膝変形性関節症リハビリテーションのための下半身ポジティブ圧力トレッドミル

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Summary

ここでは、臨床医の視点に基づき、臨床、機能的評価方法論に加えて、2モデル下半身正圧(LBPP)プロトコル(歩行およびしゃがみモデル)を提案する。膝変形性関節症患者における非薬物外科的介入戦略の開発しかし、我々は、三次元歩行分析を通じて1人の患者の痛みと膝機能の改善におけるLBPPトレーニングの効果のみを提示する。このアプローチの正確な、長期的な効果は、将来の研究で探求されるべきです。

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Liang, J., Guo, Y., Zheng, Y., Lang, S., Chen, H., You, Y., O’Young, B., Ou, H., Lin, Q. The Lower Body Positive Pressure Treadmill for Knee Osteoarthritis Rehabilitation. J. Vis. Exp. (149), e59829, doi:10.3791/59829 (2019).

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Abstract

ここでは、臨床医の視点に基づき、臨床、機能的評価方法論に加えて、2モデル下半身正圧(LBPP)プロトコル(歩行およびしゃがみモデル)を提案する。膝変形性関節症患者における非薬物外科的介入戦略の開発しかし、我々は、三次元歩行分析を通じて1人の患者の痛みと膝機能の改善におけるLBPPトレーニングの効果のみを提示する。このアプローチの正確な、長期的な効果は、将来の研究で探求されるべきです。

Introduction

膝変形性関節症(OA)は進行性の変性関節疾患であり、世界中の人々の痛みと運動障害の主な原因です1.膝OAは、骨フィートおよび嚢胞形成、狭い関節間隔、および軟骨下骨硬化症2によって特徴付される。これらの病理学的変化は、歩行、しゃがみ、階段3の上下など、日常生活の本質的な活動を行うことを困難にします。しかし、身体活動は、第一線の膝OA管理4の不可欠な構成要素として推奨される。膝OAリハビリテーションのための運動介入は、いくつかの要因の影響を受けます: (1) 痛みと軽度の膝の構造変化によって引き起こされる限られた膝関節の動き;(2)膝の安定性と筋力の低下を維持することに関連する筋萎縮 5;そして(3)上記の理由は、運動の減少と体重指数(BMI)の増加につながり、膝の負担をさらに増大させ、悪循環6を生み出す。

上記の問題に対応して、体重サポートトレーニングシステム(BWSTT)は、徐々に骨および関節疾患関連リハビリテーション7に対処してきました。近年、新たに登場する体重サポートトレーニング技術の一つは、下半身正圧(LBPP)トレッドミル7と呼ばれています。この技術は、ウエスト高い膨脹可能なバルーンを使用して、正の下肢圧を達成し、正確に体重を調整するために空気圧を調整し、軽量化を達成することを目的としています。システムはまた体重8の制御の下でトレッドミル関連活動を同時に行うことができるランニングプラットホームが装備されている。一方、膨張したエンクロージャで発生する圧力は、身体に対する持ち上がる力を提供します。圧力は大気圧よりわずかに上にあり、均等に分布しているので、下半身の力はほとんど知覚できません。従って、LBPPの実行プラットホームはより高いレベルの慰めを提供し、従来のBWSTT9と比較される長期訓練のためにより適している。Peelerらは32人の膝OA患者にLBPPトレッドミル介入を行い、LBPPトレッドミルが効果的に膝の痛みを和らげ、日常生活の機能を改善し、大腿筋力10の増加を生み出すことができることを示した。潜在的なメカニズムは、膝関節トルク11を減少させながら、効果的な膝関節活動の達成に関連する可能性がある。一方、膝OA患者の発症年齢は主に45歳以上の12歳以上であるため、発症は心肺疾患にも関連してもよい。研究は、LBPPは、人々が比較的低い心拍数、血圧、酸素消費量で運動として歩行を達成し、フルウェイトフラットウォーキングよりも安全で効果的な有酸素運動を達成することを示しています。歩行のこのタイプは、従来のBWSTT13と比較した場合、LBPPのもう一つの利点です。

