Analisi cinematica utilizzando 3D Motion Capture di bere compito in persone con e senza i danni del superiore-estremità

Neuroscience

Your institution must subscribe to JoVE's Neuroscience section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

Questo protocollo descrive un metodo oggettivo per valutare le prestazioni di movimento e funzione sensitivo-motoria dell'arto superiore applicato agli individui con ictus e controlli sani. Una procedura di prova standardizzati, cinematiche variabili di analisi ed il risultato per la cattura di movimento tridimensionale di bere attività sono fornite.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Alt Murphy, M., Murphy, S., Persson, H. C., Bergström, U. B., Sunnerhagen, K. S. Kinematic Analysis Using 3D Motion Capture of Drinking Task in People With and Without Upper-extremity Impairments. J. Vis. Exp. (133), e57228, doi:10.3791/57228 (2018).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Analisi cinematica sono un potente metodo per la valutazione obiettiva dei movimenti dell'arto superiore in uno spazio tridimensionale (3D). Tridimensionale di motion capture con un sistema di fotocamera optoelettronico è considerato come golden standard per l'analisi cinematica del movimento e viene sempre più utilizzata come misura di risultato per valutare le prestazioni di movimento e la qualità dopo un infortunio o malattia che coinvolgono i movimenti dell'arto superiore. Questo articolo descrive un protocollo standardizzato per l'analisi cinematica di bere attività applicata in individui con disabilità dell'arto superiore dopo il colpo. L'attività bere incorpora raggiungere, afferrare e alzare una tazza da una tabella per prendere un drink, posizionando la Coppa torna e spostando indietro la mano verso il bordo della tabella. La posizione di seduta è standardizzata alla dimensione corporea dell'individuo e l'attività viene eseguita in una confortevole velocità di autoapprendimento e movimenti compensativi non sono vincolati. L'intenzione è di mantenere l'attività naturale e vicino a una situazione di vita reale per migliorare la validità ecologica del protocollo. Un sistema di 5-fotocamera motion capture è utilizzato per raccogliere le posizioni delle coordinate 3D da 9 marcatori catarifrangenti posizionati su punti di riferimento anatomici del braccio, del tronco e del viso. Un posizionamento semplice singolo marker viene utilizzato per garantire la fattibilità del protocollo nelle regolazioni cliniche. Software Matlab su misura fornisce analisi automatizzate e veloce dei dati di movimento. Cinematica temporale del tempo di movimento, velocità, velocità di picco, tempo di picco di velocità e scorrevolezza (numero di unità di movimento) insieme a cinematica spaziale angolare di spalla e gomito comune così come i movimenti del tronco vengono calcolati. Il compito di bere è una valutazione valida per gli individui con insufficienza lieve e moderata dell'arto superiore. Il costrutto, validità discriminante e simultanee con reattività (sensibilità al cambiamento) delle variabili cinematiche ottenute dall'attività bere sono state stabilite.

Introduction

Analisi cinematica descrive i movimenti del corpo nello spazio e nel tempo, tra cui accelerazioni, velocità e spostamenti lineari e angolari. I sistemi di cattura del movimento optoelettronici utilizzano più telecamere ad alta velocità che invia segnali di luce infra-rosso per catturare i riflessi da marcatori passivi posizionato sul corpo o trasmettono i dati di movimento da marcatori attivi contenenti infrarosso diodi luminescenti. Questi sistemi sono considerati come "gold standard" per l'acquisizione di dati cinematica1. Questi sistemi sono valutati per la loro alta precisione e flessibilità nelle misurazioni di compiti diversi. Misure cinematiche hanno dimostrato di essere efficace nel catturare i più piccoli cambiamenti nelle prestazioni di movimento e qualità che può essere inosservato con tradizionale clinici scale2,3. È stato suggerito che cinematica deve essere utilizzato per la distinzione tra vero recovery (ripristino delle caratteristiche di movimento premorbid) e l'uso di pattern di movimento compensativo (alternativo) durante la realizzazione di un compito4, 5.

