1.1).
- Sørg for at deltakerne er visuelt immobile før du leverer dette andre signalet. Sjekk immobilitet online med tidsplottene til anteroposterior eller mediolateralt senter for trykkforskyvning
- Be deltakerne om å enten starte gange i) så snart som mulig (dvs. i en reaksjonstidstilstand), eller ii) bare når de føler seg klare (dvs. i en selvinitiert tilstand) etter avgangssignalet.
- Varier betingelsene for "tidsmessig trykk" pålagt GI (dvs. lavt tidsmessig trykk (selvinitiert tilstand) og høyt tidstrykk (reaksjonstidstilstand)).
- Varier betingelsene for GI-hastighet (langsomme, spontane, raske forhold).
- For å begrense antall eksperimentelle forhold og dermed unngå tretthet, instruere deltakerne til å utføre bare to betingelser for GI-hastighet (f.eks. Sakte og rask) under lav eller høy tidstrykkstilstand, eller omvendt (dvs. GI ved langsom eller rask hastighet under høy og lav tidstrykktilstand).
MERK: Gjenta instruksjonene om tidstrykk og GI-hastighet ofte.
- For å begrense antall eksperimentelle forhold og dermed unngå tretthet, instruere deltakerne til å utføre bare to betingelser for GI-hastighet (f.eks. Sakte og rask) under lav eller høy tidstrykkstilstand, eller omvendt (dvs. GI ved langsom eller rask hastighet under høy og lav tidstrykktilstand).
- Be deltakerne om å utføre serier på 10 påfølgende forsøk i hver eksperimentell tilstand.
MERK: Serie på fem studier er tilstrekkelig for eldre personer eller pasienter med Parkinsons sykdom22.- Randomiser betingelsene for GI-hastighet og tidsmessig trykk over deltakerne for å unngå ordreeffekter.
- Påfør en hvile på minst 2 minutter mellom påfølgende forhold for å unngå effekten av tretthet.
- I hver tilstand, la deltakerne utføre to familiariseringsforsøk før opptakene.
- Utløs datainnsamling fra kraftplattformen noen sekunder før det forberedende signalet begynner, og stopp når deltakeren har forlatt kraftplattformen.
Figur 1: Eksperimentelt oppsett. Deltakerne står innledningsvis på en kraftplattform (1) innstøpt i et spor som er minst 5 m langt (2), med blikket rettet mot et mål i øyehøyde (3). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
4. Behandling av kraftplattformkinetikkopptak
- Filtrer data fra kraftplattformen ved hjelp av en ikke-lag lavpass Butterworth-ordre med en 15 Hz avskjæringsfrekvens.
- Importer filen.
- Åpne Visual3D.
- Velg og åpne filen "Prosjekt".
- Behandling
- Klikk på Pipeline eller bruk snarvei F11.
- Velg Signalfilter.
- Velg Lowpass_Filter.
- Klikk på Utfør.
- Samle inn data fra kraftplattformen med en hastighet på 100 Hz.
- Klikk på Pipeline eller bruk snarvei F11.
- Velg Fillagring/-eksport.
- Velg Export_Data_To_Acsii_File.
- Klikk på Rediger.
- Angi 100 i etiketten Antall punkter for normalisering.
- Klikk på Utfør.
- Beregn tidsplottene til det øyeblikkelige tyngdepunktet akselerasjoner langs anteroposterior (x''G), mediolaterale (y''G) og vertikale (z''G) retninger fra 3D-bakkereaksjonskreftene oppnådd med kraftplattformen (se tilleggsfigur S1) ved hjelp av Newtons andre lov10,23.
MERK: I henhold til Newtons andre lov er summen av de eksterne kreftene som påføres et system lik massen til dette systemet (m) multiplisert med akselerasjonen av tyngdepunktet. Således, med GI-protokollen beskrevet i denne studien, er de eneste eksterne kreftene som brukes på deltakerne kroppsvekt (BW) og bakkereaksjonskrefter (R). Ligninger (1), (2) og (3) kan skrives:
x''G = Rx / m (1)
y''G = Ry / m (2)
z"G = (Rz - BW) / m (3)
Hvor Rx, Ry, Rz er de øyeblikkelige anteroposterior, mediolaterale og vertikale komponentene i henholdsvis vektorjordreaksjonskraften. Typiske plott av x''G, y''G og z''G er vist i figur 2. - Beregn 3D-tidsplottene til tyngdepunktshastigheten ved hjelp av en enkel numerisk integrasjon av 3D-tyngdepunktets akselerasjonstidsplott, ved hjelp av integrasjonskonstanter lik null (dvs. 3D innledende tyngdepunkthastighet betraktet som null10). Se figur 2 for typiske tidsplott av anteroposterior, mediolateral og vertikal tyngdehastighet (henholdsvis x'G, y'G og z'G).
- Utfør en ekstra integrering av y'G-tidsplottet for å oppnå forskyvning av tyngdepunktet langs den mediolaterale retningen. Bruk denne mengden til å beregne "stabilitetsmarginen" (se trinn 5.3.5.2).
- Beregne mediolateral (yP) og anteroposterior (xP) forskyvning av trykksenteret fra kraftplattformdata ved hjelp av ligninger (4) og (5):
(4)
(5)
Hvor Mx og My er de øyeblikkelige øyeblikkene rundt henholdsvis anteroposterior og mediolaterale retninger; Rx, Ry og Rz er henholdsvis de øyeblikkelige anteroposterior, mediolaterale og vertikale bakkereaksjonskreftene; Og DZ er avstanden mellom overflaten av kraftplattformen og dens opprinnelse (levert av produsenten). Typiske tidsplott for xP og yP er vist i figur 2 (se også supplerende figur S2).
