Análisis cinemático con movimiento 3D captura de tarea consumo en personas con y sin discapacidad de extremidad superior

Neuroscience

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Summary

Este protocolo describe un método objetivo para evaluar el rendimiento de movimiento y la función sensoriomotora de la extremidad superior aplicada a las personas con accidente cerebrovascular y controles sanos. Un procedimiento de prueba estandardizada, variables resultado y análisis cinemáticas para captura de movimiento tridimensional de beber tarea se proporcionan.

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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

El análisis cinemático es un método eficaz para la evaluación objetiva de los movimientos de la extremidad superior en un espacio tridimensional (3D). Captura de movimiento tridimensional con un sistema de cámara de la optoelectrónica se considera como estándar de oro para análisis de movimiento cinemáticos y se utiliza cada vez más como medida de resultado para evaluar el rendimiento de movimiento y calidad después de una lesión o enfermedad que implican movimientos de la extremidad superior. Este artículo describe un protocolo estandarizado para el análisis cinemático del trabajo aplicado en individuos con deficiencias de la extremidad superior después del accidente cerebrovascular. La tarea de beber incorpora alcanzar, agarrar y levantar una taza de una mesa a tomar una copa, colocar la taza de nuevo y que la mano se desplaza hasta el borde de la mesa. La posición sentada es estandarizada al tamaño del cuerpo del individuo y la tarea se realiza en una velocidad cómoda de su ritmo y movimientos compensatorios no están limitados. La intención es mantener la tarea natural y cerca de una situación de vida real para mejorar la validez ecológica del protocolo. Un sistema de captura de movimiento de cámara 5 se utiliza para obtener posiciones de coordenadas 3D de 9 marcadores reflectantes colocados en puntos anatómicos de la cara, brazo y tronco. La colocación de un simple marcador solo se utiliza para asegurar la viabilidad del protocolo en ajustes clínicos. A la medida software Matlab proporciona análisis rápidos y automatizados de datos de movimiento. Se calcula la cinemática temporal del tiempo del movimiento, velocidad, velocidad máxima, tiempo de velocidad pico y suavidad (número de unidades del movimiento) junto con la cinemática angular espacial de hombro y codo común así como los movimientos del tronco. La tarea de beber es una evaluación válida para las personas con discapacidad moderada y suave de la extremidad superior. El constructo, la validez discriminativa y concurrente junto con sensibilidad (sensibilidad al cambio) de las variables cinemáticas de la tarea de beber han sido establecidas.

Introduction

Análisis cinemático describen los movimientos del cuerpo a través de espacio y tiempo, incluyendo aceleraciones, velocidades y desplazamientos lineales y angulares. Los sistemas de captura de movimiento optoelectrónicos utilizan varias cámaras de alta velocidad que cualquiera envía señales de luz infrarroja para capturar las reflexiones de marcadores pasivos colocado en el cuerpo o transmiten los datos de movimiento de marcadores activos que contiene infrarrojo diodos electroluminosos. Estos sistemas son considerados como 'gold standard' para la adquisición de datos cinemática1. Estos sistemas son valorados por su alta precisión y flexibilidad en las medidas de diversas tareas. Medidas cinemáticas han demostrado ser eficaces en la captura de pequeños cambios en el rendimiento de movimiento y calidad que puede ser no detectado con tradicional clínica escala2,3. Se ha sugerido que eso cinemática debe utilizarse para la distinción entre verdadera recuperación (restauración de las características de movimiento premorbid) y el uso de patrones de movimiento (alternativa) compensatoria durante la realización de una tarea de4, 5.

