Name: kinematic analysis using 3d motion capture of drinking task in people with and without upper-extremity impairments
Uploaded: 2018-03-28T13:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Kinematic Analysis Using 3D Motion Capture of Drinking Task in People With and Without Upper-extremity Impairments at JoVE.com

Speciellt tack till Bo Johnels, Nasser Hosseini, Roy Tranberg och Patrik Almström för hjälp med inledandet av detta projekt. Forskning uppgifterna i detta protokoll samlades på Sahlgrenska Universitetssjukhuset.

Alla metoderna som beskrivs här har varit en del av de studier som godkänts av den regionala etikprövningsnämnden i Göteborg (318-04, 225-08).
1. ställa in Motion Capture systemet
<ol><li>Montera 4 kameror på väggen ca 1,5-3 m från området mätning på höjden av 1,5-2,5 m fasadbeklädnad området mätning. Montera en kamera på taket precis ovanför området mätning (figur 1). Starta kamerasystemet.</li>
	<li>Placera ramen L-form kalibrering på tabe...

<ol>
	<li>Alt Murphy, M., H&#228;ger, C. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinematic+analysis+of+the+upper+extremity+after+stroke+-+how+far+have+we+reached+and+what+have+we+grasped?.">Kinematic analysis of the upper extremity after stroke - how far have we reached and what have we grasped?.</a> Physical Therapy Reviews. 20 (3), 137-155 (2015).</li><li>Bustren, E. L., Sunnerhagen, K. S., Alt Murphy, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Movement+Kinematics+of+the+Ipsilesional+Upper+Extremity+in+Persons+With+Moderate+or+Mild+Stroke.">Movement Kinematics of the Ipsilesional Upper Extremity in Persons With Moderate or Mild Stroke.</a> Neurorehab Neural Re. 31 (4), 376-386 (2017).</li><li>Sivan, M., O'Connor, R. J., Makower, S., Levesley, M., Bhakta, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Systematic+review+of+outcome+measures+used+in+the+evaluation+of+robot-assisted+upper+limb+exercise+in+stroke.">Systematic review of outcome measures used in the evaluation of robot-assisted upper limb exercise in stroke.</a> J Rehabil Med. 43 (3), 181-189 (2011).</li><li>Demers, M., Levin, M. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Do+Activity+Level+Outcome+Measures+Commonly+Used+in+Neurological+Practice+Assess+Upper-Limb+Movement+Quality?.">Do Activity Level Outcome Measures Commonly Used in Neurological Practice Assess Upper-Limb Movement Quality?.</a> Neurorehab Neural Re. 31 (7), 623-637 (2017).</li><li>Levin, M. F., Kleim, J. A., Wolf, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=What+do+motor+"recovery"+and+"compensation"+mean+in+patients+following+stroke?.">What do motor "recovery" and "compensation" mean in patients following stroke?.</a> Neurorehab Neural Re. 23 (4), 313-319 (2009).</li><li>Alt Murphy, M., Willen, C., Sunnerhagen, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Responsiveness+of+Upper+Extremity+Kinematic+Measures+and+Clinical+Improvement+During+the+First+Three+Months+After+Stroke.">Responsiveness of Upper Extremity Kinematic Measures and Clinical Improvement During the First Three Months After Stroke.</a> Neurorehab Neural Re. 27 (9), 844-853 (2013).</li><li>van Dokkum, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+contribution+of+kinematics+in+the+assessment+of+upper+limb+motor+recovery+early+after+stroke.">The contribution of kinematics in the assessment of upper limb motor recovery early after stroke.</a> Neurorehab Neural Re. 28 (1), 4-12 (2014).</li><li>Alt Murphy, M., Willen, C., Sunnerhagen, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinematic+variables+quantifying+upper-extremity+performance+after+stroke+during+reaching+and+drinking+from+a+glass.">Kinematic variables quantifying upper-extremity performance after stroke during reaching and drinking from a glass.</a> Neurorehab Neural Re. 25 (1), 71-80 (2011).</li><li>Subramanian, S. K., Yamanaka, J., Chilingaryan, G., Levin, M. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Validity+of+movement+pattern+kinematics+as+measures+of+arm+motor+impairment+poststroke.">Validity of movement pattern kinematics as measures of arm motor impairment poststroke.</a> Stroke. 41 (10), 2303-2308 (2010).</li><li>Michaelsen, S. M., Dannenbaum, R., Levin, M. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Task-specific+training+with+trunk+restraint+on+arm+recovery+in+stroke:+randomized+control+trial.">Task-specific training with trunk restraint on arm recovery in stroke: randomized control trial.</a> Stroke. 37 (1), 186-192 (2006).</li><li>Kwakkel, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Standardized+measurement+of+sensorimotor+recovery+in+stroke+trials:+Consensus-based+core+recommendations+from+the+Stroke+Recovery+and+Rehabilitation+Roundtable.">Standardized measurement of sensorimotor recovery in stroke trials: Consensus-based core recommendations from the Stroke Recovery and Rehabilitation Roundtable.