Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.

Yöntem makalesi

Sağlıklı Katılımcıların Alt Ekstremite Biyomekanik Analizi

8.5K görüntülenme

⸱

DOI:

10.3791/60720

⸱

15 Nisan 2020

 , 
1Orthopaedic Research Institute, Bournemouth University

Bu makalede

Özet

Bu makalede, bireylerin alt ekstremite biyomekaniği ölçmek için mevcut en son teknolojilerin iki kapsamlı bir deneysel metodoloji tanıttı.

Özet

Biyomekanik analiz teknikleri insan hareketinin incelenmesinde yararlıdır. Bu çalışmanın amacı, ticari olarak mevcut sistemleri kullanan sağlıklı katılımcılarda alt ekstremite biyomekanik değerlendirmesi için bir teknik tanıtmaktır. Yürüyüş analizi ve kas gücü test sistemleri için ayrı protokoller uygulamaya kondu. Yürüyüş değerlendirmesi için maksimum doğruluk sağlamak için, marker yerleşimlerine ve kendi kendine tempolu koşu bandı iklimlendirme süresine dikkat edilmelidir. Benzer şekilde, katılımcı konumlandırma, bir uygulama deneme, ve sözlü teşvik kas gücü testi üç kritik aşamaları vardır. Mevcut kanıtlar, bu makalede özetlenen metodolojinin alt ekstremite biyomekaniğinin değerlendirilmesinde etkili olabileceğini göstermektedir.

Giriş

Biyomekanik disiplin öncelikle stres, gerinim, yükler ve biyolojik sistemlerin hareket çalışma içerir - katı ve sıvı hem. Ayrıca vücudun yapısı, boyutu, şekli ve hareketi üzerinde mekanik etkilerin modellenmesine içerir1. Uzun yıllar boyunca, bu alandaki gelişmeler normal ve patolojik yürüyüş anlayışımızı geliştirdik, nöromüsküler kontrol mekaniği, ve büyüme mekaniği ve form2.

Bu makalenin temel amacı, bireylerin alt ekstremite biyomekaniğini ölçmek için mevcut olan en son teknolojilerden ikisi üzerinde kapsamlı bir metodoloji sunmaktır. Yürüyüş analiz sistemi ölçer ve sloot veark3 tarafından açıklandığı gibi, koşu bandı hızını düzenlemek için bir SP algoritması entegre artırılmış gerçeklik ortamı ile birlikte bir self-paced (SP) koşu bandı kullanarak yürüyüş biyomekaniği ölçer. Kas gücü test ekipmanları bir değerlendirme ve üst ekstremite rehabilitasyonu için bir tedavi aracı olarak kullanılır4. Bu cihaz, izometrik ve izotonik modlarda çeşitli fizyolojik hareket kalıplarını veya iş simülasyonu görevlerini objektif olarak değerlendirebilir. Şu anda üst ekstremite gücü ölçümü için altın standart olarak kabul edilmektedir5 ama özellikle alt ekstremite ile ilgili kanıtlar belirsizliğini koruyor. Bu makalede, alt ekstremite için yürüyüş ve izometrik mukavemet in değerlendirilmesi için ayrıntılı protokol açıklanmaktadır.

Biyomekanik analizde, fonksiyonel performans değerlendirmelerini (yürüyüş analizi gibi) kas performansının belirli testleri ile birleştirmek yararlıdır. Bu artan kas gücü fonksiyonel performansı artırır varsayılabilir iken, bu her zaman belirgin olmayabilirolmasıdır 6. Bu anlayış, rehabilitasyon protokollerinin ve araştırma stratejilerinin gelecekteki gelişmiş tasarımı için gereklidir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

Rapor edilen yöntem Bournemouth Üniversitesi Araştırma Etik Komitesi 'nden etik onay alan bir çalışmada takip edilmiştir (Referans 15005).

