Análise cinemática usando 3D Motion Capture da tarefa bebendo em pessoas com e sem deficiências extremidade superior

Neuroscience

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Summary

Este protocolo descreve um método objetivo para avaliar o desempenho de movimento e função sensório-motor da extremidade superior, aplicada a indivíduos com acidente vascular cerebral e controles saudáveis. Um procedimento de teste padronizado, cinemáticas variáveis de análise e resultado para captura de movimento tridimensional de beber tarefa são fornecidas.

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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).

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Abstract

Análise cinemática é um poderoso método para a avaliação objectiva dos movimentos da extremidade superior num espaço tridimensional (3D). Captura de movimento tridimensional com um sistema de câmera optoelectronic é considerada como padrão ouro para a análise cinemática do movimento e é cada vez mais usada como medida de resultado para avaliar o desempenho de movimento e qualidade após uma lesão ou doença envolvendo movimentos da extremidade superior. Este artigo descreve um protocolo padronizado para análise cinemática de beber tarefa aplicada em indivíduos com deficiências de extremidade superior após acidente vascular cerebral. A tarefa de beber incorpora alcançando, agarrar e levantar um copo de uma tabela para tomar uma bebida, colocando o copo de volta e voltar a mão para a borda da mesa. A posição sentada é padronizada para o tamanho do corpo do indivíduo e a tarefa é executada em uma velocidade confortável individualizada e movimentos compensatórios não são restringidos. A intenção é manter a tarefa natural e perto de uma situação de vida real para melhorar a validade ecológica do protocolo. Um sistema de captura de movimento 5-câmera é usado para reunir posições coordenadas 3D de 9 retroreflective marcadores posicionados em pontos anatômicos do braço, tronco e rosto. Uma colocação simples marcador único é usada para garantir a viabilidade do protocolo em situações clínicas. Feito por software Matlab fornece análises automatizadas e rápidas dos dados de movimento. Cinemática temporal do tempo de movimento, velocidade, velocidade de pico, tempo de pico de velocidade e suavidade (número de unidades de movimento), juntamente com a cinemática angular espacial de ombro e cotovelo conjunta, bem como os movimentos do tronco são calculados. A tarefa de beber é uma avaliação válida para indivíduos com comprometimento moderado e suave da extremidade superior. A construção, validade discriminativa e simultânea, juntamente com a capacidade de resposta (sensibilidade para mudar) das variáveis cinemáticas obtidas a partir da tarefa de beber se estabeleceram.

Introduction

Análise cinemática descreve os movimentos do corpo através do espaço e tempo, incluindo acelerações, velocidades e deslocamentos lineares e angulares. Os sistemas de captura de movimento optoelectronic usam múltiplas câmeras de alta velocidade que também enviar sinais de luz infra-vermelho para capturar as reflexões de marcadores passivos colocado sobre o corpo ou transmitem os dados de movimento de marcadores ativos contendo infravermelho emitindo-se diodos. Estes sistemas são considerados como "padrão ouro" para a aquisição dos dados cinemáticos1. Estes sistemas são avaliados pela sua alta precisão e flexibilidade nas medições de diversas tarefas. Qualidade que pode ser detectada com tradicional clínica escalas2,3e cinemáticas medidas têm demonstrado para ser eficazes na captura de pequenas alterações no desempenho do movimento. Tem sido sugerido que cinemática deve ser utilizada para distinção entre recuperação verdadeira (restauração de características pré-mórbido movimento) e o uso de padrões de movimento compensatório (alternativo) durante a realização de uma tarefa4, 5.

