NSFC-RSE Joint Project (81911530253), National Key R&D Program of China (2018YFF0300905) und K.C. Wong Magna Fund in Ningbo University.

Die Human Ethics Committee of Ningbo University genehmigte dieses Experiment. Alle schriftlichen Einwilligungen wurden von allen Probanden eingeholt, nachdem sie über das Ziel, die Anforderungen und die experimentellen Verfahren des UGT-Experiments informiert worden waren.
1. Laborvorbereitung für Gang
<ol><li>Kinematik: Motion Capture System<ol>
<li>Schalten Sie bei der Kalibrierung des Systems die Glühlampen aus und entfernen Sie alle möglichen reflektierenden Objekte, die mit passiven retroreflektierenden Markern verwechselt werden können. Stellen Sie sicher, dass acht Infrarotkameras richtig ausgerichtet sind und eine klare und vernünftige Sicht haben.</li>
		<li>Schließen Sie den entsprechenden USB-Dongle an den parallelen Anschluss des PCs an. Schalten Sie die Motion-Capture-Infrarotkameras und den Analog-Digital-Wandler ein.</li>
		<li>Öffnen Sie die Tracking-Software im PC und lassen Sie den acht Infrarotkameras Zeit, um sie zu initialisieren. Wählen Sie "Local System" Knoten des Bereichs "Ressourcen". Jeder Kameraknoten zeigt grünes Licht, wenn die Hardwareverbindung wahr ist.</li>
		<li>Passen Sie die Systemparameter im Kameraansichtsbereich an: Legen Sie die Strobe-Intensität auf 0,95 - 1, den Schwellenwert auf 0,2 - 0,4, gain to times 1 (x1), Den Graustufenmodus auf Auto, das minimale Zirkularitätsverhältnis auf 0,5 und die maximale Blobhöhe auf 50 fest.</li>
		<li>Setzen Sie den T-Rahmen, der aus 5 Markern besteht, in die Mitte des Bewegungserfassungsbereichs. Wählen Sie alle Kameras im 2D-Modus aus und bestätigen Sie, dass sie den Kalibrierstab (T-Frame) ohne Interferenzen und/oder Artefakte anzeigen können. Klicken Sie in der Symbolleiste auf das Element "Systemvorbereitung" und wählen Sie das Kalibrierobjekt mit 5 Markern Wand & T-Frame aus der Dropdown-Liste T-Frameaus.</li>
		<li>Wählen Sie im Bereich "Werkzeug" die Schaltfläche "Systemvorbereitung" aus, und klicken Sie im Abschnitt "Kameras kalibrieren" auf die Schaltfläche "Starten". Dann schalten Sie den T-Frame physisch im Erfassungsbereich. Beenden Sie die Aktion, wenn die blauen Lichter der Infrarotkameras nicht mehr blinken. Überwachen Sie die Fortschrittsleiste, bis der Kalibrierungsprozess bei "100%" abgeschlossen ist und zu "0%zurückkehrt " zurückkehrt. HINWEIS: Stellen Sie sicher, dass die Werte des Bildfehlers kleiner als 0,3 sind.</li>
		<li>Setzen Sie den T-Rahmen auf den Boden (die Mitte des Bewegungserfassungsbereichs) und stellen Sie sicher, dass die Achsen des T-Rahmens mit der Richtungderung übereinstimmen.</li>
		<li>Wählen Sie im Werkzeugbereich die Schaltfläche "Start" unter dem Abschnitt "Volume Origin festlegen" aus.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Plantardruck: Druckplattform<ol>
<li>Stellen Sie die 2 m Druckplattform in die Mitte des Testbereichs. Beachten Sie die acht Infrarotkameras, die um die Druckplattform herum angezeigt werden.</li>
		<li>Teilen Sie die Druckplattform linear in vier durchschnittliche Bereiche, A, B, C und D (jeder Bereich ist 50 cm * 50 cm), und unterscheiden Sie sie mit einem Alphabet-Etikett / Aufkleber (Abbildung 1).</li>
		<li>Halten Sie den PC und die Druckplattform über das proprietäre Datenkabel verbunden.</li>
		<li>Doppelklicken Sie auf das Softwaresymbol auf dem Desktop.</li>
		<li>Klicken Sie auf den Kalibrierungsbildschirm auf die "Gewichtskalibrierung" und geben Sie die Körpermasse eines Notenpersonals ein. Bitten Sie ihn, auf der Druckplattform zu stehen und zu warten, bis das System die Kalibrierung automatisch abschließt, bevor er die Druckplattform verlassen kann.</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61558/61558fig01.jpg"> Abbildung 1: Experimentelles Protokoll. Wenn Probanden das Abschlusssignal als fersenberührten Bereich (A) erhielten, wurde die UGT so ausgeführt, dass das Subjekt im Bereich (B) angehalten wurde. Kinematische und plantare Druckdaten wurden synchron erhoben. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/61558/61558fig01large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
2. Teilnehmervorbereitung
<ol><li>Interviewen Sie vor dem UGT-Test alle Probanden und geben Sie ihnen eine einfache Erklärung zu den experimentellen Zielen und Verfahren. Einholen der schriftlichen Einwilligung von Personen, die die wichtigsten Inklusionskriterien erfüllen.<ol>
<li>Teilnehmer, die körperlich aktive männliche Erwachsene sind, das rechte Bein als dominant haben, keine Hörstörung haben, keine Erkrankungen der unteren Gliedmaßen haben und in den letzten sechs Monaten keine Verletzungen erlitten haben. HINWEIS: 15 männliche Probanden (Alter: 24,1 ± 0,8 Jahre; Körpergröße: 175,7 ± 2,8 cm; Körpergewicht: 68,3 ± 3,3 kg; Fußlänge: 252,7 ± 2,1 mm), die die experimentellen Bedingungen erfüllten, wurden in diesen Test einbezogen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Lassen Sie alle Probanden eine Fragebogenumfrage ausfüllen. HINWEIS: Fragen umfassen: Haben Sie eine Geschichte des Laufens oder andere körperliche Aktivitäten? Wie oft machen Sie körperliche Aktivitäten in einer Woche? Haben Sie professionelles Athletiktraining? Haben Sie in den letzten sechs Monaten Störungen und Verletzungen unter den Unteren Gliedmaßen erlitten?</li>
