Probatorio appropriate tecniche di Motion Capture per la valutazione del Gait and Posture Nordic Walking in adulti più anziani

Riepilogo

L'obiettivo era quello di dimostrare un uso ottimale delle tecniche di raccolta dei dati per il Nordic passo a piedi e l'analisi della postura. Motion capture tridimensionale deve essere usato durante l'analisi di breve durata (es ciclo unico andatura), mentre accelerometria dovrebbe essere impiegato per l'analisi durata più lunga (ad esempio ripetuti cicli) come un cammino di 6 minuti di prova.

Abstract

Il Nordic Walking (NW) è diventata una forma sicura e semplice di esercizio negli ultimi anni, e in studio di questo schema del passo, sono stati impiegati varie tecniche di raccolta dei dati, ciascuno con lati positivi e negativi. L'obiettivo era quello di determinare l'effetto di NW sui vecchi andatura adulti e la postura e per determinare un uso ottimale dei differenti sistemi di raccolta dati in analisi la durata sia breve che a lungo. Gait e la postura durante NW e camminare normale sono stati valutati in 17 adulti anziani sani (età: 69 ± 7.3). I partecipanti hanno effettuato due prove di 6 prove minuti a piedi (6MWT) (1 con poli (WP) e 1 senza poli (NP)) e 6 prove di una passeggiata 5m (3 WP e 3 NP). Movimento stato registrato utilizzando due sistemi, un sistema accelerometria 6-sensore e un sistema di cattura del movimento 3-dimensional 8-camera, per quantificare spazio-temporali, cinematica e parametri cinetici.

Con entrambi i sistemi, i partecipanti hanno dimostrato una maggiore lunghezza del passo e doppio supporto e decreasEd velocità del passo e cadenza WP rispetto a NP (p <0.05). Inoltre, con il motion capture, è stato trovato più tempo unico supporto WP (p <0.05). Con l'acquisizione di 3-D, piccola produzione di energia alla moda e momenti di forza sono stati trovati a contatto del tallone e pre-swing, così come minore assorbimento di potenza ginocchio a contatto del tallone, pre-swing, e il terminale WP oscillazione rispetto a NP, quando ha valutato più di un ciclo (p <0.05). Inoltre, WP prodotto piccoli momenti di forza al contatto del tallone e dell'oscillazione terminale insieme momenti più grandi a metà posizione di un ciclo del passo (p <0.05). Nessuna modifica sono stati trovati per la postura.

NW sembra appropriato per la promozione di un modello normale andatura in adulti più anziani. Motion capture tridimensionale dovrebbe in primo luogo essere usato durante l'analisi del cammino breve durata (es ciclo unico andatura), mentre accelerometria sistemi dovrebbero essere impiegati soprattutto nei casi che richiedono analisi più lunga durata come durante il 6MWT.

Introduzione

Il Nordic Walking (NW) è considerata come una forma semplice e sicuro di fitness a piedi utilizzando bastoncini appositamente progettati ^1. Si suggerisce che i poli forniscono maggiore stabilità, migliorare la postura, e ridurre lo stress articolare degli arti inferiori. Tuttavia, esistono prove limitate o contraddittorie rispetto ai carichi comune e l'allineamento posturale. Da un lato, Schwameder et al. ^2, Willson et al. ^3, e Koizumi et al. ⁴ miglioramenti report in misure cinematiche e / o riduzioni di reazione a terra, la compressione, e le forze di taglio con i loro studi pole walking. D'altra parte, la diminuzione misure cinematiche e un aumento di carico articolare in termini di frenatura / forze propulsive e momenti di forza sono stati riportati da Hansen et al. ^5, Stief et al. ^6, e Hagen et al. ^7, mentre poli piedi. Inoltre, rivendicazioni di una migliore allineamento posturale sembrano avere entirel passatiy non supportata dalla ricerca scientifica a questo punto.