Os movimentos da extremidade superior podem ser quantificados usando cinemática de ponto de extremidade, geralmente obtidos de um marcador de mão e cinemática angular das articulações e segmentos (i. e., porta-malas). Cinemática do ponto de extremidade fornecem informações sobre trajetórias, velocidade, estratégias de movimento temporal, precisão, linearidade e suavidade, enquanto cinemática angular caracterizar os padrões de movimento em termos de articulação temporal e espacial e ângulos de segmento, velocidades angulares e coordenação de interjoint. Cinemática do ponto de extremidade, tais como, tempo de movimento, velocidade e suavidade são eficazes para capturar os défices e melhorias no desempenho do movimento após acidente vascular cerebral6,7,8 e mostrar cinemática angular se o movimentos das articulações e segmentos corporais são ideais para uma tarefa específica. Cinemática de pessoas com deficiências são muitas vezes comparado com o desempenho de movimento em indivíduos sem deficiências8,9. Ponto de extremidade e cinemática angular são correlacionadas de forma que um movimento realizado com velocidade efetiva, suavidade, e precisão exigirá controle bom movimento, coordenação e utilização de padrões de movimento eficaz e ideal. Por exemplo, um paciente com acidente vascular cerebral, que se move lentamente geralmente também mostra diminuição da suavidade (aumento do número de unidades de movimento), diminuir a velocidade máxima e aumentou de deslocamento de tronco8. Por outro lado, melhorias na cinemática de ponto de extremidade, tais como a velocidade de movimento e suavidade podem ocorrer independentemente das mudanças de estratégias compensatórias movimento do tronco e braço10. Estabeleceu que a análise cinemática pode fornecer informações adicionais e mais precisas sobre como a tarefa é realizada após uma lesão ou doença, que por sua vez é essencial para um tratamento eficaz alcançar a recuperação motor ideal individualizado 11. análise cinemática é cada vez mais utilizado em estudos clínicos para descrever os movimentos de pessoas com deficiências de extremidade superior após acidente vascular cerebral8,9, para avaliar a recuperação motor7, 12,13 ou para determinar a eficácia das intervenções terapêuticas10,14.

As tarefas de movimento frequentemente estudadas em curso são apontando e atingindo, embora o uso de tarefas funcionais que incorporam a manipulação de objectos do quotidiano real é aumentar1. Desde cinemática de alcançar dependem as restrições experimentais como a seleção de objetos e o objetivo da tarefa15, é essencial para avaliar os movimentos durante tarefas propositais e funcionais, no qual as reais dificuldades do indivíduo vida diária será refletida mais de perto.

Assim, o objetivo deste trabalho é fornecer uma descrição detalhada de um simples protocolo padronizado usado para análise cinemática de uma tarefa significativa e funcional, bebendo a tarefa, aplicada a indivíduos com deficiências de extremidade superior nas fases agudas e crônicas após acidente vascular cerebral. Resultados da validação do presente protocolo para indivíduos com comprometimento moderado e suave curso irão ser resumidos.

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Protocol

Todos os métodos descritos aqui foram parte dos estudos aprovados pelo Conselho de revisão ética Regional, em Gotemburgo, Suécia (318 / 04, 225-08).

1. Configurando o sistema de captura de movimento

  1. Monte 4 câmeras na parede aproximadamente 1,5-3 m longe da área de medição à altura de 1,5-2,5 m frente para a área de medição. Monte uma câmera no teto logo acima da área de medição (Figura 1). Inicie o sistema de câmera.
  2. Coloque a moldura de calibração em forma de L na mesa com o eixo curto alinhado com a borda da mesa e o longo eixo apontando para a frente.
    Nota: O sistema de coordenadas é definido com z dirigido para cima (superiormente, perpendicular ao plano transversal), eixo y dirigido lateralmente (no plano frontal) e X-axes dirigidos para a frente (anteriormente no plano sagital).
  3. Abra o rastreamento e dados aquisição software 3D (Track Manager), iniciar a calibração selecionando captura | Calibrar, introduza o tempo de calibração de 30 s e clique Okey.
  4. Mova a varinha em todas as direções, em toda a área de medição inteira (75 × 75 × 65 cm) acima da cadeira e mesa para garantir que todas as 5 câmeras captam a varinha em orientações como muitos como possível16,17. Após a calibração, os resultados mostram na tela. Aceite resíduos de calibração abaixo de 0,5 mm.
  5. Com o assunto, usando um manga top, sente-se uma em uma cadeira de altura regulável com suas costas contra o chair´s de volta, parte superior do braço em posição neutra do aduzido, a palma da mão descansando na mesa e o pulso alinhado à borda da mesa. Verifique se o joelho, anca e cotovelo ângulos estão aproximadamente 90°.
  6. Coloque os marcadores passivos retroreflective com fita adesiva dupla sobre o Marcos esquelético18 no lado testado (terceira metacarpofalangeanas conjunta), pulso (processo estiloide da ulna), cotovelo (epicôndilo lateral), ombro direito e esquerdo (parte do meio do acrômio), tórax (parte superior do esterno) e testa (entalhe entre as sobrancelhas).
  7. Coloque dois marcadores na taça (borda superior e inferior).