(4)
(5)5. Eksperimentelle variabler
MERK: Hver eksperimentell variabel beskrevet nedenfor må trekkes ut fra de eksperimentelle tidsplottene som er oppnådd for hver prøve.
- Påvisning av timinghendelser for ganginitiering
- Utbruddet av APA
- Vis tidsplottene til sentrum av trykkforskyvningen langs mediolaterale og anteroposterior retninger.
- Beregn middelverdien av det mediolaterale og anteroposterior sentrum av trykktidsplottet i løpet av tidsvinduet på 250 ms før det andre signalet som ble levert til deltakerne.
Disse verdiene tilsvarer "grunnverdiene" for disse tidsplottene. - Oppdag øyeblikkene etter det andre signalet når det mediolaterale og anteroposteriorsenteret for trykkforskyvningsspor avviker 2,5 standardavvik fra utgangsverdien i minst 50 ms.
MERK: Disse to tilfellene tilsvarer utbruddet av APA langs mediolaterale og anteroposterior retninger (henholdsvis t0ML og t0AP; Figur 2). Disse to øyeblikkene kan også identifiseres som øyeblikkene når tidsplottene til mediolateral og anteroposterior tyngdepunktakselerasjon når 10% av deres respektive toppverdi. - Forsikre deg om at utbruddet av APA varierer mellom 150 ms og 300 ms etter det andre (Go) signalet i reaksjonstidstilstanden. Hvis ikke, gjenta forsøket og instruksjonene om tidstrykk.
MERK: Hvis det er mindre enn 150 ms, har deltakerne forventet. Hvis det er større enn 300 ms, var deltakerne ikke fokusert på oppgaven. - Sørg for at i selvinitiert tilstand er utbruddet av APA større enn 300 ms. Hvis det ikke er det, gjenta forsøket og instruksjonene om tidspress da deltakerne kan ha startet gange i en reaksjonstidstilstand.
- Sving hæl-off tid
- Vis tidsplottene til det vertikale tyngdepunktet og anteroposterior-senteret for trykkforskyvning.
- Identifiser øyeblikket når sporet av det vertikale tyngdepunktet først topper nedover etter APA-utbruddet som svinghæl-av-tiden24 (figur 2). Alternativt kan du identifisere øyeblikket når tidsplottet til anteroposteriorsenteret for trykkforskyvning viser et raskt fall mot grunnlinjen (dvs. mot tærne; Figur 2) eller plasser en fotbryter (et billig verktøy) på svinghælen.
- Sving tå-off tid
- Vis tidsplottene til det mediolaterale og anteroposterior sentrum av trykkforskyvning og av anteroposterior hastigheten til tyngdepunktet.
- Identifiser øyeblikket når tidsplottet til det mediolaterale senteret for trykkforskyvning når et første (kvasi) platå rettet mot stillingsfotsiden som svingetiden (figur 2). Alternativt kan du identifisere øyeblikkelig svinghæl når tidsplottet til anteroposteriorsenteret for trykkforskyvning når 90% av den maksimale bakoververdien, eller plasser en fotbryter ved svingtåen.
- Svingfot kontakttid
- Vis tidsplottene til anteroposteriorsenteret for trykkforskyvning.
- Identifiser øyeblikket når det anteroposterior trykksenteret brått forskyves fremover (figur 2) som svingfotkontakttid. Hvis dette tidsplottet er avledet, identifiserer du svingfotkontakttiden som øyeblikket da dette avledede tidsplottet øker kraftig fra grunnlinjenivåverdien. Alternativt kan du plassere en fotbryter på svinghælen for å oppdage dette øyeblikket.
MERK: En metode som ligner på den som tidligere er beskrevet ovenfor for APA-deteksjon (basert på beregning av en gjennomsnittlig baseline nivåverdi; trinn 5.1.1.2) kan brukes her.
- Tid for av-foten bak
- Vis tidsplottet til det mediolaterale senteret for trykkforskyvning.
- Identifiser øyeblikket når tidsplottet til det mediolaterale sentrum av trykkforskyvning når et andre (kvasi) platå, rettet i motsatt retning som den første (trinn 5.1.3.2; Figur 2), bakre fot-off tid25. Alternativt kan du plassere en fotbryter bak for å oppdage dette øyeblikket.
- Utbruddet av APA
- Beregning av tidsmessige variabler
- Beregn forsinkelsen mellom utbruddet av APA (t0ML og t0AP) og svinghæltiden (tHO) for både mediolaterale og anteroposterior retninger, som tilsvarer varigheten av APA langs mediolateral (dAPAML) og anteroposterior retninger (dAPAAP). Se ligninger (6) og (7).
dAPAML = tHO - t0ML (6)
dAPAAP = tHO - t0AP (7) - Beregn forsinkelsen mellom swing toe-off time (tTO) og swing heel-off time (tHO), som tilsvarer "lossefasen" varighet (UNLd; Figur 2) ved hjelp av ligning (8).
UNLd = tTO - THO (8) - Beregn forsinkelsen mellom swing toe-off time (tTO) og swing foot contact (tFC), som tilsvarer "swing phase" varighet (SWINGd; Figur 2) ved hjelp av ligning (9).
SWINGd = tFC - tTO (9)
- Beregn forsinkelsen mellom utbruddet av APA (t0ML og t0AP) og svinghæltiden (tHO) for både mediolaterale og anteroposterior retninger, som tilsvarer varigheten av APA langs mediolateral (dAPAML) og anteroposterior retninger (dAPAAP). Se ligninger (6) og (7).
- Beregning av romlige variabler
- Innledende posisjon av trykksenteret
- Vis tidsplottene til sentrum av trykkforskyvningen langs mediolaterale og anteroposterior retninger.