</a> Int J Stroke. 12 (5), 451-461 (2017).</li><li>Wagner, J. M., Lang, C. E., Sahrmann, S. A., Edwards, D. F., Dromerick, A. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sensorimotor+impairments+and+reaching+performance+in+subjects+with+poststroke+hemiparesis+during+the+first+few+months+of+recovery.">Sensorimotor impairments and reaching performance in subjects with poststroke hemiparesis during the first few months of recovery.</a> Phys Ther. 87 (6), 751-765 (2007).</li><li>van Kordelaar, J., van Wegen, E., Kwakkel, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+time+on+quality+of+motor+control+of+the+paretic+upper+limb+after+stroke.">Impact of time on quality of motor control of the paretic upper limb after stroke.</a> Arch Phys Med Rehab. 95 (2), 338-344 (2014).</li><li>Thielman, G., Kaminski, T., Gentile, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rehabilitation+of+reaching+after+stroke:+comparing+2+training+protocols+utilizing+trunk+restraint.">Rehabilitation of reaching after stroke: comparing 2 training protocols utilizing trunk restraint.</a> Neurorehab Neural Re. 22 (6), 697-705 (2008).</li><li>Armbruster, C., Spijkers, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Movement+planning+in+prehension:+do+intended+actions+influence+the+initial+reach+and+grasp+movement?.">Movement planning in prehension: do intended actions influence the initial reach and grasp movement?.</a> Motor Control. 10 (4), 311-329 (2006).</li><li>Qualisys. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Qualisys Track Manager user manual. , (2008).</li><li>Alt Murphy, M., Banina, M. C., Levin, M. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Perceptuo-motor+planning+during+functional+reaching+after+stroke.">Perceptuo-motor planning during functional reaching after stroke.</a> Exp Brain Res. , (2017).</li><li>Sint Jan, S. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Color atlas of skeletal landmark definitions : guidelines for reproducible manual and virtual palpations. , (2007).</li><li>Alt Murphy, M., Sunnerhagen, K. S., Johnels, B., Willen, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+kinematic+motion+analysis+of+a+daily+activity+drinking+from+a+glass:+a+pilot+study.">Three-dimensional kinematic motion analysis of a daily activity drinking from a glass: a pilot study.</a> J Neuroeng Rehabil. 3, 18 (2006).</li><li>Alt Murphy, M., Willen, C., Sunnerhagen, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Movement+kinematics+during+a+drinking+task+are+associated+with+the+activity+capacity+level+after+stroke.">Movement kinematics during a drinking task are associated with the activity capacity level after stroke.</a> Neurorehab Neural Re. 26 (9), 1106-1115 (2012).</li><li>Alt Murphy, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Development and validation of upper extremity kinematic movement analysis for people with stroke. Reaching and drinking from a glass. , (2013).</li><li>Persson, H. C., Alt Murphy, M., Danielsson, A., Lundgren-Nilsson, A., Sunnerhagen, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+cohort+study+investigating+a+simple,+early+assessment+to+predict+upper+extremity+function+after+stroke+-+a+part+of+the+SALGOT+study.">A cohort study investigating a simple, early assessment to predict upper extremity function after stroke - a part of the SALGOT study.</a> BMC Neurol. 15, 92 (2015).</li><li>Hoonhorst, M. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+Do+Fugl-Meyer+Arm+Motor+Scores+Relate+to+Dexterity+According+to+the+Action+Research+Arm+Test+at+6+Months+Poststroke?.">How Do Fugl-Meyer Arm Motor Scores Relate to Dexterity According to the Action Research Arm Test at 6 Months Poststroke?.</a> Arch Phys Med Rehab. 96 (10), 1845-1849 (2015).</li><li>Pang, M. Y., Harris, J. E., Eng, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+community-based+upper-extremity+group+exercise+program+improves+motor+function+and+performance+of+functional+activities+in+chronic+stroke:+a+randomized+controlled+trial.">A community-based upper-extremity group exercise program improves motor function and performance of functional activities in chronic stroke: a randomized controlled trial.</a> Arch Phys Med Rehab. 87 (1), 1-9 (2006).</li><li>Alt Murphy, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SALGOT+-+Stroke+Arm+Longitudinal+study+at+the+University+of+Gothenburg,+prospective+cohort+study+protocol.">SALGOT - Stroke Arm Longitudinal study at the University of Gothenburg, prospective cohort study protocol.</a> BMC Neurol. 11, 56 (2011).</li></ol>