2. procedimentos de Motion Capture da tarefa bebendo

  1. Coloque o copo de plástico rígido (diâmetro de 7 cm, altura 9,5 cm) com 100 mL de água 30 cm da borda da tabela, na linha média do corpo. A posição da Copa na mesa é selecionada deliberadamente para manter o desempenho da tarefa natural e perto de situação da vida real.
  2. Pedir o assunto para realizar a bebida de tarefas em uma velocidade confortável individual alcançando i) e segurando o copo, ii) levantar a Taça da tabela para a boca, iii) tomando uma bebida (um gole), iv) colocando o copo de volta na mesa atrás de uma linha marcada (30 cm da guia borda de Le) e v) retornando à posição inicial com a mão na borda da mesa.
  3. Assegure esse assunto entende as instruções e pode chegar a Copa confortavelmente com o braço menos afetadas sem inclinado para a frente.
  4. Antes de cada gravação, certifique-se de que a posição inicial (posição inicial) está correta, peça o assunto para estar pronto, iniciar a captura manualmente e dar instruções verbais "você pode começar agora."
  5. Quando o assunto for concluída a tarefa, parar a gravação manualmente.
  6. Cinco ensaios com curta pausa entre cada tentativa de gravar (aproximadamente 30 s), começando com o braço menos afetadas.
  7. Verificar que a aquisição de dados tem sido bem sucedida (95-100% dados para cada marcador identificado).
    Nota: Dados de marcador são transferidos automaticamente em tempo real para o software de aquisição de dados (Gerenciador de faixa). Um modelo pré-definido de identificação de marcador automático (AIM) é utilizado para identificação automática dos marcadores.
  8. Quando dados incompletos são detectados, realiza ensaios extras após identificar o problema e ajustando as posições sentada ou marcador para garantir a completa visibilidade dos marcadores para obter pelo menos 3 testes bem sucedidos.
    Nota: Possíveis problemas que podem ocorrer são que marcadores podem cair ou eles são ocluídos das câmeras ângulo de visão, que resulta em dados incompletos. No entanto, a câmera e marcador de afinação, como usado no presente protocolo, produz perda de dados devido a lacunas somente em raras ocasiões. No total, a sessão de captura de movimento leva aproximadamente 10-15 minutos para concluir.

3. análise de dados

  1. Transferir os dados gravados do Gerenciador de faixa diretamente no Matlab clicando arquivo | Exportação | Diretamente no Matlab.
  2. Use o comando do Matlab no prompt de comando: (>> espaço de trabalho) para ver o conjunto de variáveis Matlab.
    Nota: Variáveis Matlab chave que contém os dados a serem usados na instrução e na criação da análise são:
    QTMmeasurements.Frames - o número de quadros capturados
    QTMmeasurements.FrameRate - o número de quadros capturados por segundo (240)
    QTMmeasurements.Trajectories.Labeled.Count - número de rótulos (10)
    QTMmeasurements.Trajectories.Labeled.Labels - etiquetas conforme definido no Gerenciador de faixa
    QTMmeasurements.Trajectories.Labeled.Data - dados de medição em uma matriz 3D de 10 x 3 x número de quadros, onde para cada quadro e cada rótulo as 3 coordenadas são registradas
  3. No Matlab, filtrar o x, y, z valores usando a (manteiga) e instruções (filtfilt) com um 6 Hz Butterworth de segunda ordem filtram em ambos os casos, para a frente e inverter as direções, dando uma distorção de fase zero e filtragem de ordem adiante.
    Nota: exemplo
    [b, um] = manteiga (2, 6/240/2); % 6Hz de frequência de corte e com relação a frequência de amostragem ½
    xfiltered = filtfilt (b, a, QTMmeasurements.Trajectories.Labeled(1,1,:));
  4. No Matlab, crie um programa para usar o x, y, z valores para cada amostra de quadro e cada rótulo para calcular as variáveis cinemáticas como velocidade tangencial da mão e ângulos articulares. As variáveis cinemáticas são mostradas na tabela 2.
  5. No Matlab, criar um programa para quebrar a sequência de amostras em 5 fases lógicas: atingindo, encaminhar transporte, bebendo, transporte de volta e retornando a mão para a posição inicial (Figura 2). As definições para início e término de cada fase são mostradas em detalhes na tabela 1.
  6. No Matlab, use a instrução (trama) para criar parcelas de posições, velocidades, ângulos de articulações e diagramas de ângulo-ângulo.

