Kinematiske analyse ved hjælp af 3D Motion Capture af drikke opgave i mennesker med og uden øvre ekstremiteter funktionsnedsættelse

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

Denne protokol beskriver en objektiv metode til at vurdere bevægelse ydeevne og sensorimotor funktion af øvre ekstremiteter anvendes til personer med slagtilfælde og raske kontrolpersoner. En standardiseret procedure, kinematiske analyse og resultatet variabler for tre-dimensionelle motion capture af drikke opgave leveres.

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

Kinematiske analyse er en kraftfuld metode til objektiv vurdering af øvre ekstremiteter bevægelser i en tre-dimensionelle (3D) rum. Tre-dimensionelle motion capture med en optoelektroniske kamerasystem betragtes som golden standard for kinematiske bevægelse analyse og bruges i stigende grad som resultat foranstaltning til at evaluere bevægelse ydeevne og kvalitet efter en skade eller sygdom der involverer øvre ekstremiteter bevægelser. I denne artikel beskrives en standardiseret protokol for kinematiske analyse af drikke opgave anvendes hos personer med øvre ekstremiteter funktionshæmninger efter slagtilfælde. De drikker opgave omfatter at nå, gribe og løfte en kop fra en tabel til at tage en drink, placere cup tilbage, og flytter hånden tilbage til kanten af bordet. Siddende stilling er standardiseret til den enkeltes kropsstørrelse og opgaven er udført i en komfortabel selvstyrede hastighed og kompensatoriske bevægelser er ikke begrænset. Hensigten er at holde opgaven naturlige og tæt på en virkelige liv situation til at forbedre den økologiske gyldighedsperioden for protokollen. En 5-kamera motion capture system bruges til at samle 3D koordinere positioner fra 9 Retrorefleksions markører placeret på anatomiske landemærker i arm, trunk og ansigt. En enkel enkelt markør placering bruges til at sikre muligheden for protokollen i klinisk indstillinger. Skræddersyede Matlab software giver automatisk og hurtigt analyser af bevægelse data. Tidsmæssige kinematik bevægelse tid, hastighed, peak hastighed, tidspunktet for peak hastighed og glathed (antal bevægelse enheder) sammen med rumlige kantede kinematik af skulder og albue fælles samt trunk bevægelser er beregnet. De drikker opgave er en gyldig vurdering for personer med moderat og mild øvre ekstremiteter værdiforringelse. Konstruktion, diskriminerende og samtidige gyldighed samt lydhørhed (sensitivity til at ændre) er der etableret med de kinematiske variabler fra drikke opgaven.

Introduction

Kinematiske analyse beskriver bevægelser af kroppen gennem rum og tid, herunder lineær og kantede forskydninger, hastigheder og accelerationer. Optoelektroniske motion capture systemer bruger flere højhastigheds kameraer, der enten sende infrarød lys signaler til at fange refleksioner fra passiv markører placeret på kroppen eller overføre bevægelse data fra aktive markører indeholdende infrarød lysdioder. Disse systemer betragtes som guldstandarden for erhvervelse af kinematiske data1. Disse systemer er værdsat for deres høj præcision og fleksibilitet i målinger af forskelligartede opgaver. Kinematiske foranstaltninger har vist sig for at være effektive til at opfange mindre forandringer i bevægelse ydeevne og kvalitet, der kan være uopdaget med traditionelle kliniske skalaer2,3. Det er blevet foreslået, at kinematik bør anvendes til sondring mellem sande recovery (genoprettelse af premorbid bevægelse karakteristika) og anvendelse af kompenserende (alternative) bevægelsesmønstre under udførelsen af en opgave4, 5.