Protokollet kan framgångsrikt användas för att kvantifiera rörelse prestanda och kvalitet hos individer med måttlig och mild övre extremiteten sensomotoriska funktionsnedsättningar alla skeden efter stroke. Genomförbarheten av detta protokoll har visat i en klinisk miljö så tidigt som 3 dagar efter stroke, och visade att systemet kan användas av utbildad vårdpersonal utan särskilda tekniska kvalifikationer. Teknisk expertis, dock behövs för att skapa och utveckla ett program för dataanalys. Från denna as...

Kinematisk analys beskriver rörelserna i kroppen genom tid och rum, inklusive linjär och kantiga förskjutningar, hastigheter och accelerationer. De optoelektroniska motion capture system använder flera höghastighets kameror som antingen skicka ut infraröda ljussignaler att fånga reflektionerna från passiva markörer placeras på kroppen eller överföra rörelsen data från aktiva markörer som innehåller infraröd lysdioder. Dessa system betraktas som 'gold standard' för förvärvet av kinematiska data1. Dessa system är uppskattade för sin höga noggrannhet och flexibilitet i mätningar av olika uppgifter. Kinematisk åtgärder har visat sig vara effektiva för att fånga mindre förändringar i rörelse prestanda och kvalitet som kan vara oupptäckt med traditionella kliniska skalor2,3. Det har föreslagits att kinematik bör användas för åtskillnad mellan sant återhämtning (återställande av premorbid rörelse egenskaper) och användningen av kompensatoriska (alternativa) rörelsemönster under prestationen av en uppgift4, 5.
Övre extremiteten rörelser kan kvantifieras med slutpunkten kinematik, allmänt erhålls från en markör för hand och kantiga kinematik från lederna och segment (dvs., stammen). Slutpunkten kinematik ger information om banor, hastighet, temporal rörelse strategier, precision, rakhet och jämnhet, medan kantiga kinematik karakterisera rörelsemönster i form av tids- och rumsupplösning gemensamma och segmentet vinklar, vinkelupplösning hastigheter och interjoint samordning. Slutpunkten kinematik, såsom rörelse tid, hastighet och smidighet är effektiva för att fånga underskott och förbättringar i rörelse prestanda efter stroke6,7,8 och kantiga kinematik Visa huruvida de rörelser i lederna och kroppen segment är optimala för en viss uppgift. Kinematik från personer med funktionsnedsättningar ofta jämförs med rörelse prestanda hos individer utan nedskrivningar8,9. Slutpunkten och kantiga kinematik är korrelerade på sätt att en rörelse utförs med effektiv hastighet, jämnhet, och precision kräver bra rörelsekontroll, samordning och användning av effektiva och optimala rörelsemönster. Om exempelvis en patient med stroke som rör sig långsamt vanligtvis visar minskade också jämnhet (ökat antal enheter för dataflytt), lägre maximal hastighet och ökade stammen förskjutning8. Å andra kan förbättringar i endpoint kinematik, såsom rörelsehastighet och jämnhet förekomma självständigt från ändringarna av kompensatoriska rörelsen strategier av stammen och arm10. Det har fastställts att