1. Katılımcılar

  1. Çalışmaya katılmak için sağlıklı yetişkinler (23-63 yaş arası, ortalama ± S.D.; 42.0 ± 13.4, vücut kütlesi 70.4 ± 15.3 kg, boy 175.5 ± 9.8 cm; 15 erkek, 15 kadın) işe almak. Bu çalışma için otuz katılımcı alındı.
  2. Katılımcılarda baş dönmesi, denge problemleri veya yürüme güçlüğü öyküsü olmadığından emin olun.
  3. Katılımcıların bilinen herhangi bir nöromüsküler yaralanma veya denge veya yürüme etkileyen durum muzdarip olmadığından emin olun.

2. Yürüyüş analizi için kurulum ve prosedürler

  1. Çift kemerli kuvvet plakalı koşu bandı, 10 kameralı hareket yakalama sistemi ve optik akış sağlayan sanal bir ortamdan oluşan bir yürüyüş analiz sistemi(Şekil 1)kullanın.
  2. Katılımcının bisiklet şortveya tozluk gibi çok sıkı yansıtıcı olmayan giysiler giydiğinden emin olun.
  3. Çift taraflı yapışkan bantlar kullanarak 25 pasif yansıtıcı belirteçleri eklemek ve İnsan Vücut Modeli (HBM)7 alt vücut yapılandırmasına göre yer Tablo 1 ve Şekil 2ayrıntılı olarak . Bu belgedeki bilgiler HBM Başvuru Kılavuzu8'denalınmıştır.
  4. HBM6için gerekli diz ve ayak bileği genişliklerinin ölçümlerini almak için bir eklem cetveli kullanın.
  5. Katılımcıyı, havai bir çerçeveye sabitlenmiş bir emniyet kemerine sabitle.
  6. Veritabanında yeni bir oturum başlatın ve etkin olduğundan emin olun (vurgulanır).
  7. Özne sekmesini kullanarak, Etiketleme İskeleti düğmesinden yeni bir katılımcı oluşturun.
  8. 'LowerLimb HBM_N2.vst' dosyasına göz atın ve ardından katılımcının adını girin. Yeni katılımcı Konular bölmesinde görünür.
  9. Araçlar bölmesine gidin ve Konu Hazırlama sekmesini açın.
  10. Donanım sekmesi üzerinden kuvvet plakaları sıfır seviye. Kuvvet plakaları üzerinde ağırlık uygulanmadığından emin olun.
  11. Katılımcıyı koşu bandının ortasında hazır tutarak ROM denemesine hazırlayın.
  12. Katılımcı nın kendi kendine tempolu koşu bandına alışabilmesini sağlamak için, seansın başında 5 dakika rahat bir hızda yürümelerini isteyin9,10.
  13. Alışmayı takiben ve herhangi bir gecikme süresi olmaksızın, katılımcıdan en az 5 dk10,11dakika yürümesini isteyin.
  14. Katılımcıların kayıtların zamanlaması nakör olduğundan emin olun.
  15. Kayıt başlat düğmesini12'yetıklayarak koşu bandını ve veri kayıtlarını başlattığından emin olun. Bu entegre yazılım(Malzeme Tablosu)ile yapılabilir.
  16. İstenilen miktarda veri aldıktan sonra kaydı durdurun. 25 döngüden oluşan üç setin toplanması önerilir.
  17. İşleme yazılımını(Malzeme Tablosu)açın ve 6 Hz'lik kesme frekansına sahip ikinci sipariş Butterworth filtresi gibi işaretleyici verilerine düşük geçişli bir filtre seçerek verilerdeki yüksek frekanslı gürültüyü kaldırın.
  18. Dosyayagit ve sonra .csv olarak kaydetmek için Dışa Aktar'ı seçin.
  19. Dikey kuvvet verilerinden tek tek adımları belirleyin ve yürüyüş olaylarını tespit etmek için ayak işaretçilerini kullanın13.
  20. Matlab R2017a 'da kinematik, kinetik ve mekansal-zamansal veriler gibi yürüyüş parametrelerini analiz edin (Ek Dosya).