- Beregn middelverdiene for mediolaterale (yP0) og anteroposterior (xP0) senter for trykkposisjoner i løpet av 250 ms tidsvinduet foran det andre (avgang) signalet som leveres til deltakerne, som er representative for sentrum av trykkposisjonen i den opprinnelige stillingen (eller "baseline" -verdien).
MERK: De spatio-temporale egenskapene til APA beskrevet ovenfor er følsomme for posisjonen til trykksenteret i den opprinnelige stillingen26. Derfor er det viktig å kontrollere at enhver endring i APA-funksjonene mellom eksperimentelle forhold (f.eks. En tilstand med et hinder for å fjerne vs. en tilstand uten hindring for å fjerne) eller mellom eksperimentelle populasjoner (f.eks. Friske deltakere vs. nevrologiske deltakere) ikke kan tilskrives en "enkel" endring i sentrum av trykkposisjonen i den opprinnelige stillingen, men heller til faktoren som undersøkes.
- Amplitude av APA
- Vis tidsplottene til sentrum av trykkforskyvning og tyngdepunktshastighet langs mediolaterale og anteroposterior retninger.
- Oppdag øyeblikket når hvert av disse fire tidsplottene når en maksimal verdi i løpet av APA-tidsvinduet (figur 2).
- Trekk gjennomsnittlig senter for trykkbaselineverdi beregnet i trinn 5.3.1.2 (dvs. xP0- og yP0-verdiene) fra det maksimale sentrum av trykkverdien som oppdages under APA-tidsvinduet (for hver retning, dvs. beregne ved hjelp av ligninger (10) og (11)).
xPAPA = xPMAX - xP0 (10)
yPAPA = yPMAX - yP0 (11)
Hvor xPAPA og yPAPA er amplituden til APA (trykksenter) langs henholdsvis anteroposterior og mediolateral retning; xPMAX og yPMAX er det maksimale forventningssenteret for trykkforskyvning langs henholdsvis anteroposterior og mediolateral retning.
MERK: Ingen slik baseline subtraksjon er nødvendig for tyngdepunktshastighet siden det anses at deltakerne i utgangspunktet er immobile (det opprinnelige tyngdepunktet er derfor null; se trinn 4.4). De fire oppnådde verdiene er representative for amplituden til APA (to verdier per retning).
- Trinnlengde og trinnbredde
- Vis tidsplottet til sentrum av trykkforskyvningen langs anteroposteriorretningen.
- Oppdag den mest bakovervendte posisjonen til midten av trykkposisjonen, xPBACK.
- Oppdag midten av trykkposisjonen på tidspunktet for bakre fot-off, xPRFO (figur 2 og trinn 5.1.5).
- Beregn den romlige forskjellen mellom disse to mengdene, som tilsvarer trinnlengde, L41, ved hjelp av ligning (12).
L = xPBACK - Xprfo (12) - Vis tidsplottet til sentrum av trykkforskyvning langs mediolateral retning.
- Oppdag den mest laterale posisjonen til det mediolaterale sentrum av trykkposisjonen oppnådd under det første platået av tidsplottet, yPSTANCE ("holdning", fordi trykksenteret ligger under stillingsfoten på den tiden; se figur 2).
- Oppdag det laterale sentrum av trykkposisjonen ved bakre fot-av-tid, yPRFO (figur 2 og trinn 5.1.5).
- Beregn den romlige forskjellen mellom disse to mengdene, som tilsvarer trinnbredde, W25, ved hjelp av ligning (13).
W = yPSTANCE - yPRFO (13)
- Ytelse av ganginitiering
- Vis tidsplottet til tyngdepunktshastigheten langs anteroposteriorretningen (figur 2).
- Oppdag øyeblikket når deltakerne treffer kraftplattformen med svingfoten (trinn 5.1.4, figur 2) og noter hastigheten til tyngdepunktet i dette øyeblikket som et kriterium for GI-ytelse.
MERK: Toppverdien til dette tidsplottet, som nås noen få millisekunder etter svingfotkontakt, kan også betraktes som et kriterium for GI-ytelse. Trinnlengde og svingfasevarighet kan også betraktes som kriterier for GI-ytelse. Jo lengre og kortere disse mengdene er, desto bedre er ytelsen.
- Parametere for stabilitetskontroll
- For bremseindeks, vis tidsplottet til tyngdepunktet langs vertikal retning. Oppdag toppets nedadgående tyngdepunkthastighet for tidsplottet (z'GMIN) og tyngdepunktet ved svingfotkontakttiden (z'GFC, figur 2). Beregne forskjellen mellom disse to mengdene, kalt "bremseindeksen" (BI), som en indikator for stabilitetskontroll, ved hjelp av ligning (14).
BI =
(14)
MERK: BI ble introdusert av Do og kolleger og gir bevis for at sentralnervesystemet forventer svingfotstreik med støtteflaten ved å redusere det vertikale tyngdepunktet under svingfasen av ganginitiering 4,5,27. Denne aktive bremsingen muliggjør stabilitetsvedlikehold etter fotstreik. Jo større BI er, desto bedre stabilitetskontroll. - For stabilitetsmarginen, vis tidsplottene til tyngdepunktet og forskyvningen langs den mediolaterale retningen. Oppdag hastigheten (y'GFC) og forskyvningen av tyngdepunktet (yGFC) ved svingfotkontakttid (figur 2). Beregne den mediolaterale komponenten av stabilitetsmarginen (MOS) ved fotkontakt ved hjelp av ligning (15).
(15)
Hvor BOSmax er den mediolaterale grensen til støttebasen (BOS) og ω0 er egenfrekvensen til kroppen, modellert som en omvendt pendel. Under GI lander deltakerne systematisk på kraftplattformen først med svinghælen, deretter med tåen. Under en slik fotlandingsstrategi kan BOSmax estimeres med det mediolaterale sentrum av trykkposisjonen på tidspunktet for bakre fot-off (trinn 5.1.5). Egenfrekvensen i kroppen kan beregnes ved hjelp av ligning (16).