kinematisk analys kan ge ytterligare och mer detaljerad information om hur uppgiften sker efter en skada eller sjukdom, som i sin tur är väsentligt för individualiserad effektiv behandling för att nå optimal motor återhämtning 11. kinematisk analys används alltmer i kliniska studier för att beskriva rörelserna i personer med funktionsnedsättningar i övre extremiteten efter stroke8,9, för att utvärdera motorisk återhämtning7, 12,13 eller för att bestämma effektiviteten av terapeutiska interventioner10,14.
Rörelse uppgifter ofta studerade i stroke pekar och att nå, även om användningen av funktionella uppgifter som införlivar manipulation av verkliga vardagliga föremål ökar1. Eftersom kinematik nå beror på de experimentella begränsningarna, till exempel val av objekt och målet för den uppgift15, är det viktigt att bedöma rörelser under målmedveten och funktionella uppgifter där de verkliga svårigheterna i individens dagliga livet återspeglas närmare.
Således, syftet med denna uppsats är att ge en detaljerad beskrivning av en enkel standardiserade protokoll som används för kinematisk analys av en målmedveten och funktionell aktivitet, dricka uppgift, tillämpas för personer med övre extremiteter nedskrivningar i akuta och kroniska stadier efter stroke. Resultat från valideringen av detta protokoll för individer med måttlig och mild stroke njurfunktion sammanfattas.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="665">
	<tbody>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:195px;">5 camera optoelectronic ProReflex Motion capture system (MCU 240 Hz)</td>
			<td style="width:153px;">Qualisys AB, Gthenburg, Sweden</td>
			<td style="width:68px;">N/A</td>
			<td style="width:251px;">Movement analysis system with passive retroreflective markers</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:195px;">Markers&#160;</td>
			<td style="width:153px;">Qualisys AB, Gthenburg, Sweden</td>
			<td style="width:68px;">N/A</td>
			<td style="width:251px;">Retroleflective passive circular markers, diameter of 12 mm</td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:195px;">Calibration frame and wand</td>
			<td style="width:153px;">Qualisys AB, Gthenburg, Sweden</td>
			<td style="width:68px;">N/A</td>
			<td style="width:251px;">L-shape calibration frame (defines the origin and orientation of the coordinate system); T-shape wand (300 mm)</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:195px;">Qualisys Track Manager</td>
			<td style="width:153px;">Qualisys AB, Gthenburg, Sweden</td>
			<td style="width:68px;">N/A</td>
			<td style="width:251px;">3D Tracking software</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:195px;">Matlab</td>
			<td style="width:153px;">Mathworks, Inc, Natick, Ca</td>
			<td style="width:68px;">N/A</td>
			<td style="width:251px;">Data analysis software</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

kinematic analysis using 3d motion capture of drinking task in people with and without upper-extremity impairments