しかし、膝OA介入にこのシステムの比較的新しい適用のために、比較的少数の既存の研究は、膝OAリハビリテーションにおけるこの技術の臨床応用を大幅に制限している。この記事で提案されたLBPPプロトコルは、LBPPトレッドミルを用いて臨床的非薬物および外科的膝OA治療を探索することを目的とした。

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Protocol

臨床プロジェクトは、広州医科大学第5付属病院の医学倫理協会によって承認され、中国臨床試験登録センター(いいえ.ChiCTR1800017677と題し、「膝変形性関節症患者における下肢運動機能に対する抗重力トレッドミルの効果とメカニズム」と題する。

1. 採用

  1. 軽度から中等度の放射線学的証拠を提示する患者を募集(ケルグレン&ローレンスグレードIIまたはIII)膝OAの片または両方の膝の痛み、歩行、しゃがみ、および/またはひざまずくとき(数値疼痛評価尺度の最小レベル3/10[NPRS]含める前に)。
  2. これらの患者が重度の膝OA(ケルグレン&ローレンスグレードIV)、後頭蓋関節炎、または進行性のトレーニングを許容するのを妨げる任意の病状を持っていないことを確認してください。
  3. 参加する前に、各患者から書面によるインフォームド・コンセントを取得する。

2. 事前トレーニング評価

  1. 体重、身長、過去の病歴、過去または現在の薬物を含む患者の完全な人口統計形態。
  2. 臨床評価
    1. 数値評価尺度 (NRS)14を実行します。0から10までの11の数字で痛みの強さを説明するように患者に依頼し、0は痛みがなく、10は最悪の痛みです。
    2. ハンドヘルド2アームゴニオメーター(2°マーキング付き26cm腕)を使用して、アクティブ/パッシブ膝関節運動範囲(ROM)評価15を行います。
    3. 西オンタリオ大学とマクマスター大学変形性関節症指数(WOMAC)16を実施する。患者に、5つの痛みに関連する項目、2つの剛性項目、および17の機能項目について、直進に痛みまたは限られた機能の対応する位置をマークするように依頼します。「0」は痛みがないか、機能制限がないことを示す。「10」は、重度の痛みまたは極端な限られた機能を示す。
    4. 膝の損傷および変形性関節症の結果スコア(KOOS)17(任意)を行う。痛み、その他の症状、日常生活の活動、スポーツ、レクリエーションの5つのサブスケールで各項目の5レベルで自己評価アンケートを完了するように患者に依頼します。
    5. ヨーロッパの5次元ヘルススケール(EQ-5D)18(オプション)を行います。モビリティ、セルフケア、通常の活動、痛み/不快感、不安/うつ病の5つの次元の3つのレベルをマークするように患者に依頼します。
    6. 10メートル歩行テスト(10 MWT)19を実施します。患者に、安全と快適さのために自己選択したペースで3回連続10回のMWT試験を行う必要があります。患者に10mの援助なしで歩き、中央6mにかかった時間を測定するように頼む(加速度および減速効果を除外する)。
    7. 時間アップを行い、(TUG)テスト20に行きます。患者に3回連続してTUG試験を行い(立ち上がり、3m歩き、旋回し、後ろに歩き、座る)自己選択のペースで(安全と快適さのために)行う。
  3. 3 次元 (3D) 歩行解析を実行します (オプション)。
    注:3D歩行および同時筋電図(EMG)分析はこのLBPPトレーニングプロトコルには必要ありませんが、必要に応じてさらなる客観的評価に使用できます。
    1. Davis プロトコル21に基づく患者の解剖学的ランドマーク上の 22 個の球状マーカーを配置します。
    2. 両側直腸大腿骨、半天性大腿骨、および患者の長い頭部二頭筋大腿骨上に6つの表面EMG電極を配置する。
    3. 立った位置でキャリブレーションを行います。片方の足が他方に対してより前または後の位置に置かないように、足を整列させた少なくとも3−5秒の起立位置を患者に持たるように患者に依頼する。
    4. 患者に5mの歩道に沿って自己選択された速度で歩くように指示する。
    5. 患者からすべての球状マーカーおよびEMG電極を取り除く。後でセクションの指示に従って、データ処理のために収集されたすべてのデータを保存します。