	<li>Stellen Sie sicher, dass alle Probanden identische T-Shirts und eng anliegende Hosen tragen.</li>
	<li>Messen Sie die Stehhöhe (mm) und das Körpergewicht (kg), die untere Gliedmaßenlänge (mm), die Kniebreite (mm) und die Knöchelbreite (mm) des linken und rechten Beins mit dem Vernier-Sattel oder dem kleinen Anthropometer. ANMERKUNG: Messen Sie die untere Gliedmaßenlänge von der überlegenen iliac Wirbelsäule bis zum knöchelmedialen Condyle; die Kniebreite von der Seitlichen bis zur medialen Kniekondyle; die Knöchelbreite von der seitlichen bis zur medialen Knöchelkondyle.</li>
	<li>Rasieren Sie das Körperhaar nach Bedarf ab und entfernen Sie überschüssigen Schweiß mit Alkoholtüchern. Bereiten Sie Hautbereiche anatomischer knöcherner Landmarken für die Markerplatzierung auf Gelenken und Segmenten vor. ANMERKUNG: In dieser Studie wurden 16 reflektierende Marker18verwendet, darunter vorder-überlegene Iliac-Spinne (LASI/RASI), hintere LKNE/RKNE), seitlicher Mittelschaft (LTIB/RTIB), seitlicher Malleolus (LANK/RANK), zweiter Metatarsalkopf (LTOE/RTOE) und Calcaneus (LHEE/RHEE) (Abbildung 2).</li>
	<li>Identifizieren Sie 16 anatomische Sehenswürdigkeiten. Befestigen Sie an den Wahrzeichen passive retroreflektierende Marker mit doppelseitigen Klebebändern.</li>
	<li>Geben Sie jedem Probanden 5 min, um sich an die Testumgebung anzupassen und sich mit leichtem Laufen und Dehnen aufzuwärmen.</li>
</ol><img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61558/61558fig02.jpg"> Abbildung 2: Die reflektierenden Marker, die an den unteren Gliedmaßen befestigt sind. (A) Seite, (B) vorne und (C) hinten. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/61558/61558fig02large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
3. Statische Kalibrierung
<ol><li>Kinematik: Motion Capture System<ol>
<li>Suchen Sie in der Tracking-Software die "Neue Datenbank" in der Symbolleiste, um eine Datenbank zu erstellen. Klicken Sie auf den Bereich "Datenmanagement", um den Bereich "Datenmanagement" zu öffnen, und klicken Sie in der Reihenfolge "New Patient Classification", " NewPatient" und "New Session". Kehren Sie zum Fenster "Ressourcen" zurück, wählen Sie "Neues Betreff erstellen",um ein Motiv zu erstellen, und geben Sie die Werte von Höhe (mm), Körpergewicht (kg), Beinlänge (mm), Kniebreite (mm) und Knöchelbreite (mm) in den Bereich "Eigenschaften" ein.</li>
		<li>Klicken Sie auf den Bereich "Go Live" und dann im Bereich "Ansicht" auf "Horizontal teilen". Wählen Sie dann das Diagramm aus, um die Trajektoriezählung anzuzeigen. HINWEIS: Überprüfen Sie den Bereich "3D-Perspektive", um sicherzustellen, dass alle 16 Marker sichtbar sind.</li>
		<li>Bitten Sie die Probanden, im Bereich A still zu stehen. Klicken Sie im Abschnitt "Betrefferfassung " auf "Starten", um das statische Modell zu erfassen. Etwa 200 Bilderbilder wurden aufgenommen, bevor Sie auf die Schaltfläche "Stopp"klickten.</li>
		<li>Suchen Sie im Bereich"Werkzeuge" die Schaltfläche "Pipeline" und klicken Sie auf "Pipeline rekonstruierenausführen ", um ein neues 3D-Bild aller erfassten Marker zu erstellen. Identifizieren Sie sich in der Markerliste, und wenden Sie die entsprechenden Beschriftungen manuell auf die Marker an. Speichern und drücken Sie "ESC" Taste zum Beenden.</li>
		<li>Wählen Sie in der Symbolleiste "Betreffvorbereitung" und "Betreffkalibrierung" und wählen Sie im Dropdown-Menü die Option "Static plug-in gait".</li>
		<li>Wählen Sie im Bereich "Statische Einstellungen" den "Linken Fuß" und "Rechter Fuß" aus, und klicken Sie auf den "Start". Speichern Sie dann das statische Modell.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Plantardruck: Druckplattform<ol>
<li>Klicken Sie in der Software auf "Datenbank", um einen neuen Patienten hinzuzufügen. Und geben Sie die zugewiesene Betreffnummer in den Bereich "Patient hinzufügen"ein. Klicken Sie dann auf "Hinzufügen".</li>
		<li>Klicken Sie auf "Dynamisch" und geben Sie Körpergewicht und Schuhgröße ein. Klicken Sie dann auf "OK".</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. Dynamische Versuche
<ol><li>Bitten Sie das Motiv, sich an der Startposition zu befinden.</li>
	<li>Software-Operationen HINWEIS: Die beiden Arten von Software-Start (Motion Capture System: klicken Sie auf "Capture" Taste; Druckplattform: Klicken Sie auf "Capture" Taste) und Ende (Motion Capture System: klicken Sie auf "Stop" Taste; Druckplattform: Klicken Sie gleichzeitig auf "Messung speichern".<ol>
<li>Kinematik: Motion Capture System<ol>
<li>Wählen Sie im Bereich "Ressourcen" die Schaltfläche "Go Live" und klicken Sie in der rechten Symbolleiste auf "Erfassen". Suchen Sie "Testtyp" und "Sitzung" von oben nach unten und bearbeiten Sie die Beschreibung "Test".</li>
			<li>Bitten Sie die Probanden, einen UGT-Test durchzuführen, wie in 4.3 beschrieben.</li>
			<li>Nachdem Sie den UGT-Test abgeschlossen haben, klicken Sie auf "Stopp", um die Datenerfassungsstudie zu beenden. Wiederholen Sie die obigen Schritte 5 Mal.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Plantardruck: Druckplattform<ol>
<li>Wählen Sie die Schaltfläche "Messen", bevor Sie die UGT-Versuche starten.</li>
			<li>Nachdem Sie den UGT-Test abgeschlossen haben, klicken Sie auf "Messung speichern", um Daten zu speichern. Wiederholen Sie die obigen Schritte 5 Mal.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>UGT-Studien<ol>