Movimientos de la extremidad superior pueden cuantificarse utilizando cinemática del punto final, generalmente obtenida de un marcador de la mano y la cinemática angular de las articulaciones y segmentos (es decir., tronco). Cinemática del punto final proporcionan información sobre trayectorias, velocidad, estrategias de movimiento temporal, precisión, rectitud y suavidad, mientras que la cinemática angular caracterizar patrones de movimiento en términos de articulación espacial y temporal y los ángulos del segmento, velocidades angulares y la coordinación interjoint. Cinemática del punto final, tales como, tiempo de movimiento, velocidad y suavidad son efectivas para capturar el déficit y mejoras en rendimiento de movimiento después de stroke6,7,8 y cinemática angular muestra si la movimientos de las articulaciones y segmentos del cuerpo son óptimos para una tarea específica. Cinemática de las personas con discapacidad a menudo son comparadas con rendimiento de movimiento en los individuos sin discapacidades8,9. Punto final y cinemática angular están correlacionados de manera que un movimiento realizado con velocidad efectiva, suavidad, y precisión requiere control de buen movimiento, coordinación y uso de patrones de movimiento eficaz y óptima. Por ejemplo, un paciente con el movimiento que se mueve lentamente generalmente también muestra disminución de suavidad (mayor número de unidades del movimiento), bajar la velocidad máxima y mayor tronco desplazamiento8. Por otro lado, mejoras en la cinemática del punto final, como la velocidad de movimiento y suavidad pueden ocurrir independientemente de los cambios de estrategias de compensación de movimiento de tronco y brazo10. Se ha establecido que el análisis cinemático pueden proporcionar información adicional y más precisa acerca de cómo se logra la tarea después de una lesión o enfermedad, que a su vez es esencial para un tratamiento individualizado eficaz llegar a la óptima recuperación del motor 11. análisis cinemático es cada vez más utilizado en estudios clínicos para describir los movimientos en personas con deficiencias de la extremidad superior después de la carrera8,9, para evaluar la recuperación del motor7, 12,13 o determinar la efectividad de las intervenciones terapéuticas10,14.

Tareas de movimiento estudiadas a menudo en movimiento se apunta y llegar, aunque el uso de las tareas funcionales que incorporan la manipulación de los objetos cotidianos reales está aumentando1. Desde cinemática de alcanzar dependen de las limitaciones experimentales tales como la selección de objetos y el objetivo de la tarea15, es esencial evaluar los movimientos durante las tareas de útiles y funcionales en el que las dificultades reales del individuo vida diaria se verán reflejada más de cerca.

Así, el objetivo de este trabajo es proporcionar una descripción detallada de un simple protocolo estandarizado utilizado para el análisis cinemático de una tarea útil y funcional, beber tarea, aplicado a las personas con discapacidad de la extremidad superior en etapas agudas y crónicas después del accidente cerebrovascular. Se resumirán los resultados de la validación de este protocolo para personas con discapacidad moderada y suave movimiento.

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Protocol

Todos los métodos aquí descritos han sido parte de los estudios aprobados por la Junta de revisión ética Regional en Gotemburgo, Suecia (318-04, 225-08).

1. establecer el sistema de captura de movimiento

  1. Montar 4 cámaras en la pared aproximadamente 1.5-3 m de la zona de medición a la altura de 1.5 a 2.5 m frente a la zona de medición. Montaje de una cámara en el techo justo encima del área de medición (figura 1). Inicie el sistema de cámara.
  2. Coloque el marco de calibración en forma de L en la mesa con el eje corto en línea con el borde de la mesa y el eje largo apuntando hacia delante.
    Nota: El sistema de coordenadas se define con aXes dirigidos hacia adelante (anterior en el plano sagital), eje y dirigido lateralmente (en el plano frontal) y eje z dirigido hacia arriba (superior, perpendicular al plano transversal).
  3. Abrir el seguimiento y datos adquisición software 3D (jefe de pista), iniciar calibración seleccionando captura | Calibrar, introduzca el tiempo de calibración de 30 s y haga clic en Aceptar.
  4. Mover la varita en todas las direcciones en toda la zona de medición entero (75 × 75 × 65 cm) por encima de la silla y la mesa para asegurarse de que todas las 5 cámaras captan la varita en tantas orientaciones como posible16,17. Después de la calibración, los resultados se muestran en la pantalla. Aceptar residuos de calibración por debajo de 0,5 mm.
  5. Con el tema, usar una sin mangas top, sentarse en una en una silla de altura ajustable con la espalda contra la chair´s, la parte superior del brazo en posición neutra aducido, la palma de la mano descansando en la mesa y la muñeca alineada con el borde de la mesa. Comprobar que la rodilla, cadera y codo ángulos aproximadamente 90°.
  6. Coloque los marcadores pasivos reflectantes con cinta doble adhesiva en hitos esqueléticos18 en la mano prueba (tercera metacarpofalángicas conjunta), muñeca (proceso estiloide del cúbito), codo (epicóndilo lateral), hombro derecho e izquierdo (parte media del acromion), tórax (parte superior del esternón) y en la frente (hendidura entre las cejas).
  7. Colocar dos marcadores en la Copa (borde superior e inferior).

