Method Article

Kinematik analiz 3D hareket yakalama kişilerde içme görev ile ve üst ekstremite bozuklukları olmadan

DOI:

10.3791/57228

⸱

March 28th, 2018

 ,  ,  ,  , 
1Institution of Neuroscience and Physiology, Rehabilitation Medicine, Sahlgrenska Academy, University of Gothenburg, 2Securesoft Sweden, 3Departement of Occupational Therapy and Physiotherapy, Sahlgrenska University Hospital

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu iletişim kuralı vuruşlu ve sağlıklı kontrol bireylere uygulanan üst ekstremite sensorimotor işlevini ve hareket performans değerlendirmek için objektif bir yöntem açıklanır. Standart test yordamı görev içme üç boyutlu hareket yakalama için kinematik analiz ve sonuç değişkenleri sağlanır.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Kinematik analiz bir üç boyutlu (3D) alanda üst ekstremite hareketlerinin objektif değerlendirmesi için güçlü bir yöntemdir. Bir opto-elektronik kamera sistemi ile üç boyutlu hareket yakalama kinematik hareket analizi için altın standart olarak kabul edilir ve giderek sonuç ölçü hareket performans ve kalite bir yaralanma veya hastalık sonra değerlendirmek için kullanılır üst ekstremite hareketleri içeren. Bu makalede, üst ekstremite bozukluğu olan kişilerde inme sonrası uygulanan görev içme kinematik analiz için standart bir protokol. İçme görev ulaşan, açgözlü ve bir fincan Kupası geri yerleştirerek ve el geri masanın kenarına doğru hareket bir içki almak için bir tablo kaldırma içerir. Oturma konumu bireyin vücut büyüklüğüne standartlaştırılmıştır ve görev içinde a konforlu kendi kendine öğreten hız gerçekleştirilir ve telafi edici hareketler değil sınırlıdır. Niyeti doğal ve ekolojik geçerlilik Protokolü'nün geliştirmek için bir gerçek durum yakın görev tutmaktır. 5-kamera hareket yakalama sistemi 3D koordinat pozisyonlar kol, gövde ve yüz anatomik yerlerinden yerleştirilmiş 9 retroreflective işaretleri toplamak için kullanılır. Bir basit tek işaret yerleşim klinik ayarları protokolünde fizibilite sağlamak için kullanılır. Özel yapım Matlab yazılım otomatik ve hızlı hareket veri analizlerini sağlar. Hareket zaman, hız, en yüksek hız, en yüksek hız ve pürüzsüzlük (hareket birim sayısı) ile birlikte kayma açısal kinematik omuz ve dirsek eklem hem de gövde hareketleri zaman zamansal kinematik hesaplanır. Orta ve hafif üst ekstremite bozukluğu olan bireyler için geçerli bir değerlendirme içme görevdir. Yapı, discriminative ve eşzamanlı geçerlilik yanıt (duyarlılık değiştirmek için) ile birlikte içki görevden alınan kinematik değişkenlerin kurduk.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Kinematik analiz aracılığıyla uzay ve zaman, doğrusal ve açısal talebiyle, hızları ve ivmeler gibi vücut hareketleri açıklar. Opto-elektronik hareket yakalama sistemleri gönder pasif işaretleri yansımaları yakalamak için kızıl ötesi ışık sinyalleri vücuda yerleştirilen yüksek hızlı kameralar birden kullanın veya kızılötesi içeren etkin işaretleri üzerinden hareket veri iletimi yayan diyotlar. Bu sistemlerin kinematik veri1edinimi için 'altın standart' olarak kabul edilir. Bu sistemler yüksek doğruluk ve çeşitli görevleri ölçümleri esneklik için değerli. Kinematik önlemler hareket performans daha küçük değişiklikler yakalama etkili olduğu göstermiştir ve2,3ile geleneksel klinik tespit edilmemiş kalite ölçekler. O kinematik gerçek kurtarma (Restorasyon sakatlıkların hareket özellikleri) ve telafi edici (alternatif) hareket desenler kullanımı arasında ayrım için bir görev4başarı sırasında kullanılması gereken sürülmüştür, 5.