3. Kurulum ve kas gücü testi için prosedürler

  1. Maksimum Gönüllü İzometrik Kontraksiyona (MVIC)14göre katılımcıların kas gücünü ölçmek için kas gücü test ekipmanını (multimodal dinamometre)(Şekil 3)kullanın.
  2. 701 numaralı aleti/pedi dinamometre egzersiz kafasına takın.
  3. Katılımcının sağ ve sol diz izometrik kas gücünü test edin.
  4. Bir sırt dayama ile bir sandalyeüzerinde oturmuş bir pozisyonda test katılımcıları.
  5. Yukarı/aşağı düğmesini kullanarak, dinamometre eksenini diz ekleminin anatomik dönme ekseniyle hizala. Aletin pedini kaval kemiğinin alt kısmına merkezi olarak yerleştirin.
  6. Diz 90 ° fleksiyon, nötr rotasyon ve kaçırma kalça ve plantar fleksiyon ayak tutun.
  7. Katılımcının ellerini karnına yerleştirin ve gövdeyi, kalçaları ve orta uyluğunu Cırt cırt lı kayışlarla sandalyeye sabitle.
  8. Katılımcıların test manevrasına alışması için bir alıştırma denemesi yapın.
  9. Katılımcıya dizlerini uzatmasını (ped üzerinde yukarı doğru basınç uygulayın) ve ardından esnek (ped üzerinde aşağı doğru basınç uygulayın) komutu üzerinde maksimum bir daralma uygulamak için talimat 3 s.
  10. Güç testi sırasında sözel istemler ve teşvik (yukarı doğru itme ve aşağı doğru "Çekme" için) sağlayın.
  11. Katılımcıların olağandışı bir ağrı veya rahatsızlık yaşarlarsa testi hemen durdurabileceklerinin farkında olmalarını sağlayın.
  12. Katılımcıların 2 dakika dinlenmesine izin verin.
  13. Sol bacak ve sağ bacak için üç kez adımları 3.1 - 3.12 tekrarlayın ve newtons (N) veri kaydedin.
  14. Tüm verileri ve dışa aktarın analizi için bir rapor olarak kaydedin.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

Mekansal-zamansal, kinematik ve kinetik yürüyüş parametrelerinin ortalama ve standart sapması Tablo 2'deverilmiştir. 30 katılımcının tümü için MVIC verileri Tablo 3'teözetlenmiştir. Yürüyüş parametrelerinin grafik gösterimini gösteren bir katılımcının sol ve sağ tarafı için tipik bir veri kümesi sırasıyla Şekil 4 ve Şekil 5'teverilmiştir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

Bu çalışmanın katkısı doğru ve kapsamlı bir protokol içinde daha önce birlikte tarif edilmemiştir kombine yürüyüş analizi ve kas gücü testi için teknikler açıklamaktır.

Yürüyüş analizi için doğru sonuçlar elde etmek için, maksimum dikkat gerektiren iki alan vardır: 1) işaret yerleştirmeleri ve 2) iklimlendirme süresi. Ölçülen verilerin doğruluğu büyük ölçüde kullanılan modelin doğruluğuna bağlıdır. Doğruluğu etkileyen diğer önemli faktörler arasında altta yatan iskelet yapısına göre yüzeysel d...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.

