直接影响地面反作用力和树干上限制膝盖扩展加速度在散步

文摘

步态参数计算从树干加速度反映步态的特点;然而,他们不能评估步态模式对应于步态周期。本研究旨在调查步态参数的差异从树干在步态加速度计算对应于步态周期在健康受试者限制膝盖扩展。与会者包括8名健康志愿者走通常与膝盖矫正法(西北)和限制的膝盖扩展(ER)。地面反作用力(平),关节角,在行走和树干加速度测量使用四个盘子,一个三维运动分析系统,和一个惯性测量单元。的峰平竖直分量,关节运动范围,和时刻的力进行了分析。均方根(RMS)和振幅峰值比率(AR)的自相关函数计算从树干加速度波形。第一个峰平击和峰在ER踝关节背屈角度显著增加。峰值髋关节伸展,膝盖弯曲,膝盖扩展角度,和膝盖扩展的最大力矩显著降低ER相比,在西北。加速度AR明显在ER相比有所下降,在西北。 There was no significant difference in the RMS between the two conditions. The acceleration AR may show the temporal postural structure with restricted knee extension from the terminal stance phase for the ipsilateral limb to the initial stance phase for the contralateral limb. These results suggest that novel metrics for accelerometry gait analysis can reveal gait abnormalities, with restricted knee extension corresponding to the gait cycle.

1。介绍

一个惯性测量单元(IMU)是一个小的可穿戴在康复仪器,用于步态分析(1- - - - - -3在日常生活和活动测量[4,5]。它衡量重力和加速度通过结合加速度计的数据,陀螺仪和磁力计。艾莫斯是附加到身体测量周期性肢体动作相对于重心(齿轮)通过检测在树干加速度变化走(6]。树干加速度测量IMU在步态代表步行和非常有用的特征来识别步态异常(7]。艾莫斯不仅可以用于计算重要的步态参数,比如时空参数(8- - - - - -10),或为研究步态稳定性和可变性之间正常和病理步态也为不同类型的步态分类模式,例如,中风病人步态模式(11)或帕金森病步态模式(12]。这些好处导致步态分析艾莫斯被广泛应用于临床和护理单元。三维运动分析系统等大规模系统相比,使用艾莫斯步态分析的优势,包括成本相对较低,简单的测量,测量和执行的能力。这些好处导致步态分析艾莫斯被广泛应用于临床和护理单元。

然而,使用艾莫斯步态分析有几个缺点。首先,步态分析的专用加速度分析软件只有一个选项,用户或研究者需要单独分析获得的加速度信号数据。第二,树干加速度用于计算行走参数包括一个多元化的步行周期不易分离的组件。因此,测量参数代表整个步行周期的特点和它们不能用于检测异常步态周期的特定部分。分析将会更加有用,如果异常步态周期的特定部分可以使用IMU识别。

下肢关节挛缩是步态异常的主要原因。在老年人中,臀部和踝关节运动减少行走时导致减少脚踝峰值时刻和发电13]。膝骨关节病(OA)是一种重大疾病导致膝关节挛缩,关节刚度,减少膝关节伸肌肌肉力量(14,15]。地面反作用力(平)在行走和肌肉力量影响膝盖上的外部负载(16),增加机械应力在膝OA患者膝盖。除了膝OA屈曲挛缩,膝盖内收的时刻在步态立场阶段增加了内翻足排列不齐,导致横向推力。此外,模式的垂直平膝OA步态的变化(17]。具体来说,关节挛缩可能改变下肢关节的运动范围也在行走和改变天然气采收率和时刻。

树干加速度在显示了类似的模式走到平,根据步态周期变化。齿轮位移与树干垂直分量的加速度(6),齿轮轨迹可以通过分析计算树干垂直分量的加速度(18]。因此,分析树干垂直分量的加速度可能揭示步态异常步态周期对应。据我们所知,没有研究,分析了干线加速度对应步态周期。如果加速度计使步态分析对应步态周期中,它可能会更详细地确定步态异常。

本研究旨在调查不同的步态参数计算从树干加速度在步态的步态周期与限制膝关节健康受试者,而模拟膝关节屈曲挛缩的运动特征。作者推测,天然气采收率变化在行走,膝盖扩展限制条件下,加速行走参数计算的小说分析方法可以检测出变化。

2。方法

2.1。设计

2.1.1。参与者

8个健康受试者(三个雄性;五个女性;的年龄, 年;高度, ;和体重, )参加了这项研究。排除标准是过去或现在肌肉骨骼、神经、心理、或心肺疾病。

数据收集之前,所有的程序都是向参与者解释和他们签署知情同意的形式。本研究川崎大学医疗福利研究伦理委员会批准(批准文号:17 - 070)。这项研究是进行符合赫尔辛基宣言(1964年)。