Øvre ekstremiteter bevægelser kan kvantificeres ved hjælp af end-point kinematik, generelt fremstillet af en hånd markør, og kantede kinematik fra leddene og segmenter (dvs., trunk). End-Point Kinematik indeholder oplysninger om baner, hastighed, temporale bevægelse strategier, præcision, rethed og glathed, mens kantede kinematik karakterisere bevægelsesmønstre tidsmæssige og rumlige joint og segment vinkler, kantede hastigheder, og interjoint koordinering. End-Point Kinematik, såsom bevægelse tid, hastighed og glathed er effektiv til at fange underskud og forbedringer i bevægelse ydeevne efter slagtilfælde6,7,8 og kantede kinematik Vis om de bevægelser af leddene og krop segmenter er optimal for en bestemt opgave. Kinematik fra mennesker med funktionsnedsættelser er ofte sammenlignet med bevægelse ydeevne i personer uden funktionsnedsættelse8,9. End-point og kantede kinematik er korreleret på en måde, at en bevægelse udføres med effektiv hastigheden, glathed, og præcision vil kræve god bevægelseskontrol, koordinering og brug af effektive og optimale bevægelsesmønstre. For eksempel, en patient med apopleksi, der bevæger sig langsomt normalt viser faldt også glathed (øget antal bevægelse enheder), lavere maksimale hastighed, og øget trunk forskydning8. På den anden side kan forbedringer i slutpunkt kinematik, såsom bevægelse hastighed og jævnhed opstå uafhængigt af ændringer af kompenserende bevægelse strategier af stammen og arm10. Det er blevet fastslået, at kinematiske analyse kan fastsætte yderligere og mere præcise oplysninger om, hvordan opgaven udføres efter en skade eller sygdom, som igen er afgørende for en individualiseret effektiv behandling at nå optimale motor opsving 11. kinematiske analyse er i stigende grad anvendes i kliniske studier til at beskrive bevægelser hos mennesker med øvre ekstremiteter funktionshæmninger efter slagtilfælde8,9, for at evaluere motor opsving7, 12,13 eller at bestemme effektiviteten af terapeutiske indgreb10,14.

Bevægelse opgaver ofte studerede i slagtilfælde peger og nå, selv om brugen af funktionelle opgaver, at indarbejde manipulation af virkelige dagligdags genstande stiger1. Da kinematik for at nå afhængige af de eksperimentelle begrænsninger såsom udvælgelse af objekter og målet med opgaven15, er det vigtigt at vurdere bevægelser under målrettet og funktionelle opgaver, hvor de virkelige vanskeligheder i individets daglige liv vil blive afspejlet nærmere.

Formålet med dette dokument er således at give en detaljeret beskrivelse af en simpel standardiseret protokol, der bruges til kinematiske analyse af en målrettet og funktionelle opgave, drikke opgave, anvendes til personer med øvre ekstremiteter funktionshæmninger i akut og kronisk stadier efter slagtilfælde. Resultater fra validering af denne protokol for personer med moderat og mild slagtilfælde værdiforringelse opsummeres.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Alle metoder, der beskrives her har været en del af de undersøgelser, der er godkendt af den regionale etiske Review Board i Göteborg, Sverige (318-04, 225-08).

1. opsætning af Motion Capture System

  1. Montere 4 kameraer på væggen ca 1,5-3 m væk fra området måling på højden af 1,5-2,5 m vender området måling. Montere et kamera på loftet lige over området måling (figur 1). Start kamerasystem.
  2. Placere L-form kalibrering ramme på bordet med den korte akse i overensstemmelse med kanten af bordet og den lange akse peger fremad.
    Bemærk: Koordinatsystemet er defineret med X-axes rettet fremad (anteriorly i sagittale flyet), y-aksen instrueret lateralt (i det frontale plan) og z-aksen rettet opad (overlegent, vinkelret på den tværgående plan).
  3. Åbn den 3D tracking og data erhvervelse software (spor Manager), starter kalibrering ved at vælge fange | Kalibrere, Angiv kalibrering tidspunktet for 30 s og klik OK.
  4. Flytte stav i alle retninger i hele området hele måling (75 × 75 × 65 cm) over stol og bord til at sikre, at alle 5 kameraer capture wand i så mange retningslinjer som mulig16,17. Efter kalibrering vises resultaterne på skærmen. Acceptere kalibrering residualer under 0,5 mm.
  5. Har emnet, iført en ærmeløs top, sidde en i en højde justerbar stol med ryggen mod chair´s tilbage, overarm i adduceret frigear, hule hånd hvile på bordet og håndleddet justeret til kanten af bordet. Kontrollér, knæ, hofte og albue vinkler er ca 90°.
  6. Sted Retrorefleksions passiv markører med dobbelt-klæbende tape på skelet vartegn18 på den testede hånd (tredje metacarpophalangeal fælles), håndled (styloid proces af ulna), albue (lateral epicondyle), højre og venstre skulder (midterste del af acromion), thorax (øverste del af sternum) og pande (notch mellem øjenbryn).
  7. Placer to markører på cup (øvre og nedre kant).