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Representative Results

O protocolo descrito neste artigo foi aplicado aos indivíduos com acidente vascular cerebral e controles saudáveis2,6,8,19,20,21. No total, foram analisados dados cinemáticos de 111 indivíduos com acidente vascular cerebral e 55 controles saudáveis em diferentes estudos. O comprometimento da extremidade superior após acidente vascular cerebral foi definida como moderada (FMA-UE marcar 32-57) ou suave (FMA-UE Pontuação 58-66)8,22,23,24. Em controles saudáveis, sem diferenças significativas foram encontradas entre o braço dominante e não dominante, exceto a velocidade de pico e, por conseguinte, o braço não-dominante foi escolhido para comparação de 2,8. A maioria dos dados foi coletada dentro de um estudo de coorte longitudinal grande, o estudo Stroke braço Longitudinal da Universidade de Gotemburgo (SALGOT), que inclui uma amostra não-selecionado de 122 indivíduos com acidente vascular cerebral e envolve as avaliações no post de 3 dias acidente vascular cerebral e acompanhamento em 10 dias, 4 semanas, 3, 6 e 12 meses25.

Em resumo, nossos resultados mostram que o protocolo é viável em ambientes clínicos desde que um grande número de pacientes foram testado logo em 3 dias acidente vascular cerebral na unidade de AVC agudo hospitais. Viabilidade também foi provada pelo fato de que dois fisioterapeutas experientes conseguiram calibrar e usar o sistema de captura de movimento em uma base diária sem maiores problemas técnicos (não há suporte de provedores de sistema era necessário durante os 3 anos de dados coleção). A qualidade de dados era boa e os procedimentos automáticos pré-programado para análises geralmente podem ser aplicados. Somente em algumas gravações, as fases não foram detectadas corretamente, muitas vezes devido os movimentos extras no início/fim do movimento, ou quando a velocidade de movimento era extremamente baixa em pacientes com deficiências mais graves. Nestes casos, os julgamentos extras usados após uma inspeção manual dos dados plotados. O protocolo de teste demonstrou uma boa consistência no teste-reteste em indivíduos saudáveis e forneceu resultados claros e precisos de19.

Os movimentos em cada fase da tarefa beber e para a tarefa inteira são mais lento (tabela 3), em pessoas com acidente vascular cerebral, embora o tempo relativo gastar em cada fase é semelhante ao de controles21. Da mesma forma, a velocidade tangencial e angular é mais baixa em pessoas com acidente vascular cerebral em comparação com controles saudáveis (tabela 3). A velocidade de pico ocorreu aproximadamente 38% do total chegar a tempo no curso e um 46% em controles, o que significa que a fase de desaceleração foi prorrogada em curso. Isto indica que os indivíduos com acidente vascular cerebral precisam de confiar mais no feedback conduzido controle de movimento durante a segunda metade de alcançar.

Os perfis de velocidade em pessoas com acidente vascular cerebral são segmentados e mostram vários picos, que se reflete no elevado número de unidades de movimento (NMU). O valor médio para o NMU é significativamente maior em indivíduos com acidente vascular cerebral em comparação aos controles. Indivíduos com AVC chegar a Copa com um cotovelo flexionado mais (menos extensão de cotovelo) e com o ombro mais raptada enquanto beber comparado aos participantes saudáveis, que reflete o padrão de movimento compensatório em curso. Mesmo que o vidro foi posicionado dentro do alcance do braço, os indivíduos com acidente vascular cerebral inclinar-se para a frente (deslocamento do tronco) aproximadamente 8 cm em comparação com controles de 3 cm ao executar a tarefa de beber. Diminuição da coordenação interjoint entre ombro e cotovelo comum em atingir apenas foi observada em indivíduos com maior grau de comprometimento (acidente vascular cerebral moderada) comparados aos controles. Os valores exatos para a cinemática e a magnitude de tamanhos de efeito para todos os grupos são mostrados na tabela 3.

