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Method Article
Here, we present a novel protocol to measure positional stability at key events during the sit-to-stand-to-walk using the center-of-pressure to the whole-body-center-of-mass distance. This was derived from the force platform and three-dimensional motion-capture technology. The paradigm is reliable and can be utilized for the assessment of neurologically compromised individuals.
Indivíduos com sensório patologia por exemplo, acidente vascular cerebral têm dificuldade em executar a tarefa comum de ressurgir da sessão e iniciar a marcha (sit-to-pé: STW). Assim, na separação de reabilitação clínica de sit-to-stand e marcha iniciação - denominado sit-to-stand-e-walk (STSW) - é habitual. No entanto, um protocolo padronizado STSW com uma abordagem analítica claramente definido adequado para avaliação patológica ainda não foi definida.
Assim, um protocolo orientado para o gol é definida que é adequado para indivíduos saudáveis e comprometidos, exigindo a fase subindo para ser iniciada a partir de 120% altura do joelho com uma ampla base de apoio independente do membro chumbo. captura óptica de três dimensões (3D) trajetórias de movimento segmentares e força plataformas para produzir bidimensional (2D) de centro de pressão (COP) trajetórias permitir um acompanhamento da distância horizontal entre COP e-whole-body-center de- massa (BCOM), a diminuição da que aumentams estabilidade posicional, mas é proposto para representar mau controle postural dinâmico.
distância BCOM-COP é expressa com e sem a normalização para o comprimento da perna dos sujeitos. Enquanto distâncias COP-BCOM variam através STSW, dados normalizados nos eventos do movimento chave do assento-off e toe-off inicial (TO1) durante as etapas 1 e 2 têm baixa intra e variabilidade assunto entre em 5 ensaios repetidos realizados por 10 indivíduos saudáveis jovens . Assim, comparando a distância COP-BCOM em eventos-chave durante a execução de um paradigma STSW entre pacientes com lesão superior do neurônio motor, ou outros grupos de pacientes comprometidos, e os dados normativos em indivíduos jovens e saudáveis é uma nova metodologia para a avaliação da estabilidade postural dinâmica.
patologias clínicas que afetam os sistemas sensório-motores, por exemplo neurônio motor superior (UMN) ferimentos após acidente vascular cerebral, levar a deficiências funcionais, incluindo fraqueza, perda de estabilidade postural e espasticidade, o que pode afetar negativamente a locomoção. A recuperação pode ser variável com um número significativo de sobreviventes de AVC não atinjam os marcos funcionais da posição segura ou caminhar 1,2.
A prática discreta de caminhar e sentar-se para de pé são tarefas de reabilitação comuns após UMN patologia 3,4, no entanto movimentos transitórios são frequentemente negligenciados. Sente-se a pé (STW) é uma tarefa postural-locomotor sequencial incorporando sit-to-stand (STS), o início da marcha (GI), e andando 5.
Separação de STS e GI, reflexivo de hesitação durante STW tem sido observado em pacientes com doença crônica 6 e 7 de Parkinson acidente vascular cerebral, além de unimpaire mais velhosadultos D 8, mas não em indivíduos jovens saudáveis 9. Portanto sit-to-stand-e-walk (STSW) é comumente implementado dentro do ambiente clínico e é definido por uma fase de pausa de comprimento variável, quando em pé. No entanto, não há protocolos publicados até à data definindo dinâmica STSW num contexto apropriado para as populações de pacientes.
Normalmente, nos estudos STW a altura inicial cadeira é 100% da altura do joelho (KH; chão ao joelho distância), pé de largura e GI lead-membros são auto-selecionados, os braços são limitados no peito e um contexto de tarefa ecologicamente significativa é muitas vezes ausente 5-9. No entanto, os pacientes encontram passando de 100% KH desafiadora 10 e frequentemente adoptar uma posição mais ampla do pé em comparação com indivíduos saudáveis 11, iniciar a marcha com sua perna afetada 7, e usar seus braços para gerar uma dinâmica 7.
Para iniciar a marcha, uma mudança de estado em movimento de todo o corpo em um purpos eful direcção 12 é necessária. Isto é conseguido através desacoplamento do whole-body centro de massa (BCOM: a média ponderada de todos os segmentos corporais consideradas no espaço 13) do centro-de-pressão (COP: a posição da força de reação do solo resultante (GRF) vetor 14). Na fase antecipatória de GI, rápida posterior estereotipada e movimento lateral do COP na direção do membro a ser balançado ocorre gerando assim BCOM impulso 12,15. O COP e BCOM são assim separados, com a distância horizontal entre eles, tendo sido proposto como uma medida de controlo de dinâmica postural 16.
O cálculo da distância COP-BCOM requer a medição simultânea das posições COP e BCOM. O cálculo do padrão de COP é mostrado abaixo na equação (1) 17:
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(1)
Onde M e da Força representam momentos sobre os eixos plataforma de força eo GRF direcional, respectivamente. Os índices representam eixos. A origem é a distância vertical entre a superfície de contacto e a origem da plataforma de força, e é considerada como sendo zero.
