Movimento Riqualificazione con feedback in tempo reale delle prestazioni

Riepilogo

Riqualificazione schemi di movimento anormali dopo infortunio o malattia è una componente fondamentale della riabilitazione fisica. I recenti progressi nella tecnologia hanno consentito una valutazione accurata di movimento durante una varietà di compiti, con quasi istantaneo quantificazione dei risultati. Questo offre nuove opportunità per la modifica degli schemi di movimento difettoso in tempo reale.

Abstract

Qualsiasi modifica del movimento - in particolare schemi di movimento che sono state affinate nel corso degli anni - richiede la riorganizzazione degli schemi neuromuscolari responsabili per disciplinare l'esecuzione del movimento. Questo apprendimento motore può essere migliorata attraverso un certo numero di metodi che vengono utilizzati nella ricerca e cliniche simili. In generale, il feedback verbale di prestazioni in tempo reale o conoscenza seguenti risultati movimento è comunemente usato clinicamente come mezzo preliminare di instillare apprendimento motorio. Seconda delle preferenze del paziente e stile di apprendimento, feedback visivo (ad esempio attraverso l'uso di uno specchio o di diversi tipi di video) o di orientamento propriocettiva utilizzando tocco terapeuta, vengono utilizzati per integrare istruzioni verbali da parte del terapeuta. In effetti, una combinazione di queste forme di feedback è comune nella pratica clinica per facilitare l'apprendimento del motore e ottimizzare i risultati.

Laboratorio-based, movimento quantitativaanalisi è stato un pilastro nelle impostazioni di ricerca per fornire un'analisi precisa e oggettiva di una varietà di movimenti in popolazioni sane e feriti. Mentre i meccanismi reali di catturare i movimenti possono essere diversi, tutti gli attuali sistemi di analisi del movimento si basano sulla capacità di seguire i movimenti dei segmenti corporei e le articolazioni e di utilizzare le equazioni del moto consolidati per quantificare schemi di movimento chiave. A causa di limitazioni di acquisizione e velocità di elaborazione, l'analisi e la descrizione dei movimenti è sempre verificato in linea dopo il completamento della sessione di test dato.

Questo documento evidenzierà un nuovo supplemento di tecniche standard di analisi del movimento che si basa sulla valutazione quasi istantaneo e quantificazione degli schemi di movimento e la visualizzazione delle specifiche caratteristiche di movimento al paziente durante una sessione di analisi del movimento. Come risultato, questa nuova tecnica in grado di fornire un nuovo metodo di consegna feedback che ha vantaggi Over attualmente utilizzato metodi di feedback.

Introduzione

Qualsiasi modifica significativa alla struttura neuromuscolare o muscolo-scheletrico dell'arto inferiore probabilmente avrà un impatto sulle caratteristiche del movimento e le relative funzionalità fisica. Di conseguenza, il miglioramento della funzione fisica è un risultato importante di qualsiasi intervento di riabilitazione. Normali movimenti ripetitivi come camminare sono generalmente disciplinato da programmi motori che contengono le informazioni necessarie il controllo necessari per attivare i muscoli con la giusta intensità e tempi ^1. Questi programmi motori sono necessari per migliorare l'automatismo del movimento, riducendo così la quantità di controllo dedicato al movimento e permettendo attenzione nei ad altri compiti di livello superiore. Tuttavia, dato il ruolo di programmi motori in movimento e il fatto che questi programmi vengono affinati per un certo numero di anni, cambiando le prestazioni movimento dopo l'infortunio o la malattia è un'impresa difficile.

Tradizionalmente, il movimento riqualificazione interventioni si sono basate sul fornire feedback adeguato di prestazioni movimento per garantire che le nuove informazioni è incorporato nel programma motore nuovo e in evoluzione. Approcci semplici, ma efficaci, includere il feedback verbale con le istruzioni globali (ad esempio, "piegare di più", "tenere il ginocchio dritto"), nonché i meccanismi di fornire un feedback visivo come l'uso di uno specchio o di dispositivi di registrazione video. Sebbene queste strategie indirette sono utili, soprattutto in contesti clinici con risorse limitate, sono limitati dalla loro difficoltà a fornire misure discrete e quantificabili delle variabili di movimento. Come risultato, queste tecniche integrando con ulteriori metodi più diretti di feedback probabilmente migliorare il motore ri-apprendimento desiderato.