A análise da validade de constructo de variáveis cinemáticas da bebida tarefa mostrou que os movimentos após acidente vascular cerebral pode ser descrito com dois fatores principais, o ponto de extremidade cinemática e descrevendo movimento angular de cinemática padrões8. No total, cinco medidas (tempo de movimento, velocidade de pico, o número de unidades de movimento, pico velocidade angular da articulação do cotovelo e o deslocamento do porta-malas) explicaram 86% da variância na cinemática dados8. Estes resultados estão em consonância com as análises de validade simultânea, no quais três variáveis cinemáticas, movimento tempo (MT), suavidade de movimento (NMU) e deslocamento do tronco (TD), junto, explicou 67% da variância total em escores de avaliação clínica, avaliadas com braço de pesquisa ação teste20. A validade discriminatórios entre grupos com deficiência leve e moderada braço após acidente vascular cerebral e controles foi bom para a maioria de cinemática, mas os maiores tamanhos de efeito foram anotados para a suavidade, o tempo total de movimento, velocidade angular de pico do cotovelo (PAVE) e o porta-malas de deslocamento (tabela 3)8. Abdução do ombro durante a beber também é discriminativa entre grupos de acidente vascular cerebral leve e moderada. Além disso, as mesmas quatro variáveis cinemáticas: MT, NMU, PAVE e TD demonstraram ser eficaz na detecção de melhoria clínica real durante os primeiros 3 meses após o acidente vascular cerebral6. Assim, pode concluir-se que estas quatro variáveis cinemático (MT, NMU, PAVE, TD) são confiáveis, válidos e sensíveis a mudanças (respostas) para avaliação da função da extremidade superior e atividade após acidente vascular cerebral.

Figure 1
Figura 1: A configuração do sistema de captura de movimento 5-câmera para beber a tarefa. De cada câmera, flashes de luz infra-vermelho alcançar marcadores reflectoras e reproduzem a posição 2D do marcador no sensor de imagem de câmeras com alta resolução espacial e precisão em tempo real. As coordenadas 3D do marcador são criadas quando duas câmeras estão vendo o mesmo marcador de dois ângulos diferentes. Quatro câmeras são montadas nas paredes ao redor da área de teste voltada ligeiramente para baixo a aproximadamente 2 m de distância e uma câmera é montada virado para baixo do teto acima da área de medição. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 2
Figura 2: perfis de velocidade representativa para um controle saudável (A) e um indivíduo com moderam deficiência de acidente vascular cerebral (B). As fases da tarefa beber são mostradas. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Nome da fase Início Detectado pelo Final Detectado pelo
Atingindo
(inclui agarrando)
Movimento da mão começa A velocidade do marcador de mão excede 2% da velocidade máxima (pesquisada para trás a partir da velocidade de pico); Se esse valor for superior a 20mm/s o início é rastreado para trás a um ponto onde a velocidade não é menor ou igual a 20 mm/s Mão começa a se mover em direção a boca do copo de água Velocidade do vidro excede 15 mm/s
De avanço
(vidro de boca)
Mão começa a se mover em direção a boca do copo de água Velocidade do vidro excede 15 mm/s Começa a beber Distância entre o rosto e vidro marcador é inferior a 15% do estado estacionário * durante a beber
A beber Começa a beber Distância entre o rosto e vidro marcador é inferior a 15% do estado estacionário durante a beber Termina a beber Distância entre o rosto e vidro marcador excede 15% do estado estacionário durante a beber
Transporte de volta (para mesa de vidro, inclui o lançamento de alcance) Mão começa a mover-se para colocar o vidro para mesa Distância entre o rosto e vidro marcador excede 15% do estado estacionário durante a beber Mão libera o vidro e começa a voltar para a posição inicial Velocidade do vidro inferior a 10 mm/s
Retornando
(mão de volta para a posição inicial)
Mão libera o vidro e começa a voltar para a posição inicial Velocidade do vidro inferior a 10 mm/s Mão está descansando na posição inicial Velocidade de marcador de mão voltou a 2% da velocidade máxima
* Estado estacionário na fase de beber indica um valor em média de 100 quadros em torno a distância mais curta entre o rosto e vidro marcador

Tabela 1: Definições de fase para o início e final de cada fase da tarefa bebendo.