2.1.2。实验的程序

实验进行了在一个安静的房间。所有受试者被要求走10米。实验条件是正常的走路和散步的定制膝盖矫正法(图1)非惯用的腿膝盖满30°限制扩展(扩展限制(ER))。所有参与者的非惯用脚是左边。膝盖的定制矫正法是金属直立矫正法所调整的内在的袖口,拨锁关节角的限制。天然气采收率影响分配的步行速度(19),同样的NW和所有参与者的条件。在测量之前,参与者的节奏走轻松测量。步行速度的两个条件是设置为一个常数通过参与者走在时间和电子节拍器设置为预定的节奏。

平,关节角,树干行走时加速度测量使用四个盘子,一个三维(3 d)运动分析系统,和IMU,分别。同步传感器和运动分析系统见图2。

四个力板(mg - 1120;生命有限公司,日本东京)被放置在走道的中心。平信号采样率100 Hz。

下肢关节角的测量使用3 d运动分析系统(MA8000;生命有限,东京,日本),采样率为100 Hz。十二个反光标记被附加到双边解剖位置(肩峰、髂骨、大转子侧膝关节,外踝,和第五跖骨头)。

IMU包括一个三轴加速度计(Q 'z标签走;住友电工有限公司,日本大阪)是用来测量躯干在步态加速度。乌兹别克斯坦伊斯兰运动在第三腰椎定位(L3)和固定在主体使用橡皮筋根据先前的研究2,4,9]。的 , ,和 - - - - - -轴加速度计与中间外侧的,前后的,分别和垂直方向。加速度信号被采样的速度200 Hz,然后转换为100 Hz。力平台、三维运动分析系统,和IMU同步,和测量进行了随机行走在西北和ER为每个条件条件和测量两次。

2.1.3。数据分析

数据收集的非惯用的步态周期(左)腿在稳定的步态。垂直分量的峰值的平击,关节运动范围,瞬间的力进行了分析。第一最大峰值,峰值最小,其次最大峰值的平竖直分量的值(图计算3)。计算关节运动范围在矢状面臀部弯曲,臀部扩展,膝盖弯曲,膝盖扩展,踝关节背屈和跖屈。计算力的时刻在矢状面臀部弯曲,臀部扩展,膝盖弯曲,膝盖扩展和踝关节跖屈。

在这项研究中,主干加速度波形分析和垂直方向的两个参数计算组件。加速度均方根(RMS)表明平均加速度信号的振幅(20.]。因此,加速度均方根计算参数指示的姿势运动步态。RMS源自方程(1),加速度信号吗RMS的计算时间。

接下来,幅值比(AR)的自相关函数(ACF)计算加速度自相关函数的峰值比垂直主干加速度。从方程(ACF得到2),平均信号波形减去从加速度波形和除以标准差,是延迟时间,是观测的数量。

图4显示树干加速度和ACF在垂直方向行走。原点在ACF被定义为第0个振幅峰值振幅(在图4),坡度变化的顶点被定义为1日振幅峰值(在图4)。基于“增大化现实”技术获得了从方程(3)如下。

本研究基于“增大化现实”技术是一种新型的分析指标。我们之前的研究(21]表明,AR和步态异常,减少科目如资产减值准备。基于“增大化现实”技术的价值是影响第一自相关函数的振幅峰值(在图4),而值振幅和外观的影响时间的三个特征峰加速度波形在垂直方向行走。

加速度均方根和AR的五步计算稳态超过10米的步行。使用自定义执行加速度信号处理算法在MATLAB(版本R2017A、MathWorks纳蒂克,妈,美国)。

2.2。统计分析

Shapiro-Wilk测试被用来确认是否平击,联合振幅,步态参数从树干加速度数据计算近似正态分布。第一个峰平(P1),最小峰值(P3),髋关节的关节角和峰值时刻扩展,从树干和RMS计算加速度并没有显示出正态分布。然而,其他结果显示一个正态分布。的配对 - - - - - -测试和Wilcoxon符号秩检验是用来检测在平NW和ER条件之间的差异,联合振幅,步态参数计算从树干加速度。一个< 0.05被认为是具有统计学意义的价值。所有版本使用IBM SPSS统计分析统计数据。23.0(美国纽约阿蒙克的IBM公司)。

3所示。结果

3.1。地面反作用力

平高峰值在走,没有限制了膝盖的膝盖扩展矫正法如表所示1。第一个峰平(P1)在ER NW相比显著增加。没有明显差异的最小峰(P3)和第二峰平(P2)之间的两个条件。

3.2。关节的运动范围

关节的运动范围在走,没有限制了膝盖的膝盖扩展矫正法如表所示2。踝关节背屈角峰值在ER NW相比显著增加。臀部的峰值角度扩展,膝盖弯曲,膝盖扩展相比显著降低ER在西北。