<li>Bitten Sie die Probanden, an ihrer NWS einen Gehweg entlang zu gehen, und weisen Sie sie an, das dominante Bein und das nicht-dominante Bein zu benutzen, um den Bereich A bzw. B zu passieren und schließlich im Bereich D auf der Druckplattform anzuhalten.</li>
		<li>Lassen Sie das Motiv wissen, wenn das Abschlusssignal bereitgestellt wird, müssen sie schnell im Bereich B anhalten.</li>
		<li>Geben Sie zufällig das Abschlusssignal an, wenn die Ferse den Bereich A berührt, stellen Sie sicher, dass die UGT ausgeführt wird und die Probanden im Bereich B schnell anhalten (Abbildung 1). Das Notensignal sendet das Kündigungssignal, indem es zufällig eine rote Glocke läutet, und die Wahrscheinlichkeit des Klingelns wurde bei etwa 20% kontrolliert. Erfassen Sie mindestens fünf aufeinanderfolgende UGT-Studien. HINWEIS: Zwischen beiden Versuchen gibt es ein 2-min Ruheintervall.</li>
		<li>Berechnen Sie die Gehgeschwindigkeit jedes Motivs mit der Druckplattform-Software. Berechnen Sie dann die FWS als 125% der NWS.</li>
		<li>Wiederholen Sie den obigen UGT-Test für die FWS. Erfassen Sie mindestens 5 aufeinander folgende UGT-Versuche mit dem FWS-Protokoll.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. Nachbearbeitung
<ol><li>Kinematik: Motion Capture System<ol>
<li>Suchen Sie die Schaltfläche "Datenverwaltung" in der Symbolleiste, und doppelklicken Sie im Bereich "Datenverwaltung" auf den Testnamen. Wählen Sie dann "Reconstruct" und "Label", um das dynamische 3D-Modell zu rekonstruieren.</li>
		<li>Bewegen Sie auf der"Zeit"die blauen Dreiecke, um den erforderlichen Zeitbereich festzulegen (für die Haltungsphase während der UGT).</li>
		<li>Klicken Sie auf die"Zeit" Leiste. Klicken Sie dann im Menü "Kontext" auf "Zoom auf Region-of-Interest".</li>
		<li>Klicken Sie auf die Schaltfläche "Bezeichnung", um die Beschriftungspunkte zu identifizieren und zu überprüfen. Stellen Sie sicher, dass die Schritte mit dem statischen Identifizierungsprozess identisch sind. HINWEIS: Füllen Sie einige unvollständige Identifikationsmarkierungen aus und löschen Sie die nicht beschrifteten Markierungen (falls erforderlich).</li>
		<li>Wählen Sie den Bereich "Dynamic Plug-in Gait" im Bereich"Betreffkalibrierung". Klicken Sie dann auf die Schaltfläche "Starten", um die Daten auszuführen. Exportieren Sie dynamische Versuche im ".csv"-Format für die folgende Datenanalyse.</li>
		<li>Verwenden Sie einen Tiefpass-Filter der vierten Ordnung Butterworth mit einer Schnittfrequenz von 10 Hz und exportieren Sie die Daten des Gelenkwinkels.</li>
		<li>Berechnen Sie den Bewegungsbereich (ROM) von drei Gelenken (Hüfte, Knie und Knöchel) in der sagittalen Ebene. HINWEIS: Definieren Sie die Unterschiede zwischen den maximalen Winkeln und den minimalen Winkeln der Hüfte, des Knies und des Knöchels auf den sagittalen Bewegungsebenen als ROMs.</li>
		<li>Berechnen Sie Mittelwerte (M) und Standardabweichungen (SD) der zehn Versuche (5 für NWS und 5 für FWS) von jedem Thema.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Plantardruck: Druckplattform<ol>
<li>Wählen Sie den Testnamen aus dem Menü "Messungen" der entsprechenden Themen aus. Klicken Sie auf die Schaltfläche"Dynamisch",um Daten zu öffnen.</li>
		<li>Klicken Sie auf die Auswahl "Manuell". Verwenden Sie die Schaltfläche"Linke Maus", um den Schritt des Interesses (die Haltungsphase während GT) auszuwählen. Klicken Sie auf die Schaltfläche "OK", um zu speichern.</li>
		<li>Klicken Sie auf dieZonenabteilungund "Manuelle Zonenauswahl", um Anpassungen vorzunehmen. Klicken Sie dann auf die Schaltfläche "Akzeptieren", um zu speichern.</li>
		<li>Öffnen Sie den Bildschirm "Pressures-Forces" und klicken Sie auf die Schaltfläche "Graph Composition", um das Fenster "Zone Graph Composition" zu öffnen. Teilen Sie 10 anatomische Regionen, darunter Big Toe (BT), Other Toes (OT), First Metatarsal (M1), Second Metatarsals (M2), Third Metatarsal (M3), Fourth Metatarsal (M4), Fifth Metatarsal (M5), Mid-Foot (MF), Medial Heel (MH) und Lateral Heel (LH). Klicken Sie dann auf die Schaltfläche "OK", um zu speichern.</li>
		<li>Klicken Sie auf "Parametertabelle", um Plantardruckdaten zu exportieren, einschließlich maximaler Druck, maximaler Kraft und Kontaktfläche.</li>
		<li>Berechnen Sie Mittelwerte und SDs für 10 Versuche (5 für NWS und 5 für FWS) von jedem Thema.</li>
	</ol>
</li>
</ol>6. Statistische Analyse
<ol><li>Führen Sie die Shapiro-Wilks-Tests durch, um die Normalverteilung für alle Variablen zu überprüfen. Verwenden Sie gepaarte T-Tests, um Kinematik und Plantardruckdaten während der UGT bei NWS und FWS zu vergleichen. Legen Sie das Signifikanzniveau auf p < 0,05 fest.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Cappozzo, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gait+analysis+methodology.">Gait analysis methodology.</a> Human Movement Science. 3 (1), 27-50 (1984).</li><li>Gao, Z., Mei, Q., Fekete, G., Baker, J., Gu, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Effect+of+Prolonged+Running+on+the+Symmetry+of+Biomechanical+Variables+of+the+Lower+Limb+Joints.">The Effect of Prolonged Running on the Symmetry of Biomechanical Variables of the Lower Limb Joints.</a> Symmetry. 12, 720 (2020).</li><li>Sparrow, W. 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Die Autoren berichteten über keinen möglichen Interessenkonflikt.