O método cinemático de derivar posição BCOM envolve o acompanhamento do deslocamento dos marcadores segmentares. A representação fiel do movimento do corpo do segmento pode ser conseguido através do emprego de marcadores agrupados em placas rígidas colocado afastado de pontos ósseos, minimizando-tecido macio artefato (técnica ELENCO 18). A fim de determinar a posição BCOM, massas segmento do corpo individuais são estimados, com base no trabalho cadavérico 19. Tridimensional software proprietário (3D) sistema de movimento usa a posições de proximal e d coordenarlocais do segmento de istal para: 1) determinar comprimentos segmentares, 2) estimar aritmeticamente massas segmentares, e 3) calcular locais COM segmentares. Estes modelos são então capazes de fornecer estimativas de posição BCOM 3D em um determinado ponto no tempo com base no somatório líquido das posições inter-segmentares (Figura 1).
Assim, o objetivo deste trabalho é o primeiro a apresentar um protocolo STSW padronizado que é ecologicamente válida e inclui passando de uma alta de altura do assento. Demonstrou-se anteriormente que STSW de 120% KH é biomecanicamente indistinta de 100% KH geração de restrição de bcom velocidades verticais inferiores e do GRF durante subindo 20, ou seja, subindo a partir de 120% KH é mais fácil (e mais seguro) para indivíduos comprometidos. Em segundo lugar, para derivar distâncias horizontais COP-BCOM para avaliar o controle postural dinâmica durante as principais etapas e transições usando de captura de movimento 3D. Esta abordagem, que em indivíduos saudáveis durante STSW é independente do membro-lead 20, oferece a perspectiva de avaliação da recuperação funcional. Finalmente, um conjunto representativo de indivíduos saudáveis jovens de dados STSW preliminar é apresentada, ea variabilidade intra e inter-sujeitos no grupo é definida a fim de informar comparação com os indivíduos patológicos.
Figura 1. cálculo BCOM 2D. Para simplificar, o exemplo baseia-se no cálculo de toda a perna COM partir de uma massa de 3 ligada em 2 dimensões, onde as coordenadas das posições respectivas COM (X, Y), e massas segmentares (m 1, m 2, m 3) são conhecidos. massas segmento e localização de posições COM segmentares, no que diz respeito ao laboratório sistema de coordenadas (LCS; origin: 0, 0), são estimadas por software proprietário sistema de análise de movimento usando massa corporal assunto e dados antropométricos publicados (ver texto principal). O x umnd posição COM perna y, neste exemplo da massa 3-linked, é então calculado utilizando as fórmulas mostradas. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
O protocolo segue as diretrizes locais para o teste de participantes humanos, definido pela London South Bank University aprovação do comitê de ética em pesquisa (UREC1413 / 2014).
1. Gait laboratório de preparação
Figura 2. Protocolo Experimental. Este exemplo mostra uma vantagem de perna esquerda: Assuntos sentar em um banquinho instrumentada em 120% altura do joelho (KH) with tornozelos 10 ° graus em flexão dorsal e os pés na largura dos ombros orientada para a frente. Em uma pista visual, os indivíduos executam 5 ensaios de STSW líder com seu membro não-dominante em ritmo auto-selecionado denunciado por desligar a luz. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3. L-Shaped Estrutura de Referência e Wand para câmeraCalibração. A estrutura de referência em forma de L permanece estacionário e tem 4 marcadores ligados a ele. A varinha tem dois marcadores ligados a ele, a uma distância fixa e é movido, no que diz respeito à estrutura de referência, para criar um volume calibrado de 3-D do espaço que é suficiente para o marcador pretendido definir a passagem. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
2. Objecto Preparação
Tabela 1:. Características Dados sujeitos individuais e médios (± 1 DP) em 10 indivíduos são mostrados.
Tabela 2: colocação Marker-definido. Marcadores (anatómicas e de seguimento) com base em um frame técnica previamente relatada de referência 23 .
3. Captura estática
4. Familiarização
5. STSW Trials dinâmicos
6. Proprietary Tracking Software Pós-Processamento
7. Biomecânica Análise Software Pós-Processamento
Quadro 3a: Anatomical Sistema de Coordenadas para Whole Modelo corpo.
Tabela 3b: Definições comuns Centro para todo modelo de corpo.