Teşekkürler

Dr. Johnathan Williams'a MATLAB veri işleme konusundaki tavsiyeleri için teşekkür ederiz.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
701 Küçük kolBaltimore Terapötik Ekipman Şirketi (BTE)Mevcut Değil - Açıklamada sağlanan çevrimiçi bağlantıPrimus RS'nin Diz Ekstansiyonu/Fleksiyonunu ölçmesi için tasarlanmış benzersiz ataşman - https://store.btetech.com/collections/primus/products/701-small-lever
D-Flow Yazılımı - Vresion 3.26Motekforce LinkKullanılamıyor - Açıklamada sağlanan çevrimiçi bağlantıGRAIL sistemini kontrol etmek için kullanılan yazılım - https://summitmedsci.co.uk/products/motek-dflow-hbm-software/
Çevrimdışı Yürüyüş Analizi (GOAT) - Sürüm 2.3Motekforce LinkMevcut Değil - Açıklamadasağlanan çevrimiçi bağlantıYürüyüş parametrelerinin analizi için kullanılan yazılım - https://www.motekmedical.com/product/grail/
Yürüyüş Gerçek Zamanlı Analiz Etkileşimli Laboratuvarı (GRAIL)Motekforce LinkKullanılamıyor - Açıklamadaverilen çevrimiçi bağlantıGRAIL sistemi, sanal gerçeklik tabanlı kendi hızınızda (SP) koşu bandı kullanarak yürüyüş biyomekaniğini ölçer ve ölçer - https://www.motekmedical.com/product/grail/
701Baltimore Terapötik Ekipman Şirketi (BTE)Pedi Mevcut Değil - Açıklamadaverilen çevrimiçi bağlantıPrimus RS'nin Diz Ekstansiyonu/Fleksiyonunu ölçmesi için tasarlanmış benzersiz ataşman - https://store.btetech.com/collections/primus/products/701-802-leg-pad
Konumlandırma KoltuğuBaltimore Terapötik Ekipman Şirketi (BTE)Mevcut Değil - Açıklamadaverilen çevrimiçi bağlantıKatılımcı Konumlandırma Koltuğu, alt dışların değerlendirilmesi ve tedavisi için tasarlanmıştır. Sandalye birden fazla pozisyon için tasarlanmıştır. https://www.btetech.com/product/primus/
Primus RSBaltimore Terapötik Ekipman Şirketi (BTE)Mevcut Değil - Açıklamada verilen çevrimiçi bağlantıPrimus RS ekipmanı, İzotonik, İzometrik ve İzokinetik direnç modlarında gerçek zamanlı objektif verileri yakalar ve raporlar - https://www.btetech.com/wp-content/uploads/BTE-Rehabilitation-Equipment-PrimusRS-Brochure-1.pdf
için Bacak

