Инсульт является основной причиной длительной инвалидности. Компенсация туловища является наиболее распространенной стратегией движения, чтобы заменить ограниченную степень достижения руки во время целенаправленных дотягивающих рук для повседневной деятельности. Существует ряд факторов, которые влияют на стратегии управления моторикой, такие как индивидуальные, экологические и тестовые факторы.
Предыдущие исследования были сосредоточены на людях и факторах окружающей среды. Тем не менее, факторы тестового состояния не были хорошо изучены в отношении компенсаторных двигательных стратегий у выживших после хронического инсульта. Мы разработали этот протокол для исследования влияния условий двигательных испытаний или стратегий двигательного контроля на целевые рычаги рук у выживших после хронического инсульта.
В частности, мы стремимся определить, как люди после инсульта используют различные стратегии движения, когда они выполняют целенаправленные движения рук с различными целями задач. Мы используем этот протокол, чтобы проверить нашу гипотезу о том, что выжившие после хронического инсульта будут увеличивать компенсацию туловища во время целенаправленных движений рук, достигающих цели, как функциональную сложность и сложность задачи. В этом разделе мы объясним настройку кинематических измерений.
Мы используем 10 трехмерных камер захвата движения Vicon с программным обеспечением для мониторинга движения для записи кинематики, направленной на цель. Используя версию программного обеспечения Vicon Nexus 2.8.2, мы настроили камеры захвата движения, маскируя нежелательные отражения, калибровку камеры и настройку источника громкости. После этого мы настроили сбор кинематических данных с помощью программного обеспечения монитора движения.
Эта процедура включает в себя отображение маркеров, настройку стилуса, настройку мировых осей и назначение виртуальных датчиков сегментам тела. Затем мы ставим маркерные триады на участника. Триада маркеров туловища расположена на коже над грудными позвонками между лопатками.
Триада плеча помещается на кожу в середине каждого бокового аспекта плечи. Триады предплечья размещаются на коже в середине дорсальной поверхности каждого предплечья. Триада руки помещается на кожу над третьей пястной костью.
Мы также ложим маркерную триаду на стол. Эта маркерная триада используется для регистрации местоположения дома и целевых позиций. Мы сделали специальный стилус для еды, чтобы записать кинематику палочки для еды.
Стилус палочки для еды имеет маркерную триаду и это также зарегистрировано в модели. После того, как мы разместим все маркерные триады на участнике, мы настроим датчики субъекта с помощью методов оцифровки. Процедура регистрирует сегменты тела в модели на основе расположения триад маркеров, а программное обеспечение вычисляет положения различных суставных центров.
Следуя подсказкам на экране, мы указываем на следующие ориентиры с помощью стилуса. Для верхней части туловища одно пятно между позвоночами C7 и T1. Для нижней части туловища одно пятно между позвоночами T12 и L1.
Для плечевого сустава два пятна равны удаленным от середины головки плечевой кости. Для локтевого сустава — два пятна на медиальном и латеральном локтях, которые равноудаленно от средней линии сустава. Для лучезапястного сустава два пятна на медиальном и боковом запястье, которые находятся на равном расстоянии от середины сустава.
Для руки кончик третьей фаланги каждой руки. Для домашней и целевой позиций место в центре каждой позиции. Для стилуса палочки для еды, место на кончике палочки для еды.
Существует четыре различных целевых рычага, достигающих двигательных условий. Здесь мы собираемся объяснить детали этих условий двигательных задач. Существует два различных размера цели, указывающих на сложность задачи.
Большая цель была бы более легким условием задачи. А меньшая цель — это более сложное условие задачи. Также существует два различных типа тестов, которые указывают на сложность задачи.
Задача наведения - это более простое состояние двигательной задачи, а поднятие предмета парой палочек для еды - более сложное состояние двигательной задачи, которое требует высокого уровня ловкости рук. В сочетании этих двух условий задачи мы имеем четыре различных условия двигательных задач. На этом рисунке показан шаблон для указания на большой целевой объект.
Есть домашняя и целевая позиции. Каждый размер квадрата составляет один квадратный сантиметр. Расстояние от центра до центра между двумя локациями составляет 20 сантиметров.