(2a) vigor Net medio-lateral
(2b) força ântero-posterior Net
(2c) força vertical Net
(2d) Momento plataforma Net sobre eixo x
(2e) Momento plataforma Net sobre -axis yn 8 "src =" / files / ftp_upload / 54323 / 54323eq8.jpg "/>
(2-F) x coordenada x do ponto de aplicação da força líquida (COP x)
(2g) y coordenada x da rede ponto de aplicação da força (COP y)
Figura 4. Estrutura Força. Exemplo de uma estrutura de força rectangular abrangendo 4 plataformas de força em uma orientação de chumbo-membro direito. Detalhes de aplicação COP local e dimensões com relação a um sistema de laboratório de coordenadas (LCS) são mostrados para plataforma de força 1 como um exemplo. O X, Y, Z posição do sistema de referência de plataforma (PRS) está deslocada relativamente à L CS em que X 1 e Y 1 representam as distâncias mediolateral e anteroposterior do PRS, respectivamente. Para calcular o momento plataforma individual sobre o eixo x, o GRF vertical é multiplicado pela soma do COP y coordenadas local e os novos PRS-LCS compensado coordenada y (Y 1 + y 1). O momento sobre o eixo y coordenadas é semelhante calculado multiplicando a força vertical pela soma negativa da COP x coordenadas local eo novo deslocamento x PRS-LCS coordenar - (X + 1 x 1). O momento total da força sobre a estrutura de força global é igual à soma de todos os momentos de força, dividida pela soma das forças verticais individuais. Coordenadas COP líquido X e Y são, assim, produzidas para a estrutura de força dentro do LCS (equações 2a-g).large.jpg "target =" _ blank "> Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
. Tabela 4: Movimento de definições de eventos GI - o início da marcha; COP - de centro de pressão; HO1 - primeiro o calcanhar-off; TO1 - 1º toe-off, IC1 - 1º contato inicial.
8. Cálculos do Valor Normativa específica do laboratório
Todos os indivíduos levantou-se com os pés colocados nas plataformas de força individuais, levando com o seu membro não-dominante como instruído. marcha normal foi observada com assuntos pisar limpa para as outras plataformas e análise de movimento óptica baseada em 3D rastreado com sucesso o movimento do corpo todo durante 5 tarefas STSW orientada a objetivos repetidas aumento de 120% KH. COP simultânea e BCOM mediolateral deslocamentos entre assento-off e IC2 (100% ciclo STSW) ...
O protocolo de sit-to-stand-e-walk (STSW) definido aqui pode ser usado para testar o controle postural dinâmica durante o movimento de transição complexa em indivíduos saudáveis ou grupos de pacientes. O protocolo inclui restrições que são projetados para permitir que indivíduos com patologia a participar, ea inclusão de desligar a luz significa que é ecologicamente válida e orientada para o gol. Como foi demonstrado anteriormente que o chumbo de membros inferiores e passando de uma alta (KH 120%) do a...
The authors have no competing financial interests to disclose.
Os autores gostariam de agradecer a Tony Christopher, Lindsey Manjerona do Kings College London e Bill Anderson na London South Bank University, pelo apoio prático. Obrigado também a Eleanor Jones do Kings College de Londres por sua ajuda na recolha de dados para este projeto.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Motion Tracking Cameras | Qualysis (Qualysis AB Gothenburg, Sweden) | Oqus 300+ | n= 8 |
Qualysis Track Manager (QTM) | Qualysis (Qualysis AB Gothenburg, Sweden) | QTM 2.9 Build No: 1697 | Proprietary tracking software |
Force Platform Amplifier | Kistler Instruments, Hook, UK | 5233A | n= 4 |
Force Platform | Kistler Instruments, Hook, UK | 9281E | n= 4 |
AD Converter | Qualysis (Qualysis AB Gothenburg, Sweden) | 230599 | |
Light-Weight Wooden Walkway Section | Kistler Instruments, Hook, UK | Type 9401B01 | n= 2 |
Light-Weight Wooden Walkway Section | Kistler Instruments, Hook, UK | Type 9401B02 | n= 4 |
4 Point "L-Shaped" Calibration Frame | Qualysis (Qualysis AB Gothenburg, Sweden) | ||
"T-Shaped" Wand | Qualysis (Qualysis AB Gothenburg, Sweden) | ||
12 mm Diameter Passive Retro reflective Marker | Qualysis (Qualysis AB Gothenburg, Sweden) | Cat No: 160181 | Flat Base |
Double Adhesive Tape | Qualysis (Qualysis AB Gothenburg, Sweden) | Cat No: 160188 | For fixing markers to skin |
Height-Adjustable Stool | Ikea, Sweden | Svenerik | Height 43 - 58 cm with ~ 10cm customized height extension option at each leg |
Circular (Disc) Pressure Floor Pad | Arun Electronics Ltd, Sussex, UK | PM10 | 305 mm Diameter, 3 mm thickness, 2 wire |
Lower Limb Tracking Marker Clusters | Qualysis (Qualysis AB Gothenburg, Sweden) | Cat No: 160145 | 2 Marker clusters, lower body with 8 markers (n= 2) |
Upper Limb Tracking Marker Clusters | Qualysis (Qualysis AB Gothenburg, Sweden) | Cat No: 160146 | 2 Marker clusters, lower body with 6 markers (n= 2) |
Self-Securing Bandage | Fabrifoam, PA, USA | 3'' x 5' | |
Cycling Skull Cap | Dhb | Windslam | |
Digital Column Scale | Seca | 763 Digital Medical Scale w/ Stadiometer | |
Measuring Caliper | Grip-On | Grip Jumbo Aluminum Caliper - Model no. 59070 | 24 in. Jaw |
Extendable Arm Goniometer | Lafayette Instrument | Model 01135 | Gollehon |
Light Switch | Custom made | ||
Visual3D Biomechanics Analysis Software | C-Motion Inc., Germantown, MD, USA | Version 4.87 |
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