I movimenti dell'arto superiore possono essere quantificati utilizzando endpoint cinematica, generalmente ottenuta da un indicatore della mano e angolare cinematica da articolazioni e segmenti (cioè., tronco). Cinematica del punto finale forniscono informazioni su traiettorie, velocità, strategie di movimento temporale, precisione, linearità e morbidezza, mentre angolare cinematica caratterizzano schemi di movimento in termini di articolazione temporale e spaziale e angoli di segmento, velocità angolari e coordinamento interjoint. Cinematica del punto finale, come, tempo del movimento, la velocità e la scorrevolezza sono efficaci per catturare i deficit e miglioramenti nelle prestazioni di movimento dopo ictus6,7,8 e visualizza angolare cinematica se il movimenti delle articolazioni e segmenti del corpo sono ottimali per un'attività specifica. Cinematica da persone con disabilità sono spesso confrontati con le prestazioni di movimento in individui senza danni8,9. End-Point e angolare cinematica sono correlati in modo che un movimento eseguito con velocità effettiva, scorrevolezza, e precisione richiederanno buon movimento controllo, coordinamento e utilizzo di schemi di movimento efficace e ottimale. Ad esempio, un paziente con ictus che si muove lentamente solitamente anche spettacoli in diminuzione scorrevolezza (aumento del numero di unità di movimento), abbassare la velocità massima e aumentato di cilindrata tronco8. D'altra parte, miglioramenti nella cinematica dell'endpoint, ad esempio la velocità di movimento e scorrevolezza potrebbero verificarsi indipendentemente dai cambiamenti delle strategie compensative movimento del tronco e braccio10. È stato stabilito che l'analisi cinematica possono fornire ulteriori e più precise informazioni su come il compito è compiuto dopo un infortunio o malattia, che a sua volta è essenziale per il trattamento individualizzato efficace raggiungere il recupero ottimo del motore 11. analisi cinematica viene sempre più utilizzato negli studi clinici per descrivere i movimenti nelle persone con disabilità dell'arto superiore dopo ictus8,9, per valutare il recupero del motore7, 12,13 o per determinare l'efficacia di interventi terapeutici10,14.

Attività di movimento spesso studiata in corsa sono puntando e raggiungendo, anche se l'uso di attività funzionale che incorporano la manipolazione di oggetti vero e proprio quotidiani sta aumentando1. Poiché cinematica di raggiungere dipendono i vincoli sperimentali quali la selezione di oggetti e l'obiettivo dell' attività15, è essenziale per valutare i movimenti durante le attività di utile e funzionale in cui le difficoltà reali dell'individuo vita quotidiana si rifletterà più da vicino.

Così, lo scopo di questa carta è di fornire una descrizione dettagliata di un semplice protocollo standardizzato utilizzato per l'analisi cinematica di un'attività utile e funzionale, bere attività, applicata agli individui con disabilità dell'arto superiore nelle fasi acute e croniche dopo il colpo. Risultati dalla convalida del presente protocollo per gli individui con insufficienza moderata e lieve ictus saranno riassunti.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Tutti i metodi descritti qui sono parte degli studi approvato dal Consiglio di revisione etico regionale a Göteborg, in Svezia (318-04, 225-08).