Цель задачи для указания на большую цель состоит в том, чтобы как можно быстрее и точнее добраться до центра целевого квадрата кончиком палочки для еды. Участник держит палочку для еды и находит кончик палочки для еды в центре домашнего положения. Когда участник слышит звук го, он или она достигает и постукивает по центру целевого квадрата как можно быстрее и точнее.
У участника есть три секунды на выполнение задания. Через три секунды от сигнала go появится сигнал остановки. Если участник не может выполнить задание в течение трех секунд, это считается неудачным испытанием.
Участник повторяет это задание 10 раз с десятью секундами между каждым испытанием. Go.Stop. Мы используем один и тот же шаблон для задачи подбора большого объекта с помощью пары палочек для еды. Пластиковый куб, один сантиметр по краю, помещается на целевое место.
Цель состоит в том, чтобы как можно быстрее дотянуться и поднять пластиковый куб высотой около дюйма с помощью пары палочек для еды, не опускаясь. Участник держит пару палочек для еды и размещает наконечники по центру домашнего положения. Когда участник слышит звук го, он или она достигает и поднимает куб как можно быстрее.
Участнику необходимо поднять куб перед сигналом остановки, который дал через три секунды после сигнала go. Если участник не может забрать куб в течение трех секунд, это считается неудачным испытанием. Его или ее просят вернуть кончики палочек для еды в домашнее положение.
Сбрасывание или полет пластикового куба во время выполнения задания считается неудачным испытанием. Go.Stop. Указание на маленькую цель такое же, как и на большую цель, но размер квадратной цели составляет 0,3 на 0,3 квадратных сантиметра. Участник держит палочки для еды и находит кончик палочки для еды в центре домашнего положения.
Когда участник слышит звук го, он или она достигает и касается центра целевого квадрата как можно быстрее и точнее. Go.Stop. Задача подбора маленького объекта такая же, как и задача на получение большого объекта, но целевой объект находится на краю 0,3 сантиметра. Пластиковый куб 0,3 сантиметра по краю будет размещен на целевом месте.
Цель состоит в том, чтобы как можно быстрее дотянуться и поднять пластиковый куб высотой около дюйма с помощью пары палочек для еды, не опускаясь. Участник держит пару палочек для еды и размещает наконечники по центру домашнего положения. Когда участник слышит звук go, он или она достигает и поднимает куб как можно быстрее Go.Stop.
В этом разделе мы объясним целевой анализ кинематических данных. Мы экспортируем данные о положении следующих ориентиров из программного обеспечения монитора движения. Кончик стилуса палочки для еды, домашнее положение на столе, целевое положение на столе, каждая рука в середине третьей фаланги, каждый центр локтевых суставов, каждый центр плечевых суставов, позвоночник С7, представляющий движение туловища.
Ориентиры соединения верхней конечности каждого участника и данные о положении туловища экспортируются по осям X, Y и Z в виде текстового файла для каждого условия задачи. Кинематические данные предварительно обработаны с использованием пользовательских скриптов и программного обеспечения MATLAB. Предварительная обработка кинематических данных включает фильтрацию с использованием фильтра нижних частот третьего порядка Butterworth с отсечкой трех Герц.
Затем вычисляем результирующие направления X, Y и Z положения исполняющей руки. После предварительной обработки данных о положении мы выполнили кинематический анализ данных с использованием результативного трехмерного положения выполняющей руки для вычисления кинематических переменных целевых достижений руки. Мы используем пользовательские скрипты и программное обеспечение MATLAB для кинематического анализа данных.
Прежде всего, мы вычисляем тангенциальную скорость, ускорение и рывок выполняющей руки, которые являются первой, второй и третьей производными данных о положении соответственно. Затем мы используем тангентальный профиль скорости каждого испытания для определения начала движения, смещения и пиковой скорости. Следующие кинематические переменные были рассчитаны на основе анализа кинематических данных, длительности движения, пиковой скорости, абсолютного и относительного времени до пиковой скорости и логарифмического безразмерного рывка.
Здесь мы собираемся описать эти кинематические переменные с примерным профилем скорости. Начало движения и смещения определяются с помощью порогов начала движения и смещения, которые составляют 0,01 метра в секунду. Начало движения определяется как первый кадр досягаемости, где тангенциальная скорость выше 0,01 метра в секунду.