Simile ai risultati contraddittori trovati con i modelli di andatura, diversi metodi e le attrezzature sono stati impiegati in questa linea di ricerca come bene. Diversi studi hanno utilizzato sistemi di movimento a 3 dimensioni di cattura ^4,6 e videocamere digitali ^2,5, tutte con piattaforme di forza incorporati nel sistema, al fine di valutare in modo adeguato l'andatura. Mentre Inoltre, altri studi hanno utilizzato altri mezzi di valutazione della deambulazione polarità Nordic compreso l'uso di electrogoniometry ^7, elettromiografia (EMG) ^8, e estensimetri montati a pali ^2,9. Con la tecnica utilizzata in questo protocollo, si presenta lo specifico vantaggio di essere in grado di dimostrare una rappresentazione più appropriata (cicli del passo cioè ripetuti) di andatura poling Nordic di un individuo rispetto alle tecniche alternative che si sono concentrati più sui brevi durate e cicli del passo singoli. Inoltre, questo metodo utilizzaaccelerometria, un valido strumento, che a questo punto è stato scarsamente utilizzato nella ricerca nordic walking. A seconda del scopo di singoli progetti di ricerca, l'applicazione di questo protocollo può essere appropriato per situazioni come descritto in questo protocollo, in particolare per breve e lunga durata andatura. E 'importante notare che la cattura e accelerometria motion sono adatti per ottenere una varietà di caratteristiche di andatura tra cui: spazio-temporale (es falcata lunghezza, velocità del passo, ecc), cinematica (gamma di movimento) e cinetica (es forze , potenze, ecc) parametri.

E nonostante l'uso di questi vari pezzi di equipaggiamento, solo gli eventi andatura di breve durata (es ciclo del passo singolo) sono stati valutati, lasciando le domande per quanto riguarda la valutazione migliore più lunga durata andatura (cioè cicli del passo ripetute). Pertanto, la logica per lo sviluppo e l'utilizzo di questa tecnica è basata sulla importance di modellare un quadro completo di andatura poling nordico.

Lo scopo di questo studio è stato duplice. In primo luogo, l'obiettivo primario è quello di determinare e giustificare l'uso di entrambi i sistemi accelerometria e sistemi di motion capture 3-dimensionale nella valutazione del cammino e della postura su entrambe le durate brevi e lunghe. In secondo luogo, l'obiettivo è quello di determinare l'effetto complessivo di bastoncini da nordic walking sui modelli di andatura comprese le misure spazio-temporali e cinetici, nonché l'allineamento posturale di adulti più anziani. Fino ad oggi, la ricerca si è concentrata sulla minima età adulta NW e di ciò che è stato pubblicato, la funzione (ad esempio forza, equilibrio, flessibilità) ha rappresentato le variabili di outcome primari. Pertanto, è necessaria la conoscenza di competenza il ruolo di bastoncini sulle variabili andatura misurabili e può fornire informazioni su come poli possono giocare nei nostri schemi di andatura con l'avanzare dell'età.

Protocollo

Questo studio è stato eseguito in conformità con le linee guida del Comitato Etico dell'Università di Ottawa Research.

1. Screening Procedura

1. Fornire mostrano lato presentazioni di zona locale a piedi gruppi e manifesti messaggio di reclutamento presso centri sociali e strutture pubbliche, al fine di reclutare un gruppo di residenti in comunità, gli adulti più anziani attivi.
2. Su visita iniziale, prima salutare i partecipanti, introdurli al laboratorio, e di fornire loro il tempo di trasformarsi in abbigliamento appropriato (ad esempio pantaloncini, t-shirt e scarpe da ginnastica). Una volta pronto, a ciascun partecipante con una descrizione studio approfondito, è necessario ottenere il consenso informato scritto, e lo schermo ogni individuo per lo studio ammissibilità utilizzando vari questionari.
   NOTA: I criteri di inclusione include: 55-80 anni di età, novizio di nordic walking (NW), senza condizioni neurologiche, non disturbi cognitivi, senza condizioni cardiache, senza precedenti lesioni o interventi chirurgici che interessano l'andatura e superioreil movimento degli arti, e la capacità di camminare senza aiuto.
   1. Avere il partecipante completare un questionario di salute generale e di attività fisica e la prontezza attività fisica Questionnaire (PAR-Q) al fine di confermare l'età, il livello di attività, eventuali condizioni neurologiche esistenti e valutare brevemente salute cardiaca.
   2. Poi, li hanno completare un stabilità posturale auto-riferito e cade questionario (adattato da Ashburn et al. ¹⁰⁾ per determinare la prevalenza di caduta, se applicabile. Infine, completare la valutazione cognitiva Montreal (MOCA), con ogni soggetto, al fine di controllare per lieve deterioramento cognitivo ^11, costituendo un punteggio minimo di 26 su 30.