3.3。联合力量的时刻

联合力量在走路的时候,没有限制了膝盖的膝盖扩展矫正法如表所示3。膝盖扩展的最大力矩显著降低ER相比,在西北。没有明显差异在高峰时刻的臀部弯曲,臀部扩展,膝盖弯曲,踝关节跖屈之间的两个条件。

3.4。从树干步态参数计算加速度

步态参数计算从树干加速度表所示4。加速基于“增大化现实”技术显著减少ER相比,在西北。没有显著差异在两个条件之间的均方根。

4所示。讨论

本研究旨在验证是否步态参数计算从树干加速度可以检测膝盖扩展的影响限制在健康受试者的步态。在这项研究中,动力学和运动学参数变化时膝盖走路有或没有限制表现出显著差异。第一个峰值显著提高天然气采收率的ER相比,在西北。平的垂直分量代表齿轮的变化。的时候第一个垂直平峰对应于加载响应在步态周期的阶段(22]。这里,膝关节弯曲略从接近充分扩展位置接受体重。平的第一个峰值正比于联合加载在行走和增加步行速度在膝关节OA (17]。行走期间加载速率显著增加10°的膝盖弯曲的限制(19]。在这项研究中,两个条件之间的步行速度有一个固定的节奏;第一个峰平在ER显著增加,造成膝盖限制扩展在最初接触。联合限制上的下肢肢体下降幅度比在正常行走。在膝关节OA、运动的范围和时刻髋关节和踝关节的力量减少随着膝关节(23]。然而,踝关节背屈的运动范围显著增加在ER。参与者可能补偿使用髋膝关节和脚踝关节保持两个条件下的步行速度常数。

在这项研究中,主干加速度波形在行走和两个参数进行了计算分析。加速度均方根是一个步态参数广泛用于步态分析措施树干加速度。RMS参数指示的姿势运动步态期间(20.]。发现加速度均方根可以区分中风患者和健康人(24),能够预测下降风险在养老院的人口25]。相比之下,基于“增大化现实”技术是一种新型加速度分析指标计算加速度的峰值振幅比ACF从垂直主干加速度。

自相关系数被用作步态参数的规律走在先前的研究[4,18]。在本研究中,基于“增大化现实”技术的计算自相关函数波形作为小说步态参数。我们之前的研究(21]表明,基于“增大化现实”技术降低了患者的步态异常,如资产减值准备。基于“增大化现实”技术的价值是影响第一幅值自相关函数的峰值(在图4),的价值振幅的影响,出现时间的三个特征峰加速度波形在垂直方向行走。树干加速度在显示了类似的模式走到复合平竖直分量的波形。在行走的三个特征峰加速度波形(图4)是由第一个峰值(P1图3),第二个峰(P2在图3平的垂直分量。第一(P1)和第二(P2)垂直平峰对应于加载响应阶段和终端立场阶段,分别为(22]。的三个特征峰加速度波形在走终端之间的姿态出现在同侧肢体和加载侧肢体在步态周期响应。因此,这个参数可能表明重量转移的平滑侧侧肢体在散步。在这项研究中,加速度均方根之间没有明显不同的两个条件;然而,基于“增大化现实”技术的显著降低ER。加速度均方根表示加速度波形信号的平均幅度计算从一组区间,例如,整个步态周期。因此,RMS是整个走路的姿势运动。与膝关节,髋关节扩展明显和髋关节屈曲角度的增加而减少。尽管树干波动在矢状面增加膝盖限制,RMS不能发现任何步态异常。

在我们的结果中,第一个峰平两个条件之间的明显不同。天然气采收率和树干加速度在垂直组件相关的散步,和基于“增大化现实”技术的变化反映在天然气采收率和能够检测步态的变化与单边膝盖扩展限制比RMS更敏感。

本研究也有一些局限性。我们只招募了健康的参与者,没有分析对象与膝屈曲挛缩。需要进一步的研究主题与膝盖弯曲挛缩。加速度为步态分析基于“增大化现实”技术是一种新的度量;因此,进一步测量和主题分析各种步态异常是必要的和必须验证结果的有效性。

5。结论

这项研究表明,小说个加速器步态分析指标可以检测步态异常步态周期对应。加速度AR反映天然气采收率变化,能够比传统指标检测步态的变化更敏感。在我们的研究中描述的方法可以用于评估运动治疗和康复的好处。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。概念回顾的结果是可用的要求从相应的作者。

伦理批准

这种安排的条款进行审核和批准了川崎大学医疗福利按照其政策研究的客观性。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突与此相关的手稿。

确认

我们要感激地承认和执行的数据分析和建议由Yusuke浅田和另外。我们愿意承认校正的数据Honoka濑户和岸本太郎。本研究支持住友电气有限公司

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