2. procedimientos para el movimiento de captura de la tarea de beber

  1. Coloque la taza de plástico duro (diámetro de 7 cm, altura de 9,5 cm) con 100 mL de agua 30 cm desde el borde de la mesa, en la línea media del cuerpo. Deliberadamente se selecciona la posición de copa sobre la mesa para mantener el rendimiento de la tarea natural y cerca de la situación de la vida real.
  2. Pedir el tema para llevar a cabo el beber de la tarea en una velocidad cómoda de su ritmo i) alcanzando y agarrando la Copa, ii) levantar la Copa de la mesa hacia la boca, iii) tomando una copa (un sorbo), iv) colocar la taza de nuevo sobre la mesa detrás de una línea marcada (30 cm desde la ficha le borde) y v) volver a la posición inicial con la mano en el borde de la mesa.
  3. Asegúrese de que el tema comprende las instrucciones y puede llegar a la Copa cómodamente con el brazo afectado menos sin inclinarse hacia adelante.
  4. Antes de cada grabación, asegúrese de que la posición inicial (posición inicial) es correcta, pedir el tema listo, inicie la captura manualmente y dar instrucción verbal "puede empezar ahora".
  5. Cuando el sujeto termina la tarea, detener la grabación manualmente.
  6. Registrar cinco ensayos con breve pausa entre cada ensayo (aproximadamente 30 s), comenzando con el brazo menos afectado.
  7. Compruebe que la adquisición de datos ha sido exitosa (95-100% de datos para cada marcador identificado).
    Nota: Datos de marcador se transfieren automáticamente en tiempo real para el software de adquisición de datos (Administrador de la pista). Se usa un modelo de identificación de marcador automático (AIM) previamente definidos para la identificación automática de los marcadores.
  8. Cuando se detectan datos incompletos, realizar ensayos adicionales después de identificar el problema y ajustar las posiciones sentado o marcador para asegurar la total visibilidad de los marcadores para obtener al menos 3 ensayos exitosos.
    Nota: Posibles problemas que pueden ocurrir están que los marcadores se caigan o se ocluyen de las cámaras de visualización de ángulo, que se traduce en datos incompletos. Sin embargo, la configuración de cámara y el marcador, en este protocolo, produce pérdida de datos debido a las lagunas sólo en muy raras ocasiones. En total, la sesión de captura de movimiento tarda aproximadamente 10-15 minutos para completar.

3. Análisis de los datos

  1. Transferir los datos registrados desde el administrador de la pista directamente en Matlab haciendo clic en archivo | De exportación | Directamente en Matlab.
  2. Utilizar el comando de Matlab en el símbolo del sistema: (>> espacio de trabajo) para ver el conjunto de variables de Matlab.
    Nota: Clave Matlab variables que contienen datos a ser utilizado en las instrucciones y en la creación el análisis son:
    QTMmeasurements.Frames - el número de fotogramas capturados
    QTMmeasurements.FrameRate - el número de fotogramas capturados por segundo (240)
    QTMmeasurements.Trajectories.Labeled.Count - número de etiquetas (10)
    QTMmeasurements.Trajectories.Labeled.Labels - etiquetas tal como se define en el administrador de la pista
    QTMmeasurements.Trajectories.Labeled.Data - datos de las mediciones en una matriz 3D de 10 x 3 x el número de fotogramas, donde cada fotograma y cada etiqueta se registran las 3 coordenadas
  3. En Matlab, filtrar la x, y, valores z usando la (mantequilla) y las instrucciones (filtfilt) con un Butterworth de segundo orden 6 Hz filtran en tanto adelante y revertir las direcciones, dando una distorsión de fase cero y filtrado de cuarto orden.
    Nota: ejemplo
    [b, a] = mantequilla (2, 6/240/2); % Frecuencia de atajo 6Hz y con respecto a la frecuencia de muestreo de ½
    xfiltered = filtfilt (b, a, QTMmeasurements.Trajectories.Labeled(1,1,:));
  4. En Matlab, crear un programa para usar la x, y, valores z para cada muestra de marco y cada etiqueta para calcular las variables cinemáticas como la velocidad tangencial de la mano y ángulos de las juntas. Las variables cinemáticas se muestran en la tabla 2.
  5. En Matlab, crear un programa para romper la secuencia de las muestras en 5 fases lógicas: alcanzar, hacia delante transporte, beber, posterior transporte y devolver la mano a la posición inicial (figura 2). Definiciones para el comienzo y final de cada fase se muestran en detalle en la tabla 1.
  6. En Matlab, utilice la instrucción (parcela) para crear diagramas de posiciones, velocidades, ángulos de las articulaciones y los diagramas de ángulo-ángulo.