2. Palo di set-up e di istruzioni Nordic Walking

1. Ciascun partecipante una serie di pali, e istruirli su come regolare i poli per una lunghezza ottimale rispetto alla loro altezza. Assicurarsi che la regolazione corrisponde a circa 65% dell'altezza del corpo dell'individuo.
   1. Fornire ogni partecipante con le seguenti istruzioni in materia di regolazione palo. Chiedi ai partecipanti di puntare in alto, hanno i partecipanti posizionare la punta pole davanti alle dita dei piedi, istruire i partecipanti di posizionare il gomito e avambraccio accanto al corpo, e chiedere ai partecipanti di allungare i poli in modo che il gomito forma un approssimativo di 90 ° angolo accanto al corpo. Infine, serrare saldamente i poli e l'angolo delle punte di avvio all'indietro.
2. Istruire il partecipante i seguenti 4 passaggi di base al fine di minimizzare la quantità di dati per elaborare e assicurare una comprensione approfondita della tecnica ^12. Assegnare circa 30 minuti per l'istruzione e la successiva pratica della tecnica.
   NOTA: le istruzioni di nordic walking sono per essere dato da un istruttore di nordic walking pole certificata.
   1. Prima di fissare le cinghie da polso, istruire il partecipante di mettere i loro pali dietro la parte bassa della schiena epuntare in alto. Chiedi ai partecipanti di stare con loro petto alto e le spalle rilassate.
      NOTA: Spiegare al partecipante che questo è fatto per acquisire una comprensione della postura corpo in posizione verticale necessaria per il nordic walking.
   2. Hanno ogni partecipante fissare le cinghie di polso, posizionare le punte palo dietro di loro, e rilassarsi le braccia lungo i fianchi. Pur mantenendo le mani aperte (cioè non afferrare le maniglie), istruire il soggetto per cominciare a camminare con il minimo forcellone per circa 100 m.
      NOTA: In questa fase, i poli sono semplicemente trascinava dietro il partecipante.
   3. Pur mantenendo le mani aperte e trascinando i pali dietro di loro, istruire il partecipante di iniziare a camminare più velocemente. Chiedere ai partecipanti di visualizzare portare la loro mano come se fossero in procinto di stringere la mano a qualcuno.
      NOTA: In questa fase, spiega che l'obiettivo è quello di promuovere le azioni naturali reciproche e ritmiche delle braccia e delle gambe durante la deambulazione.
   4. Finalmente,come il braccio oscilla avanti, avere il partecipante afferrare delicatamente la maniglia e applicare una forza contro il terreno. Con ogni oscillazione del braccio, istruire l'individuo a sollevare leggermente i pali da terra e con fermezza li pianta con ogni falcata successiva.
      NOTA: In questa fase, spiegano che gli aiuti forza applicata in progressione dell'andatura e fornisce la resistenza alla muscolatura superiore del corpo.