Variável Especificação de
Cinemática do ponto de extremidade Calculado a partir do marcador de mão
Tempo de movimento, s Calculado para cada fase e como o tempo de movimento total para a tarefa inteira; as definições para iniciar e parar são fornecidas na tabela 1
Velocidade tangencial do pico, mm/s Calculado para alcançar a fase, combina o movimento do braço e o tronco
Hora de velocidade de mão do pico, s % Valores absolutos e relativos, para alcançar, characteraizes estratégia de movimento (tempo de aceleração e desaceleração)
Tempo para o primeiro pico de velocidade, s % Valores absolutos e relativos, para alcançar, characteraizes o esforço inicial do movimento
Número de unidades de movimento, n Calculado para alcançar, de avanço, de volta dos transportes e retornando a fase. Um movimento de unidade é definido como a diferença entre um mínimo local e o próximo valor de velocidade máxima que excede o limite de amplitude de 20 mm/s, e o tempo entre dois picos subsequentes tem que ser pelo menos 150 ms. O valor mínimo para beber a tarefa é 4 , pelo menos uma unidade por fase de movimento. Esses picos refletem repetitiva aceleração e desaceleração durante atingindo e correspondem a eficiência e suavidade de movimento.
Cinemática angular, graus Calculado para ombro e cotovelo conjunta
Extensão de cotovelo Mínimo ângulo de flexão do cotovelo detectada na fase atingindo, determinado pelo ângulo entre os vetores, juntando-se os marcadores de cotovelo e pulso e os cotovelo e ombro marcadores
Abdução de ombro Ângulo máximo no plano frontal detectado durante atingindo e bebendo fase, respectivamente; determinado pelo ângulo entre os vetores de juntar-se os marcadores de ombro e cotovelo e o vetor vertical de marcador ombro na direção do quadril
Flexão de ombro Ângulo máximo sagital detectados durante atingindo e bebendo, respectivamente; determinado pelo ângulo entre os vetores de juntar-se os marcadores de ombro e cotovelo e o vetor vertical de marcador ombro na direção do quadril
Velocidade angular de pico do cotovelo conjunta, graus/s Velocidade de pico da extensão cotovelo detectado durante a fase de alcance
Coordenação interjoint, r Cruz-correlação temporal de lag zero hora entre a extensão de cotovelo e flexão do ombro durante a fase de alcance. Um de correlação de Pearson mais próximo de 1 indica forte correlação e indica que a moção conjunta das duas articulações é rigidamente acoplada.
Deslocamento do tronco, mm Deslocamento máximo do marcador de posição inicial do tórax durante a tarefa inteira bebendo

Tabela 2: Definições de cinemáticas variáveis utilizadas em estudos apresentados nos resultados representativos.

Variáveis cinemáticas, média (DP) Saudável Acidente vascular cerebral Tamanho do efeito (acidente vascular cerebral saudável vs) Leve
acidente vascular cerebral
Tamanho do efeito
(acidente vascular cerebral saudável vs suave)
Acidente vascular cerebral moderada Tamanho do efeito
(acidente vascular cerebral leve vs moderada acidente vascular cerebral)
Cinemática do ponto de extremidade
Tempo de movimento total, s 6.49 (0,83) 11.4 (3.1) 0.54* 9.30 (1.68) 0.46* 13.3 (2,9) 0.44*
Número de unidades de movimento, (suavidade), n 2.3 (0,3) 8.4 (4.2) 0.54* 5.4 (2.1) 0.42* 11.1 (3.6) 0.50*
Velocidade de pico em reach, mm/s 616 (93.8) 431 (82,7) 0.54* 471 (87.7) 0.37* 395 (62,0) 0.22*
Cotovelo de velocidade angular de pico em reach, ° /s 121.8 (25,3) 64,9 (20,5) 0.62* 78.0 (19,3) 0.57* 53.3 (13,6) 0.38*
Hora de velocidade de pico em reach, % 46,0 (6,9) 38,4 (8,6) 0.20* 39,5 (8,7) 0.15* 37.5 (8,8) 0.01
Tempo para o primeiro pico em reach, % 42,5 (6,9) 27.1 (12.2) 0.39* 33,0 (9,9) 0.25* 21,8 (11,9) 0.22*
Cinemática angular de comum
Extensão de cotovelo em alcance de compreender, grau 53.5 (7,8) 64.1 (11,5) 0.24* 60.5 (10.4) 0.13 67.2 (11,9) 0,09
Abdução de ombro em beber, grau 30.1 (10.1) 47,6 (14,9) 0.33* 37,2 (5.3) 0.07 57,1 (14,5) 0.47*
Deslocamento do tronco, mm 26,7 (16,8) 77,2 (48,6) 0.34* 50.1 (22,9) 0.26* 101,7 (53,4) 0.30*
Coordenação interjoint, 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; Estatísticas de tamanho de efeito são calculadas como eta ao quadrado, η2