2. procedurer for Motion fange drikke opgavens

  1. Sted i hård plast kop (diameter 7 cm, højde 9,5 cm) med 100 mL vand 30 cm fra bordkanten, i midterlinjen af kroppen. Placeringen af kop på bordet er valgt bevidst at holde opgave ydeevne, naturlige og virkelige liv situation.
  2. Spørg emne til at udføre de drikke opgave i en komfortabel selvstyrede hastighed ved jeg) at nå og fatte kop, ii) løfte cup fra tabellen mod munden, iii) tager en drink (én sip), iv) placere cup tilbage på bordet bag en markant linje (30 cm fra fanen Le kant), og v) vender tilbage til den oprindelige position med hånden på kanten af bordet.
  3. Sikre at emnet forstår instruktionerne og kan nå kop komfortabelt med mindre-ramte arm uden lænede sig frem.
  4. Før hver optagelse, sikre at startposition (udgangsstilling) er korrekte, spørger emne at være klar, starte fange manuelt og give verbal instruktion "du kan starte nu."
  5. Når emnet afsluttes opgaven, stoppe optagelsen manuelt.
  6. Registrere fem forsøg med kort pause mellem hvert forsøg (ca. 30 s), startende med den mindre-ramte arm.
  7. Kontroller, at dataopsamling har været vellykket (95-100% data for hver identificerede markør).
    Bemærk: Markør data overføres automatisk i real-time data erhvervelse software (spor Manager). En pre-defineret automatiske markør identifikation (AIM) model bruges til automatisk identifikation af markører.
  8. Når ufuldstændige data registreres, skal du udføre ekstra forsøg efter at identificere problemet og justere de siddende eller markør positioner for at sikre fuld synlighed af markører for at indhente mindst 3 succesfulde forsøg.
    Bemærk: Mulige problemer, der kan opstå, er at markører kan falde eller de er tilstoppet fra kameraerne betragtningsvinkel, hvilket resulterer i ufuldstændige data. Men kamera og markør set-up, som anvendes i denne protokol, producerer datatab på grund af mangler kun i meget sjældne tilfælde. I alt tager motion capture session ca. 10-15 min. at udfylde.

3. dataanalyse

  1. Overføre de registrerede data fra spor Manager direkte ind i Matlab ved at klikke på fil | Eksportere | Direkte ind i Matlab.
  2. Bruge Matlab kommando ved kommandoprompten: (>> arbejdsområde) at se sæt af Matlab variabler.
    Bemærk: Nøglen Matlab variabler indeholdende data skal anvendes i vejledningen og i oprettelse af analysen er:
    QTMmeasurements.Frames - hvor mange frames fanget
    QTMmeasurements.FrameRate - hvor mange frames fanget pr. sekund (240)
    QTMmeasurements.Trajectories.Labeled.Count - antal etiketter (10)
    QTMmeasurements.Trajectories.Labeled.Labels - etiketter som defineret i spor Manager
    QTMmeasurements.Trajectories.Labeled.Data - måling data i et 3D matrix af 10 x 3 x antal rammer, hvor hvert billede og hver etiket 3 koordinaterne er indspillet
  3. I Matlab, filtrere x, y, z-værdier ved hjælp af (smør) og (filtfilt) instruktioner med en 6 Hz anden-ordens Butterworth filtrere i både fremad og omvendt retninger, giver en nul-fase forvrængning og frem-ordre filtrering.
    Bemærk: eksempel
    [b, en] = smør (2, 6/240/2); % Cutoff frekvens 6Hz og med hensyn til ½ sampling hyppighed
    xfiltered = filtfilt (b, a, QTMmeasurements.Trajectories.Labeled(1,1,:));
  4. I Matlab, oprette et program til at bruge x, y, z-værdier for hver frame prøve og hver etiket til at beregne de kinematiske variabler såsom tangential hastighed i hånd, og fælles vinkler. De kinematiske variabler er vist i tabel 2.
  5. I Matlab, oprette et program til at bryde sekvensen af prøver i 5 logiske faser: Nå, videresende transport, drikke, tilbage transport og returnere hånden til den oprindelige position (figur 2). Definitioner for starten og slutningen af hver fase er viste i enkeltheder i tabel 1.
  6. I Matlab, skal du bruge (plot) instruktion til at oprette afbildninger af positioner, hastigheder, leddene vinkler, og vinkel-vinkel diagrammer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Den protokol, der er beskrevet i denne artikel er blevet anvendt til personer med slagtilfælde og raske kontrolpersoner2,6,8,19,20,21. I alt har været analyseret kinematiske data fra 111 personer med slagtilfælde og 55 raske kontrolpersoner i forskellige undersøgelser. Øvre ekstremiteter er krænket efter slagtilfælde var defineret som moderat (FMA-UE score 32-57) eller mild (FMA-UE score 58-66)8,22,23,24. I raske kontrolpersoner, fandtes ingen væsentlige forskelle mellem den dominerende og ikke-dominerende arm bortset fra peak hastighed og derfor ikke-dominerende arm blev valgt til sammenligning 2,8. Fleste af data blev indsamlet inden for et stort langsgående kohorteundersøgelse, slagtilfælde Arm langsgående undersøgelsen ved universitetet i Göteborg (SALGOT), som indeholder en ikke-valgte udsnit af 122 personer med apopleksi og omfatter vurderinger på 3 dage post slagtilfælde og følge op på 10 dage, 4 uger, 3, 6 og 12 måneder25.