3. I dati raccolta e il controllo protocollo

1. Utilizzando una misura standard di nastro, scala di peso, e la pinza, prendere misure antropometriche del partecipante, compreso lunghezze gamba destra altezza, peso, inter-ASIS distanza, a sinistra e, larghezze ginocchio, larghezze caviglia, offset spalla, larghezze gomito, larghezze polso, e spessori mano.
   1. Utilizzando un metro, misurare ogni lunghezza gamba come la distanza dalla spina iliaca antero-superiore (ASIS) al centro del malleolo mediale così come la distanza tra il ASIS sinistro e destro (cioè </ Em> inter-ASIS distanza).
      1. Quindi, misurare la larghezza di ciascun giunto utilizzando un calibro trovando la distanza tra le prominenze ossee (es condili) di ciascun giunto. Infine, misurare l'altezza e il peso del partecipante utilizzando una misura di nastro standard e la scala, rispettivamente.
2. Per valutare modelli deambulazione (ad esempio misure spazio-temporali) e l'allineamento posturale per un lungo periodo di tempo, utilizzare un sistema accelerometria per la raccolta di dati durante il 6 test del cammino (6MWT), che è una prova valida e appropriata nella valutazione di età adulta resistenza fisica ^13.
   1. Per il sistema accelerometria, assicurarsi che comprende almeno 6 sensori, ciascuno con accelerometri e giroscopi incorporati in essi al fine di misurare sia l'accelerazione (g) e la velocità angolare (gradi / sec) di ogni segmento organismo specifico.
      1. Prima di posizionamento sul partecipante, in modo che tutti i sensori are ancorata saldamente alla docking station del sistema, al fine di sincronizzarli e calibrare il sistema, e, infine, relè misurazioni dati precisi ^14.
   2. Fissare i sensori con gancio e le cinghie regolabili, fissare i sensori ai polsi, alle caviglie, colonna lombare (L5) e del tronco e raccogliere ad una frequenza di campionamento di un minimo di 100 Hz.
      1. Quando si posizionano i sensori, in modo che essi sono orientati secondo le linee guida del sistema. Posizionare i sensori caviglia anteriormente. Posizionare i sensori polso posteriormente (quando è in posizione anatomica). Posizionare il sensore tronco cima sterno, e posizionare il sensore L5 direttamente alla L5 vertebre.
         NOTA: dati cinematici viene trasmessa via radio da questi sensori ad un punto di accesso, che viene utilizzato per proprio tempo di trasmissione dei dati sincronizzati.
   3. Montare il partecipante con i 6 sensori e chiedere loro di effettuare due prove del 6MWT, uno con pali e One meno. Casualmente assegnare questi due studi per il controllo per effetto dell'ordine.
   4. Istruire il partecipante a camminare avanti e indietro lungo una passerella 25 m ad una velocità di auto-selezionato per il 6MWT, sia con e senza pali. In questo momento, assicurati di fare clic su 'Start' per iniziare la raccolta dei dati con il sistema accelerometria.
      NOTA: Durante le prove pole, fornire ulteriori istruzioni al partecipante di attuare il loro istruzione di polarità.
3. Infine, valutare gli eventi durata dell'andatura brevi utilizzando un sistema di motion capture 3-dimensionale raccolta ad un minimo di 100 Hz, con due piattaforme di forza incorporati nel pathway. Sincronizzare le piattaforme di forza con il sistema di motion capture, assicurarsi che le piattaforme di forza vengono azzerati per evitare che il rumore nei dati, e garantire che essi stanno raccogliendo ad una frequenza di campionamento sufficiente, ad esempio 1.000 Hz.
   1. Sincronizzare le piastre forza per il sistema di motion capture per primo li collega al computer tramite i cavi fornisconoD da parte della società. In secondo luogo, direttamente all'interno del software di sistema di motion capture, è imperativo 'aggiungere' le piattaforme di forza al volume di cattura inserendo le dimensioni, la sensibilità, frequenze di campionamento, e tutte le altre informazioni necessarie per il sistema.
   2. Assicurarsi che le piattaforme di forza sono state 'azzerato'. Fate questo in due fasi: 1) fare clic destro su ogni piatto forza all'interno del software e selezionare 'Zero forza piatto' e 2) premere il pulsante 'zero' che si trova direttamente sulla scatola di acquisizione dei dati delle piattaforme di forza.
      NOTA: Assicurarsi che il sistema di motion capture raccoglie le informazioni in tempo reale da entrambi i gambe sinistra e destra da scioperi piede su ogni piattaforma di forza e consente l'analisi spazio-temporali, cinematica e cinetica.
4. Completare una calibrazione dinamica del sistema (volto a definire il volume di cattura che deve essere usato per la raccolta dei dati). A tale scopo, una bacchetta 3 marcatore in modo controllato attraverso la Capture lo spazio. Quindi eseguire una calibrazione statica del sistema per impostare il sistema di coordinate globale (cioè il punto di riferimento di 0, 0, 0 (x, y, z) mettendo a 4 marcatore L-frame in quel determinato punto di riferimento per selezionare 'Set Volume 'all'interno del software del computer.
   NOTA: La calibrazione dinamica successivamente assiste nella ricostruzione della posizione 3-dimensionale di 39 marcatori riflettenti utilizzati per questo modello.
   1. Montare il partecipante con 39 marcatori riflettenti, allegando utilizzando nastro biadesivo e mettendoli su punti di riferimento specifici anatomici tra cui: secondo metatarso, malleoli laterali, calcanei, la metà del gambo a destra ea sinistra, condili femorali laterali, a destra ea sinistra a metà coscia , ASIS, SIPS, T10, C7, terzino destro, clavicola, sterno, processi acromion, a destra ea sinistra a metà dell'omero, epicondili laterali, a destra ea sinistra a metà avambraccio, polso mediale e laterale, secondo metacarpo, testa antero-laterale, e posteriore-laterale della testa.
   2. Istruire il partecipante per poisvolgere 6 prove di un 5 metri a piedi attraverso il volume di acquisizione dei sistemi, tre con pali e tre senza. Casualmente assegnare questi studi per il controllo per effetto dell'ordine e di fornire la stessa istruzione come per il 6MWT.