Tabela 3: variáveis cinemáticas para indivíduos com acidente vascular cerebral, por subgrupos de deficiência moderada e suave da extremidade superior, juntamente com controles saudáveis. Tamanhos de efeito para a discriminação entre os grupos acima de 0,4 (efeito muito grande) são marcados em negrito.

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Discussion

O protocolo pode ser usado com sucesso para quantificar o movimento de desempenho e qualidade em indivíduos com deficiências sensório-motor da extremidade superior moderada e suave em todas as fases, após acidente vascular cerebral. A viabilidade deste protocolo foi provada em um ambiente clínico, já que 3 dias pós acidente vascular cerebral e mostrou que o sistema pode ser usado por profissionais de saúde treinados sem qualificações técnicas específicas. Conhecimento técnico é, no entanto, necessário para criar e desenvolver um programa para análise de dados. Sob este aspecto, a captura de movimento de extremidade superior difere da análise de marcha, em que programas de análise de ready-made geralmente são fornecidos diretamente pelos fabricantes. Na vida cotidiana, braços e mãos podem ser usadas em muitas tarefas diferentes que envolvem a manipulação e a interação com um objeto diferente em vários tamanhos, localizações e affordances. Isto faz com que cada configuração única. Além disso, diferentes objetivos e restrições da tarefa também afetará o resultado cinemático, uma vez que a cinemática são altamente específicos para a tarefa. No futuro, mais devem envidar esforços para criar um protocolo padronizado para análise cinemática de tarefas básicas, tais como, beber, comer, levando a mão à boca e manipulação de objeto ajuste a duas mãos, o que permitiria uma melhor comparação dos resultados entre diferentes estudos.

Com base em nossas experiências iniciais, com um sistema de captação da câmera-3, em que observou-se o problema com segmentações e lacunas, pode ser sugerido que um sistema de 5-câmera que permite diferentes posições para câmeras (e acima da área de medição) é ideal para a análise da extremidade superior. Para uma medição clinicamente viável set-up, um set-up simples com número limitado de marcadores e análise simplificada, conforme descrito no presente protocolo pode ser defendida. Quando a avaliação de desempenho de movimento e objectivos de qualidade para acompanhar a recuperação dos pacientes, fazer previsão de resultados futuros, selecione as opções de tratamento ideal, ou avaliar a eficácia das intervenções de tratamento e reabilitação, um simples, fácil de usar método seria o suficiente. Por outro lado, uma mais abrangente análise biomecânica utilizando marcadores baseados em cluster seria necessária para a modelagem mais detalhada, particularmente quando as rotações articulação axiais e complexo do ombro são de interesse.

Aumento do uso clínico de análise cinemática é defendido por diversas pesquisas na área de reabilitação Neurologia e acidente vascular cerebral. Métodos objetivos e válidos para a avaliação da função motora durante atividades naturais e tarefas são de grande interesse entre os médicos e pesquisadores. Um recente documento de consenso recomenda adicionar medidas cinemáticas em ensaios de tempos futuros ao lado com avaliações clínicas para distinguir entre a verdadeira recuperação e compensação11. Os desafios permanecem embora, para determinar um conjunto de tarefas para inclusão em ensaios e resultados de cinemáticos e encorajar a mais ampla colaboração entre os investigadores para alcançar consenso11. O protocolo atual de captura de movimento 3D juntamente com estudos de validação publicadas do presente protocolo pode ser um passo na direção.

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Disclosures

Os autores não têm nada para divulgar.

Acknowledgements

Agradecimento especial a Bo Johnels, Nasser Hosseini, Roy Tranberg e Patrik Almström para ajudar com o início deste projeto. Os dados da pesquisa apresentados neste protocolo foi recolhidos do Hospital Universitário 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

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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).

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