1. impostare il sistema di Motion Capture

  1. Montare 4 telecamere sul muro circa 1,5-3 metri di distanza l'area di misurazione all'altezza di 1,5-2,5 m rivolto verso la zona di misurazione. Montare una telecamera sul soffitto appena sopra la zona di misurazione (Figura 1). Avviare il sistema di fotocamera.
  2. Posizionare il telaio di calibrazione L-forma sul tavolo con l'asse corto in linea con il bordo del tavolo e l'asse lungo, rivolta in avanti.
    Nota: Il sistema di coordinate viene definito con assi x diretta in avanti (anteriormente nel piano sagittale), asse y diretto lateralmente (nel piano frontale) e asse z diretto verso l'alto (superiormente, perpendicolare al piano trasversale).
  3. Aprire il 3D tracking e dati acquisizione software (Track Manager), avviare la calibrazione selezionando cattura | Calibrare, immettere l'ora di calibrazione di 30 s e fare clic su OK.
  4. Spostare la bacchetta in tutte le direzioni in tutta l'area intera misura (75 × 75 × 65 cm) sopra la sedia e tavolo per garantire che tutte le 5 telecamere catturano la bacchetta in orientamenti come molti come possibile16,17. Dopo la calibrazione, i risultati mostrano sullo schermo. Accettare residui di taratura inferiore a 0,5 mm.
  5. Sono il soggetto, indossando un senza maniche top, sedersi una su una sedia regolabile altezza con la schiena contro il chair´s indietro, parte superiore del braccio in posizione neutra pollici addotti, il palmo della mano al tavolo e il polso a riposo allineata al bordo del tavolo. Verifica che il ginocchio, anca e gomito angoli sono circa 90°.
  6. Posizionare i marcatori passivi a riflessione con nastro biadesivo sui monumenti scheletrico18 lato testata (terzo metacarpofalangea), polso (processo stiloideo dell'ulna), gomito (epicondilo laterale), spalla destra e sinistra (parte centrale dell'acromion), torace (parte superiore dello sterno) e la fronte (tacca tra le sopracciglia).
  7. Posizionare due marcatori sulla tazza (bordo superiore e inferiore).

2. procedure di Motion Capture dell'attività bere

  1. Posizionare la tazza di plastica dura (diametro di 7 cm, altezza 9,5 cm) con 100 mL di acqua 30 cm dal bordo del tavolo, sulla linea mediana del corpo. Deliberatamente, per mantenere le prestazioni di attività naturale e vicino alla situazione di vita reale, si seleziona la posizione della Coppa sul tavolo.
  2. Chiedere al soggetto di eseguire il bere compito in una confortevole velocità di autoapprendimento i) raggiungendo e afferrare la Coppa, ii) alza la Coppa dalla tabella verso la bocca, iii) prendendo un drink (un sorso), iv) ponendo la Coppa torna sul tavolo dietro una linea tracciata (30cm dalla scheda le bordo) e v) ritorno alla posizione iniziale con la mano sul bordo della tabella.
  3. Garantire tale soggetto capisce le istruzioni e può raggiungere la Coppa comodamente con il braccio meno colpiti senza inclinarsi in avanti.
  4. Prima di ogni registrazione, assicurarsi che la posizione iniziale (posizione iniziale) sia corretta, chiedere al soggetto di essere pronto, avviare manualmente l'acquisizione e dare istruzioni verbali "puoi iniziare adesso."
  5. Quando il soggetto completa l'operazione, interrompere la registrazione manualmente.
  6. Registrare cinque prove con breve pausa tra ogni prova (circa 30 s), iniziando con il braccio meno colpiti.
  7. Verifica che l'acquisizione di dati ha avuto successo (95-100% dei dati per ogni indicatore identificati).
    Nota: I dati degli indicatori sono automaticamente trasferiti in tempo reale per il software di acquisizione dati (Track Manager). Un pre-definito modello di identificazione di Marker automatico (AIM) è utilizzato per l'identificazione automatica dei marcatori.
  8. Quando vengono rilevati dati incompleti, eseguire prove supplementari dopo aver identificato il problema e regolazione delle posizioni di seduta o marcatore per garantire piena visibilità degli indicatori al fine di ottenere almeno 3 sperimentazioni di successo.
    Nota: Possibili problemi che possono verificarsi sono che i marcatori possono staccarsi o essi sono occlusi dalle telecamere angolo di visione, che si traduce in dati incompleti. Tuttavia, la macchina fotografica e marker set-up, come utilizzato nel presente protocollo, produce una perdita di dati a causa di lacune solo in occasioni molto rare. In totale, la sessione di acquisizione del movimento prende circa 10-15 minuti per completare.