3. LBPPトレーニング

注:このLBPPトレーニングプロトコルに対して反重力トレッドミル(材料の表)を使用し、図1に示します。患者の安全のために、セラピストはLBPPの患者をセットアップし、全体の処置プロセスを監督する必要がある。

  1. 準備
    1. 忍耐強い準備
      1. 特定のLBPPトレッドミルトレーニングプロセスと関連する予防措置を患者に紹介します。
      2. トレーニング前に患者の血圧(BP)と心拍数(HR)を確認してください(60 bpm ≤ HR ≤ 120 bpmおよび90/60 mmHg ≤ BP ≤ 160/100 mmHg)。
      3. 患者のウエスト周りに応じてエアシールショーツのサイズを決定し、患者にショートパンツを着るように頼みます。
    2. 反重力トレッドミルのセットアップ
      1. システムの前面カバーにあるスイッチを操作してトレッドミルの電源を入れ、反重力トレッドミルのセルフテストを実行します。
      2. 操縦室を下げ、抗重力トレッドミルの生地の囲いに忍耐強いステップを持っている。
      3. LBPPの訓練モデルに従って適切な高さに操縦室を持ち上げる:操縦室の高さは歩行モデルのための前の優秀な腸骨脊柱にあり、スクワットモデルのための大腿骨のより大きいトロチャンターのわずかに下にある必要があります。コックピットが所定の位置に置かれたら、患者を反重力トレッドミルにジッパーで入れます。
      4. 機械に付属の安全ランヤードを使用して、トレーニングプロセス中の緊急停止に不可欠な患者の衣服にクリップを固定します(患者が転倒したり気分が良くない場合)。
      5. トレッドミルベルトの表面に静止するように患者に指示し、システムのどの部分からのサポートなしで患者の全身重量(BW)を保持し、重量を量り、開始ボタンを押して反重力トレッドミルシステムを実行するように指示します。正確な重み付けの計算。
      6. マシンに付属の3台のカメラ(前面と両側、図1)を配置し、トレーニングプロセス中に同期されたビデオフィードバックを得るために位置を調整します。これは患者が異常な動きパターンを訂正するのを助ける。
  2. トレーニングセッション
    注:全体のトレーニングセッションは30分間、週6回、2週間行われます。LBPP コンソールの "+" および "-" ボタン コントロールで調整する必要がある主なパラメータは、速度 (マイル/時、mph)、BW サポート (%)、傾斜 (%)そして膝の活動的な動きの範囲(AROM)。
    1. 次の設定でウォームアップ セッションを開始します: 5 分 (速度 = 0−2.0 mph、BW = 65%、傾斜 = 0%)。毎分7%刻みで0.4マイル/時とBWサポートの速度を上げます。
    2. 次の設定でウォーキング モデル セッションを実行します: 15 分 (速度 = 2.0 mph、BW = 65%、傾斜 = 0%)。
    3. 次の設定でクールダウン セッションを実行します: 5 分 (速度 = 2.0~0 mph、BW = 65%−100%、傾斜 = 0%)。毎分7%の減少で0.4 mphおよびBWサポートによって速度を減らす。
    4. 次の設定でスクワッティング モデル セッションを終了します:5 分 (速度 = 0 mph、BW = 50%、傾斜 = 0%、AROM = 0°−50°または 50°内の最大許容関節範囲、30 秒のスクワットの 30 秒の残りの期間)
      注:臨床アプリケーションでは、このLBPPトレーニングセッションは、患者の許容範囲に応じて調整する必要があります。さらに、患者がスクワットトレーニングモデルを許容できない場合は、歩行モードのみが実行されます。

4. 研修後評価

注:同じセラピストは、各患者の前評価と後の評価を完了します。

  1. NRS、アクティブ/パッシブROM、WOMAC、KOOS、EQ-5D、10 MWT、TUGおよび3D歩行分析を含むLBBPトレーニングセッションの2週間後に患者を再評価します。
  2. 楽しみと自己意識的な改善の程度を含むこのLBPPプロトコルに対する患者の満足度とフィードバックを記録し、継続する意欲、および提案。