Kinematisk analys är en kraftfull metod för objektiv bedömning av övre extremiteten rörelser i en tredimensionell (3D)-rymd. Tredimensionell rörelse fånga med en optoelektronisk kamerasystem är ansedd som golden standard för kinematiska rörelsen analys och används alltmer som resultaten åtgärd för att utvärdera rörelse prestanda och kvalitet efter en skada eller sjukdom som omfattar övre extremiteten rörelser. I artikeln beskrivs ett standardiserat protokoll för kinematisk analys av dricka uppgift tillämpas hos individer med funktionsnedsättningar övre extremiteten efter stroke. Dricka uppgiften inlemmar når, greppa och lyfta en kopp från en tabell att ta en drink, placera koppen tillbaka och flytta handen tillbaka till kanten av bordet. Sittande ställning är standardiserat till individens kroppsstorlek och uppgiften utförs i en bekväm självstudier hastighet och kompensatoriska rörelser hindras inte. Avsikten är att hålla aktiviteten naturligt och nära en verklig situation att förbättra ekologiska giltigheten av protokollet. Ett 5-kamera motion capture system används för att samla 3D samordna ståndpunkter från 9 reflex markörer placerad på anatomiska landmärken av arm, bål och ansikte. En enkel enda markör placering används för att säkerställa genomförbarheten av protokollet i kliniska inställningar. Skräddarsydda Matlab-programvaran ger automatiserad och snabba analyser av rörelse data. Temporal kinematik av rörelse tid, hastighet, maximal hastighet, tid för maximal hastighet och jämnhet (antal enheter för dataflytt) tillsammans med rumsliga kantiga kinematik av axeln och armbågen gemensamma samt stammen rörelser beräknas. Dricka uppgift är en giltig bedömning för individer med måttlig och mild övre extremiteten njurfunktion. De konstruera, diskriminerande och samtidig validitet tillsammans med lyhördhet (känslighet ändra) kinematisk variabler erhållits från dricka uppgiften har fastställts.

Protokollet beskrivs i denna artikel har tillämpats till personer med stroke och friska kontroller2,6,8,19,20,21. Totalt har kinematiska data från 111 personer med stroke och 55 friska kontroller analyserats i olika studier. Nedskrivning övre extremiteten efter stroke var definieras som må...

Watch this Scientific Journal Video about Kinematic Analysis Using 3D Motion Capture of Drinking Task in People With and Without Upper-extremity Impairments at JoVE.com

Kinematic Analysis Using 3D Motion Capture of Drinking Task in People With and Without Upper-extremity Impairments

Det här protokollet beskriver en objektiv metod för att utvärdera rörelse prestanda och sensomotorisk funktion i övre extremiteten tillämpas för personer med stroke och friska kontroller. Ett standardiserat testförfarande, kinematisk analys och resultatet variabler för tredimensionella motion capture av dricka uppgift tillhandahålls.

Kinematisk analys med hjälp av 3D Motion Capture dricka uppgift i personer med och utan övre-extremitet nedskrivningar

Kinematic analysis is a powerful method for objective assessment of upper extremity movements in a three-dimensional (3D) space. Three-dimensional motion ...