I Resumé viser vores resultater, at protokollen er muligt i klinisk indstillinger, da et stort antal patienter blev testet så tidligt som 3 dage efter slagtilfælde på akut hospitaler slagtilfælde enhed. Gennemførlighed blev også bevist af den omstændighed, at to erfarne fysioterapeuter formået at kalibrere og bruger motion capture system på daglig basis uden større tekniske problemer (ingen støtte fra system leverandører var nødvendigt i 3 år af data samling). Datakvaliteten var god og de forprogrammerede automatiske procedurer for analyser kunne generelt blive anvendt. Kun i få optagelser, blev faserne ikke registreret korrekt, ofte på grund af de ekstra bevægelser i begyndelsen/slutningen af bevægelsen, eller når bevægelse hastighed var yderst lavt i patienter med mere alvorlige funktionsnedsættelser. I disse tilfælde anvendtes de ekstra forsøg ofte efter en manuel kontrol af de plottede data. Forsøgsprotokollen demonstreret en god konsistens i test-retest hos raske personer og leveres klare og præcise resultater19.

Bevægelser i alle faser af opgaven drikke og for hele opgaven er langsommere (tabel 3) i mennesker med slagtilfælde, selv om den relative tid tilbringer i hver fase svarer til kontrolelementerne21. Tilsvarende er tangential og kantede hastigheder lavere hos personer med apopleksi sammenlignet med raske kontrolpersoner (tabel 3). Peak hastighed opstod ca på 38% af det samlede antal nåede tid i streg og en 46% i kontrol, hvilket betyder at deceleration fasen blev forlænget i streg. Dette indikerer, at individer med slagtilfælde nødt til at stole mere på feedback drevet bevægelseskontrol i anden halvdel af at nå.

Velocity profiler i mennesker med slagtilfælde er segmenteret og vise flere toppe, hvilket afspejles i det høje antal bevægelse enheder (NMU). Middelværdien for NMU er betydeligt større hos personer med slagtilfælde i forhold til kontrol. Personer med apopleksi nå kop med en mere bøjet albue (mindre albue udvidelse) og med skulderen mere bortført mens drikke i forhold til de raske deltagere, som afspejler den kompenserende bevægelse mønster i streg. Selvom glasset var placeret inden for arm rækkevidde, personer med slagtilfælde læne sig fremad (trunk forskydning) ca. 8 cm i forhold til 3 cm i kontrolelementer, mens de udfører opgaven drikke. Nedsat interjoint koordinering mellem skulder og albue fælles nå var kun observeret hos personer med højere grad af værdiforringelse (moderat slagtilfælde) i forhold til kontrol. De nøjagtige værdier for kinematik og omfanget af effekten størrelser for alle grupper er vist i tabel 3.