5. 3D歩行解析データ処理

  1. 3D歩行解析システムに含まれる歩行解析ソフトウェア(材料の表)を実行します。
  2. 歩行試行ごとに、ヒールストライク(右/左足の最初の地面接触)とつま先オフ(右足/左足のつま先が地面から持ち上げられる)のイベントを定義します(図2)。
  3. 時空間パラメータ、膝関節運動学および表面EMG活動パラメータを得る。

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Representative Results

「3年以上の膝変形性関節症」と重度の痛みを患った60歳女性(BMI=22.9)の膝OA患者の結果を示し、歩いている時の激しい痛み(視覚アナログスケール[VAS]=8/10)、2週間のLBPPトレーニングプログラムに参加しました。施設。全体の介入の間、患者は膝の痛みを和らげるために鎮痛剤を服用しなかった。彼女の膝関節の放射線画像と臨床機能評価の結果を図3および表1に示す。

10 MWT は、事前トレーニング時の 4.1 s から、ポスト トレーニングで 3.3 s に減少しました。TUGテストは、事前トレーニング時の9.1sから雨後の8.2sに減少しました。LBPPトレーニングの2週間後、患者は総WOMACスコア(15対8)、疼痛サブスケール(8対3)、剛性サブスケール(1対0)、および機能サブスケール(6対5)の改善を示した。全VAS疼痛スコアまたは膝屈曲延長AROMは、治療の2週間後に変化しなかった。

歩行パラメータの結果を図4に示します。右スイングフェーズ(%高さ)は、事前トレーニング時の40.75から、ポストトレーニングでは41.51に増加しました(図4A)。左スイングフェーズ(%高さ)は、事前トレーニング時の41.11から、トレーニング後の40.33に減少しました(図4B)。右ストライドの長さ(%高さ)は、事前トレーニング時の77.00から、トレーニング後の74.10に減少しました(図4C)。対照的に、左ストライドの長さ(%高さ)は、トレーニング後のトレーニング時の74.1から75.68に増加しました(図4C)。平均速度(%高さ)は、事前トレーニング時の74.44から、トレーニング後の74.97に増加しました(図4D)。ケイデンス(歩数/分)は、事前トレーニング時の117.2から、ポストトレーニングでは119.8に増加しました(図4E)。ステップ幅は、事前トレーニング時の0.08mから、ポストトレーニングでは0.06mに減少しました(図4F)。

正面、矢状、横面の膝関節運動軌道を図 5に示します。膝のAROMの左右の軌道は、特に矢状面の膝AROMのスイング段階において、トレーニング後のトレーニング時よりも通常の基準値に近かった。

タイトな筋肉EMG活動の結果を図6に示す。左長頭二頭筋の平均根平均二乗(RMS)は大腿骨筋、 左直腸大腿骨、左半天蓋スは0.160 ±0.069、0.130 ±0.054、0.259 ±0.138 mV、事前トレーニング時にそれぞれ0.194 ±0.136、0.317 ±0.215、0.317±0.215、0.315から増加した。0.204 mV、それぞれ、ポストトレーニングで(図6A)。右の長い頭二頭筋の平均RMSは大腿骨の筋肉、 右直腸大腿骨、右半天率は0.160 ±0.022、0.136 ±0.013、0.259 ±0.021 mV、事前トレーニング時に0.234 ±0.018、0.206 ±0.009、0.03ポストトレーニング(図6C)でそれぞれ。左の長頭二頭筋のピークRMSは大腿骨筋、 左直腸大腿骨、左半天蓋スは0.342 ±0.094、0.256 ±0.245、0.528 ±0.197 mV、事前トレーニングでそれぞれ0.540±0.032、0.797±0.116、0.78ポストトレーニング(図6B)で。右の長い頭二頭筋のピークRMSは大腿骨の筋肉、 右直腸大腿骨、右半天下症は0.388 ±0.078、0.286 ±0.036、0.855 ±0.055 mV、事前トレーニング時にそれぞれ0.576 ±0.098、0.390 ±0.024、および1.30M0から増加した。ポストトレーニング(図6D)。

患者は、彼女が何の違和感もなく全体のLBPPトレーニングプロセスに満足していると主張し、将来的に別のセッションを受け入れたいと主張しました。

Figure 1
図 1: LBPP セットアップと LBBP トレーニング プロトコルの図。
(A) ウォーキングモデル;(B) スクワットモデル;(C) LBPP トレーニングのプロトコルとパラメータの設定。AROM = 運動のアクティブ範囲、BW = 体重。この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