Смещение движения определяется как последний кадр досягаемости, где тангентальная скорость превышает 0,01 метра в секунду. Длительность движения определяется как время между началом движения и смещением. Пиковая скорость - это максимальная амплитуда скорости между началом движения и смещением.
Время до пиковой скорости - это время достижения пиковой скорости с начала движения. Начало движения, смещение и пиковая скорость автоматически маркируются с помощью пользовательских скриптов программного обеспечения MATLAB. После этой автоматической маркировки этикетки визуализируются и проверяются исследователем.
Если метки неправильные, следователь вносит корректировки вручную. Log безразмерный рывок вычисляется из профиля рывка досягаемости с использованием этого уравнения, которое является третьей производной от положения. Мы рассчитали две меры компенсации туловища при целевых вытянутых руках.
Сначала было рассчитано смещение ствола. Эта мера представляет различию расстояний до ориентира ствола, C7 между началом движения и смещением. Другой мерой компенсации туловища является длина траектории плеча.
Эта мера представляет расстояние перемещения плеча между началом движения руки и смещением. Длина траектории плеча является новой мерой компенсации туловища при целенаправленном достижении руки. Мы использовали эту меру, чтобы захватить компенсацию ствола во всех направлениях.
Мы используем все три измерения для расчета этих мер компенсации ствола. В этом разделе мы представим наши предварительные результаты. В нашем предварительном исследовании есть два выживших после хронического инсульта с легкими двигательными нарушениями верхних конечностей с правой стороны и два молодых человека без инвалидности.
У всех участников не было или мало предыдущего опыта использования палочки для еды. Выжившие после хронического инсульта выполняют задачу двигателей, используя свою паретическую правую руку, которая была доминирующей до начала инсульта. Молодые люди, не являющиеся инвалидами, выполняли двигательные задачи правой рукой, которая является их доминирующей рукой.
Здесь мы сравнили две различные меры компенсации туловища, чтобы определить, является ли траектория плеча более чувствительной мерой, чем смещение туловища для захвата компенсации туловища. На рисунке первом показаны скрипичные графики мер компенсации ствола в двух разных группах участников. Зеленые участки указывают длину траектории плеча, а красные участки указывают на смещение туловища.
Каждая точка на скрипичном графике указывает на каждое движение руки, достигающей движения. На рисунке один показано, что взрослые, не являющиеся инвалидами, и выжившие после хронического инсульта не имеют различий в смещении туловища. В то время как длина траектории плеча выживших после хронического инсульта больше, чем у взрослых без инвалидности.
Этот результат может указывать на то, что длина траектории плеча является более чувствительной мерой компенсации туловища во время целенаправленных ударов рук, чем смещение туловища у людей после инсульта. На рисунке два рассматриваются различия в кинематических переменных между популяциями участников и между различными двигательными задачами. На этом рисунке красными полосами обозначены выжившие после хронического инсульта, а синими контурными графиками обозначены молодые люди, не являющиеся инвалидами.
И по оси X у нас есть четыре различных условия задачи, указывающие на большую цель, указывающие на маленькую цель, подбирающую большой объект и подбирающую маленький объект. Выжившие после хронического инсульта имели разные цели, направленные на достижение кинематических характеристик руки, по сравнению с молодыми людьми без инвалидности в разных условиях задачи. Таким образом, выжившие после хронического инсульта имели более медленные и дерганые руки, чем молодые люди без инвалидности.
Кроме того, выжившие после хронического инсульта были более зависимы от корректировок достижения на основе обратной связи, что указывается более низким относительным временем до пиковой скорости. Эти результаты согласуются с предыдущими выводами. Наконец, на рисунке два также показано, что сложность задачи влияет на кинематику целенаправленного движения рук.
Участники используют более медленные и рывковые движения для более сложных двигательных задач, чем простые двигательные задачи для обеих групп участников. Кроме того, они используют более основанное на обратной связи управление рукой, достигающей более сложной задачи. Люди также склонны использовать больше компенсации туловища для более сложных двигательных задач, чем простые двигательные задачи.
Наши предварительные результаты подтверждают, что этот протокол может быть использован для исследования влияния тестовых условий на целевые стратегии движения рук у выживших после хронического инсульта.