Kaynaklar

  1. Lu, T. W., Chang, C. F. Biomechanics of human movement and its clinical applications. The Kaohsiung Journal of Medical Sciences. 28 (2 Suppl), S13-S25 (2012).
  2. Kaufman, K., An, K., et al. Kelley and Firestein's Textbook of Rheumatology (Tenth Edition). Firestein, G. S., et al. , Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-323-31696-5.00006-1 78-89 (2017).
  3. Sloot, L. H., van der Krogt, M. M., Harlaar, J. Self-paced versus fixed speed treadmill walking. Gait & Posture. 39 (1), 478-484 (2014).
  4. Beaton, D. E., O'Driscoll, S. W., Richards, R. R. Grip strength testing using the BTE work simulator and the jamar dynamometer: A comparative study. The Journal of Hand Surgery. 20 (2), 293-298 (1995).
  5. Jindal, P., Narayan, A., Ganesan, S., MacDermid, J. C. Muscle strength differences in healthy young adults with and without generalized joint hypermobility: a cross-sectional study. BMC Sports Science, Medicine & Rehabilitation. 8, 12(2016).
  6. Muehlbauer, T., Granacher, U., Borde, R., Hortobágyi, T. Non-Discriminant Relationships between Leg Muscle Strength, Mass and Gait Performance in Healthy Young and Old Adults. Gerontology. 64 (1), 11-18 (2018).
  7. van den Bogert, A. J., Geijtenbeek, T., Even-Zohar, O., Steenbrink, F., Hardin, E. C. A real-time system for biomechanical analysis of human movement and muscle function. Medical & Biological Engineering & Computing. 51 (10), 1069-1077 (2013).
  8. HBM2 Reference Manual. , Motek Medical B.V. The Netherlands. 9-11 (2017).
  9. Sloot, L. H., van der Krogt, M. M., Harlaar, J. Effects of adding a virtual reality environment to different modes of treadmill walking. Gait Posture. 39 (3), 939-945 (2014).
  10. Liu, W. Y., et al. Reproducibility and Validity of the 6-Minute Walk Test Using the Gait Real-Time Analysis Interactive Lab in Patients with COPD and Healthy Elderly. PLoS One. 11 (9), e0162444(2016).
  11. Herman, T., Mirelman, A., Giladi, N., Schweiger, A., Hausdorff, J. M. Executive Control Deficits as a Prodrome to Falls in Healthy Older Adults: A Prospective Study Linking Thinking, Walking, and Falling. The Journals of Gerontology: Series A. 65 (10), 1086-1092 (2010).
  12. Geijtenbeek, T., Steenbrink, F., Otten, B., Even-Zohar, O. Proceedings of the 10th International Conference on Virtual Reality Continuum and Its Applications in Industry. , ACM. Hong Kong, China. 201-208 (2011).
  13. Zeni, J. A., Higginson, J. S. Gait parameters and stride-to-stride variability during familiarization to walking on a split-belt treadmill. Clinical Biomechanics (Bristol, Avon). 25 (4), 383-386 (2010).
  14. Meldrum, D., Cahalane, E., Conroy, R., Fitzgerald, D., Hardiman, O. Maximum voluntary isometric contraction: reference values and clinical application. Amyotroph Lateral Sclerosis. 8 (1), 47-55 (2007).
  15. Ancillao, A. Modern Functional Evaluation Methods for Muscle Strength and Gait Analysis. , Springer. 133(2018).
  16. Mun, J. H. A method for the reduction of skin marker artifacts during walking : Application to the knee. KSME International Journal. 17 (6), 825-835 (2003).
  17. Liu, P. C., Liu, J. F., Chen, L. Y., Xia, K., Wu, X. Intermittent pneumatic compression devices combined with anticoagulants for prevention of symptomatic deep vein thrombosis after total knee arthroplasty: a pilot study. Therapeutics and Clinical Risk Management. 13, 179-183 (2017).
  18. Al-Amri, M., Al Balushi, H., Mashabi, A. Intra-rater repeatability of gait parameters in healthy adults during self-paced treadmill-based virtual reality walking. Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering. 20 (16), 1669-1677 (2017).
  19. Zeni, J. Jr, Richards, J., Higginson, J. Two simple methods for determining gait events during treadmill and overground walking using kinematic data. Gait & Posture. 27 (4), 710-714 (2008).
  20. Tsaopoulos, D. E., Baltzopoulos, V., Richards, P. J., Maganaris, C. N. Mechanical correction of dynamometer moment for the effects of segment motion during isometric knee-extension tests. Journal of Applied Physiology. 111 (1), 68-74 (2011).
  21. Abernethy, P., Wilson, G., Logan, P. Strength and power assessment. Issues, controversies and challenges. Sports Medicine. 19 (6), 401-417 (1995).
  22. Kroll, W. Reliability of a Selected Measure of Human Strength. Research Quarterly, American Association for Health, Physical Education and Recreation. 33 (3), 410-417 (1962).
  23. Anzak, A., Tan, H., Pogosyan, A., Brown, P. Doing better than your best: loud auditory stimulation yields improvements in maximal voluntary force. Experimental Brain Research. 208 (2), 237-243 (2011).
  24. Belkhiria, C., De Marco, G., Driss, T. Effects of verbal encouragement on force and electromyographic activations during exercise. Journal of Sports Medicine and Physical Fitness. 58 (5), 750-757 (2018).
  25. Bickers, M. J. Does verbal encouragement work? The effect of verbal encouragement on a muscular endurance task. Clinical Rehabilitation. 7 (3), 196-200 (1993).
  26. Karaba-Jakovljevic, D., Popadic-Gacesa, J., Grujic, N., Barak, O., Drapsin, M. Motivation and motoric tests in sports. Medicinki Pregled. 60 (5-6), 231-236 (2007).
  27. Andreacci, J. L., et al. The effects of frequency of encouragement on performance during maximal exercise testing. Journal of Sports Science. 20 (4), 345-352 (2002).
  28. Rendos, N. K., et al. Variations in Verbal Encouragement Modify Isokinetic Performance. Journal of Strength and Conditioning Research. 33 (3), 708-716 (2019).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Etiketler

Alt Ekstremite BiyomekaniğiYürüyüş AnaliziKas Kuvveti TestiMarkör YerleşimiKoşu Bandı AlıştırmasıKuvvet Platformu Kalibrasyonuİzometrik KasılmaKinematik AnalizKinetik AnalizSpasyo-Temporal Veriler
Sağlıklı Katılımcıların Alt Ekstremite Biyomekanik Analizi
Bize Ulaşın
Kütüphaneye Öner

Gizlilik

Kullanım Koşulları

Politikalar

Telif Hakkı © 2026 MyJoVE Corporation. Tüm hakları saklıdır.