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Representative Results

El protocolo descrito en este artículo se ha aplicado a las personas con accidente cerebrovascular y controles sanos2,6,8,19,20,21. En total, los datos cinemáticos de 111 individuos con accidente cerebrovascular y 55 controles sanos han sido analizados en diferentes estudios. El deterioro de la extremidad superior después de accidente cerebrovascular fue definida como moderada (puntuación de FMA-UE 32-57) o leve (puntuación de FMA-UE 58-66)8,22,23,24. En controles sanos, no hay diferencias significativas entre el brazo dominante y no dominante, excepto la velocidad pico y por lo tanto, el brazo no dominante fue elegido para la comparación 2,8. La mayoría de los datos fueron recogida en un estudio de cohorte longitudinal grande, el estudio movimiento brazo Longitudinal de la Universidad de Gotemburgo (SALGOT), que incluye una muestra no seleccionada de las 122 personas con accidente cerebrovascular y consiste en las evaluaciones a los 3 días post movimiento y seguimiento en 10 días, 4 semanas, 3, 6 y 12 meses25.

En Resumen, nuestros resultados muestran que el protocolo es factible en contextos clínicos puesto que un gran número de pacientes fueron probado ya en 3 días posterior al accidente cerebrovascular en la unidad de ictus agudo hospitales. Viabilidad fue también probada por el hecho de que dos fisioterapeutas experimentados lograron calibrar y utilizar el sistema de captura de movimiento diario sin ningún problema técnico más grande (no hay soporte de los proveedores de sistema era necesario durante los 3 años de datos colección). La calidad de los datos fue buena y los procedimientos automáticos pre-programados para análisis podrían aplicarse generalmente. Sólo en pocas grabaciones, las fases no se detectaron correctamente, a menudo debido a los movimientos extras al principio/final del movimiento o cuando la velocidad de movimiento era extremadamente baja en pacientes con discapacidades más severas. En estos casos, los ensayos adicionales fueron utilizados a menudo después de una inspección manual de los datos trazadas. El protocolo de pruebas demostró una buena consistencia en test-retest en individuos sanos y siempre clara y precisa los resultados19.

Los movimientos en cada fase de la tarea de beber y de la tarea entera son más lentas (tabla 3) en personas con accidente cerebrovascular, aunque pase el tiempo relativo en cada fase es similar a controles21. Del mismo modo, velocidades angulares y tangenciales son menores en personas con accidente cerebrovascular en comparación con controles sanos (tabla 3). La velocidad pico ocurrió aproximadamente al 38% del total de llegar a la hora en stroke y un 46% en los controles, que significa que la fase de deceleración se prolongó en tiempos. Esto indica que individuos con accidente cerebrovascular tienen que confiar más en la regeneración impulsado por control de movimiento durante la segunda mitad de alcanzar.

Los perfiles de velocidad en personas con accidente cerebrovascular son segmentados y mostrar múltiples picos, que se refleja en el elevado número de las unidades de movimiento (NMU). El valor medio de la NMU es significativamente mayor en personas con accidente cerebrovascular en comparación con controles. Individuos con el movimiento de llegar a la Copa con un codo más flexionado (menos extensión de codo) y con el hombro más secuestrados mientras que beber en comparación con los participantes sanos, que refleja el patrón de movimiento compensatorio en movimiento. Aunque el vidrio se colocó dentro del alcance del brazo, individuos con accidente cerebrovascular inclinan hacia adelante (desplazamiento de tronco) aproximadamente de 8 cm en comparación con 3 cm en los controles mientras se realiza la tarea de beber. Disminución interjoint coordinación entre hombro y codo en llegar a sólo se observó en individuos con mayor grado de deterioro (movimiento moderado) comparados a los controles. Los valores exactos para la cinemática y la magnitud de los tamaños del efecto para todos los grupos se muestran en la tabla 3.