Üst ekstremite hareketlerini sayısal son nokta kinematik, genellikle bir el işaretleyiciden elde edilen ve eklem ve segmentleri açısal kinematik kullanarak (i.e., gövde). Son nokta kinematik açısal kinematik karakterize ederken hareket desenler zamansal ve mekansal ortak ve segment açıları açısından yörüngeleri, hız, zamansal hareketi stratejileri, hassasiyet, doğruluk ve pürüzsüzlük, hakkında bilgi sağlar, açısal hız ve interjoint koordinasyon. Son nokta kinematik, hareket zamanı, hız ve pürüzsüzlük açıkları ve hareket performans kontur6,7,8 ve açısal kinematik gösteri sonra gelişmeler olup yakalamak etkilidir, gibi eklem ve vücut parçaları hareketleri belirli bir görev için en iyi durumda. Kinematik bozukluğu olan kişiler üzerinden genellikle bireylerin bozuklukları8,9olmadan hareket performansı ile karşılaştırılır. Son nokta ve açısal kinematik bir şekilde bir hareket etkili hızıyla, pürüzsüzlük, gerçekleştirilen ve hassas iyi hareket kontrolü, koordinasyon ve etkili ve en uygun hareket modelleri kullanılmasını gerektirecektir correlated. Örneğin, yavaş yavaş genellikle de azalma gösterir pürüzsüzlük (hareket birim artan sayısı), hareket eden bir hasta inme ile maksimum hızı düşürebilir ve gövde Motor hacmi8arttı. Öte yandan, bitiş noktası kinematik, hareket hızı ve pürüzsüzlük gibi gelişmeler gövde telafi hareketi stratejileri değişikliklerden bağımsız olarak oluşur ve10donat. Kinematik analiz bir yaralanma veya hastalık, sırayla bireyselleştirilmiş etkili tedavi için en iyi motor kurtarma ulaşmak gerekli olan sonra görevi nasıl yapılır hakkında ek ve daha kesin bilgi sağlayabilir kurulmuştur 11. kinematik analiz giderek klinik çalışmalarda hareketleri üst ekstremite bozukluğu olan kişilerde inme8,9' dan sonra motor kurtarma7, değerlendirmek için tanımlamak için kullanılır 12,13 veya tedavi müdahaleler10,14etkinliğini belirlemek için.

Sık sık darbede okudu hareketi görevleri işaret ve ulaşan, gerçek günlük nesneler manipülasyon dahil fonksiyonel görevler kullanımı1artmasına rağmen. Kinematik ulaşma bağımlı yana seçtiğiniz bir grup nesneyi ve görev15amacı gibi deneysel sınırlamalar, hangi amaca hizmet edecek ve fonksiyonel görevleri sırasında hareketleri değerlendirmek önemlidir bireyin gerçek zorluklar günlük hayatta daha yakından yansıtılır.

Böylece, bu kağıt amacı, üst ekstremite bozukluğu olan bireyler için akut ve kronik dönemlerinde uygulanan görev, içme amaçlı ve işlevsel bir görev kinematik analiz için kullanılan basit bir standart protokol ayrıntılarıyla etmektir kalp krizi. Bu iletişim kuralı doğrulama orta ve hafif felç bozukluğu olan bireyler için sonuçları özetlenir.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Tüm yöntem tanımlamak burada Gothenburg, İsveç (318-04, 225 08) bölgesel etik Değerlendirme Komitesi tarafından onaylanmış çalışmalar parçası olmuştur.

1. hareket yakalama sistemi kurma

  1. 4 fotoğraf makinesi yaklaşık 1.5-3 metre yükseklikte ölçüm alanı 1,5-2,5 m ölçüm alanı karşı karşıya duvara monte. Bir kamera tavan hemen üzerinde ölçüm alanı (şekil 1) bağlama. Kamera sistemini başlatın.
  2. L Şekil kalibrasyon çerçeve tablo tablo kenarını doğrultusunda kısa eksen ve ileriye dönük uzun ekseni ile yerleştirin.
    Not: Koordinat sistemi ileri (anteriorly sagittal düzlemde) Yönetmen X-axes, y ekseni yanal (frontal düzlemde) Yönetmen ve yukarı doğru Yönetmen: z-ekseni (Superior, enine uçak dik) ile tanımlanır.
  3. 3 boyutlu izleme ve veri toplama yazılımı (parça Yöneticisi) açın, kalibrasyon yakalama seçerek başlayın | Kalibre, kalibrasyon süresini 30 s ve tıklayın Tamam.
  4. Sandalye ve masa tüm 5 kameralar gibi birçok yönleri, değnek mümkün16,17olarak yakalamak emin olmak için yukarıdaki değnek (75 × 75 × 65 cm) tüm ölçüm alanı boyunca her yöne hareket. Kalibrasyon sonra sonuçlar ekranda gösterir. Kalibrasyon kalanlar 0,5 mm aşağıda kabul.
  5. Top, oturup bir kolsuz giymiş olan bir tablo ve bilek dinlenme avucunun hizalanmış masanın kenarına chair´s geri, tarafsız adducted pozisyonda üst kol karşı onların geri ile bir yüksekliği ayarlanabilir sandalyede. Diz, kalça ve dirsek açıları yaklaşık 90 ° olduğundan emin olun.
  6. Retroreflective pasif işaretleri çift-yapışkan bant ile test edilmiş bir yandan iskelet yerlerinden18 yerleştirin (üçüncü metakarpofalangeal eklem), bilek (dirsek kemiği styloid işlemi), dirsek (lateral epicondyle), sağ ve sol omuz (orta bölüm in acromion), toraks (üst kısmı göğüs kemiği) ve alın (çentik kaşları arasında).
  7. İki işaretleri Kupası (üst ve alt kenar) yerleştirin.