4. I ​​dati e l'analisi statistica ¹⁴

1. Durante l'analisi del 6MWT, rimuovere tutte le svolte durante il processo, al fine di tener conto rigorosamente costante camminare stato Dopo aver rimosso i giri, utilizzare il software di sistema per estrarre le misure spazio-temporali, gamma tronco di movimento (ROM) in tutti i luoghi, e velocità tronco in tutti i piani.
   NOTA: Questa operazione viene eseguita automaticamente durante questo protocollo attraverso algoritmi utilizzati dal sistema stesso ^14. I passi per estrarre le variabili dipendenti necessari all'interno di questo sistema sono elencati di seguito.
   1. Utilizzando il software di sistema accelerometria, prima cliccare su 'Data Monitor', selezionare l'ora timbrato opportune prove che sono state raccolte, fare clic destro sul TRIALS, e selezionare 'Converti in formato CSV'. Dopo aver fatto questo, aprire il file CSV e garantire che i dati da tutti i 6 sensori è stato esportato per ulteriori analisi.
   2. Avanti, selezionare di nuovo il processo e fare clic su 'Esporta in PDF'. Osservare il sistema genera un rapporto PDF con un numero di variabili. Da qui, estrarre le variabili che sono voluti per lo studio, in questo caso, le misure spazio-temporali e cinematiche.
2. Per motion capture 3-dimensionale, filtrare tutti gli studi con un quarto ordine zero ritardo filtro Butterworth per dispositivi analogici con una frequenza di taglio di 10 Hz e un filtro Woltring per le traiettorie marcatori con un MSE 15 millimetri predetto valore. Per fare questo, fissare le 'Butterworth e Woltring' opzioni di filtraggio al gasdotto operazioni all'interno del software di sistema, selezionare le suddette frequenze di taglio e valori MSE, e fare clic su 'Esegui'.
   1. Aggiunta di un 'esportazione di file ASCII' operazione al gasdotto operazioni all'internoil sistema e selezionare 'Run'. Salvare il foglio di lavoro ASCII appena esportato (foglio di calcolo) al computer.
   2. Aprire i file ASCII esportati e all'interno di ogni file, individuare le uscite di potenza e momenti di forza (cioè cinetica) per ciascuna delle articolazioni degli arti inferiori, tra cui la caviglia, ginocchio, anca e.
      NOTA: Utilizzando le funzioni minime e massime dentro il foglio, calcolare i picchi superiori ed inferiori corrispondenti alle diverse fasi di un singolo ciclo del passo (ad esempio A1, K1, H1, etc.) come indicato dalla inverno ^14.
   3. Successivamente, estrarre le misure spazio-temporali utilizzando il software di sistema specifico, che in questo caso, viene calcolato automaticamente tramite algoritmi di sistema e da misure antropometriche. Per estrarre le variabili specifiche, prima di importare il processo desiderato nel software di sistema, selezionare 'Eventi', e cliccare sulla variabile desiderata per ottenere la media variabile da ogni prova.
3. Lastly, utilizzando i file ASCII, individuare le traiettorie per il marcatore C7 nonché i marcatori sacrali / pelvico. Utilizzando queste traiettorie, calcolare l'allineamento posturale come il differenziale tra questi marcatori e traiettorie in entrambe le direzioni medio-laterale e anteriore-posteriore.
4. Aprire software statistico e importare il processo specifico. In primo luogo, utilizzando il test di Shapiro-Wilks per la normalità, accertarsi se i dati sono distribuiti normalmente.
   1. Per confrontare con e senza pali, uso paired t-test quando i dati vengono normalmente distribuito e Wilcoxon Classifica test quando è asimmetrico. Utilizzare Holm-Sidak procedure multiple confronto a coppie in caso di necessità. livello di significatività è fissato a p <0,05.

Risultati

Parametri Gait spazio-temporale

Quando si cammina con i bastoncini da nordic walking e valutata utilizzando piastre di motion capture e di forza, lunghezza del passo (p <0,01), tempo doppio supporto (p <0.001), e il tempo di supporto singolo (p <0.001) sono tutti significativamente più lungo rispetto a camminare senza bastoni . Inoltre, la velocità di andatura (p <0,05) è significativamente più lento e la caden...

Discussione

L'importanza di mantenere la coerenza in termini di utilizzo pole è fondamentale all'interno di questo protocollo. In particolare, le misure adeguate per una corretta tecnica di polarizzazione così come polo corretto set up sono importanti per mantenere la coerenza tra i diversi studi. Pertanto, le linee guida e le istruzioni di una specifica organizzazione Nordic Walking devono essere rispettate per protocolli come questo. Inoltre e in particolare quando si utilizza accelerometria, uso di un insieme corpo pie...

Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
Nordic walking poles	Nordixx Canada	Nordixx Global Traveler or Walker	Alternative poles may be used
APDM accelerometry system	APDM	Opal system	Alternative systems may be used
Vicon motion capture system	Vicon		Alternative systems may be used
Kistler force platforms	Kistler		Alternative platforms may be used
Vicon Nexus & Polygon	Vicon		Used in data analysis
14mm reflective markers	Vicon		Number or markers depends on model
Tape measure
Weight scale
Caliper