Figure 2
図2:右足の床との最初の接触(緑色の垂直線)と右つま先オフ(青い垂直線)の定義の例。
膝屈曲延長角(緑)と足首ドーシ足立体屈曲角度(赤)を示す。R = 右。この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

Figure 3
図3:事前トレーニングにおける膝OA患者のデジタルレントゲン写真。この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

Figure 4
図4:LBPPトレーニング介入の前および後における膝を有する患者の空間時間パラメータ。
(A) 歩行周期における右立位相(濃い緑色)対スイング位相(ライトグリーン)の割合。(B) 歩行周期における左立ち位相(濃い赤)とスイング位相(明るい赤色)の割合。(C) 右辺(緑)と左側(赤)のストライド長(%高さ)。パネル(D)、(E)、および (F) は、それぞれ平均速度 (%高さ/s)、ケイデンス、およびステップ幅を示します。この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

Figure 5
図5:正面面、矢状面、横面面における歩行周期における膝関節運動軌道。
通常の基準(灰色)としての正常被写体の膝の動き軌道も示され、モーションキャプチャシステム(材料の表)を指す。この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

Figure 6
図6:LBBPトレーニング介入の前および後の歩行周期における膝OAを有する患者の同期EMG活性。
パネル(A)および(C)は、二頭筋大腿骨カプトロントゥス、直腸大腿骨および半腱症における筋肉活動の平均RMSをそれぞれ示す。パネル(B)および(D)は、それぞれ二頭筋大腿骨カプトロンス、直腸大腿骨および半腱症における筋肉活動のピークRMSを示す。RMS = ルート平均平方;mV = マイクロボルト;L = 左;R = 右。この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

臨床評価 事前トレーニング ポストトレーニング
10MWT (SPP) 4.1~ 3.3~
綱引き 9.1~ 8.2~
WOMAC痛み 8 3
WOMAC剛性 1 0
WOMAC機能 6 5
NRS (安静時の痛み) 0 0
膝フレックスエクステンション AROM 左: 0°−130° 左: 0°−130°
右: 0°−130° 右: 0°−130°

表1:臨床評価結果
10MWT = 10メートルの歩行テスト;SSP = 自己選択ペース;TUGT = 時間を設定し、テストに行きます。WOMAC = 西オンタリオ州とマクマスター大学変形性関節症指数;NRS = 数値評価尺度;AROM = アクティブな可動域;s = 秒。

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Discussion

我々は、膝OAにおける下肢運動機能のリハビリテーションのために、臨床評価モデルと治療モデルの両方を含むLBPPトレッドミル介入プロトコルを提案した。一方、臨床症状や膝のOA機能不全に対応した治療モデルには、LBPPプロトコルを歩くトレーニングセクションだけでなく、日々の機能不全の解消を目指す革新的なスクワットトレーニングセクションも含まれています。大腿筋の衰弱と膝OA患者のしゃがみ困難。私たちの知る最善の方法では、このプロトコルは膝OA患者の非重み付け技術を持つしゃがみ運動療法を含む最初のプロトコルです。