2. içme görevi yordamlar için hareket yakalama

  1. Sert plastik bardak (7 cm çapında, yüksekliği 9,5 cm) ile 100 mL su tablo kenarından 30 cm vücudun orta çizgi içinde yer. Masada Kupası konumunu kasten doğal ve gerçek hayatta durum yakın görev performans tutmak için seçilir.
  2. Konu içme gerçekleştirmek için görev içinde a konforlu kendi kendine öğreten hız i) ulaşarak ve Kupası açgözlü, II) Kupası ağız doğru tablodan kaldırma, III) bir içki (bir yudum) alınmıştır, IV) yerleştirerek Kupası geri işaretli çizgi (30 cm sekmesinden arkasındaki masada sormak Le kenar) ve v) el ile başlangıç konumuna tablo kenarında dönen.
  3. Bu konuda yönergeleri anlar ve daha az etkilenen kol konforlu fincanla öne eğilerek olmadan ulaşabilirsiniz emin olun.
  4. Önceden her kayıt, başlangıç konumu (ilk pozisyon) doğru olduğundan emin olun konu hazır, yakalama el ile başlatın ve "artık başlayabilirsiniz." sözlü talimat vermek için sormak
  5. Konu görev tamamlandığında kaydı durdurmak el ile.
  6. Her deneme arasında kısa bir duraklama ile beş denemeler kaydetmek (yaklaşık 30 s), daha az etkilenen kol ile başlangıç.
  7. Veri toplama başarılı oldu mu kontrol (% 95-100 veri tanımlanan her işaretçi için).
    Not: İşaretçisi veri otomatik olarak transfer edilir gerçek zamanlı veri toplama yazılımı (parça Yöneticisi). Önceden tanımlanmış bir otomatik işaret kimlik (AIM) modeli veri işaretleyicilerini otomatik tanımlaması için kullanılır.
  8. Eksik veri algılandığında, İlave Denemeler sorunu tanımlayan ve en az 3 başarılı denemeler elde etmek için veri işaretleyicilerini tam görünürlük sağlamak için oturma veya marker konumları ayarlama sonra gerçekleştirin.
    Not: işaretleri düşmek veya onlar eksik verilerde sonuçlar açısı kameralardan tıkandı oluşabilecek olası sorunları vardır. Ancak, bu protokol için kullanılan kamera ve marker kurulum veri kaybı nedeniyle çok nadir durumlarda sadece boşluklar oluşturur. Toplamda, hareket yakalama oturumu tamamlamak için yaklaşık 10-15 dk sürer.