El análisis de la validez de constructo de las variables cinemáticas de beber tarea mostró que los patrones de movimientos después de movimiento puede ser descrito con dos factores principales, la cinemática del punto final y que describe movimiento angular cinemática8. En total, cinco medidas (tiempo de movimiento, velocidad máxima, número de unidades del movimiento, máxima velocidad angular de la articulación del codo y el desplazamiento de tronco) explican el 86% de la varianza en datos cinemáticos8. Estos resultados están en consonancia con los análisis de validez concurrente, en que tres variables de la cinemáticas, movimiento tiempo (MT), suavidad de movimiento (NMU) y tronco desplazamiento (TD), junto explicaron el 67% de la varianza total en las puntuaciones de las evaluaciones clínicas evaluadas con el brazo de investigación de acción prueba20. La validez discriminativa entre grupos con discapacidad leve y moderada del brazo después del accidente cerebrovascular y los controles fue buena para la mayoría de la cinemática, pero los tamaños del efecto más grande se destaca por la suavidad, tiempo del movimiento total, máxima velocidad angular de codo (PAVE) y tronco desplazamiento (cuadro 3)8. Abducción del hombro durante el beber también es discriminativa entre grupos de movimiento moderado y suave. Además, las mismas cuatro variables cinemáticas: MT, NMU, PAVE y TD demostraron ser eficaz en la detección mejora real clínica durante los primeros 3 meses después del accidente cerebrovascular6. Por lo tanto, puede concluirse que estas cuatro variables cinemáticas (MT, NMU, PAVE, TD) son confiable, válido y sensible a los cambios (sensibles) para la evaluación de la actividad y función de la extremidad superior después del accidente cerebrovascular.

Figure 1
Figura 1: la configuración del sistema 5-cámara de movimiento captura para beber tarea. De cada cámara, destellos de luz de infrarrojos alcanzan marcadores reflectante y reproducen la posición 2D del marcador en el sensor de imagen de cámaras con alta resolución espacial y precisión en tiempo real. Las coordenadas 3D del marcador se crean cuando dos cámaras están viendo el mismo marcador desde dos ángulos diferentes. Cuatro cámaras están montadas en las paredes alrededor del área de pruebas mirando ligeramente hacia abajo a aproximadamente 2 m de distancia y se monta una cámara mirando hacia abajo desde el techo sobre el área de medición. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 2
Figura 2: perfiles de velocidad representativa para un control sano (A) y un individuo con moderan deterioro de la carrera (B). Se muestran las fases de la tarea de beber. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Nombre de fase Inicio Detectado por Final Detectado por
Llegando a
(incluye agarrar)
Comienza el movimiento de la mano La velocidad de marcador de mano supere el 2% de la velocidad pico (búsqueda al revés de la velocidad de pico); Si este valor es superior a 20mm/s el comienzo se realiza un seguimiento hacia atrás hasta un punto donde la velocidad no es menor o igual a 20 mm/s Mano empieza a moverse hacia la boca con el vidrio Velocidad de la Copa supera los 15 mm/s
Transporte hacia adelante
(vidrio a la boca)
Mano empieza a moverse hacia la boca con el vidrio Velocidad de la Copa supera los 15 mm/s Beber comienza Distancia entre la cara y vidrio marcador está por debajo de 15% de la de estado estacionario en beber
Beber Beber comienza Distancia entre la cara y vidrio marcador está por debajo de 15% de estado estacionario en beber Beber extremos Distancia entre la cara y vidrio marcador supera el 15% de estado estacionario durante el consumo
Nuevo transporte (cristal para mesa, incluye la versión de agarre) Mano empieza a moverse poner el cristal a mesa de Distancia entre la cara y vidrio marcador supera el 15% de estado estacionario durante el consumo Mano lanza el cristal y empieza a retroceder a la posición inicial Velocidad del vidrio por debajo de 10 mm/s
Volver
(mano vuelta a posición inicial)
Mano lanza el cristal y empieza a retroceder a la posición inicial Velocidad del vidrio por debajo de 10 mm/s Mano está descansando en posición inicial Velocidad de marcador de la mano volvió a 2% de la velocidad pico
* El estado estacionario en la fase de consumo indica un valor promedio de los 100 cuadros alrededor de la distancia más corta entre el marcador de cara y vidrio

Tabla 1: Definiciones de la fase de inicio y final de cada fase de la tarea de beber.