Analysen af construct gyldigheden af kinematiske variabler fra at drikke opgave viste, at bevægelser efter slagtilfælde kan beskrives med to hovedfaktorer, end-point kinematik og kinematik beskriver vinkelløft mønstre8. I alt forklarede fem foranstaltninger (bevægelse tid, peak hastighed, antallet af enheder, bevægelse, peak vinkelhastighed af albueleddet og trunk forskydning) 86% af variansen i kinematiske data8. Disse resultater er i overensstemmelse med samtidige gyldighed analyser, i hvilke tre kinematiske variabler, bevægelse tid (MT), bevægelse glathed (NMU) og trunk deplacement (TD), sammen forklaret 67% af den samlede afvigelse i snesevis af kliniske vurderinger, der vurderes med Action forskning Arm Test20. Diskriminerende gyldighed mellem grupper med mild og moderat arm nyrefunktion efter slagtilfælde og kontrol var godt for størstedelen af kinematik, men de største effekt størrelser blev bemærket for glathed, samlede bevægelse tid, peak vinkelhastighed af albue (bane) og trunk deplacement (tabel 3)8. Skulder bortførelse under drikke er også diskriminerende mellem moderat og mild slagtilfælde grupper. Derudover har de samme fire kinematiske variabler: MT, NMU, bane og TD vist sig for at være effektiv til at opdage ægte klinisk forbedring i de første 3 måneder efter slagtilfælde6. Det kan således konkluderes, at disse fire kinematiske variabler (MT, NMU, bane, TD) er pålidelige, gyldig og følsom over for ændringer (lydhør) til vurdering af øvre ende funktion og aktivitet efter slagtilfælde.

Figure 1
Figur 1: 5-kamera motion capture system set-up for drikke opgave. Fra hvert kamera, infra-røde lys blinker nå retro-reflekterende markører og reproducere 2D positionen for markør i kameraer billedsensor med høj rumlige opløsning og nøjagtighed i realtid. 3D-koordinater markør er lavet, når to kameraer ser den samme markør fra to forskellige vinkler. Fire kameraer er monteret på væggene omkring området test vender lidt nedad i ca 2 m afstand og et kamera er monteret vender nedad fra loftet over området måling. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2: repræsentative velocity profiler for en sund kontrol (A) og en person med moderat slagtilfælde værdiforringelse (B). Faser af opgaven drikke er vist. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Fasenavn Start Opdaget af Udgangen Opdaget af
At nå
(omfatter fatte)
Bevægelse hånd begynder Hånd markør velocity overstiger 2% af peak hastighed (søgte tilbage fra peak hastighed); Hvis denne værdi er højere end 20mm/s spores start tilbage til et punkt, hvor hastigheden ikke er mindre eller lig med 20 mm/s Hånd begynder at bevæge sig mod munden med glas Hastigheden af glasset overstiger 15 mm/s
Fremad transport
(glas til mund)
Hånd begynder at bevæge sig mod munden med glas Hastigheden af glasset overstiger 15 mm/s Drikke begynder Afstanden mellem ansigt og glas markør er under 15% af steady state * under drikke
Drikke Drikke begynder Afstanden mellem ansigt og glas markør er under 15% af steady state under drikke Drikke ender Afstanden mellem ansigt og glas markør overstiger 15% af steady state under drikke
Tilbage transport (glas til tabel, omfatter frigivelse af greb) Hånd begynder at bevæge til at sætte glasset tilbage til tabel Afstanden mellem ansigt og glas markør overstiger 15% af steady state under drikke Hånd frigiver glasset og begynder at flytte tilbage til udgangsstilling Hastigheden af glas under 10 mm/s
Vender tilbage
(hånd tilbage til udgangsstilling)
Hånd frigiver glasset og begynder at flytte tilbage til udgangsstilling Hastigheden af glas under 10 mm/s Hånd hviler i første position Hånd markør velocity vendte tilbage til 2% af den maksimale hastighed
* Steady state i fasen for drikke angiver en gennemsnit værdi af 100 rammer omkring den korteste afstand mellem ansigt og glas markør

Tabel 1: Fase definitioner for starten og slutningen af hver fase af drikke opgaven.

Variabel Specifikation
End-Point Kinematik Beregnet ud fra hånd markør
Bevægelse tid, s Beregnes for hver fase, og som samlede bevægelse tid for hele opgaven; definitioner for start og stop findes i tabel 1
Peak tangential hastighed, mm/s Beregnet for at nå fase, kombinerer både arm og krop bevægelse
Tid til peak hånd hastighed, s % Absolutte og relative værdier for nå, characteraizes bevægelse strategi (acceleration og deceleration tid)
Tid til første velocity peak, s % Absolutte og relative værdier for nå, characteraizes den første bevægelse indsats
Antal bevægelse enheder, n Beregnet for at nå frem transport, tilbage transport og tilbagevendende fase. Én bevægelse enhed defineres som en forskel mellem et lokalt minimum og næste maksimale hastighed værdi, der overstiger grænsen på amplitude af 20 mm/s, og tiden mellem to efterfølgende toppe skal være mindst 150 ms. minimumværdien for drikke opgave er 4 , mindst én enhed pr. bevægelse fase. Disse toppe afspejle gentagne acceleration og deceleration ved at nå og svare til bevægelse udjævningen og effektivitet.
Kantede kinematik, grader Beregnet for skulder og albue fælles
Albue forlængelse Mindste vinkel albue fleksion opdaget i den omfattende fase, afhænger af vinklen mellem vektorerne sammenføjning albue og håndled markører og albue og skulder markører
Skulder bortførelse Maksimal vinkel i frontal fly fundet under nå og drikke fase, henholdsvis; afhænger af vinklen mellem vektorerne tiltræder de skulder og albue markører og den lodrette vektor fra skulder markør mod hoften
Skulder fleksion Maksimal vinkel i sagittale flyet fundet under nå og drikke, henholdsvis; afhænger af vinklen mellem vektorerne tiltræder de skulder og albue markører og den lodrette vektor fra skulder markør mod hoften
Peak vinkelhastighed albue fælles, grader/s Peak hastighed af filtypenavnet albue opdaget at nå fase
Interjoint koordinering, r Tidsmæssige korset-korrelation i nul forsinkelse mellem skulder fleksion og albue forlængelse i den omfattende fase. En Pearson korrelationskoefficienten tættere til 1 angiver stærkere korrelation og angiver, at fælles beslutningsforslag af de to led er tæt koblet.
Trunk forskydning, mm Maksimal forskydning af thorax markør fra den første position under hele drikke opgaven

Tabel 2: Definitioner af kinematiske variabler, som bruges i studier præsenteret i repræsentative resultater.

Kinematiske variabler, betyde (SD) Sund Slagtilfælde Effekt størrelse (sund vs slagtilfælde) Mild
slagtilfælde
Effekt størrelse
(sund vs mild slagtilfælde)
Moderat slagtilfælde Effekt størrelse
(mild slagtilfælde vs moderat slagtilfælde)
End-Point Kinematik
Samlede bevægelse tid, s 6,49 (0,83) 11.4 (3.1) 0.54* 9.30 (1,68) 0.46* 13.3 (2,9) 0.44*
Antal bevægelse enheder, (glathed), n 2.3 (0,3) 8.4 (4.2) 0.54* 5.4 (2.1) 0.42* 11.1 (3.6) 0.50*
Peak hastighed i reach, mm/s 616 (93.8) 431 (82.7) 0.54* 471 (87,7) 0.37* 395 (62,0) 0.22*
Peak vinkelhastighed albue i reach, ° s 121.8 (25,3) 64.9 (20,5) 0.62* 78.0 (19.3) 0.57* 53,3 (13,6) 0.38*
Tid til peak hastighed i reach, % 46,0 (6,9) 38,4 (8.6) 0.20* 39,5 (8.7) 0.15* 37,5 (8,8) 0,01
Tid til første højdepunkt i reach, % 42,5 (6,9) 27.1 (12.2) 0.39* 33,0 (9,9) 0.25* 21,8 (11.9) 0.22*
Kantede fælles kinematik
Albue udvidelse i reach at forstå, graden 53,5 (7,8) 64.1 (11.5) 0.24* 60,5 (10.4) 0,13 67.2 (11.9) 0,09
Skulder bortførelse i drikke, graden 30.1 (10.1) 47,6 (14,9) 0.33* 37,2 (5.3) 0,07 57,1 (14.5) 0.47*
Trunk forskydning, mm 26,7 (16,8) 77,2 (48.6) 0.34* 50.1 (22,9) 0.26* 101.7 (53,4) 0.30*
Interjoint koordinering, 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; Effekt størrelse statistikker er beregnet som eta squared, η2

Tabel 3: kinematiske variabler for personer med slagtilfælde, for undergrupper af moderat og mild øvre ekstremiteter værdiforringelse sammen med raske kontrolpersoner. Effekt størrelser for forskelsbehandling mellem grupper over 0,4 (meget stor effekt) markeres fed.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Protokollen kan med succes bruges til at kvantificere bevægelse ydeevne og kvalitet hos personer med moderat og mild øvre ekstremiteter sensorimotor funktionshæmninger i alle faser efter slagtilfælde. Gennemførligheden af denne protokol har været vist i kliniske omgivelser så tidligt som 3 dage efter slagtilfælde, og viste, at systemet kan anvendes af uddannet sundhedsperson, uden særlige tekniske kvalifikationer. Tekniske ekspertise kræves dog, at skabe og udvikle et program til analyse af data. Fra dette aspekt, øvre ekstremiteter motion capture adskiller sig fra gangart analyse, hvor færdige analyse programmer er generelt direkte fra fabrikanterne. I hverdagen, kan arme og hænder bruges i mange forskellige opgaver, der inddrager manipulation og interaktion med forskellige objekt i forskellige størrelser, steder og affordances. Dette gør hver set-up unikke. Yderligere, forskellige mål og begrænsninger af opgaven vil også påvirke det kinematiske resultatet, da kinematikken er meget opgave-specifikke. I fremtiden, bør der gøres mere indsats til at oprette en standardiseret protokol for kinematiske analyse af grundlæggende opgaver, som f.eks, drikke, spise, tage hånden til munden og krydsramme objektmanipulation, som ville give en bedre sammenligning af resultater mellem forskellige undersøgelser.

Baseret på vores tidlige oplevelser, med en 3-camera capture system, hvor problemet med segmenter og huller blev observeret, kan det blive foreslået, at en 5-kamera system, der giver mulighed for forskellige holdninger til kameraer (og over området måling) er optimal for den øvre ekstremiteter analyse. I en klinisk realistisk måling kan set-up, et simpelt set-up med begrænset antal markører og forenklet analyse, som beskrevet i denne protokol være fortalere. Når vurderingen af bevægelse ydeevne og kvalitet har til formål at følge patienternes opsving, gøre forudsigelse af fremtidige udfald, Vælg optimale behandlingsmuligheder, eller vurdere effektiviteten af behandling og rehabilitering interventioner, en enkel, nem at bruge metode ville være nok. På den anden side ville en mere omfattende biomekaniske analyse ved hjælp af cluster-baserede markører kraeves for mere detaljeret modellering, især når aksial fælles rotationer og skulder komplekse er af interesse.

Øget klinisk brug af kinematiske analyse er anbefalet af mange undersøgelser inden for neurologi og slagtilfælde rehabilitering. Objektiv og gyldig metoder til evaluering af motorik under fysiske aktiviteter og opgaver er af stor interesse blandt klinikere og forskere. En nylig enighed papir anbefaler tilføje kinematiske foranstaltninger i fremtidige slagtilfælde forsøg sammen med kliniske vurderinger til at skelne mellem sandt genopretning og kompensation11. Udfordringer forbliver om, til at bestemme et sæt kinematiske resultater og opgaver til at indgå i forsøg, og at tilskynde bredere samarbejde mellem efterforskerne at nå til enighed om11. Den nuværende 3D motion capture protokol samt offentliggjort valideringsundersøgelser af denne protokol kan være et skridt på retningen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ikke noget at oplyse.

Acknowledgements

Særlig tak til Bo Johnels, Nasser Hosseini, Roy Tranberg og Patrik Almström for hjælp med indledningen af dette projekt. Forskningsdata præsenteret i denne protokol blev indsamlet på Sahlgrenska Sygehus.

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