3. veri analizi

  1. Kaydedilen veri parça Yöneticisi'nden doğrudan Matlab dosya tıklayarak transfer | İhracat | Doğrudan Matlab içine.
  2. Matlab komut komut isteminde kullanın: (>> çalışma alanı) Matlab değişkenler kümesini görmek için.
    Not: talimatları ve analiz oluştururken kullanılacak veri içeren anahtar Matlab değişkenleri şunlardır:
    QTMmeasurements.Frames - yakalanan çerçeve sayısı
    QTMmeasurements.FrameRate - saniye başına (240) yakalanan çerçeve sayısı
    QTMmeasurements.Trajectories.Labeled.Count - etiket (10)
    QTMmeasurements.Trajectories.Labeled.Labels - Track Yöneticisi'nde tanımlanan etiketleri
    QTMmeasurements.Trajectories.Labeled.Data - 10 x 3 x kare sayısı kadar her kare ve her etiket için 3 koordinatları nereye kaydedilir, 3D bir dizi ölçüm verileri
  3. Matlab, filtre x, y, z değerleri (tereyağı) kullanarak ve (filtfilt) yönergeleri ile 6 Hz ikinci dereceden Butterworth, hem de ileri filtre ve yön veren bir sıfır fazlı bozulma ve ileri düzey filtre uygulama, ters.
    Not: örnek
    [b, bir] = tereyağı (2, 6/240/2); % Kesme frekans 6Hz ve ½ Örnekleme frekansı ile ilgili olarak
    xfiltered filtfilt = (b, a, QTMmeasurements.Trajectories.Labeled(1,1,:));
  4. MATLAB, x, y, z değerleri her çerçeve örnek ve her etiket için el ve ortak açıları teğet hız gibi kinematik değişkenleri hesaplamak için kullanılacak bir program oluşturun. Kinematik değişkenleri Tablo 2' de gösterilmiştir.
  5. MATLAB, örnekler dizisi 5 mantıksal aşamalar halinde kırmak için bir program oluşturmak: ulaşan, taşıma, içme, geri taşıma ve el ilk pozisyonu (Şekil 2) dönen iletmek. Başlangıç ve bitiş her aşaması tanımlarında ayrıntılı Tablo 1olarak gösterdi.
  6. MATLAB, (arsa) öğretim araziler pozisyonlar, hızları, eklem açı ve açı açı diyagramları oluşturmak için kullanın.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu makalede açıklanan protokol kontur ve sağlıklı kontrol2,6,8,19,20,21olan bireyler için uygulanmıştır. Toplamda, 111 kişi kontur ve 55 sağlıklı kontrol ile kinematik verilerden farklı çalışmalarda analiz edilmiştir. Orta (FMA-UE Puan edinildi 32-57) olarak tanımlanan veya hafif vuruş sonra ü...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Protokolü başarılı bir şekilde hareket performans ve kalite orta ve hafif üst ekstremite sensorimotor bozukluğu olan kişilerde kalp krizi her aşamasında ölçmek için kullanılabilir. Bu protokol fizibilite bir klinik kontur 3 gün sonrası gibi erken ortamda kanıtladı ve sistem belirli teknik nitelikleri olmadan eğitimli sağlık profesyonel tarafından kullanılabileceğini gösterdi. Ancak, teknik uzmanlık oluşturmak ve veri analizi için bir program geliştirmek için gereklidir. Bu açıdan, yürüyüş analizi, hangi hazır analiz prog...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarlar ifşa gerek yok.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu proje başlatılması ile yardım için özel Bo Johnels, Nasır Hüseyni, Roy Tranberg ve Patrik Almström teşekkürler. Bu protokol için sunulan araştırma veri Sahlgrenska üniversite hastanesinde toplanmıştır.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
5 kameralı optoelektronik ProReflex Hareket yakalama sistemi (MCU 240 Hz)Qualisys AB, Gthenburg, İsveçN/APasif reflektif işaretleyicili hareket analiz sistemi
İşaretleyicilerQualisys AB, Gthenburg, İsveçN/ARetrofleflektif pasif dairesel işaretleyiciler, 12 mm çap
Kalibrasyon çerçevesi ve çubukQualisys AB, Gthenburg, İsveçN/AL şekli kalibrasyon çerçevesi (koordinat sisteminin kökenini ve yönünü tanımlar); T-şekilli çubuk (300 mm)
Qualisys Track ManagerQualisys AB, Gthenburg, İsveçN/A3D İzleme yazılımı
MatlabMathworks, Inc, Natick, CaN/AVeri analiz yazılımı

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. 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).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. Qualisys. Qualisys Track Manager user manual. , Qualisys Medical AB. Gothenburg. (2008).
  17. Alt Murphy, M., Banina, M. C., Levin, M. F. Perceptuo-motor planning during functional reaching after stroke. Exp Brain Res. , (2017).
  18. Sint Jan, S. V. Color atlas of skeletal landmark definitions : guidelines for reproducible manual and virtual palpations. , Churchill Livingstone. (2007).
  19. 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).
  20. 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).
  21. Alt Murphy, M. Development and validation of upper extremity kinematic movement analysis for people with stroke. Reaching and drinking from a glass. , University of Gothenburg. Doctor of Philosophy (Medicine) thesis (2013).
  22. 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).
  23. 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).
  24. 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).
  25. Alt Murphy, M., et al. SALGOT - Stroke Arm Longitudinal study at the University of Gothenburg, prospective cohort study protocol. BMC Neurol. 11, 56(2011).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Kinematic Analysis3D Motion CaptureDrinking TaskUpper ExtremityStroke RehabilitationMovement TimeVelocity ProfileMarker PlacementOptical Motion CaptureJoint Angles

Related Articles