3. analisi dei dati

  1. Trasferire i dati registrati da Track Manager direttamente in Matlab cliccando File | Esportare | Direttamente in Matlab.
  2. Utilizzare il comando Matlab al prompt di comando: (>> area di lavoro) per vedere il set di variabili di Matlab.
    Nota: Le variabili chiave Matlab contenente i dati da utilizzare nelle istruzioni e nella creazione di analisi sono:
    QTMmeasurements.Frames - il numero di frame acquisiti
    QTMmeasurements.FrameRate - il numero di frame acquisiti al secondo (240)
    QTMmeasurements.Trajectories.Labeled.Count - numero di etichette (10)
    QTMmeasurements.Trajectories.Labeled.Labels - Etichette come definito nel Track Manager
    QTMmeasurements.Trajectories.Labeled.Data - dati di misurazione in una matrice 3D di 10 x 3 x numero di fotogrammi, dove per ogni fotogramma e ogni etichetta vengono registrate le 3 Coordinate
  3. In Matlab, filtrare la x, y, i valori di z utilizzando il (burro) e istruzioni (filtfilt) con un 6 Hz secondo ordine Butterworth filtro in entrambi avanti e invertire le direzioni, offrendo una fase zero distorsione e filtraggio di indietro-ordine.
    Nota: esempio
    [b, un] = burro (2, 6/240/2); % 6Hz di frequenza di taglio e per quanto riguarda la frequenza di campionamento ½
    xfiltered = filtfilt (b, a, QTMmeasurements.Trajectories.Labeled(1,1,:));
  4. In Matlab, creare un programma per utilizzare i valori di z per ogni esempio di frame e ogni etichetta di x, y, per calcolare le variabili cinematiche quali velocità tangenziale della mano e angoli articolari. Le variabili cinematiche sono riportate nella tabella 2.
  5. In Matlab, creare un programma per suddividere la sequenza di campioni in 5 fasi logiche: raggiungendo, inoltrare trasporto, bere, trasporto posteriore e restituendo la mano nella posizione iniziale (Figura 2). Definizioni per inizio e fine di ogni fase vengono presentate in dettaglio nella tabella 1.
  6. In Matlab, utilizzare l'istruzione (trama) per creare trame di posizioni, velocità, angoli di giunti e diagrammi-angolo.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Il protocollo descritto in questo articolo è stato applicato agli individui con ictus e comandi sani2,6,8,19,20,21. In totale, dati cinematici da 111 individui con ictus e 55 comandi sani sono stati analizzati negli studi differenti. La compromissione dell'arto superiore dopo ictus è stata definita come moderato (FMA-UE Punteggio 32-57) o lieve (Punteggio di FMA-UE 58-66)8,22,23,24. Nei comandi sani, nessuna differenza significativa è stata trovata fra il braccio dominante e non dominante, fatta eccezione per la velocità di picco e quindi il braccio non dominante è stato scelto per confronto 2,8. La maggior parte dei dati sono stati raccolti all'interno di uno studio di grande gruppo longitudinale, il corsa braccio longitudinale studio presso l'Università di Göteborg (SALGOT), che include un campione non selezionato di 122 individui con ictus e implica valutazioni presso 3 giorni post ictus e follow-up a 10 giorni, 4 settimane, 3, 6 e 12 mesi25.