Variable Especificación
Cinemática del punto final Calculada a partir de la pistola de mano
Tiempo del movimiento, s Calcula para cada fase y como el tiempo de movimiento total para la tarea entera; definiciones para arranque y parada se proporcionan en la tabla 1
Velocidad tangencial máxima, mm/s Calculado para llegar a fase, combina el movimiento de brazo y tronco
Tiempo a la velocidad de la mano de pico, s % Valores absolutos y relativos para alcanzar, characteraizes estrategia de movimiento (tiempo de aceleración y desaceleración)
Tiempo al primer pico de velocidad, s % Valores absolutos y relativos para alcanzar, characteraizes el esfuerzo de movimiento inicial
Número de unidades de movimiento, números Calculado para llegar, transporte hacia delante, de nuevo transporte y retorno fase. Una unidad de movimiento se define como la diferencia entre un mínimo local y el siguiente valor de la velocidad máxima que supera el límite de la amplitud de 20 mm/s, y el tiempo entre dos picos posterior debe ser por lo menos 150 Sra. el valor mínimo para beber tarea es 4 , al menos una unidad por fase de movimiento. Los picos reflejan repetitivo aceleración y deceleración durante alcanzar y corresponden a la eficiencia y suavidad de movimiento.
Cinemática angular, grados Calculado para el hombro y el codo común
Extensión del codo Ángulo mínimo de flexión de codo detectada en la fase de alcance determinado por el ángulo entre los vectores a los marcadores del codo y la muñeca y el codo y el hombro
Abducción del hombro Ángulo máximo en el plano frontal detectada durante llegar y beber fase, respectivamente; determinado por el ángulo entre los vectores que une los marcadores hombro y el codo y el vector vertical del marcador hombro hacia la cadera
Flexión de hombro Ángulo máximo en el plano sagital detectado durante llegar y beber, respectivamente; determinado por el ángulo entre los vectores que une los marcadores hombro y el codo y el vector vertical del marcador hombro hacia la cadera
Máxima velocidad angular del codo común, grados/s Velocidad pico de la extensión del codo detectada durante la fase de alcance
Coordinación interjoint, r Temporal la correlación cruzada de cero retraso entre la extensión de flexión y el codo del hombro durante la fase de alcance. Coeficiente de correlación de Pearson más cercano a 1 indica correlación más fuerte y que propuesta conjunta de las dos articulaciones se acopla firmemente.
Desplazamiento del tronco, mm Desplazamiento máximo del marcador de tórax desde la posición inicial durante la tarea de beber toda

Tabla 2: Definiciones de variables cinemáticas utilizadas en estudios presentados en los resultados representativos.

Las variables cinemáticas, media (SD) Saludable Accidente cerebrovascular Tamaño del efecto (movimiento vs saludable) Suave
accidente cerebrovascular
Tamaño del efecto
(movimiento suave vs saludable)
Movimiento moderado Tamaño del efecto
(suave golpe vs moderado golpe)
Cinemática del punto final
Tiempo del movimiento 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 movimiento, (suavidad), n 2.3 (0,3) 8.4 (4.2) 0.54* 5.4 (2.1) 0.42* 11.1 (3.6) 0.50*
Velocidad de máximo alcance, mm/s 616 (93.8) 431 (82.7) 0.54* 471 (87.7) 0.37* 395 (62.0) 0.22*
Codo de velocidad angular máxima en alcance, ° /s 121.8 (25.3) 64,9 (20,5) 0.62* 78.0 (19,3) 0.57* 53.3 (13,6) 0.38*
Tiempo de velocidad pico en alcance, % 46.0 (6,9) 38.4 (8.6) 0.20* 39.5 (8.7) 0.15* 37.5 (8.8) 0.01
Tiempo al primer pico en alcance, % 42.5 (6,9) 27.1 (12.2) 0.39* 33.0 (9,9) 0.25* 21.8 (11,9) 0.22*
Cinemática de empalme angular
Extensión del codo en el alcance de entender, grado 53.5 (7,8) 64.1 (11.5) 0.24* 60,5 (10.4) 0.13 67.2 (11,9) 0.09
Abducción del hombro en beber, grado 30.1 (10.1) 47.6 (14,9) 0.33* 37.2 (5.3) 0.07 57.1 (14.5) 0.47*
Desplazamiento del tronco, mm 26.7 (16,8) 77.2 (48,6) 0.34* 50.1 (22,9) 0.26* 101.7 (53,4) 0.30*
Coordinación interjoint, r de Pearson 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; Efecto tamaño estadísticas se calculan como eta squared, η2