C'è molto di accettazione nelle comunità di ricerca e clinica che fornire valutazioni di discreti risultati quantificabili, delle caratteristiche di movimento in grado di migliorare le prestazioni nel corso di un movimento retraini intervento ng. Ad esempio, istantaneo feedback visivo o uditivo di intensità muscolare attivazione utilizzando dispositivi di biofeedback elettromiografico è diventato un pilastro nella riabilitazione del movimento, in particolare nelle persone con ictus ^2-3, paralisi cerebrale ⁴ o emiplegia cronica ^5. Al contrario, il feedback della cinematica del movimento (angoli articolari e segmento) ha dimostrato di essere meno utilizzato a causa di una difficoltà nel valutare e misurare tali risultati in modo rapido e preciso. In effetti, anche se quantitativa, laboratorio di analisi, basata su caratteristiche di movimento posto di primo piano nel campo della ricerca biomeccanica e ha iniziato ad essere incorporati in ambito clinico, la stragrande maggioranza di utilizzo analisi del movimento è riservato per l'analisi offline dopo la prova. Tuttavia, vi è un crescente numero di studi in letteratura che utilizzano le nuove tecnologie per fornire valutazioni di misure andatura come mezzo per migliorare l'efficacia del movimento riqualificazione ^6.

ve_content "> Una patologia che è attualmente in fase di studio per l'utilizzo delle funzionalità in tempo reale di biofeedback integrate con i sistemi standard di analisi del movimento è l'artrosi del ginocchio (OA). Studi recenti hanno utilizzato feedback in tempo reale della cinematica del passo progettati specificamente per ridurre il carico che passa attraverso l'articolazione del ginocchio, quantificato utilizzando il momento adduzione esterna del ginocchio -. un fattore di rischio riconosciuto per la progressione dell'OA ⁷ Per esempio, alcuni studi hanno utilizzato in tempo reale biofeedback delle grandezze d'angolo coscia ⁸ o angolo tronco ^9-10 Hunt et al ¹¹ fornito una. visualizzazione in tempo reale di angolo tronco di fronte ai partecipanti durante la deambulazione e le prove hanno dimostrato la capacità di aumentare tronco esposto magra all'interno di una singola sessione di allenamento, con riduzioni accompagnati in grandezze ginocchio momento adduzione. Al contrario, Barrios et al ⁸ condotto una sessione di otto intervento di riqualificazione andatura focalizzata sulla modifica dinamica del ginocchio frontale pianoangolo durante l'appoggio e ha mostrato una significativa riduzione dei valori del ginocchio momento adduzione dopo un mese di intervento rispetto al basale. Questi studi, e gli studi simili, hanno fatto affidamento sulla capacità di misurare, analizzare e visualizzare la variabile di interesse per il paziente su una base continua. Questo settore in rapida crescita della ricerca ha implicazioni cliniche per i pazienti con una varietà di patologie che le caratteristiche di movimento impatto. Utilizzando esempi di alterazioni cinematiche rilevanti per osteoartrite (OA) del ginocchio, lo scopo di questo lavoro è quello di descrivere i metodi necessari per condurre un intervento di riqualificazione con movimento in tempo reale biofeedback di camminare prestazioni.