In sintesi, i nostri risultati indicano che il protocollo è fattibile nelle regolazioni cliniche, dal momento che un gran numero di pazienti sono stato testato più presto 3 giorni post-ictus presso l'unità di corsa di ospedali acuti. Fattibilità è stata dimostrata anche dal fatto che due fisioterapisti esperti riuscito a calibrare e utilizzare il sistema di motion capture su base quotidiana senza più grandi problemi tecnici (nessun supporto dai fornitori di sistema è stato necessario durante i 3 anni di dati collezione). La qualità dei dati era buona e le procedure automatiche pre-programmate per le analisi in generale potrebbero essere applicate. Solo in alcune registrazioni, le fasi non sono state rilevate correttamente, spesso a causa dei movimenti extra a inizio/fine del movimento, o quando la velocità di movimento era estremamente bassa in pazienti con i danni più gravi. In questi casi, le prove supplementari sono state usate spesso dopo un controllo manuale di dati tracciati. Il protocollo dei test hanno dimostrato una buona consistenza nel test-retest in individui sani e fornito risultati chiari e precisi19.

I movimenti in ogni fase dell'attività bere e per l'intera attività sono più lento (tabella 3) nelle persone con ictus, anche se il relativo tempo trascorso in ogni fase è simile ai controlli21. Allo stesso modo, le velocità angolari e tangenziali sono più bassi nelle persone con ictus rispetto ai controlli sani (tabella 3). La velocità di picco si è verificato circa 38% del totale raggiungendo ora in corsa e un 46% nei controlli, che significa che la fase di decelerazione è stata prolungata in corsa. Ciò indica che gli individui con il colpo devono contare di più sul feedback guidato controllo del movimento durante la seconda metà di raggiungere.

I profili di velocità in persone con ictus sono segmentati e mostrano picchi multipli, che si riflette nell'alto numero delle unità di movimento (NMU). Il valore medio per il NMU è significativamente maggiore in individui con ictus rispetto ai controlli. Gli individui con tratto raggiungono la Coppa con un gomito più flesso (meno estensione del gomito) e con la spalla più rapito mentre bere rispetto ai partecipanti sani, che riflette il modello di movimento compensativo nel colpo. Anche se il vetro è stato posizionato all'interno della portata del braccio, gli individui con il colpo ha fatto sporgersi in avanti (spostamento del tronco) circa 8 cm rispetto a 3 cm di controlli durante l'esecuzione del compito di bere. Interjoint in diminuzione coordinamento tra spalla e gomito congiunto a raggiungere è stata osservata soltanto in individui con il più alto grado di compromissione (corsa moderata) rispetto ai controlli. I valori esatti per la cinematica e la grandezza delle dimensioni di effetto per tutti i gruppi sono mostrati nella tabella 3.

L'analisi di validità di costrutto di cinematiche variabili da bere attività ha mostrato che i movimenti dopo ictus può essere descritto con due fattori principali, l'end-point cinematica e descrivendo movimento angolare cinematica modelli8. Complessivamente, cinque misure (tempo del movimento, velocità di picco, numero di unità di movimento, picco velocità angolare dell'articolazione del gomito e lo spostamento del tronco) spiegato 86% della varianza nei dati cinematici8. Questi risultati sono in linea con analisi di validità concorrente, in cui tre variabili cinematiche, movimento tempo (MT), fluidità di movimento (NMU) e lo spostamento del tronco (TD), insieme ha spiegato il 67% della varianza totale nei punteggi di valutazione clinica come valutato con braccio di ricerca azione Test20. La validità discriminante tra gruppi con insufficienza lieve e moderata braccio dopo il colpo e controlli era buona per la maggior parte della cinematica, ma i più grandi formati di effetto sono stati notati per la scorrevolezza, tempo totale di movimento, picco velocità angolare del gomito (PAVE) e tronco lo spostamento (tabella 3)8. Abduzione della spalla durante il bere è anche discriminante tra gruppi di colpo moderato e mite. In aggiunta, le stesse quattro variabili cinematiche: MT, NMU, PAVE e TD ha dimostrato di essere efficace nel rilevare il miglioramento clinico reale durante i primi 3 mesi dopo il colpo6. Così, si può concludere che queste quattro variabili cinematiche (MT, NMU, PAVE, TD) siano affidabili, validi e sensibili ai cambiamenti (reattivi) per la valutazione della funzione dell'arto superiore e attività dopo il colpo.