The overall goal of this motion capture methodology is to provide an objective method to evaluate the movement performance quality and sensorimotor function of the upper extremity in individuals with stroke and in healthy controls. This method can help answer key questions in the field of neural rehabilitation, such as how does a stroke influence upper extremity movements and recovery and how this information can be used for selecting effective treatments. The main advantage of this technique is that specific movement deficits and recovery that might be undetected when using traditional clinical scales can be quantified in detail.Assisting us for the demonstration of the procedure today will be Ulla-Britt Bergstrom, who is a occupation therapist working at Neural Rehabilitation Clinic at Sahlgrenska University Hospital. To set the motion capture system, mount four cameras on the wall approximately one to three meters away from the measurement area at the height of 1.5 to 2.5 meters facing the measurement area. Mount one camera on the ceiling just above the measurement area.Placing one of the cameras on the ceiling with viewing angle over the entire measurement area was crucial for the data collection. This resulted in almost 100%successful data collection. Start the camera system.Next, place the L-shaped calibration frame on the table with the short axis in line with the edge of the table and the long axis pointing forward. Then, open the 3-D tracking in data acquisition software. Start calibration by selecting capture, then calibrate.Enter the calibration time of 30 seconds and click, okay. Move the wand in all directions throughout the entire measurement area above the chair and table to ensure that all five cameras capture the wand in as many orientations as possible. Accept calibration residuals below 0.5 millimeters.Now, direct the subject, wearing a sleeveless top, to sit on a height-adjustable chair with her back against the chair's back. The upper arm should be in neutral adducted position. Rest the arm on the table and align the wrist with the edge of the table.The knee, hip, and elbow angles should be approximately 90 degrees. Next, place the retro-reflective passive markers with double adhesive tape on the skeletal landmarks of the tested hand, wrist, elbow, right and left shoulder, thorax, and forehead. After that, place two markers on the cup.In this procedure, place a hard plastic cup with 100 milliliters of water 30 centimeters from the table edge in the midline of the subject. Ask the subject to perform the drinking task in a comfortable, self-paced speed by one, reaching and grasping the cup. Two, lifting the cup from the table towards her mouth.Three, taking as sip. Four, placing the cup back on the table behind a marked line. And five, returning to the initial position with the hand on the edge of the table.It is important to encourage the patient to do the task as naturally as possible and therefore, only the three middle trials will be used for calculation of the kinematics to ensure that the patient is familiar with the testing. Make sure the subject understands the instructions and can reach the cup comfortably with the less affected arm without leaning forward. Prior to each recording, ensure the start position is correct and ask the subject to be ready.Start the capture by selecting, start capture and give verbal instructions to tell her to start. When the subject finishes the task, stop the recording by selecting, stop. Record five trials with a short pause between each trial, starting with the less affected arm.Check if the data acquisition reaches 95 to 100%for each identified marker. When incomplete data are detected, perform extra trials after identifying the problem and adjusting the sitting or marker positions to ensure full visibility of the markers in order to obtain at least three successful trials. This figure shows the representative velocity profile of a healthy control performing the drinking task.A smooth bell-shaped velocity profile with one dominant peak can be seen for each movement phase, which is typical for normal movement. In contrary, this figure shows that a velocity profile of an individual with moderate stroke reveals a less smooth profile with increased number of velocity peaks. Also, the peak velocity in each movement phase is lower and the total movement time is longer.This is the animation of the drinking task performed by a healthy control recorded in real time. The markers on the head, trunk, left arm, and two markers on the drinking cup, along with the movement trajectories are displayed. This is the same animation of an individual with stroke.Notice the less smooth movement trajectories and increased forward movement of the trunk during the drinking task. This is an example of the same task performed by an individual with more severe motor impairment. This person also had spasticity.The visible sub-movements indicate repetitive accelerations and decelerations signifying deficits in movement smoothness. Once mastered, this technique can be done in 10 to 15 minutes by any trained professional without specific technical qualifications. Technical expertise is however, needed to create and develop a program for the data analysis.This procedure is particularly relevant for clinical studies due to a simple set-up with straight-forward data acquisition and analysis of an ecologically valid task. Using this method, we obtain valid, reliable, and responsive kinematics that quantify the key elements of the movement analysis in people with stroke. After it's development, this method paved the way for the researchers in the field of neural rehabilitation to explore upper extremity kinematics in general but also, specifically, during purposeful tasks such as drinking from a glass.The key variables identified in the drinking task for people with stroke, such as movement time, smoothness, elbow angle, velocity, and compensatory trunk displacement are also recognized as central for stroke in other tasks. After watching this video, you should have a good understanding how to set up and carry out a simple and clinically feasible kinematic analysis of an upper extremity task using an optical motion capture system.