Protocollo

1. Sistema di Preparazione

1. Azzerare il volume cattura di qualsiasi materiale riflettente che può essere osservata dalle telecamere. Questo diminuisce le probabilità di effettivo pelle a base di indicatori siano confondibili con i marcatori sfondo fisso durante la prova movimento e migliora la precisione complessiva della sessione.
2. Calibrare le telecamere, puntando tutte le telecamere fisse sui marcatori in posizioni fisse all'interno del laboratorio. Estendere la taratura statica di movimenti dinamici utilizzando marcatori mobili posizionati a distanze conosciute. Assicurati di coprire gran parte del volume di cattura possibile per ottimizzare la taratura.
3. Organizzare tutti i materiali (marcatori riflettenti, dispositivi di misura, ecc) da utilizzare per la preparazione del paziente. Questo migliora l'efficienza durante i test e riduce il carico del paziente.

2. Preparazione del paziente

1. Esporre la pelle più possibile sulle articolazioni e segmenti corporei vogliono misurare. Ridurre al minimo il Amount di indumenti larghi e garantire che tutti i capi di abbigliamento che possono interferire con la capacità delle telecamere per visualizzare i marcatori riflettenti sono vincolati. Questo può essere fatto utilizzando nastro o clip. Per quanto possibile, in modo che gli indicatori siano apposte direttamente sulla pelle.
2. Preparare la pelle per il fissaggio marcatore. Rasatura o abrasione della superficie può essere necessario nei casi in cui i capelli è presente o quando la superficie della pelle è eccessivamente sudata o grassa. Pulendo l'area libera con alcool o un liquido simile può essere utile. Questa procedura è importante per ottimizzare l'aderenza tra il marcatore e la pelle, e per prevenire marcatori di cadere.
3. Palpare per le principali punti di repere anatomici basati sul marcatore impostato per essere utilizzato. Marcatura la pelle al punto di riferimento effettivo migliorare la precisione per il posizionamento marcatore e fornire le informazioni necessarie in caso di marcatori che cadono durante la valutazione.
4. Incollare marcatori riflettenti oltre i punti di riferimento anatomici secondo laspecifiche del set marcatore. La maggior parte dei set di marcatori prevede un minimo di 12-15 marker posizionati bilateralmente nel corso degli arti inferiori e vari punti di repere anatomici del corpo superiore. È importante notare che la capacità di ricreare effettivo movimento scheletrico dipenderà dal posizionamento della pelle basati marcatori. Come tale, un attento esame deve essere effettuato per determinare il modello biomeccanico da utilizzare.
5. Prendere le misure per importanti dati antropometrici, se necessario. A seconda del modello biomeccanico, questi dati possono essere necessari per calcolare lunghezze di segmento, posizioni di centri comuni di rotazione, e in generale le proprietà inerziali dei segmenti in movimento e gli arti durante l'elaborazione dei dati non in linea biomeccanica.