(16)
Hvor g = 9,81 m/s² er gravitasjonsakselerasjonen og l er lengden på den inverterte pendelen, som tilsvarer 57,5% av kroppshøyden.
MERK: Mengden i parentes i ligning (15) kalles "ekstrapolert massesenter"18. Tilstanden til stabiliteten ved fotkontakt innebærer at det ekstrapolerte massesenteret ligger innenfor støttebasen. Denne betingelsen tilsvarer en positiv MOS-verdi. Hvis MOS er negativ, er det nødvendig med korrigerende holdningsjusteringer for å gjenopprette balansen.
- For bremseindeks, vis tidsplottet til tyngdepunktet langs vertikal retning. Oppdag toppets nedadgående tyngdepunkthastighet for tidsplottet (z'GMIN) og tyngdepunktet ved svingfotkontakttiden (z'GFC, figur 2). Beregne forskjellen mellom disse to mengdene, kalt "bremseindeksen" (BI), som en indikator for stabilitetskontroll, ved hjelp av ligning (14).
- Innledende posisjon av trykksenteret
(14)
(15)
(16)Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Beskrivelse av representative biomekaniske tidsplott hentet fra kraftplattformen under ganginitiering
Uansett nivået av tidstrykk eller instruksjonen om GI-hastighet, blir svinghælen systematisk innledet av APA. Disse APA kan karakteriseres av en bakover- og svingbensideforskyvning av trykksenteret (figur 2). Dette forventningssenteret for trykkforskyvning fremmer akselerasjonen av tyngdepunktet i motsatt retning (dvs. fremover og til stillingsbensiden). Langs anteroposterior retning, hastigheten på tyngdepunktet øker gradvis til toppen kort tid etter svingfot kontakt. Langs den middelmådige retningen topper tyngdepunktet først mot holdningsbensiden ved rundt sving tå-off, deretter topper mot svingbensiden kort tid etter fotkontakt. Langs den vertikale retningen topper tyngdepunktet nedover rundt midtstillingen. Den reverserer deretter retning og når en verdi nær null ved rundt fotkontakt.
Figur 2: Representative biomekaniske tidsplott fra kraftplattformen under gangdebut (én enkelt studie) og utvalgte spatio-temporale variabler. Ganglaget ble startet raskt i en reaksjonstidstilstand. X''G, y''G, z''G: akselerasjon av tyngdepunktet langs henholdsvis anteroposterior, mediolateral og vertikal retning. X'G, y'G, z'G: hastigheten til tyngdepunktet langs henholdsvis anteroposterior, mediolateral og vertikal retning. xP, yP: forskyvning av trykksenteret langs henholdsvis anteroposterior og mediolateral retning. Timing hendelser. t0ML, t0AP, tHO, tTO, tFC, tRFO: utbrudd av APA langs mediolaterale og anteroposterior retninger, tidspunkt for svinghæl-off, tidspunkt for sving tå-off, tidspunkt for svingfotkontakt og tidspunkt for bakre fot-av, henholdsvis. Tidsmessige variabler. APA, UNL, SWING: tidsvinduer for henholdsvis APA, lossefase og svingfase for ganginitiering. Romlige variabler. X'GFO, x'GFC, xPMAX, yPMAX, L, W, z'GMIN, z'GFC: anteroposterior tyngdepunktshastighet ved fot-off og fotkontakt, maksimalt forventningssenter for trykkforskyvning langs henholdsvis anteroposterior og mediolaterale retninger, trinnlengde, trinnbredde, topp nedadgående tyngdepunkt og vertikalt tyngdepunkt ved svingfotkontakttid. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Representative verdier av eksperimentelle variabler hos unge friske voksne: Påvirkning av hastighet og tidspress
Tidsmessige variabler
TFO-varighet
Varigheten av APA langs anteroposterior og mediolaterale retninger avhenger av hastigheten til GI, men på motsatt måte. Mer spesifikt øker APA-varigheten langs anteroposteriorretningen med GI-hastighet, med typiske verdier som varierer mellom ~ 500 ms for langsom GI og ~ 700 ms for rask GI9. Derimot reduseres APA-varigheten langs den mediolaterale retningen med GI-hastighet. Typiske verdier varierer mellom ~700 ms for langsom GI og ~500 ms for rask GI21.
Varigheten av anteroposterior og mediolateral APA avhenger også av det tidsmessige trykket (verdier gitt ovenfor er for en selvinitiert tilstand (dvs. en tilstand med lavt tidstrykknivå). Studier i litteraturen sammenligner vanligvis APA-varighet i en tilstand med lavt versus høyt temporalt trykk, når gangart initieres i en rask tilstand 1,28. Under disse forholdene reduseres varigheten av både anteroposterior og mediolateral APA med ca. 20-30 ms i reaksjonstidstilstanden sammenlignet med den selvinitierte tilstanden.
Varighet av lossefase
Lossefasens varighet avhenger av hastigheten til GI (dvs. den avtar når GI-hastigheten øker). Typiske varigheter varierer mellom ~ 200 ms for langsom GI og ~ 70 ms for rask GI21. Lossefasens varighet er ikke følsom for tidstrykk, i hvert fall når gange initieres i rask tilstand29.
Varighet av svingfasen
Svingfasens varighet avhenger av hastigheten til GI (dvs. den avtar når hastigheten øker). Typiske varigheter varierer mellom ~ 500 ms for langsom GI og ~ 300 ms for rask GI21. Derimot er denne varigheten ikke følsom for tidsmessig trykk, i hvert fall når gangen initieres i en rask tilstand29.