Die meisten früheren Studien, die Gangbiomechanik während ugT analysieren, lassen die Bedeutung der Gehgeschwindigkeit in ihrer biomechanischen Bewertung aus. So untersuchte diese Studie die biomechanischen Veränderungen der unteren Gliedmaßen, die in UGT bei NWS und FWS auftreten, mit dem Ziel, die geschwindigkeitsbedingten Effekte aufzudecken.
Erhebliche Unterschiede wurden an der ROM der Hüfte, Knie, und Knöchelgelenke in der sagittalen Ebene während UGT bei NWS und FWS gefunden. Uns...

Die menschliche Fortbewegung gilt als ein äußerst komplexer Prozess, der mit multidisziplinären Methoden beschrieben werden muss1,2. Der repräsentativste Aspekt ist die Ganganalyse durch biomechanische Ansätze. Der menschliche Gang zielt darauf ab, die Progression von der Einleitung bis zur Beendigung aufrechtzuerhalten, und das dynamische Gleichgewicht sollte in der Positionsbewegung aufrechterhalten werden. Obwohl Gangbeendigung (GT) als Unteraufgabe des Ganges ausgiebig untersucht wurde, hat sie weniger Aufmerksamkeit erhalten. Sparrow und Tirosh3 definierten GT in ihrer Überprüfung als Motorsteuerungsperiode, wenn beide Füße aufhören, sich vorwärts oder rückwärts zu bewegen, basierend auf den Verschiebungs- und Zeiteigenschaften. Im Vergleich zu stationärem Gang erfordert der Prozess der Ausführung von GT eine höhere Kontrolle der Haltungsstabilität und komplexe Integration und Zusammenarbeit des neuromuskulären Systems4. Während GT muss der Körper den Bremsimpuls schnell erhöhen und den Antriebsimpuls verringern, um eine neue Körperbalance5,6zu bilden. Ungeplante Gangbeendigung (UGT) ist eine Stressreaktion auf einen unbekannten Stimulus6. Wenn man mit einem unerwarteten Stimulus konfrontiert wird, der erfordert, dass man plötzlich aufhört, wird das anfängliche dynamische Gleichgewicht gestört. Aufgrund der Notwendigkeit der kontinuierlichen Kontrolle des körpereigenen Massenzentrums (COM) und der Rückkopplungssteuerung stellt UGT eine größere Herausforderung für die Haltungskontrolle und Stabilität3,7dar.
UGT ist berichtet, dass ein wichtiger Faktor, der zu Stürzen und Verletzungen, vor allem bei älteren Menschen und Patienten mit Gleichgewichtsstörungen3,8. Schnellere Gehgeschwindigkeiten können zu einem zusätzlichen Rückgang der Motorsteuerung während UGT9führen. Ridge et al.10 untersuchten die Spitzengelenkwinkel und internen Gelenkmomentdaten von Kindern während der UGT bei normaler Gehgeschwindigkeit (NWS) und schneller Gehgeschwindigkeit (FWS). Die Ergebnisse zeigten größere Knieflexionswinkel und Verlängerungsmomente bei höheren Geschwindigkeiten im Vergleich zur bevorzugten Geschwindigkeit. Sie wiesen darauf hin, dass die Stärkung der verwandten Muskeln um die unteren Extremitätsgelenke könnte ein nützlicher Eingriff zur Verletzungsprävention während UGT sein.
Obwohl die Wirkung der Gehgeschwindigkeit auf den biomechanischen Charakter der unteren Gliedmaßen während des stationären Ganges ausgiebig untersucht wurde11,12,13, ist der biomechanische Mechanismus von UGT unter verschiedenen Gehgeschwindigkeiten begrenzt. Unserer Kenntnis nach haben nur drei Studien die UGT-Leistungen gesunder Personen in Bezug auf Geschwindigkeitseffekte9,10,14spezifisch bewertet. Probanden in diesen Studien waren jedoch hauptsächlich die älteren14 und Kinder10, der biomechanische Mechanismus junger Erwachsener während der UGT ist noch unklar. Die Kinematik der unteren Gliedmaßen und der Plantardruck können eine präzise Analyse der Bewegungsbiomechanik liefern, und diese gelten auch als entscheidende Komponenten für klinische Gangdiagnosen15,16. Zum Beispiel, Serrao et al.17 verwendet untere Gliedmaßen kinematischen Daten, um die klinischen Unterschiede zwischen Patienten mit Kleinhirn-Ataxie und gesunden Gegenstücken während plötzlichen Anhaltens zu erkennen. Außerdem konnten im Vergleich zur geplanten Gangbeendigung (PGT) ein größerer Spitzendruck und größere Kraft im lateralen Metatarsal während der UGT beobachtet werden7, die mit höheren Verletzungsrisiken verbunden sein können.
Daher könnte die Erforschung der biomechanischen Mechanismen von UGT Erkenntnisse für die Verletzungsprävention und weitere klinische Forschungen liefern. Diese Studie stellt ein Protokoll zur Untersuchung biomechanischer Veränderungen bei jungen Erwachsenen während der UGT unter unterschiedlichen Gehgeschwindigkeiten vor. Es wird vermutet, dass die Teilnehmer bei einer Erhöhung der Gehgeschwindigkeit während der UGT unterschiedliche biomechanische Eigenschaften der unteren Gliedmaßen aufweisen würden.

<table><tbody><tr><td>14 mm Diameter Passive Retro-reflective Marker</td><td>Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK</td><td>n=16</td><td></td></tr><tr><td>Double Adhesive Tape</td><td>Minnesota Mining and Manufacturing Corporation, Minnesota, USA</td><td>For fixing markers to skin</td><td></td></tr><tr><td>Motion Tracking Cameras</td><td>Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK</td><td>n= 8</td><td></td></tr><tr><td>T-Frame</td><td>Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK</td><td>-</td><td></td></tr><tr><td>Valid Dongle</td><td>Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK</td><td>Vicon Nexus 1.4.116</td><td></td></tr><tr><td>Vicon Datastation ADC&amp;nbsp;</td><td>Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK</td><td>-</td><td></td></tr><tr><td>Pressure platform</td><td>RSscan International, Olen, Belgium</td><td>-</td><td></td></tr></tbody></table>

lower-limb biomechanical characteristics associated with unplanned gait termination under different walking speeds

Gait-Beendigung durch unerwartete Reize verursacht ist eine häufige Erscheinung im täglichen Leben. Diese Studie stellt ein Protokoll zur Untersuchung der biomechanischen Veränderungen der unteren Gliedmaßen vor, die bei ungeplanter Gangbeendigung (UGT) unter unterschiedlichen Gehgeschwindigkeiten auftreten. Fünfzehn männliche Teilnehmer wurden gebeten, UGT auf einem Walkway mit normaler Gehgeschwindigkeit (NWS) bzw. schneller Gehgeschwindigkeit (FWS) durchzuführen. Ein Bewegungsanalysesystem und eine Plantardruckplattform wurden eingesetzt, um kinematische und plantare Druckdaten unter den Gliedmaßen zu sammeln. Der T-Test mit gepaarter Probe wurde verwendet, um die Unterschiede in der Kinematik der unteren Gliedmaßen und den plantaren Druckdaten zwischen zwei Gehgeschwindigkeiten zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigten einen größeren Bewegungsumfang in den Hüft-, Knie- und Sprunggelenken in der sagittalen Ebene sowie den Plantardruck in Vorfuß- und Fersenregionen während der UGT an der FWS im Vergleich zu NWS. Mit der Erhöhung der Gehgeschwindigkeit wiesen die Probanden unterschiedliche biomechanische Eigenschaften der unteren Gliedmaßen auf, die FWS im Zusammenhang mit einem größeren potenziellen Verletzungsrisiko aufweisen.

Die Mittelwerte und SD-Werte von NWS und FWS von 15 Probanden lagen bei 1,33 ± 0,07 m/s bzw. 1,62 ± 0,11 m/s.
Abbildung 3 zeigt das mittlere ROM der Hüft-, Knie- und Sprunggelenke in der sagittalen Ebene während ugT bei NWS und FWS. Im Vergleich zu NWS stieg das ROM von drei Gelenken bei FWS signifikant an (p<0.05). Im Detail stieg das ROM der Hüft-, Knie- und Sprunggelenke von 22,26 ± 3,03, 29,72 ± 5,14 und 24,92 ± 4,17 auf 25,98 ± 2,94, 31,61 ± 4,34 bz...

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Lower-Limb Biomechanical Characteristics Associated with Unplanned Gait Termination Under Different Walking Speeds

Diese Studie verglich die biomechanischen Eigenschaften der unteren Extremität bei ungeplanter Gangbeendigung unter unterschiedlichen Gehgeschwindigkeiten. Die kinematischen und kinetischen Daten von fünfzehn Probanden mit normalen und schnellen Gehgeschwindigkeiten wurden mit einem Bewegungsanalysesystem und einer Plantardruckplattform gesammelt.

Lower-Limb biomechanische Eigenschaften im Zusammenhang mit ungeplanten Gait Termination unter verschiedenen Gehgeschwindigkeiten

Gait termination caused by unexpected stimulus is a common occurrence in everyday life. This study presents a protocol to investigate the lower-limb ...

lower-limb-biomechanical-characteristics-associated-with-unplanned

Universidad de Cartagena UDEC

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JoVE Journal

Anatomy and Physiology

Behavior

Unit 1

The Appendicular Skeleton

SCIENTISTS IN ACTION

4.4K Aufrufe.  Ningbo University. Diese Studie verglich die biomechanischen Eigenschaften der unteren Extremität bei ungeplanter Gangbeendigung unter unterschiedlichen Gehgeschwindigkeiten. Die kinematischen und kinetischen Daten von fünfzehn Probanden mit normalen und schnellen Gehgeschwindigkeiten wurden mit einem Bewegungsanalysesystem und einer Plantardruckplattform gesammelt.

Serie: Lower-Limb Biomechanical Characteristics Associated with Unplanned Gait Termination Under Different Walking Speeds

Asymmetric Walkway: A Novel Behavioral Assay for Studying Asymmetric Locomotion

Behavioral assays are commonly used for the assessment of sensorimotor impairment in the central nervous system (CNS). The most sophisticated methods for quantifying locomotor deficits in rodents is to measure minute disturbances of unconstrained gait overground (e.g., manual BBB score or automated CatWalk). However, cortical inputs are not required for the generation of basic locomotion produced by the spinal central pattern generator (CPG). Thus, unconstrained walking tasks test locomotor deficits due to motor cortical impairment only indirectly. In this study, we propose a novel, precise foot-placement locomotor task that evaluates cortical inputs to the spinal CPG. An instrumented peg-way was used to impose symmetrical and asymmetrical locomotor tasks mimicking lateralized movement deficits. We demonstrate that shifts from equidistant inter-stride lengths of 20% produce changes in the forelimb stance phase characteristics during locomotion with preferred stride length. Furthermore, we propose that the asymmetric walkway allows for measurements of behavioral outcomes produced by cortical control signals. These measures are relevant for the assessment of impairment after cortical damage.

Here, we present a protocol to quantify precise stepping in rodents. Cortical and the spinal central pattern generator signals are required for precise foot-placement during obstructed locomotion. We report here the novel constrained walking task that directly examines precise stepping behavior.

Asymmetrische Walkway: Roman Behavioral Assay zur Untersuchung Asymmetrische Locomotion

Behavioral assays are commonly used for the assessment of sensorimotor impairment in the central nervous system (CNS). The most sophisticated methods for ...

Forschung

Verhalten

Sit-to-stand-and-walk from 120% Knee Height: A Novel Approach to Assess Dynamic Postural Control Independent of Lead-limb

Individuals with sensorimotor pathology e.g., stroke have difficulty executing the common task of rising from sitting and initiating gait (sit-to-walk: STW). Thus, in clinical rehabilitation separation of sit-to-stand and gait initiation - termed sit-to-stand-and-walk (STSW) - is usual. However, a standardized STSW protocol with a clearly defined analytical approach suitable for pathological assessment has yet to be defined.
Hence, a goal-orientated protocol is defined that is suitable for healthy and compromised individuals by requiring the rising phase to be initiated from 120% knee height with a wide base of support independent of lead limb. Optical capture of three-dimensional (3D) segmental movement trajectories, and force platforms to yield two-dimensional (2D) center-of-pressure (COP) trajectories permit tracking of the horizontal distance between COP and whole-body-center-of-mass (BCOM), the decrease of which increases positional stability but is proposed to represent poor dynamic postural control.
BCOM-COP distance is expressed with and without normalization to subjects&#39; leg length. Whilst COP-BCOM distances vary through STSW, normalized data at the key movement events of seat-off and initial toe-off (TO1) during steps 1 and 2 have low intra and inter subject variability in 5 repeated trials performed by 10 young healthy individuals. Thus, comparing COP-BCOM distance at key events during performance of an STSW paradigm between patients with upper motor neuron injury, or other compromised patient groups, and normative data in young healthy individuals is a novel methodology for evaluation of dynamic postural stability.

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.

Sit-to-Stand-und-Fuß von 120% Kniehöhe: Ein neuartiger Ansatz zur Beurteilung Dynamische Postural Steuerung Unabhängig von Blei-Glied

Individuals with sensorimotor pathology e.g., stroke have difficulty executing the common task of rising from sitting and initiating gait (sit-to-walk: ...

Oscillation and Reaction Board Techniques for Estimating Inertial Properties of a Below-knee Prosthesis

The purpose of this study was two-fold: 1) demonstrate a technique that can be used to directly estimate the inertial properties of a below-knee prosthesis, and 2) contrast the effects of the proposed technique and that of using intact limb inertial properties on joint kinetic estimates during walking in unilateral, transtibial amputees. An oscillation and reaction board system was validated and shown to be reliable when measuring inertial properties of known geometrical solids. When direct measurements of inertial properties of the prosthesis were used in inverse dynamics modeling of the lower extremity compared with inertial estimates based on an intact shank and foot, joint kinetics at the hip and knee were significantly lower during the swing phase of walking. Differences in joint kinetics during stance, however, were smaller than those observed during swing. Therefore, researchers focusing on the swing phase of walking should consider the impact of prosthesis inertia property estimates on study outcomes. For stance, either one of the two inertial models investigated in our study would likely lead to similar outcomes with an inverse dynamics assessment.

Body segmental inertial properties are required for inverse dynamics modeling. Using an oscillation and reaction board technique, inertial properties of below-knee prostheses were measured. Using direct measures of prosthesis inertia in the inverse dynamics model of the prosthetic leg resulted in lower magnitudes of resultant joint forces and moments.

Oszillation und Reaktionsvorstands Techniken zur Schätzung Inertial Eigenschaften einer Unterschenkelprothese

The purpose of this study was two-fold: 1) demonstrate a technique that can be used to directly estimate the inertial properties of a below-knee ...

Biotechnik

Clinical-oriented Three-dimensional Gait Analysis Method for Evaluating Gait Disorder

Three-dimensional gait analysis (3DGA) is shown to be a useful clinical tool for the evaluation of gait abnormality due to movement disorders. However, the use of 3DGA in actual clinics remains uncommon. Possible reasons could include the time-consuming measurement process and difficulties in understanding measurement results, which are often presented using a large number of graphs. Here we present a clinician-friendly 3DGA method developed to facilitate the clinical use of 3DGA. This method consists of simplified preparation and measurement processes that can be performed in a short time period in clinical settings and intuitive results presentation to facilitate clinicians&#39; understanding of results. The quick, simplified measurement procedure is achieved by the use of minimum markers and measurement of patients on a treadmill. To facilitate clinician understanding, results are presented in figures based on the clinicians&#39; perspective. A Lissajous overview picture (LOP), which shows the trajectories of all markers from a holistic viewpoint, is used to facilitate intuitive understanding of gait patterns. Abnormal gait pattern indices, which are based on clinicians&#39; perspectives in gait evaluation and standardized using the data of healthy subjects, are used to evaluate the extent of typical abnormal gait patterns in stroke patients. A graph depicting the analysis of the toe clearance strategy, which depicts how patients rely on normal and compensatory strategies to achieve toe clearance, is also presented. These methods could facilitate implementation of 3DGA in clinical settings and further encourage development of measurement strategies from the clinician&#39;s point of view.

In this study, a clinician-friendly three-dimensional gait analysis method, which was designed to be performed in the rehabilitation clinic, is presented. The method consists of a simplified measurement method and intuitive figures to facilitate clinicians&#39; understanding of the results.

Klinische-orientierte dreidimensionale Gangart Analysemethode zur Bewertung der Gangart Störung

Three-dimensional gait analysis (3DGA) is shown to be a useful clinical tool for the evaluation of gait abnormality due to movement disorders. However, ...

Comparative Analysis of Lower Limb Kinematics between the Initial and Terminal  Phase  of 5km Treadmill Running

Running is beneficial for physical health, but it is also accompanied by many injuries. However, the main factors leading to running injury remain unexplained. This study investigated the effects of long running distance on lower-limb kinematic variables and the lower limb kinematic difference of between the initial (IR) and terminal phase (TR) of 5 km running was compared. Ten amateur runners ran on a treadmill at the speed of 10 km/h. Dynamic kinematic data was collected at the phase of IR (0.5 km) and TR (5 km), respectively. The peak angle, peak angular velocities, and range of motion were recorded in this experiment. The main results demonstrated the following: ankle eversion and knee abduction were increased at TR; ROMs of ankle and knee were increased in the frontal plane at TR than IR; a larger peak angular velocity of ankle dorsiflexion and hip interrotation were found in TR compared to IR. These changes during the long distance running may provide some specific details for exploring potential reasons of running injuries.

This study investigated the biomechanical characteristics of the lower extremity kinematic variables between the initial and terminal phase of 5 km treadmill running. The lower-limb kinematic data of 10 runners were collected using a three-dimensional motion capture system on a treadmill at the initial phase (0.5 km) and the terminal phase (5 km), respectively.

Vergleichende Analyse der Unterlimbkinematik zwischen der Anfangs- und Terminalphase von 5km Laufband

Running is beneficial for physical health, but it is also accompanied by many injuries. However, the main factors leading to running injury remain ...

Lower Limb Biomechanical Analysis of Healthy Participants

Biomechanical analysis techniques are useful in the study of human movement. The aim of this study was to introduce a technique for the lower limb biomechanical assessment in healthy participants using commercially available systems. Separate protocols were introduced for the gait analysis and muscle strength testing systems. To ensure maximum accuracy for gait assessment, attention should be given to the marker placements and self-paced treadmill acclimatization time. Similarly, participant positioning, a practice trial, and verbal encouragement are three critical stages in muscle strength testing. The current evidence suggests that the methodology outlined in this article may be effective for the assessment of lower limb biomechanics.

This article introduces a comprehensive experimental methodology on two of the latest technologies available to measure the lower limb biomechanics of individuals.

Niederglied Biomechanische Analyse gesunder Teilnehmer

Biomechanical analysis techniques are useful in the study of human movement. The aim of this study was to introduce a technique for the lower limb ...

Medizin

Influence of Step-Width Manipulation on Running Biomechanics

Step width is a critical factor influencing lower limb biomechanics during running, significantly affecting stability, performance, and injury risk. Understanding these effects is essential for optimizing running performance and minimizing injury risk. This study evaluated the effects of varying step widths on lower limb biomechanics at different running speeds. Thirteen healthy Chinese males (aged 20-24) participated in the study, running at speeds of 3.0 m/s and 3.7 m/s using six distinct step widths: the preferred step width and five variations (reductions of 13% and 6.5%, and increases of 6.5%, 13%, and 25%, based on leg length). Data were collected using a motion capture system and force plates and analyzed through repeated measures ANOVA and correlation tests. The results indicated that wider step widths significantly reduced peak knee abduction moments and hip adduction angles, whereas narrower step widths increased knee joint loading. These findings have important implications for clinicians and runners, suggesting that careful step width selection can help reduce injury risk and enhance running efficiency. This study contributes a new dataset that lays the foundation for future research into the relationship between step width and running biomechanics and serves as a reference for training and rehabilitation practices.

The present protocol outlines an experimental setup designed to investigate the influence of step width manipulation on running biomechanics using a motion capture system. The objective is to expand relevant datasets and examine the effects of varying step widths on the kinematic chain of the human lower limb.

Einfluss der Stufenweitenmanipulation auf die Laufbiomechanik

Step width is a critical factor influencing lower limb biomechanics during running, significantly affecting stability, performance, and injury risk. ...

Comprehensive Understanding of Inactivity-Induced Gait Alteration in Rodents

It is well known that disuse affects neural systems and that joint motions become altered; however, which outcomes properly exhibit these characteristics is still unclear. The present study describes a motion analysis approach that utilizes three-dimensional (3D) reconstruction from video captures. Using this technology, disuse-evoked alterations of walking performances were observed in rodents exposed to a simulated microgravity environment by unloading their hindlimb by their tail. After 2 weeks of unloading, the rats walked on a treadmill, and their gait motions were captured with four charge-coupled device (CCD) cameras. 3D motion profiles were reconstructed and compared to those of control subjects using the image processing software. The reconstructed outcome measures successfully portrayed distinct aspects of distorted gait motion: hyperextension of the knee and ankle joints and higher position of the hip joints during the stance phase. Motion analysis is useful for several reasons. First, it enables quantitative behavioral evaluations instead of subjective observations (e.g., pass/fail in certain tasks). Second, multiple parameters can be extracted to fit specific needs once the fundamental datasets are obtained. Despite hurdles for broader application, the disadvantages of this method, including labor intensity and cost, may be alleviated by determining comprehensive measurements and experimental procedures.

The present protocol describes three-dimensional motion tracking/evaluation to depict gait motion alteration of rats after exposure to a simulated disuse environment.

Umfassendes Verständnis der inaktivitätsinduzierten Gangveränderung bei Nagetieren

It is well known that disuse affects neural systems and that joint motions become altered; however, which outcomes properly exhibit these characteristics ...

Neurowissenschaften

Postural Organization of Gait Initiation for Biomechanical Analysis Using Force Platform Recordings

Gait initiation (GI), the transient phase between orthograde posture and steady-state locomotion, is a functional task and an experimental paradigm that is classically used in the literature to obtain insight into the basic postural mechanisms underlying body motion and balance control. Investigating GI has also contributed to a better understanding of the physiopathology of postural disorders in elderly and neurological participants (e.g., patients with Parkinson&#39;s disease). As such, it is recognized to have important clinical implications, especially in terms of fall prevention.
This paper aims to provide scholars, clinicians, and higher education students information on the material and method developed to investigate GI postural organization via a biomechanical approach. The method is based on force platform recordings and the direct principle of mechanics to compute the kinematics of the center of gravity and center of pressure. The interaction between these two virtual points is a key element in this method since it determines the conditions of stability and whole-body progression. The protocol involves the participant initially standing immobile in an upright posture and starting to walk until the end of an at least 5 m track.
It is recommended to vary the GI velocity (slow, spontaneous, fast) and the level of temporal pressure - gait may be initiated as soon as possible after the deliverance of a departure signal (high level of temporal pressure) or when the participant feels ready (low level of temporal pressure). Biomechanical parameters obtained with this method (e.g., duration and amplitude of anticipatory postural adjustments, step length/width, performance, and stability) are defined, and their computation method is detailed. In addition, typical values obtained in healthy young adults are provided. Finally, critical steps, limitations, and significance of the method with respect to the alternative method (motion capture system) are discussed.

This paper describes the material and method developed to investigate the postural organization of gait initiation. The method is based on force platform recordings and on the direct principle of mechanics to compute center of gravity and center of pressure kinematics.

Haltungsorganisation der Ganginitiierung für die biomechanische Analyse unter Verwendung von Kraftplattformaufzeichnungen

Gait initiation (GI), the transient phase between orthograde posture and steady-state locomotion, is a functional task and an experimental paradigm that ...

Quantifizierung der lokomotorischen Dysfunktion bei Mäusen mit Rückenmarksverletzungen mit MouseWalker

Using the MouseWalker to Quantify Locomotor Dysfunction in a Mouse Model of Spinal Cord Injury

The execution of complex and highly coordinated motor programs, such as walking and running, is dependent on the rhythmic activation of spinal and supra-spinal circuits. After a thoracic spinal cord injury, communication with upstream circuits is impaired. This, in turn, leads to a loss of coordination, with limited recovery potential. Hence, to better evaluate the degree of recovery after the administration of drugs or therapies, there is a necessity for new, more detailed, and accurate tools to quantify gait, limb coordination, and other fine aspects of locomotor behavior in animal models of spinal cord injury. Several assays have been developed over the years to quantitatively assess free-walking behavior in rodents; however, they usually lack direct measurements related to stepping gait strategies, footprint patterns, and coordination. To address these shortcomings, an updated version of the MouseWalker, which combines a frustrated total internal reflection (fTIR) walkway with tracking and quantification software, is provided. This open-source system has been adapted to extract several graphical outputs and kinematic parameters, and a set of post-quantification tools can be to analyze the output data provided. This manuscript also demonstrates how this method, allied with already established behavioral tests, quantitatively describes locomotor deficits following spinal cord injury.

Autor im Rampenlicht: Verwendung des MouseWalkers zur Quantifizierung der lokomotorischen Dysfunktion in einem Mausmodell für Rückenmarksverletzungen  

An experimental pipeline to quantitatively describe the locomotor pattern of freely walking mice using the MouseWalker (MW) toolbox is provided, ranging from initial video recordings and tracking to post-quantification analysis. A spinal cord contusion injury model in mice is employed to demonstrate the usefulness of the MW system.