3. Analisi del movimento e consegna di feedback in tempo reale

1. Hanno lo stand soggetto al centro del volume di acquisizione per una prova statica iniziale della durata di circa 3 sec. Questo processo è necessario per garantire che tutti relemarcatori nenti sono visibili e gli orientamenti per il calcolo del segmento.
2. Utilizzando il software di raccolta dati, l'etichetta tutti gli indicatori a seconda dei casi e creare un modello specifico per le caratteristiche antropometriche dell'individuo. Corrispondenza posizionamento marcatore alla dimensione corpo individuale migliorerà il monitoraggio in tempo reale e l'analisi dei dati. E 'particolarmente importante per creare un modello di movimento che può incorporare licenziamenti di posizionamento dei marker. Nei casi in cui l'occlusione marcatore o drop-off si verifica, la capacità di utilizzare posizioni dei marker supplementari eventualmente per produrre la caratteristica appropriata cinematica e mantenere visualizzazione in tempo reale, senza discontinuità tra i dati.
3. Eseguire una prova iniziale di analisi del movimento della durata di 10-30 sec. Questo è necessario per ottenere dati di base e può anche essere utilizzato come primo meccanismo di fornire un feedback dei risultati per il paziente. La consultazione con il paziente per quanto riguarda i risultati pertinenti è importante per contribuire alla lear motoreNING necessaria quando la produzione di nuovi modelli di movimento.
4. Hanno il terapeuta spiegare lo scopo della modificazione movimento destinato. Ciò dovrebbe includere sia logiche biomeccanici e clinici per la modifica e come è unica la data patologia. Dimostrazione della modificazione movimento dal terapeuta migliorerà motore apprendimento da parte del paziente. La modifica movimento sarà tipicamente determinato sulla base della presentazione biomeccanico e clinico del paziente durante il trattamento o la domanda di ricerca da esaminare soli fini di ricerca.
5. Inizia la sessione di movimento riqualificazione. Se si utilizza un tapis roulant, permettere al soggetto di scegliere la propria velocità preferita e di fornire un paio di minuti per raggiungere uno stato stazionario. In questo modo anche il paziente a diventare familiare e confortevole con l'apparecchiatura, set-up sperimentale, e il protocollo.
6. Fornire un feedback al paziente durante l'esecuzione del movimento. Questo può assumere la forma di molti DIFapprocci differenti, e la combinazione di questi è utile durante la formazione iniziale. Inizia con metodi meno tecnici come feedback verbale e il progresso in tempo reale biofeedback. Utilizzo di biofeedback in tempo reale dovrebbero includere sempre chiara visualizzazione di un massimo di una variabile risultato alla volta.
7. Tempo sufficiente per il paziente di praticare il nuovo movimento. Apprendimento motorio efficace non si ottiene istantaneamente. Invece, pratica costante delle caratteristiche di movimento nuove contribuirà a garantire riformulazione del programma motorio responsabile di tale movimento. Un intervento di riqualificazione tipico può richiedere 8-10 sedute di allenamento mirate, ciascuna della durata compresa tra 30 e 60 min.

4. Paziente De-briefing e successive sessioni formative

1. Discutere le importanti scoperte ei risultati della sessione con il paziente. I fattori importanti su cui concentrarsi dovrebbe includere la variabilità in termini di prestazioni, aderenza al modif movimento prescrittoicazione e ulteriore descrizione delle motivazioni e l'importanza della modifica.
2. Ottenere input per quanto riguarda la sessione dal paziente. Dato che le preferenze di ciascun paziente sarà probabilmente diverso, può essere necessario modificare la consegna dell'intervento per un dato individuo. Questi dovrebbero essere identificati presto per ottimizzare l'efficacia.
3. Determinare il piano per le successive sessioni di formazione, se necessario. Se un multi-sessione di intervento scelto, sessioni di formazione successivi devono utilizzare un approccio risposte sbiadito per migliorare l'apprendimento motorio. Fornire meno feedback complessivo e si alternano tra i blocchi di tempo di feedback e il feedback non nelle sessioni future.

Risultati

Un esempio di una sessione singolo movimento riqualificazione concentrandosi su aumento dell'angolo tronco laterale magra in un paziente con gonartrosi è mostrato in Figura 2. Dopo 15 min di formazione utilizzando una combinazione di feedback verbali e specchio a base di prestazioni, il paziente veniva fornito in tempo reale di dati relativi alla quantità di flessione laterale del tronco. Formazione con questo metodo continuata per ulteriori 10 min. Durante normali (non modificato) prove, il pazie...

Discussione

Feedback in tempo reale delle prestazioni durante i movimenti come camminare può essere un complemento prezioso per approcci standard di analisi del movimento. Sebbene nella sua infanzia parente, ricerca modificazioni movimento specifico e discreto certamente beneficiare della capacità di produrre la modifica desiderata con precisione e in tempo reale. Ad esempio, se il paziente richiede una quantità specifica di modificazione movimento, questa quantità può essere misurato e disponibile durante il movimento reale. ...

Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
Nome del reagente	Azienda	Numero di catalogo	Commenti (opzionale)
Marcatori riflettenti	Progettazione 3x3		Ø 12 mm
Marker nastro dischi	Sconto monouso	TD-22 Collare elettrodi, 8 mm	Utilizzo Progettato come collari elettrodi
Analisi del movimento telecamere	Analisi del movimento Corporation
Biofeedtrak	Analisi del movimento Corporation
Matlab	The MathWorks