Figure 1
Figura 1: confi gurazione di sistema di cattura movimento 5-videocamera per bere attività. Da ogni telecamera, lampi di luce infrarossi raggiungono marcatori retroriflettenti e riproducono la posizione 2D del marcatore del sensore di immagine di telecamere con elevata risoluzione spaziale e precisione in tempo reale. Le coordinate 3D del marcatore vengono create quando due telecamere visualizzano lo stesso marcatore da due angolazioni diverse. Quattro telecamere sono montati sui muri intorno l'area di test rivolti leggermente verso il basso a circa 2 m di distanza e una telecamera è montata rivolto verso il basso dal soffitto sopra l'area di misurazione. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 2
Figura 2: profili di velocità rappresentativa per un controllo sano (A) e un individuo con moderata compromissione della corsa (B). Le fasi dell'attività bere sono mostrate. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Nome della fase Inizio Rilevato da Fine Rilevato da
Arrivano fino a
(include afferrare)
Inizia il movimento di mano La velocità di marcatore di mano supera il 2% della velocità di picco (cercato all'indietro dalla velocità di picco); Se questo valore è superiore a 20mm/s all'inizio viene tenuta traccia indietro a un punto in cui la velocità non è minore o uguale a 20 mm/s A mano inizia a muoversi verso la bocca con il vetro Velocità del vetro supera i 15 mm/s
Trasporto in avanti
(vetro in bocca)
A mano inizia a muoversi verso la bocca con il vetro Velocità del vetro supera i 15 mm/s Bere comincia Distanza tra il marcatore di viso e vetro è inferiore al 15% di stato stazionario * durante il bere
Bere Bere comincia Distanza tra il marcatore di viso e vetro è inferiore al 15% di stato stazionario durante bere Bere le estremità Distanza tra il marcatore di viso e vetro superiore al 15% di stato stazionario durante bere
Eseguire il trasporto (vetro a tabella, include release della stretta) A mano inizia a muoversi mettere il vetro alla tabella Distanza tra il marcatore di viso e vetro superiore al 15% di stato stazionario durante bere Mano libera il vetro e comincia a muoversi indietro alla posizione iniziale Velocità del vetro inferiore a 10 mm/s
Ritorno
(mano nuovamente alla posizione iniziale)
Mano libera il vetro e comincia a muoversi indietro alla posizione iniziale Velocità del vetro inferiore a 10 mm/s Mano è a riposo in posizione iniziale Velocità di mano marcatore restituito al 2% della velocità di picco
* Stato stazionario nella fase di bere indica un valore medio di 100 fotogrammi intorno alla distanza più breve tra il marcatore di viso e vetro

Tabella 1: Le definizioni di fase per l'inizio e la fine di ogni fase dell'attività bere.