Romlige variabler
Amplitude av APA
Amplituden til APA avhenger av hastigheten til GI. Nærmere bestemt, i en selvinitiert tilstand, øker amplituden til APA langs anteroposterior retning når hastigheten til GI øker9. Typiske APA-verdier varierer mellom ~7 cm og ~0,15 m/s (for henholdsvis forventningssenteret for trykkforskyvning og tyngdepunktshastighet) for langsom GI, og ~13 cm og ~0,36 m/s for rask GI. Amplituden til APA langs den mediolaterale retningen, når det gjelder senter for trykkforskyvning, øker også med hastigheten på GI21. Typiske verdier varierer mellom ~ 3 cm for langsom GI og ~ 4 cm for rask GI. Derimot endres ikke den maksimale hastigheten til tyngdepunktet som nås under APA (mediolateral retning) med hastigheten til GI. Typiske verdier er ~0,13 m/s. Amplituden til APA er også følsom for tidsmessig trykk, i hvert fall når gangart initieres raskt28,29. Nærmere bestemt øker både anteroposterior og mediolaterale komponenter i APA med tidstrykk.
Trinnlengde og trinnbredde
Trinnlengde og trinnbredde avhenger begge av hastigheten til GI, men ikke av tidstrykk. Skrittlengden når vanligvis ~ 50 cm og ~ 90 cm når gangen startes i en langsom og rask tilstand, henholdsvis23. Trinnbredden når vanligvis ~12 cm og ~14 cm når ganglaget startes i en langsom og rask GI-tilstand, henholdsvis9.
Ytelse av ganginitiering
Toppen av tyngdepunktet varierer vanligvis mellom ~ 1 m / s for langsom GI og ~ 2 m / s for rask GI10. For rask GI påvirker ikke temporalt trykk denne ytelsesparameteren29, selv om den kan indusere en liten (~ 9%) endring28.
Parametere for stabilitetskontroll
Bremseindeks
BI er følsom for hastigheten til GI. Når ganglaget startes i sakte tilstand med en trinnlengde mindre enn ~43 cm, er BI null fordi det ikke er behov for å bremse tyngdepunktets fall. Behovet for å bremse tyngdepunktet faller oppstår for trinnlengder større enn 43 cm. En typisk verdi for BI er 0,08 m/s for gange initiert ved 1 m/s og med en trinnlengde på 55 cm27.
Margin for stabilitet
MOS er ikke følsom for hastigheten til GI eller for tidsmessig trykk21,30. Typiske MOS-verdier oppnådd under GI er ~ 5 cm21.
Supplerende figur S1: Skjermbilder av programvaren (Qualisys Track Manager) som viser 3D-bakkereaksjonskrefter under ganginitiering. Venstre, kraftplattformaksen, sentrum av trykkposisjonen (tilsvarende påføringspunktet til jordreaksjonskraftvektoren) og jordreaksjonskraftvektoren i den opprinnelige stillingen; høyre, tidsforløpet til de rå 3D-bakkereaksjonskreftene under ganginitiering (en deltaker, en prøve). Grønne, røde og blå spor representerer jordreaksjonskraften langs henholdsvis anteroposterior, mediolateral og vertikal retning. Ordinate: kraftamplitude i Newtons. Abscissa: tid i ms. Deltakerne sto først på venstre side av kraftplattformen og initierte gange til høyre side. Merk at deltakeren forlot kraftplattformen på tidspunktet t = 3,200 ms. Vennligst klikk her for å laste ned denne filen.
Supplerende figur S2: Skjermbilder av programvaren (Qualisys Track Manager) som viser råsenteret for trykkforskyvningsspor. Venstre, kraftplattformaksen, sentrum av trykkposisjonen (tilsvarende applikasjonspunktet til jordreaksjonskraftvektoren) og handlingskraftvektoren som deltakeren utøver på kraftplattformen i den opprinnelige stillingen; høyre, tidsforløpet til det rå sentrum av trykkforskyvningsspor (en deltaker, en prøve). Grønne og røde spor representerer sentrum for trykkforskyvning langs henholdsvis anteroposterior og mediolateral retning. Ordinere: forskyvning i millimeter. Abscissa: tid i ms. Deltakerne sto først på venstre side av kraftplattformen og initierte gange til høyre side. Merk at deltakeren forlot kraftplattformen på tidspunktet t = 3,200 ms. Vennligst klikk her for å laste ned denne filen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Målet med dette papiret var å gi forskere, klinikere og høyere utdanningsstudenter informasjon om metoden (den "globale" metoden) som brukes i vårt laboratorium for å undersøke den biomekaniske organisasjonen av ganginitiering (GI). Kritiske trinn i protokollen, begrensninger av metoden og alternative metoder og applikasjoner diskuteres nedenfor.
Et kritisk trinn i protokollen er påvisning av timinghendelsene til GI (dvs. APA-utbrudd, svinghæl av og tå av og bakfot). Verdiene av både tidsmessige og romlige variabler relatert til organisering av GI avhenger av riktig påvisning av disse hendelsene. For hver av dem ble det foreslått flere deteksjonsmetoder (disse foreslåtte metodene er ikke uttømmende). Det anbefales å bruke samme metode gjennom hele dataanalysen for å sikre konsistens på tvers av studier og eksperimentelle forhold og for å tillate sammenligning på tvers av studier i litteraturen. Det anbefales imidlertid også å bruke minst to forskjellige metoder for å sikre at de riktige timinghendelsene oppdages riktig (bare små forskjeller i verdiene for tidsmessige trekk forventes på tvers av disse metodene). Videre, for hver timinghendelse, kan automatisk deteksjon brukes (f.eks. med en MATLAB-rutine). Denne rutinen kan programmeres enkelt gjennom metodene som er gitt i denne artikkelen. Det anbefales på det sterkeste å visuelt sjekke sammenhengen og "troverdigheten" til dataene som automatisk innhentes med disse rutinene. For eksempel bør amplituden til forventningssenter for trykkforskyvning ikke overstige basen av støttestørrelse. Det forventes å bli rettet bakover og mot svingbensiden (unntatt spesifikke eksperimentelle populasjoner); swing toe-off tid forventes å oppstå etter svinghæl-off; APA-utbrudd bør ikke skje før 150 ms før avgangssignalet eller 300 ms etterpå (i en reaksjonstidstilstand). Med andre ord antas det at automatisk deteksjon alene ikke er tilstrekkelig til å analysere dataene riktig og "trygt"; Det er viktig å ha inngående kunnskap om i) det globale tidsforløpet for de biomekaniske plottene som forventes fra kraftplattformen og ii) de typiske verdiene som forventes av friske deltakere. Vi tror at i tillegg til evnen til å programmere automatiske rutiner, er denne kunnskapen av sterk didaktisk verdi for høyere utdanningsstudenter i biomekanikk. Dette er grunnen til at disse to elementene er gitt i denne artikkelen.