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Mechanical Engineering

Neuroscience

Unit 1

3-Dimensional Kinetics of a Rigid Body

SCIENTISTS IN ACTION

Correlating Behavioral Responses to fMRI Signals from Human Prefrontal Cortex: Examining Cognitive Processes Using Task Analysis

Korrelera beteendereaktioner på att fMRI Signaler från Human prefrontala cortex: Undersöka Kognitiva processer med hjälp av uppgiftsanalys

The aim of this methods paper is to describe how to implement a neuroimaging technique to examine complementary brain processes engaged by two similar ...

Visualization and Genetic Manipulation of Dendrites and Spines in the Mouse Cerebral Cortex and Hippocampus using In utero Electroporation

Visualization and Genetic Manipulation of Dendrites and Spines in the Mouse Cerebral Cortex and Hippocampus using In utero Electroporation

Visualisering och Genetic Manipulation av dendriter och ryggar i mus hjärnbarken och hippocampus med användning av<em&gt; I utero</em&gt; Elektroporering

In utero electroporation (IUE) has become a powerful technique to study the development of different regions of the embryonic nervous system 1-5. To date ...

Optogenetic Perturbation of Neural Activity with Laser Illumination in Semi-intact Drosophila Larvae in Motion

Optogenetic Perturbation of Neural Activity with Laser Illumination in Semi-intact Drosophila Larvae in Motion

Optogenetic störning av neural aktivitet med laserbelysning i Semi-intakt<em&gt; Drosophila</em&gt; Larver in Motion

Drosophila larval locomotion is a splendid model system in developmental and physiological neuroscience, by virtue of the genetic accessibility of the ...

Investigation of Synaptic Tagging/Capture and Cross-capture using Acute Hippocampal Slices from Rodents

Utredning av Synaptic märkning / Capture och Cross-capture använder akut hippocampus skivor från Gnagare

Synaptic tagging and capture (STC) and cross-tagging are two important mechanisms at cellular level that explain how synapse-specificity and associativity ...

Assessment and Communication for People with Disorders of Consciousness

Bedömning och kommunikation för personer med medvetna sjukdomar

In this experiment, we demonstrate a suite of hybrid Brain-Computer Interface (BCI)-based paradigms that are designed for two applications: assessing the ...

Peering at Brain Polysomes with Atomic Force Microscopy

Peering på Brain polysomer med atomkraftsmikroskopi

The translational machinery, i.e., the polysome or polyribosome, is one of the biggest and most complex cytoplasmic machineries in cells. Polysomes, ...

Sagittal Plane Kinematic Gait Analysis in C57BL/6 Mice Subjected to MOG35-55 Induced Experimental Autoimmune Encephalomyelitis

Sagittalplanet kinematisk gånganalys i C57BL/6 möss som utsätts för MOG35-55 inducerad Experimental Autoimmune Encephalomyelitis

Kinematic gait analysis in the sagittal plane has frequently been used to characterize motor deficits in multiple sclerosis (MS). We describe the ...

3D Kinematic Analysis for the Functional Evaluation in the Rat Model of Sciatic Nerve Crush Injury

3D Kinematic Analys för funktionell utvärdering i Rat Modell av Sciatic Nerve Crush Skada

Compared to the Sciatic Functional Index (SFI), kinematic analysis is a more reliable and sensitive method for performing functional evaluations of ...

Conducting Concurrent Electroencephalography and Functional Near-Infrared Spectroscopy Recordings with a Flanker Task

Genomföra samtidig elektroencefalografi och funktionell nära infraröd spektroskopi inspelningar med en Flanker Uppgift

Concurrent EEG and fNIRS recordings offer an excellent opportunity to gain a full understanding of the neural mechanism of cognitive processing by ...

Brain Morphology of Cannabis Users With or Without Psychosis: A Pilot MRI Study

Hjärnans morfologi hos cannabisanvändare med eller utan psykos: En pilot MRI-studie

Cannabis is the illicit drug most commonly used worldwide, and its consumption can both induce psychiatric symptoms in otherwise healthy subjects and ...