Tabla 3: variables cinemáticas para personas con ictus, para los subgrupos de la debilitación moderada y suave de la extremidad superior junto con controles sanos. Tamaños del efecto para la discriminación entre grupos por encima de 0,4 (gran efecto) están marcados en negrita.

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Discussion

El protocolo puede utilizarse con éxito para cuantificar el rendimiento de movimiento y la calidad en los individuos con discapacidad sensoriomotora moderada y suave de la extremidad superior en todas las etapas después del accidente cerebrovascular. La viabilidad de este protocolo ha sido probada en un entorno clínico tan temprano como 3 días post accidente cerebrovascular y demostró que el sistema puede usarse por profesional de salud capacitado sin cualificación técnica específica. Conocimientos técnicos, sin embargo, conviene crear y desarrollar un programa de análisis de datos. De este aspecto, la captura de movimiento de la extremidad superior difiere del análisis de la marcha, en el que los programas de análisis confeccionada generalmente son directamente proporcionados por los fabricantes. En la vida cotidiana, los brazos y las manos se pueden utilizar en muchas diversas tareas que implican la manipulación y la interacción con diferentes objetos en diferentes tamaños, ubicaciones y habilitaciones. Esto hace que cada configuración única. Además, diferentes objetivos y restricciones de la tarea también afectará el resultado cinemático, ya que la cinemática son altamente específicos de la tarea. En el futuro, se debe hacer más esfuerzos para crear un protocolo estandarizado para el análisis cinemático de las tareas básicas, tales como, bebiendo, comiendo, tomando la mano a la boca y la manipulación de objetos bimanual, que permitiría una mejor comparación de los resultados entre diferentes estudios.

Basado en nuestras experiencias tempranas, con un sistema de captura de cámara de 3, en el que se observó el problema con segmentaciones y vacíos, puede sugerirse que un sistema de 5 cámaras que permite diferentes posiciones para las cámaras (y uno por encima del área de medición) es óptimo para el análisis de la extremidad superior. Para una medición clínicamente factible montaje, un montaje simple con un número limitado de marcadores y análisis simplificado, como se describe en este protocolo puede ser abogado por. Cuando la evaluación de desempeño del movimiento y objetivos de calidad para seguir la recuperación de pacientes, predicción de resultados futuros, seleccione las opciones de tratamiento óptimo, o evaluar la efectividad de las intervenciones de tratamiento y rehabilitación, un simple, fácil de usar método sería suficiente. Por otra parte, un análisis biomecánico más completo utilizando marcadores de clúster sería necesario para la modelación más detallada, particularmente cuando las rotaciones conjuntas axiales y complejos del hombro son de interés.

Mayor uso clínico de análisis cinemático es defendido por muchos investigadores en el área de rehabilitación Neurología y accidente cerebrovascular. Métodos objetivos y válidos para la evaluación de la función motora durante las tareas y actividades naturales son de gran interés entre los clínicos e investigadores. Un reciente documento de consenso recomienda agregar medidas cinemáticas en ensayos futuros tiempos junto con evaluaciones clínicas a distinguir entre la verdadera recuperación y compensación11. Aunque, para determinar un conjunto básico de tareas para su inclusión en los ensayos y los resultados cinemáticos y fomentar la más amplia colaboración entre los investigadores para llegar a consenso11, sigue habiendo dificultades. El actual protocolo de captura de movimiento 3D junto con los estudios de validación publicados de este protocolo puede ser un paso en esa dirección.

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Disclosures

Los autores no tienen nada que revelar.

Acknowledgements

Agradecimiento especial a Bo Johnels, Nasser Hosseini, Roy Tranberg y Patrik Almström para ayuda con la iniciación de este proyecto. Los datos de investigación presentados en el presente Protocolo se reunieron en el Hospital Universitario de 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).

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