Det erkjennes at den «globale» metoden har minst to begrensninger. For det første gir denne metoden ikke data om deltakernes opprinnelige holdning (dvs. om den relative posisjonen til kroppssegmenter), men gir data om det opprinnelige trykksenteret og tyngdepunktet (hvis relative posisjon bestemmer balansens tilstand). Det samme innledende trykksenteret og tyngdepunktposisjonen kan teoretisk nås med et uendelig antall stillinger. Med andre ord, de første posturale forholdene under hvilke deltakerne initierer gangart, kan ikke kontrolleres fullt ut med den globale metoden. Visuell kontroll av deltakernes opprinnelige holdning av en eksperimentert forsker eller kliniker er derfor viktig hvis den relative posisjonen til kroppssegmentene ikke kan registreres (f.eks. Med et kamera). For det andre gir metoden ikke informasjon om bidraget fra hvert kroppssegmentakselerasjon (eller "lokale" akselerasjoner) til helkropps tyngdepunktakselerasjon. Det følger at det er teoretisk mulig at akselerasjonen av visse kroppssegmenter kan kompenseres av en retardasjon av noen fjerne kroppssegmenter, noe som resulterer i en null helkropps tyngdepunktakselerasjon under APA31. Dermed kan bruk av akselerometre plassert over flere kroppssegmenter (f.eks. stamme, hofter, ben) være relevant for å fullføre kraftplattformdataene.
En alternativ og populær metode for å beregne tyngdepunktet for hele kroppen under GI er den kinematiske metoden, som er basert på opptak ved hjelp av et bevegelsesfangstsystem med reflekterende markører limt til helkroppsleddsegmenter. Signalene fra disse reflekterende markørene tillater rekonstituering av hele kroppsskjelettet. Basert på størrelsen på hvert kroppssegment som dermed rekonstitueres og informasjon fra antropometriske tabeller (f.eks. Masse og tetthet av bein), kan 3D-posisjonen til tyngdepunktet for hvert segment beregnes med kameraprogramvaren. Med disse dataene er det da mulig å beregne 3D-posisjonen til hele kroppens tyngdepunkt. Med suksessiv derivasjon av posisjonssignalet kan hastigheten og akselerasjonen av hele kroppens tyngdepunkt oppnås. For å beregne kinematikken til hele kroppens tyngdepunkt, kreves 53 reflekterende markører32. En forenklet modell med 13 markører ble imidlertid nylig foreslått av Tisserand et al.33.
Fordelene ved den globale metoden (som kan assimileres i en kinetisk metode siden den er basert på registrering av krefter og øyeblikk) over den kinematiske metoden for å undersøke postural organisering av GI er følgende: i) det krever ingen forberedelse av deltakerne, og sparer dermed tid, noe som er spesielt viktig i tilfeller av skrøpelige eller patologiske pasienter som deltar i forsøket; ii) det unngår potensielle feil i beregningen av helkropps tyngdepunktakselerasjon på grunn av kumulative små feil på markørposisjonering laget av eksperimentøren, siden den globale metoden gir et direkte mål på denne mengden; iii) sentrum av trykkposisjonen ikke kan beregnes ved hjelp av bevegelsesopptakssystemer. Den største ulempen ved den globale metoden over den kinematiske metoden ble hevet ovenfor - det tillater ikke undersøkelse av holdning eller segmental koordinering.
Nå er det bemerkelsesverdig at resultater fra dagens litteratur antyder at begge metodene gir tilsvarende mål på tyngdepunktkinematikk og hendelsestid under lokomotoriske oppgaver. For eksempel rapporterte Langeard et al.34 at estimering av tyngdepunktbremsing ("bremseindeksen" (BI)) ved hjelp av den globale metoden eller den kinematiske metoden under GI var svært pålitelig. Under kompenserende trappereaksjoner rapporterte Maki og McIlroy35 at anteroposterior hastighet og forskyvning av tyngdepunktet beregnet ved fotkontakt med begge metodene ga rimelig god enighet hos både unge friske voksne og eldre. På samme måte, under rett gange på jevnt underlag hos personer med transfemoral amputasjon, viste Lansade et al.36 at estimering av tyngdepunktshastighet fra kraftplattformdataintegrasjon var akseptabel. Til slutt viste Caderby et al.24 og Yiou et al.25 at disse to metodene ga en lignende estimering av henholdsvis svinghæl av hendelse og trinnlengde/bredde under GI.