Variabile Specifica:
Cinematica del punto finale Calcolato da mano marcatore
Tempo del movimento, s Calcolato per ogni fase e come tempo del movimento totale per l'intera attività; le definizioni per start e stop sono fornite nella tabella 1
Picco di velocità tangenziale, mm/s Calcolato per raggiungere la fase, combina il movimento del braccio e del tronco
Tempo di picco di velocità di mano, s % Valori assoluti e relativi per raggiungere, strategia di movimento characteraizes (tempi di accelerazione e decelerazione)
Tempo di primo picco di velocità, s % Valori assoluti e relativi per raggiungere, characteraizes lo sforzo iniziale di movimento
Numero di unità di movimento, n Calcolato per raggiungere, trasporto in avanti, indietro trasporto e fase di ritorno. Un'unità di movimento è definita come la differenza tra un minimo locale e il successivo valore di velocità massima che supera il limite di ampiezza di 20 mm/s, e il tempo tra due picchi successivi deve essere di almeno 150 ms. il valore minimo per bere compito è 4 , almeno un'unità per la fase di movimento. Quelle vette riflettono ripetitivo accelerazione e decelerazione durante il reaching e corrispondono a efficienza e fluidità di movimento.
Angolare cinematica, gradi Calcolato per la spalla e gomito congiunto
Estensione del gomito Minimo angolo di flessione del gomito rilevata nella fase di raggiungimento, determinata dall'angolo tra i vettori unendo i marcatori gomito e del polso e del gomito e spalla
Abduzione di spalla Massimo angolo nel piano frontale rilevata durante raggiungendo e bere fase, rispettivamente; determinata dall'angolo tra i vettori unendo i marcatori di spalla e del gomito e il vettore verticale dal marcatore spalla verso l'anca
Flessione della spalla Massimo angolo nel piano sagittale rilevata durante raggiungendo e bere, rispettivamente; determinata dall'angolo tra i vettori unendo i marcatori di spalla e del gomito e il vettore verticale dal marcatore spalla verso l'anca
Picco velocità angolare del gomito congiunto, gradi/s Velocità di picco dell'estensione del gomito rilevato durante la fase di raggiungimento
Coordinamento interjoint, r Cross-correlazione temporale di zero tempo intercorrente fra l'estensione di flessione e gomito spalla durante la fase di raggiungimento. Coefficiente di correlazione di Pearson, un'in più vicino a 1 indica più forte correlazione e indica che la proposta comune delle due articolazioni è strettamente accoppiato.
Dislocamento di tronco, mm Spostamento massimo del marcatore torace dalla posizione iniziale durante l'intera attività bere

Tabella 2: Le definizioni delle variabili cinematiche utilizzate negli studi presentati nei risultati rappresentativi.

Le variabili cinematiche, media (deviazione standard) Sano Corsa Dimensione effetto (corsa vs sano) Mite
corsa
Dimensione effetto
(lieve ictus vs sano)
Corsa moderata Dimensione effetto
(lieve ictus vs moderata ictus)
Cinematica del punto finale
Tempo totale di movimento, s 6,49 (0,83) 11.4 (3.1) 0.54* ore 9.30 (1,68) 0.46* 13.3 (2,9) 0.44*
Numero di unità di movimento, (scorrevolezza), n 2.3 (0,3) 8.4 (4,2) 0.54* 5.4 (2.1) 0.42* 11.1 (3,6) 0.50*
Velocità di picco a portata di mano, mm/s 616 (93,8) 431 (82,7) 0.54* 471 (87,7) 0.37* 395 (62,0) 0.22*
Gomito di velocità angolare di picco a portata di mano, ° /s 121.8 (25,3) 64,9 (20,5) 0.62* 78,0 (19,3) 0.57* 53.3 (13,6) 0.38*
Tempo a velocità di picco a portata di mano, % 46,0 (6,9) 38,4 (8,6) 0.20* 39,5 (8,7) 0.15* 37.5 (8,8) 0,01
Tempo di primo picco a portata di mano, % 42,5 (6,9) 27,1 (12,2) 0.39* 33.0 (9,9) 0.25 * 21,8 (11,9) 0.22*
Angolare cinematica articolare
Estensione del gomito in portata da afferrare, grado 53,5 (7,8) 64,1 (11,5) 0.24* 60,5 (10,4) 0.13 67,2 (11,9) 0,09
Abduzione della spalla nel bere, grado 30.1 (10,1) 47,6 (14,9) 0,33 37,2 (5,3) 0.07 57,1 (14,5) 0.47*
Dislocamento di tronco, mm 26,7 (16,8) 77,2 (48,6) 0.34* 50,1 (22,9) 0.26* 101.7 (53,4) 0.30*
Interjoint coordinamento, Pearson r 0,96 (0,02) 0,82 (0,35) 0.08 0,95 (0,02) 0,03 0,69 (0,46) 0,14
* p < 0,05; Statistiche relative alla dimensione effetto vengono calcolate come eta squadrato, η2