このプロトコルの設計は、5つの主要なポイントに基づいていました。まず、痛みと結果として生じる休憩は、膝OA患者の主な問題である。このプロトコルは、膝OA患者22の運動中に膝の負荷および痛みを減らすことによって運動量を増やすための抗重力トレッドミルの潜在的な効果を探求することを目的とする。したがって、入院基準は、歩行、しゃがみ、および/または膝の痛みを有する膝OA患者に焦点を当てた。第二に、WOMACおよびKOOSは両方とも膝OA患者の身体機能を評価するために医院で広く使用されている。WOMACは、膝および股関節のOA患者の状態(5つの疼痛項目、2つの剛性項目、および17の関節機能項目)に関連する症状を評価し、関節炎16の重症度および治療効果を反映するために使用される。KOOSは、膝関節損傷およびOA(痛み、その他の症状、日常生活、スポーツおよびレクリエーションの活動)17を含む膝関連の問題を評価するために使用される自己管理の器械である。.さらに、EQ-5Dは5次元(移動性、セルフケア、通常の活動、痛み/不快感、不安/うつ病)18を含む患者の一般的な状態を評価するために使用される。このプロトコルは、主に軽度から中等度の膝OA患者の痛みと身体機能に焦点を当てていますが、健康の包括的な評価のためのKOOSとEQ-5Dは任意で推奨されます。第三に、LBPPトレーニングセッションは、ウォーキングとスクワットモジュールで構成されています。歩行モジュールは歩行機能および膝の活動の改善に焦点を当て、スクワットモジュールは堅い筋力23の強化に焦点を当てている。しかし、後頭部関節炎は、タイトな解剖学的構造(大腿骨溝を通る膝蓋骨の誤追従)とスクワット誘発重い物理的負荷圧力のために、LBBPトレーニングプロトコルから除外されるべきであることは顕著である。これは痛みを悪化させることができる24.一方、患者がしゃがみトレーニングモデルを許容できない場合は、歩行モードのみが実行されます。第四に、徐々にウォームアップとクールダウン期間は、運動セッションの開始時に高い運動強度と運動セッションを停止する前にゆっくりと全身体重の回復とより良い適応のために重要です。最後に、私たちのプロトコルでは、変化重力トレッドミルトレーニングの頻度は2週間の週6回ですが、トレーニング頻度は、患者の特定の状況と治療の1セッションなどのメディケアの支払いに応じて調整することができます。週に2~3回、3~4週間。

代表的な結果セクションで発表されたプレトレーニングと2週間のポストトレーニングの結果を比較すると、機能改善は主に3つの側面に反映されました。第1に、10MWTおよびTUG試験の時間コストの低下に反映される歩行能力の向上(TUGの低減は落下リスクの低減も示す)(表1)3D歩行解析パラメータの改善に加えて平均速度(%高さ)の増加とケイデンスとステップ幅の減少を含む(図4)。第二に、直腸大腿骨、半腱症、長頭二頭筋大腿骨を含む大腿筋の筋力の増加(図6)。第三に、膝の痛みの減少(休養条件下での事前訓練では全体的なNRS疼痛スコアは明らかではなかったが、患者は、歩行や階段の上り下りなどの機能活動中に主な痛みが引き起こされたと訴えた)。さらに、LBPPトレーニングの2週間後、WOMCA評価は機能的運動中の痛みの有意な減少を示した(表1)。さらに、LBPPトレーニングセッションの前と後の3D歩行運動解析システムから収集した結果は、本研究における臨床評価尺度の結果と一致した。アクティブな膝関節運動は治療前および治療後に有意に改善されなかったことは注目に値するが、3D歩行運動解析は、膝関節運動軌道の両側が矢状面の通常の基準に近いことを示した。事前トレーニングよりもポストトレーニング(図5)。一方、患者はAROMに制限がなく、安静時の痛みもない。これは、膝ROMが変更されなかった理由を説明することができます。

この記事では、特定の制限に対処する必要があります。まず、この記事は、過去の臨床経験と以前の研究報告10、11、22に基づいて膝OA患者の抗重力トレッドミルのためのプロトコルを提供することを目的としています。しかし、今回の研究結果は、この場合の報告書でのみ有効です(3D歩行解析や従来の対照群など、従来の臨床応用における客観的な評価方法がないため)。このアプローチの臨床的有効性は、さらなる調査を必要とする。第二に、プロトコルもケースレポートも複数のセッションやフォローアップを含みなかった。膝OA疾患の不可逆性と進行を考慮すると、このコホートは、将来の研究の一環としてフォローアップすることをお勧めします。

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Disclosures

著者は何も開示していない。

Acknowledgments

この研究は広州医科大学(助成金番号2018A053)によって資金提供されました。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
AlterG Anti-Gravity Treadmill M320 AlterG Inc, Fremont, CA, USA 1 LBBP training
BTS Smart DX system Bioengineering Technology System, Milan, Italy 2 Temporospatial data collection
BTS FREEEMG Bioengineering Technology System, Milan, Italy 3 Surface EMG data collection
BTS SMART-Clinic software Bioengineering Technology System, Milan, Italy 4 Data processing

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