Den globale metoden ble opprinnelig brukt på GI-paradigmet hos unge friske voksne for å oppnå grunnleggende kunnskap om normal postural kontroll under en funksjonell motorisk oppgave som krever samtidig helkroppsfremdrift og stabilitetsvedlikehold10. Det har siden blitt utvidet mye for å undersøke mange andre dynamiske helkroppsmotoriske oppgaver, for eksempel lunging i gjerde37, hopping38, sitte å stå39 og underekstremitetsfleksjon40. Det er verdt å nevne at metoden også har blitt brukt for å undersøke postural kontroll under avslutning av ulike motoriske oppgaver, inkludert enkelttrinn41 og peking42, og kan potensielt brukes til å undersøke gangavslutning slik det tidligere har blitt gjort med den kinematiske metoden43. Endelig har metoden også blitt mye brukt hos pasienter med nevrologiske tilstander og hos eldre for bedre å forstå de patopsykofysiologiske mekanismene som påvirker dynamisk postural kontroll 2,3,4,5 og nylig hos pasienter med Parkinsons sykdom for å teste effektiviteten av ulike ikke-farmakologiske inngrep (som ankelstrekking 44 og funksjonell elektrisk stimulering 3 ) i å styrke postural kontroll.
Avslutningsvis har denne artikkelen presentert en detaljert metode designet for å undersøke postural kontroll under ganginitiering. For hver variabel ble normative verdier oppnådd hos unge friske voksne gitt. Metoden har en sterk biomekanisk bakgrunn, siden den er basert på mekanikkens lover for å beregne kinematikken til tyngdepunktet og trykksenteret. Analyse av samspillet mellom disse to virtuelle punktene er et sentralt punkt i denne metoden, siden den bestemmer betingelsene for stabilitet og helkroppsprogresjon. Fordi utførelsen av de fleste av våre daglige motoroppgaver (inkludert sport og arbeid) krever sikker (stabil) helkroppsprogresjon, er metoden svært hensiktsmessig for å få innsikt i de posturodynamiske mekanismene som ligger til grunn for motorisk effektivitet / mangel i både sunne og patologiske populasjoner. Den har derfor sterke applikasjoner innen menneskelig bevegelsesvitenskap, idrettsvitenskap, ergonomi og klinisk vitenskap.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ingen konkurrerende interesser.
Acknowledgments
Forfatterne vil gjerne takke ANRT og LADAPT.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Force platform(s) | AMTI | One large [120 cm x 60 cm] or two small [60 cm x 40 cm] force platform(s) | |
| Python or Matlab | Python or MathWorks | Programming language for the computation of experimental variables | |
| Qualisys track manage | Qualisys | Software for the synchronization of the force platform(s), the recording and the on-line visualization of raw biomechanical traces (3D forces and moments) | |
| Visual3D | C-Motion Inc | Software for the processing of raw biomechanical traces (low-pass filtering) |
References
- Yiou, E., Caderby, T., Delafontaine, A., Fourcade, P., Honeine, J. L. Balance control during gait initiation, State-of-the-art and research perspectives. World Journal of Orthopedics. 8 (11), 815-828 (2017).
- Delval, A., Tard, C., Defebvre, L. Why we should study gait initiation in Parkinson's disease. Neurophysiologie Clinique/Clinical Neurophysiology. 44 (1), 69-76 (2014).
- Delafontaine, A., et al. Anticipatory postural adjustments during gait initiation in stroke patients. Frontiers in Neurology. 10, 352 (2019).
- Welter, M. L., et al. Control of vertical components of gait during initiation of walking in normal adults and patients with progressive supranuclear palsy. Gait & Posture. 26 (3), 393-399 (2007).
- Demain, A., et al. High-level gait and balance disorders in the elderly, a midbrain disease. Journal of Neurology. 261 (1), 196-206 (2013).
- Belen'kiĭ, V. E., Gurfinkel', V. S., Pal'tsev, E. I. On the control elements of voluntary movements. Biofizika. 12 (1), 135-141 (1967).
- Bouisset, S., Zattara, M. A sequence of postural movements precedes voluntary movement. Neuroscience Letters. 22 (3), 263-270 (1981).
- Bouisset, S., Zattara, M. Biomechanical study of the programming of anticipatory postural adjustments associated with voluntary movement. Journal of Biomechanics. 20 (8), 735-742 (1987).
- Bouisset, S., Do, M. C. Poster, dynamic stability, and voluntary movement. Neurophysiologie Clinique/Clinical Neurophysiology. 38 (6), 345-362 (2008).
- Brenière, Y., Cuong Do, M., Bouisset, S. Are dynamic phenomena prior to stepping essential to walking. Journal of Motor Behavior. 19 (1), 62-76 (1987).
- Memari, S., Yiou, E., Fourcade, P. The role(s) of "Simultaneous Postural Adjustments" (SPA) during Single Step revealed with the Lissajous method. Journal of Biomechanics. 108, 109910 (2020).
- Gelfand, I. M., Gurfinkel, V. S., Fomin, S. V., Tsetlin, M. L. Models of the structural functional organization of certain biological systems. , M.I.T. Press. 330-345 (1966).
- Hess, W. R. Teleokinetisches und ereismatisches Kräftesystem in der Biomotorik. Helv Physiol Pharmacol Acta. 1, 62-63 (1943).
- Lepers, R., Brenière, Y. The role of anticipatory postural adjustments and gravity in gait initiation. Experimental Brain Research. 107 (1), 118-124 (1995).
- Lyon, I. N., Day, B. L. Control of frontal plane body motion in human stepping. Experimental Brain Research. 115 (2), 345-356 (1997).
- Yang, F., Espy, D., Pai, Y. C. Feasible stability region in the frontal plane during human gait. Annals of Biomedical Engineering. 37 (12), 2606-2614 (2009).
- Zettel, J. L., McIlroy, W. E., Maki, B. E. Can stabilizing features of rapid triggered stepping reactions be modulated to meet environmental constraints. Experimental Brain Research. 145 (3), 297-308 (2002).
- Hof, A. L., Gazendam, M. G. J., Sinke, W. E. The condition for dynamic stability. Journal of Biomechanics. 38 (1), 1-8 (2005).
- Brenière, Y., Do, M. C. When and how does steady state gait movement induced from upright posture begin. Journal of Biomechanics. 19 (12), 1035-1040 (1986).
- Yiou, E., Hussein, T., LaRue, J. Influence of temporal pressure on anticipatory postural control of medio-lateral stability during rapid leg flexion. Gait & Posture. 35 (3), 494-499 (2012).
- Caderby, T., Yiou, E., Peyrot, N., Begon, M., Dalleau, G. Influence of gait speed on the control of mediolateral dynamic stability during gait initiation. Journal of Biomechanics. 47 (2), 417-423 (2014).
- Seuthe, J., D'Cruz, N., Ginis, P., et al. How many gait initiation trials are necessary to reliably detect anticipatory postural adjustments and first step characteristics in healthy elderly and people with Parkinson's disease. Gait & Posture. 88, 126-131 (2021).
- Brenière, Y., Do, M. C. Control of Gait Initiation. Journal of Motor Behavior. 23 (4), 235-240 (1991).
- Caderby, T., Yiou, E., Peyrot, N., Bonazzi, B., Dalleau, G. Detection of swing heel-off event in gait initiation using force-plate data. Gait & Posture. 37 (3), 463-466 (2013).
- Yiou, E., Teyssèdre, C., Artico, R., Fourcade, P. Comparison of base of support size during gait initiation using force-plate and motion-capture system, A Bland and Altman analysis. Journal of Biomechanics. 49 (16), 4168-4172 (2016).
- Dalton, E., Bishop, M., Tillman, M. D., Hass, C. J. Simple change in initial standing position enhances the initiation of gait. Medicine and Science in Sports and Exercise. 43 (12), 2352-2358 (2011).
- Delafontaine, A., Gagey, O., Colnaghi, S., Do, M. C., Honeine, J. L. Rigid ankle foot orthosis deteriorates mediolateral balance control and vertical braking during gait initiation. Frontiers in Human Neuroscience. 11, 214 (2017).
- Delval, A., et al. Caractérisation des ajustements posturaux lors d'une initiation de la marche déclenchée par un stimulus sonore et autocommandée chez 20 sujets sains. Neurophysiologie Clinique/Clinical Neurophysiology. 35 (5-6), 180-190 (2005).
- Yiou, E., Fourcade, P., Artico, R., Caderby, T. Influence of temporal pressure constraint on the biomechanical organization of gait initiation made with or without an obstacle to clear. Experimental Brain Research. 234 (6), 1363-1375 (2015).
- Yiou, E., Artico, R., Teyssedre, C. A., Labaune, O., Fourcade, P. Anticipatory postural control of stability during gait initiation over obstacles of different height and distance made under reaction-time and self-initiated instructions. Frontiers in Human Neuroscience. 10, 449 (2016).
- Nouillot, P., Do, M. C., Bouisset, S. Are there anticipatory segmental adjustments associated with lower limb flexions when balance is poor in humans. Neuroscience Letters. 279 (2), 77-80 (2000).
- Sint, J. S. V. Color Atlas of Skeletal Landmark Definitions: Guidelines for Reproducible Manual and Virtual Palpations. , Churchill Livingstone. Edinburgh. 29 (2007).
- Tisserand, R., Robert, T., Dumas, R., Chèze, L. A simplified marker set to define the center of mass for stability analysis in dynamic situations. Gait & Posture. 48, 64-67 (2016).
- Langeard, A., et al. Kinematics or kinetics: Optimum measurement of the vertical variations of the center of mass during gait initiation. Sensors. 21 (23), 7954 (2021).
- Maki, B. E., Mcllroy, W. E. The control of foot placement during compensatory stepping reactions, does speed of response take precedence over stability. IEEE Transactions on Rehabilitation Engineering. 7 (1), 80-90 (1999).
- Lansade, C., et al. Estimation of the body center of mass velocity during gait of people with transfemoral amputation from force plate data integration. Clinical Biomechanics. 88, 105423 (2021).
- Yiou, E., Do, M. C. In a complex sequential movement, what component of the motor program is improved with intensive practice, sequence timing or ensemble motor learning. Experimental Brain Research. 137 (2), 197-204 (2001).
- Le Pellec, A., Maton, B. Anticipatory postural adjustments are associated with single vertical jump and their timing is predictive of jump amplitude. Experimental Brain Research. 129 (4), 0551-0558 (1999).
- Diakhaté, D. G., Do, M. C., Le Bozec, S. Effects of seat-thigh contact on kinematics performance in sit-to-stand and trunk flexion tasks. Journal of Biomechanics. 46 (5), 879-882 (2013).
- Yiou, E., Caderby, T., Hussein, T. Adaptability of anticipatory postural adjustments associated with voluntary movement. World Journal of Orthopedics. 3 (6), 75 (2013).
- Memari, S., Do, M. C., Le Bozec, S., Bouisset, S. The consecutive postural adjustments (CPAs) that follow foot placement in single stepping. Neuroscience Letters. 543, 32-36 (2013).
- Fourcade, P., Bouisset, S., Le Bozec, S., Memari, S. Consecutive postural adjustments (CPAs): A kinetic analysis of variable velocity during a pointing task. Neurophysiologie Clinique. 48 (6), 387-396 (2018).
- Zhou, H., Cen, X., Song, Y., Ugbolue, U. C., Gu, Y. Lower-limb biomechanical characteristics associated with unplanned gait termination under different walking speeds. Journal of Visualized Experiments. (162), e61558 (2020).
- Vialleron, T., et al. Acute effects of short-term stretching of the triceps surae on ankle mobility and gait initiation in patients with Parkinson's disease. Clinical Biomechanics. 89, 105449 (2021).