Tabella 3: variabili cinematiche per gli individui con il colpo, per sottogruppi di compromissione dell'arto superiore moderato e mite con comandi sani. Formati di effetto per la discriminazione tra gruppi sopra 0.4 (effetto molto grande) sono contrassegnati in grassetto.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Il protocollo può essere usato con successo per quantificare le prestazioni di movimento e la qualità in individui con disabilità sensitivo-motoria dell'arto superiore moderato e mite in tutte le fasi, dopo il colpo. La fattibilità di questo protocollo è stata dimostrata in una regolazione clinica fin da 3 giorni dopo la corsa e ha mostrata che il sistema può essere utilizzato da professionista qualificato salute senza qualifiche specifiche tecniche. Competenza tecnica è, tuttavia, necessario per creare e sviluppare un programma per l'analisi dei dati. Sotto questo aspetto, la cattura del movimento dell'arto superiore si differenzia da analisi del passo, in cui i programmi di analisi già pronti direttamente sono generalmente forniti dai produttori. Nella vita quotidiana, braccia e mani utilizzabile in molteplici compiti che coinvolgono la manipolazione e l'interazione con oggetti diversi in varie dimensioni, posizioni e affordances. Questo rende unico ogni set-up. Inoltre, diversi obiettivi e vincoli dell'attività anche influiranno sul risultato cinematico, poiché la cinematica sono altamente specifici dell'attività. In futuro, maggiori sforzi dovrebbero essere fatto di creare un protocollo standardizzato per l'analisi cinematica di attività di base, ad esempio, bere, mangiare, prendendo la mano alla bocca e manipolazione dell'oggetto bimanuale, che consentirebbe un migliore confronto dei risultati fra diversi studi.

Base alle nostre esperienze precoce, con un sistema di cattura 3-macchina fotografica, in cui è stato osservato il problema con segmentazioni e lacune, può essere suggerito che un sistema di 5-fotocamera che permette diverse posizioni per fotocamere (e uno sopra l'area di misura) è ottimo per l'analisi dell'arto superiore. Per una misura clinicamente fattibile set-up, un semplice set-up con numero limitato di indicatori e analisi semplificata, come descritto in questo protocollo può essere sostenuto. Quando la valutazione delle prestazioni di movimento e qualità mira a seguire il recupero dei pazienti, fare la previsione dei risultati futuri, selezionare le opzioni di trattamento ottimale, o valutare l'efficacia degli interventi di trattamento e riabilitazione, un semplice, facile da usare Metodo sarebbe sufficiente. D'altra parte, una più completa analisi biomeccanica usando gli indicatori basati su cluster sarebbe richiesta per la modellazione più dettagliate, in particolare quando le rotazioni assiali congiunte e spalla complessi sono di interesse.

Maggiore uso clinico di analisi cinematica è sostenuta da numerose ricerche nel campo della riabilitazione neurologia e ictus. Metodi oggettivi e validi per la valutazione della funzione motoria durante le attività naturali e attività sono di grande interesse tra clinici e ricercatori. Un recente documento di consenso consiglia di aggiungere misure cinematiche negli studi di colpo futuro a fianco con le valutazioni cliniche per distinguere tra vero recupero e compensazione11. Anche se, per determinare un set base di risultati di cinematici e attività per l'inclusione nelle sperimentazioni e per incoraggiare la più ampia collaborazione tra investigatori raggiungere consenso11rimangono sfide. L'attuale protocollo di acquisizione di movimento 3D insieme a studi di validazione pubblicati di questo protocollo può essere un passo in quella direzione.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Acknowledgements

Speciale a Bo Johnels, Nasser Hosseini, Roy Tranberg e Patrik Almström per aiuto con l'avvio di questo progetto. I dati di ricerca presentati in questo protocollo è stato raccolto presso l'Ospedale Universitario Sahlgrenska.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  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).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics