Kinematische analyse met behulp van 3D Motion Capture van drinken taak in mensen met en zonder bovenste extremiteit bijzondere waardeverminderingen

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

Dit protocol beschrijft een objectieve methode om te evalueren van de prestaties van de beweging en de sensomotorische functie van de bovenste extremiteit toegepast op personen met een beroerte en gezonde controles. Een gestandaardiseerde testprocedure, Kinematische analyse en resultaten variabelen voor drie-dimensionale motion-video vastleggen van het drinken van taak worden geleverd.

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

Kinematische analyse is een krachtige methode om een objectieve beoordeling van de bovenste extremiteit bewegingen in een driedimensionale (3D) ruimte. Drie-dimensionale motion-video vastleggen met een opto-elektronische camerasysteem wordt beschouwd als gouden standaard p.a. kinematische beweging en wordt steeds meer gebruikt als resultaat maatregel ter beoordeling van de prestaties van de beweging en de kwaliteit na een verwonding of ziekte met betrekking tot de bewegingen van de bovenste extremiteit. Dit artikel beschrijft een gestandaardiseerd protocol voor Kinematische analyse van het drinken van taak toegepast bij personen met een beperking van de bovenste extremiteit na een herseninfarct. Het drinken taak neemt bereiken, grijpen en heffen een kopje uit een tabel te nemen van een drankje, de cup terug te plaatsen en de hand terugkeerde naar de rand van de tafel. De zithouding is gestandaardiseerd aan de lichaamsgrootte van het individu en de taak wordt uitgevoerd in een comfortabele zelfstudie snelheid en compenserende bewegingen niet beperkt. De bedoeling is om de taak natuurlijke en dicht bij een real-life situatie ter verbetering van de ecologische validiteit van het protocol. Een opname van 5-camera bewegingssysteem wordt gebruikt voor het verzamelen van 3D coördinaat posities van 9 retroreflective markeringen geplaatst op anatomische monumenten van de arm, de romp en het gezicht. Een eenvoudige enkele marker plaatsing wordt gebruikt om de haalbaarheid van het protocol in klinische instellingen. Op maat gemaakte Matlab-software biedt automatische en snelle analyses van verkeer gegevens. Temporele kinematica van beweging tijd, snelheid, piek snelheid, tijd van piek snelheid en gladheid (aantal eenheden van de beweging) samen met ruimtelijke hoekige kinematica van schouder en elleboog gezamenlijke evenals kofferbak bewegingen worden berekend. Het drinken taak is een geldige beoordeling voor personen met matige en milde bovenste extremiteit bijzondere waardevermindering. De constructie, de discriminerende en gelijktijdige geldigheid samen met responsiviteit (gevoeligheid te veranderen) van de kinematische variabelen verkregen de drinken taak zijn vastgesteld.

Introduction

Kinematische analyse beschrijft de bewegingen van het lichaam door ruimte en tijd, inclusief lineaire en hoekige verplaatsingen, snelheden en versnellingen. De opto-elektronische motion capture systemen gebruiken meerdere high-speed camera's die ofwel verzenden uit infrarode lichtsignalen om vast te leggen van de reflecties van passieve markeringen op het lichaam geplaatst of de beweging vanaf actieve markeringen met infrarood verzenden emitting diodes. Deze systemen worden beschouwd als 'gouden standaard' voor de verwerving van kinematische gegevens1. Deze systemen worden gewaardeerd voor hun hoge nauwkeurigheid en flexibiliteit in metingen van uiteenlopende taken. Kinematische maatregelen hebben aangetoond effectief te zijn in het vastleggen van kleinere veranderingen in beweging prestaties en kwaliteit die worden met traditionele klinische ongemerkt kan schalen2,3. Er is gesuggereerd dat kinematica voor onderscheid tussen echte recovery (herstel van de premorbid beweging kenmerken) en het gebruik van compenserende (alternatieve) bewegingspatronen tijdens de vervulling van een taak4, moet worden gebruikt 5.

Bovenste extremiteit bewegingen kunnen worden gekwantificeerd aan de hand van eindpunt kinematica, over het algemeen verkregen van een marker van de hand, en hoekige kinematica van gewrichten en segmenten (dwz., stam). Eindpunt kinematica bieden informatie over trajecten, snelheid, temporele verkeer strategieën, precisie, rechtheid en gladheid, terwijl hoekig kinematica kenmerkt bewegingspatronen in termen van temporele en ruimtelijke joint en segment hoeken, angular snelheden en interjoint coördinatie. Eindpunt kinematica, zoals verkeer tijd, snelheid en gladheid zijn effectief om vast te leggen van de tekorten en de verbeteringen in de prestaties van de beweging na beroerte6,7,8 en hoekige kinematica Toon of de bewegingen van de gewrichten en het lichaam segmenten zijn optimaal voor een specifieke taak. Kinematica van mensen met een beperking worden vaak vergeleken met verkeer prestaties in individuen zonder bijzondere waardeverminderingen8,9. Eindpunt en hoekige kinematica zijn gecorreleerd op een manier dat een beweging uitgevoerd met effectieve snelheid, gladheid, en precisie goede bewegingscontrole, coördinatie en gebruik van effectieve en optimale bewegingspatronen vergt. Bijvoorbeeld een patiënt met een beroerte die beweegt langzaam meestal ook shows daalde gladheid (toegenomen aantal eenheden van de beweging), verlaag maximale snelheid en kofferbak verplaatsing8verhoogd. Aan de andere kant, misschien verbeteringen in eindpunt kinematica, zoals de snelheid van beweging en de gladheid optreden onafhankelijk van de veranderingen van compenserende verkeer strategieën van romp en arm10. Vaststaat dat Kinematische analyse aanvullende en meer nauwkeurige informatie bevatten kan over hoe de taak is volbracht na een verwonding of ziekte, die op zijn beurt essentieel voor een geïndividualiseerde effectieve behandeling is naar het bereiken van optimale motor herstel 11. Kinematische analyse wordt steeds meer gebruikt in klinische studies voor het beschrijven van de bewegingen in de bovenste extremiteit gehandicapten na beroerte8,9, om te evalueren van de motor herstel7, 12,13 of om te bepalen van de effectiviteit van therapeutische interventies10,14.

Verkeer taken vaak bestudeerd in lijn zijn aan te wijzen en te bereiken, hoewel het gebruik van functionele taken die gebruikmaken van de manipulatie van echte alledaagse voorwerpen1 groeit. Aangezien kinematica van bereiken, is afhankelijk van de experimentele beperkingen zoals de selectie van objecten en het doel van de taak15, is het essentieel om te beoordelen van bewegingen tijdens doelgericht en functionele taken waarin de reële moeilijkheden in iemands dagelijks leven zal nauwer worden weerspiegeld.

Dus, het doel van dit document is bedoeld als een gedetailleerde beschrijving van een eenvoudige gestandaardiseerde protocol voor Kinematische analyse van een doelgerichte en functionele taak, taak, toegepast op personen met een beperking van de bovenste extremiteit in acute en chronische stadia drinken na een herseninfarct. Resultaten van de validatie van dit protocol voor personen met matige en milde beroerte bijzondere waardevermindering zal worden samengevat.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Alle methoden die hier worden beschreven hebben uitgemaakt van de studies die zijn goedgekeurd door de regionale ethische Review Board in Göteborg, Zweden (318-04, 225-08).

1. het opzetten van de Motion Capture System

  1. 4 camera's monteren op de muur ongeveer 1.5-3 m uit de buurt van het gebied van de meting op het hoogtepunt van 1,5 tot 2,5 m geconfronteerd met het gebied van de meting. Een camera monteren op plafond net boven het gebied van de meting (Figuur 1). Start het camerasysteem.
  2. Plaats de L-vorm kalibratie frame op de tafel met de korte as in overeenstemming met de rand van de tafel en de lange as wijst naar voren.
    Opmerking: Het coördinatensysteem wordt gedefinieerd met de X-axes naar voren gericht (anteriorly in het sagittale vlak), y-as geregisseerd lateraal (in het frontale vlak) en z-as naar boven gericht (superiorly, loodrecht op het transversale vlak).
  3. Open de 3D bijhouden en data acquisitie software (Track Manager), kalibratie starten door het selecteren van vangen | Kalibreren, voer de kalibratie-tijd van 30 s en klik op OK.
  4. Verplaats het toverstokje in alle richtingen gedurende de gehele meting gebied (75 × 75 × 65 cm) boven de stoel en de tabel om ervoor te zorgen dat alle 5 camera's de toverstaf in zoveel richtingen als mogelijk16,17 vangen. Na het kalibreren Toon de resultaten op het scherm. Accepteren kalibratie storingswaarden minder dan 0,5 mm.
  5. Onderwerp hebben, dragen een mouwloos top, zitten in een in een hoogte verstelbare stoel met hun rug tegen de chair´s terug, de bovenarm in neutrale geadduceerd positie, de palm van de hand aan de tafel en de pols rust uitgelijnd op de rand van de tabel. Controleer of de knie-, heup- en elleboog hoeken ongeveer 90 zijn °.
  6. Plaats de passieve markeringen van retroreflective met dubbele-plakband op het skelet bezienswaardigheden18 geteste enerzijds (derde gezamenlijke metacarpophalangeal), (styloid proces van de ellepijp) pols, elleboog (laterale epicondylus), rechter en linker schouder (middelste deel van acromion), thorax (bovenste gedeelte van het borstbeen), en voorhoofd (inkeping tussen wenkbrauwen).
  7. Plaats twee markeringen op de cup (bovenste en onderste rand).

2. procedures voor de Motion Capture van de drinken taak

  1. Schakel de hard-plastic kop (diameter van 7 cm, hoogte 9,5 cm) met 100 mL water 30 cm vanaf de rand van de tabel, in de middellijn van het lichaam. De positie van de cup op de tabel is opzettelijk ingeschakeld blijven de taakprestaties natuurlijke en dicht bij de real-life situatie.
  2. Het onderwerp voor het uitvoeren van het drinken van de taak in een comfortabele zelfstudie snelheid door i) bereiken en het grijpen van de cup, ii) opheffing van de cup uit de tabel richting mond, iii) nemen van een drankje (één slokje), iv) het plaatsen van de cup weer op tafel achter een duidelijke lijn (30 cm vanaf het tabblad vragen Le rand), en v) terug te keren naar de oorspronkelijke positie met de hand aan de rand van de tabel.
  3. Ervoor zorgen dat onderwerp de instructies begrijpt en de cup comfortabel met de minder getroffen arm kan bereiken zonder voorover.
  4. Voorafgaande elke opname, zorgen dat de beginpositie (aanvangspositie) klopt, vragen het onderwerp klaar, de opname handmatig te starten en verbale instructie geven "kunt u beginnen nu."
  5. Wanneer het onderwerp is de taak voltooid, stopt de opname handmatig.
  6. Opnemen van vijf proeven met korte pauze tussen elk experiment (ongeveer 30 s), beginnen met het minder getroffen arm.
  7. Controleer dat de data-acquisitie succesvol is geweest (95-100% gegevens voor elke geïdentificeerde marker).
    Opmerking: Marker gegevens automatisch verzonden real-time op de data acquisitie software (Track Manager). Een vooraf gedefinieerde automatische identificatie van de Marker (AIM)-model wordt gebruikt voor automatische identificatie van de markers.
  8. Bij onvolledige gegevens worden aangetroffen, uitvoeren van extra na vaststelling van het probleem en het aanpassen van de vergadering of marker posities om ervoor te zorgen volledige zichtbaarheid van de markers om het verkrijgen van ten minste 3 succesvolle proeven.
    Opmerking: Mogelijke problemen die kunnen optreden zijn dat markeringen af vallen kunnen of ze van de camera's kijkhoek, wat in onvolledige gegevens resulteert zijn geroteerd. Echter, de camera recht en de markeerdraad set-up, zoals gebruikt in dit protocol, produceert gegevensverlies ten gevolge van verschillen slechts in zeer zeldzame gevallen. In totaal duurt de motion capture sessie ongeveer 10-15 min om te voltooien.

3. de gegevensanalyse

  1. Overdracht van de opgenomen gegevens van de Manager van de Track rechtstreeks in Matlab door te klikken op bestand | Exporteren | Rechtstreeks in Matlab.
  2. De Matlab-opdracht bij de opdrachtprompt: (>> werkruimte) om te zien de set Matlab variabelen.
    Opmerking: Toets Matlab variabelen met gegevens die moeten worden gebruikt in de instructies en het creëren van de analyse zijn:
    QTMmeasurements.Frames - het aantal opgenomen frames
    QTMmeasurements.FrameRate - het aantal frames per seconde (240) gevangen
    QTMmeasurements.Trajectories.Labeled.Count - aantal etiketten (10)
    QTMmeasurements.Trajectories.Labeled.Labels - etiketten zoals gedefinieerd in de Track-Manager
    QTMmeasurements.Trajectories.Labeled.Data - meetgegevens in een 3D-array van 10 x 3 x aantal frames, waar voor elk frame en elk etiket de 3 coordinaten zijn opgenomen
  3. In Matlab, filteren de x, y, z-waarden met behulp van de (boter) en (filtfilt) instructies met een 6 Hz tweede-orde Butterworth filter in zowel vooruit en omgekeerde richtingen, geven van een nul-fase vervorming en weer-volgorde filteren.
    Opmerking: voorbeeld
    [b, een] = boter (2, 6/240/2); % Grensfrequentie 6Hz en met betrekking tot ½ sampling-frequentie
    xfiltered = filtfilt (b, a, QTMmeasurements.Trajectories.Labeled(1,1,:));
  4. In Matlab, een programma met de x, y, z-waarden voor elk frame monster en elk etiket te berekenen de kinematische variabelen zoals tangentiële snelheid van de hand, en gezamenlijke hoeken te maken. De kinematische variabelen staan in tabel 2.
  5. In Matlab, maken een programma te breken van de volgorde van de monsters in 5 logische fasen: bereiken, toekomen, vervoer, drinken, vervoer terug en de hand terug te keren naar de oorspronkelijke positie (Figuur 2). Definities voor begin en einde van elke fase zijn toonde in detail in tabel 1.
  6. Gebruik de instructie (perceel) percelen van posities, snelheden, gewrichten hoeken en hoek-hoek diagrammen maken in Matlab.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Het protocol beschreven in dit artikel is toegepast op personen met een beroerte en gezonde controles2,6,8,19,20,21. In totaal hebben kinematische gegevens uit 111 personen met streek- en 55 gezonde controles in verschillende studies zijn geanalyseerd. De waardevermindering van de bovenste extremiteit na beroerte werd omschreven als matig (FMA-UE score 32-57) of milde (FMA-UE score 58-66)8,22,23,24. In gezonde controles, geen significante verschillen werden gevonden tussen de dominante en niet-dominante arm met uitzondering van de piek snelheid en daarom de niet-dominante arm werd gekozen voor vergelijking 2,8. De meerderheid van de gegevens werd binnen een grote longitudinale cohortstudie, de lijn Arm longitudinale studie aan Universiteit van Göteborg (SALGOT), dat bestaat uit een niet-geselecteerde steekproef van 122 personen met een beroerte en impliceert de evaluaties op 3 dagen post verzameld streek- en follow-up op 10 dagen, 4 weken, 3, 6 en 12 maanden25.

Kortom tonen onze resultaten aan dat het protocol haalbaar in klinische instellingen, is aangezien een groot aantal patiënten zo spoedig 3 dagen na beroerte op de acute ziekenhuizen stroke unit werden getest. Haalbaarheid werd ook bewezen door het feit dat twee ervaren fysiotherapeuten beheerd te kalibreren en te gebruiken de bewegingssysteem vastleggen op dagelijkse basis zonder enige grotere technische problemen (geen steun van de aanbieders van het systeem nodig was gedurende de drie jaar gegevens collectie). De kwaliteit van de gegevens was goed en de voorgeprogrammeerde automatische procedures voor analyses kunnen over het algemeen worden toegepast. Alleen in enkele opnames, de fasen waren niet correct is gedetecteerd, vaak als gevolg van de extra bewegingen in het begin/einde van de beweging, of wanneer de snelheid van de beweging extreem lage bij patiënten met een ernstige beperking was. In deze gevallen werden de extra proeven vaak gebruikt na een handmatige inspectie van de uitgezette gegevens. Het testprotocol aangetoond een goede consistentie in test-hertest bij gezonde personen en voorzien van duidelijke en nauwkeurige resultaten19.

De bewegingen in elke fase van de drinken taak en voor de gehele taak zijn langzamer (tabel 3) bij mensen met een beroerte, hoewel het relatieve tijd doorbrengen elke fase is vergelijkbaar met de besturingselementen21. Ook de tangentiële zowel hoekige snelheden zijn lager in mensen met slag in vergelijking met gezonde controles (tabel 3). De piek snelheid vond plaats ongeveer in 38% van de totale tijd in lijn te bereiken en een 46% in besturingselementen, wat betekent dat de vertraging fase werd verlengd in lijn. Dit geeft aan dat personen met een beroerte moeten meer vertrouwen op de controle van verplaatsingen aangedreven tijdens de tweede helft van het bereiken van feedback.

De profielen van de snelheid bij mensen met een beroerte zijn gesegmenteerd en tonen meerdere pieken, die wordt weerspiegeld in het hoge aantal de beweging eenheden (NMU). De gemiddelde waarde voor de NMU is aanzienlijk groter in individuen met lijn ten opzichte van besturingselementen. Personen met een beroerte bereiken de cup met een meer gebogen elleboog (minder elleboog extensie) en met de schouder meer ontvoerd terwijl drinken in vergelijking met de gezonde deelnemers, waarin de compenserende bewegingspatroon in lijn. Hoewel het glas was gepositioneerd binnen het bereik van de arm, personen met een beroerte leunen toekomen (trunk verplaatsing) ongeveer 8 cm in vergelijking tot 3 cm in besturingselementen tijdens het uitvoeren van de taak van het drinken. Verminderde interjoint coördinatie tussen schouder en elleboog in het bereiken van gemeenschappelijke werd alleen waargenomen bij personen met hogere mate van waardevermindering (gematigde lijn) in vergelijking met besturingselementen. De exacte waarden voor kinematica en de omvang van de effect grootte voor alle groepen worden weergegeven in tabel 3.

De analyse van construct validiteit van kinematische variabelen uit het drinken van taak bleek dat verplaatsingen na de beroerte kan worden beschreven met twee belangrijke factoren, de end-point kinematica en de kinematica beschrijven hoekige verkeer patronen8. Over het geheel genomen vijf maatregelen (beweging tijd piek snelheid, aantal eenheden van het verkeer, piek hoeksnelheid van het ellebooggewricht en kofferbak verplaatsing) uitgelegd 86% van de variantie in de kinematische gegevens8. Deze resultaten zijn in overeenstemming met de gelijktijdige geldigheid analyses, in welke drie kinematische variabelen, beweging tijd (MT), verkeer gladheid (NMU) en romp verplaatsing (TD), samen uitgelegd 67% van de totale variantie in scores van klinische evaluaties zoals beoordeeld met actie onderzoek Arm testen van20. De discriminerende geldigheid tussen groepen met lichte en matige arm waardevermindering na een herseninfarct en besturingselementen was goed voor de meerderheid van de kinematica, maar het grootste effect maten stonden bekend om de gladheid, de volledige verplaatsing tijd, de hoeksnelheid van de piek van de elleboog (PAVE) en boomstam verplaatsing (tabel 3)8. Abductie van de schouder tijdens het drinken is ook discriminatoire tussen gematigde en milde beroerte groepen. Bovendien, dezelfde vier kinematische variabelen: MT, NMU, PAVE en TD aangetoond effectief te zijn in het opsporen van echte klinische verbetering gedurende de eerste 3 maanden na de beroerte6. Dus, kan worden geconcludeerd dat deze vier kinematische variabelen (MT, NMU, EFFENEN, TD) betrouwbaar, geldig en gevoelig voor veranderingen (responsive) voor de beoordeling van de bovenste extremiteit functie en activiteit na een herseninfarct zijn.

Figure 1
Figuur 1: de 5-camera beweging vastleggen systeem dat is opgezet om te drinken taak. Van elke camera, infra-rood lichtflitsen bereiken retro-reflecterende markeringen en reproduceren van de 2D positie van de markering in de beeldsensor van de camera's met hoge ruimtelijke resolutie en nauwkeurigheid in real-time. De 3D-coördinaten van de markering worden gemaakt wanneer twee camera's dezelfde markering vanuit twee verschillende hoeken aan het bekijken bent. Vier camera's zijn gemonteerd op de muren rond het testen gebied naar iets beneden op ongeveer 2 m afstand en een camera is gemonteerd naar beneden uit het plafond boven het gebied van de meting. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 2
Figuur 2: vertegenwoordiger snelheid profielen voor een gezonde controle (A) en een individu met matige lijn bijzondere waardevermindering (B). De fasen van de drinken taak worden weergegeven. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Fasenaam Start Ontdekt door Einde Ontdekt door
Bereiken
(inclusief grijpen)
Hand beweging begint De hand marker snelheid groter is dan 2% van de piek snelheid (searched achterwaarts vanaf de piek snelheid); Als deze waarde hoger dan 20mm/s is wordt het begin achterwaarts naar een punt waar de snelheid niet kleiner is of gelijk is aan 20 mm/s bijgehouden Hand begint te bewegen richting de mond met het glas Snelheid van het glas meer dan 15 mm/s
Voorwaartse vervoer
(glas naar mond)
Hand begint te bewegen richting de mond met het glas Snelheid van het glas meer dan 15 mm/s Drinken begint Afstand tussen de markering gezicht en glas lager is dan 15% van de steady-state * tijdens het drinken
Drinken Drinken begint Afstand tussen de markering gezicht en glas lager is dan 15% van de steady-state tijdens het drinken Drinken van uiteinden Afstand tussen het gezicht en glas marker groter is dan 15% van de steady-state tijdens het drinken
Vervoer terug (glas aan tafel, inclusief release van greep) Hand begint te bewegen om het glas terug naar tabel Afstand tussen het gezicht en glas marker groter is dan 15% van de steady-state tijdens het drinken Hand releases van het glas en begint terug te gaan naar de aanvangspositie Snelheid van het glas onder 10 mm/s
Terug te keren
(hand terug in oorspronkelijke positie)
Hand releases van het glas en begint terug te gaan naar de aanvangspositie Snelheid van het glas onder 10 mm/s Hand rust in de aanvangspositie Hand marker snelheid keerde terug naar 2% van de piek snelheid
* Steady state in de drinken fase geeft een gemiddelde waarde van de 100 frames rond de kortste afstand tussen de markering gezicht en glas

Tabel 1: Fase definities voor het begin en einde van elke fase van de drinken taak.

Variabele Specificatie
Eindpunt kinematica Berekend op basis van de hand-markering
Tijd van de beweging, s Berekend voor elke fase en als volledige verplaatsing tijd voor de gehele taak; definities voor start- en stoptijd vindt u in tabel 1
Piek tangentiële snelheid, mm/s Berekend voor het bereiken van de fase, combineert zowel arm als slurf verkeer
Tijd om piek hand snelheid, s % Absolute en relatieve waarden voor bereiken, characteraizes verkeer strategie (versnelling en vertraging keer)
Tijd om de eerste snelheid piek, s % Absolute en relatieve waarden voor bereiken, characteraizes de eerste beweging inspanning
Aantal eenheden van de beweging, n Terug berekend om te bereiken, naar voren vervoer, transport en terugkerende fase. Één beweging eenheid wordt gedefinieerd als een verschil tussen een lokaal minimum en de volgende waarde van de maximale snelheid die hoger is dan de limiet van de amplitude van 20 mm/s, en de tijd tussen twee opeenvolgende pieken moet worden ten minste 150 ms. de minimumwaarde voor het drinken van taak is 4 , ten minste één eenheid per fase van de beweging. Deze pieken weerspiegelen repetitieve versnelling en vertraging tijdens het bereiken en komen overeen met de vloeiendheid van beweging en efficiëntie.
Hoekige kinematica, graden Berekend voor schouder en elleboog gezamenlijke
Extensie van de elleboog Minimale hoek van elleboog flexie gedetecteerd in de bereiken fase wordt bepaald door de hoek tussen de vectoren die toetreding tot de elleboog en pols markers en de elleboog en schouder markers
Abductie van de schouder Maximale hoek in het frontale vlak gedetecteerd tijdens bereiken en drinken fase, respectievelijk; bepaald door de hoek tussen de vectoren die lid worden van de schouder en elleboog markers en de verticale vector van de markering van de schouder naar de heup
Flexie van de schouder Maximale hoek in het sagittale vlak gedetecteerd tijdens bereiken en drinken, respectievelijk; bepaald door de hoek tussen de vectoren die lid worden van de schouder en elleboog markers en de verticale vector van de markering van de schouder naar de heup
Piek hoeksnelheid van de elleboog gezamenlijke, graden/s Piek snelheid van de extensie van de elleboog gedetecteerd tijdens de bereiken fase
Interjoint coördinatie, r Temporele cross-correlatie van nul tijdspanne tussen de schouder flexie en elleboog uitbreiding tijdens de bereiken fase. Van een Pearson correlatiecoëfficiënt dichter op 1 geeft sterkere correlatie en geeft aan dat de gezamenlijke ontwerpresolutie van de twee gewrichten wordt strak gekoppeld.
Kofferbak ontheemd, mm Maximale verplaatsing van de markering van de thorax van de aanvangspositie tijdens de gehele drinken taak

Tabel 2: Definities van kinematische variabelen gebruikt in studies in de representatieve resultaten gepresenteerd.

Kinematische variabelen, betekenen (SD) Gezonde Beroerte Effect grootte (gezonde vs beroerte) Milde
beroerte
Effect grootte
(gezonde vs lichte beroerte)
Gematigde lijn Effect grootte
(milde beroerte vs gematigde lijn)
Eindpunt kinematica
Volledige verplaatsing tijd, s 6,49 (0.83) 11.4 (3.1) 0.54* 9.30 uur (1,68) 0.46* 13.3 (2.9) 0.44*
Nummer beweging eenheden, (gladheid), n 2.3 (0.3) 8.4 (4.2) 0.54* 5.4 (2.1) 0.42* 11.1 (3.6) 0.50*
Piek snelheid te bereiken, mm/s 616 (93,8) 431 (82,7) 0.54* 471 (87,7) 0.37* 395 (62.0) 0.22*
Piek hoeksnelheid elleboog in reach, ° /s 121.8 (25,3) 64,9 (20,5) 0.62* 78.0 (19.3) 0.57* 53,3 (13,6) 0.38*
Tijd om piek snelheid te bereiken, % 46.0 (6,9) 38.4 (8.6) 0.20* 39,5 (8.7) 0.15* 37,5 (8,8) 0,01
Tijd tot eerste piek bereiken, % 42,5 (6,9) 27.1 (12.2) 0.39* 33,0 (9,9) 0.25* 21,8 (11,9) 0.22*
Hoekige manueeltherapeutisch
De extensie van de elleboog in reach-naar-greep, graad 53,5 (7,8) 64.1 (11,5) 0.24* 60,5 (10.4) 0.13 67,2 (11,9) 0.09
Schouder ontvoering in drinken, graad 30.1 (10.1) 47.6 (14,9) 0.33* 37.2 (5.3) 0,07 57,1 (14,5) 0.47*
Kofferbak ontheemd, mm 26,7 (16.8) 77.2 (48,6) 0.34* 50,1 (22,9) 0.26* 101,7 (53,4) 0.30*
Interjoint coördinatie, 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; Effect grootte statistieken worden berekend zoals eta kwadraat, η2

Tabel 3: kinematische variabelen voor personen met een beroerte, voor subgroepen van gematigde en milde bovenste extremiteit waardevermindering samen met gezonde controles. Effect maten voor discriminatie tussen groepen boven 0,4 (zeer groot effect) zijn vet gemarkeerd.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Het protocol kan met succes worden gebruikt te kwantificeren van de beweging prestaties en kwaliteit bij personen met gematigde en milde bovenste extremiteit sensomotorische bijzondere waardeverminderingen in alle stadia na een herseninfarct. De haalbaarheid van dit protocol is bewezen in een klinische omgeving zo vroeg als 3 dagen slag post, en toonde aan dat het systeem kan worden gebruikt door opgeleide gezondheidswerker zonder specifieke technische kwalificaties. Technische expertise is, echter nodig om te creëren en ontwikkelen van een programma voor gegevensanalyse. Vanuit dit oogpunt is de bovenste extremiteit-motion-video vastleggen verschilt van ganganalyse, waarin kant en klare analyse's worden over het algemeen rechtstreeks geleverd door de fabrikanten. In het dagelijks leven, kunnen armen en handen worden gebruikt in allerlei verschillende taken met betrekking tot manipulatie en interactie met ander object in verschillende grootten, locaties en mogelijkheden. Dit maakt elke set-up uniek. Verdere, verschillende doelstellingen en beperkingen van de taak zal ook invloed op het kinematische resultaat, aangezien de bewegingen zijn zeer taakspecifieke. In de toekomst moet meer worden gedaan aan het maken van een gestandaardiseerd protocol voor Kinematische analyse van de fundamentele taken, zoals drinken, eten, nemen van hand naar de mond, en bimanual object manipulatie, waardoor een betere vergelijking van de resultaten tussen verschillende studies.

Gebaseerd op onze vroege ervaringen, met een 3-camera opname systeem, waarin het probleem met segmentaties en lacunes werd waargenomen, kan er worden gesuggereerd dat een 5-camera systeem dat toelaat verschillende posities voor camera's (en één boven het gebied van de meting) optimaal voor de analyse van de bovenste extremiteit. Voor een klinisch haalbaar meting kan set-up, een eenvoudige set-up met beperkt aantal markeringen en vereenvoudigde analyse, zoals beschreven in dit protocol worden bepleit. Wanneer de beoordeling van verkeer prestatie en kwaliteit wil volgen patiënten herstel, voorspelling van toekomstige resultaten, selecteer optimale behandelingsopties of de doeltreffendheid van behandeling en rehabilitatie interventies, een eenvoudige, makkelijk te gebruiken methode zou volstaan. Aan de andere kant, zou een meer uitgebreide biomechanische analyse met behulp van cluster gebaseerde markeringen nodig zijn voor de meer gedetailleerde modellering, met name wanneer de axiale gezamenlijke rotaties en schouder complex zijn van belang.

Toegenomen klinische gebruik van Kinematische analyse wordt bepleit door veel onderzoek op het gebied van de neurologie en stroke revalidatie. Objectieve en geldige methoden voor evaluatie van de motorische functie tijdens natuurlijke activiteiten en taken zijn van groot belang tussen clinici en onderzoekers. Een recente consensus papier raadt u aan kinematische maatregelen in toekomstige lijn proeven naast met klinische evaluaties onderscheid maken tussen echte herstel en compensatie11. Uitdagingen blijven al, om te bepalen van een kernset van kinematische resultaten en taken voor opname in proeven en aan het bevorderen van bredere samenwerking tussen onderzoekers te bereiken consensus11. De huidige 3D motion capture protocol samen met gepubliceerde validatieonderzoek van dit protocol kunnen een stap in die richting.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgements

Speciale dank aan Bo Johnels, Nasser Hosseini, Roy Tranberg en Patrik Almström voor hulp bij de inleiding van dit project. De gegevens van het onderzoek gepresenteerd in dit protocol werd verzameld in het universiteitsziekenhuis van 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