gångegenskaper hos barn med spastisk Cerebral pares under lutande löpband som går under en virtuell verklighetsmiljö

Abstrakt

mål. Att undersöka gångegenskaper hos barn med spastisk cerebral pares under lutande löpband som går under en virtuell verklighetsmiljö. Sätt. Tio spastisk cerebral pares (CP) barn och tio typiskt utvecklande (TD) barn ombads att gå i sin bekväma hastighet på ett löpband på marknivå och 10 lutande. Tredimensionella kinematiska data och markreaktionskraftdata fångades i ett datorassisterat rehabiliteringsmiljösystem. Kinetiska parametrar och dynamiska balansparametrar beräknades med hjälp av en standard biomekanisk metod. Resultat. Under uppförsbacke minskade båda grupperna gånghastighet och steglängd och ökad toppbäckenlutning, fotled dorsiflexion och höftflexion. Jämfört med TD-barn hade CP-barn minskat gånghastighet och steglängd, minskat topphöftabduktionsmoment, ökad stansfasprocent, ökad topp ankel dorsiflexion och knäböjning och ökat topphöftförlängningsmoment. Toppstammens rotationsvinkel, vristvinkel vid initial kontakt och steglängd visade en signifikant interaktionseffekt. Slutsats. CP-barn visade liknande justeringar för de flesta gångparametrar under uppförsbacke som TD-barn. Med en lägre gånghastighet kan CP-barn upprätthålla liknande dynamisk balans som TD-barn. Uppförsbacke förstorar de befintliga onormala gångmönstren hos cerebral pares barn. Vi föreslår att gånghastigheten under en löpbandsträning med lutning bör kontrolleras noggrant när det gäller att förbättra toppbelastningen för mycket.

1. Introduktion

Cerebral pares (CP) är en neurologisk störning som är resultatet av defekter eller skador på den omogna hjärnan . Problem orsakade av CP, såsom muskeltäthet, svaghet eller spasticitet, kan hindra muskuloskeletal utveckling och därmed resultera i onormala gångmönster .

förbättrad gångförmåga är en av de största problemen i terapeutiska ingrepp för barn med CP. Treadmill walking har använts i stor utsträckning vid rehabilitering av CP-barn för att ge repetitiv träning av hela gångcykeln . En systematisk litteraturöversikt utvärderade effektiviteten av löpbandsträning för CP-barn . Granskningen föreslog att löpbandsträning är en säker och genomförbar metod för CP-barn och kan förbättra gånghastighet och allmän grovmotorik. Willerslev-Olsen et al. undersökte effekten av lutande löpbandsträning på CP-barn. Deras studie tyder på att lutande intensiv gångträning ökar beta-och gamma-oscillerande körning till ankel dorsiflexormotorneuroner och förbättrar därför tålyft och hälstrejk hos CP-barn.

de biomekaniska studierna inklusive kinematik, kinetik och dynamisk balansanalys är användbara för att få insikt i neurala kontrollstrategier, förstå de onormala gångmönstren noggrant och utforma effektiva terapeutiska ingrepp för CP-patienter. Kinematik används för att kvantifiera avvikelser i gångmönster . Kinetik ger en indikation på orsakerna till gångavvikelser och den underliggande muskelfunktionspatologin . Friska människor kan anpassa sig till uppförsbacke genom att öka höft -, knä-och fotled dorsiflexion och därmed upprätthålla en upprätt hållning . Denna anpassning kan användas som en målinriktad träning av en grupp muskler (ankel dorsiflexor, knäförlängare och höftförlängare). CP-barn kan dock ha svårigheter att anpassa sig till lutande promenader på grund av nedsatt postural kontroll eller dynamisk balans.

biomekaniska studier är begränsade för lutande löpbandsgångsträning på CP-barn. Flera studier undersökte de biomekaniska egenskaperna och gånganpassningsstrategierna för CP-barn för att gå på en lutande ramp eller löpband . Dessa studier rapporterar att CP-barn anpassar sig till lutande promenader med liknande gångjusteringsstrategier som de typiskt utvecklande (TD) barnen men använder större posturala anpassningar.

så vitt vi vet saknas en grundlig förståelse för onormala gångmönster för barn med spastisk CP under lutande löpband som går med hjälp av tredimensionell (3D) gånganalys inklusive kinematik, kinetik och dynamisk balansanalys. Endast kinematiska data rapporteras i de flesta av de ovan nämnda studierna . Användningen av tvådimensionella (2D) rörelsekameror förlorar också betydande mätnoggrannhet för dessa data.

denna studie syftar till att omfattande undersöka gångjusteringsstrategier för CP-barn i nivå löpband och uppförsbacke löpband som går under en virtuell verklighetsmiljö (en standardinställning för ett datorstödd rehabiliteringsmiljö (CAREN)-system; Motekforce Link, Nederländerna). Studien kvantifierade rumsliga-temporala parametrar, 3D-kinematik, 3D-kinetik och dynamisk balans hos CP-barnen genom att använda de senaste rörelsefångstteknikerna. Vi antog att (1) CP-barn använde liknande gångjusteringsstrategier som deras TD-kamrater under lutande gång och (2) CP-gruppen skulle ha signifikant lägre postural stabilitet på grund av nedsatt postural kontroll.

2. Metoder

2.1. Studiedesign och ämnen

tio spastiska CP-barn (ålder: år; höjd: ; vikt: ) och tio TD-barn (ålder: år; höjd: ; vikt: ) inkluderades. CP-deltagarnas egenskaper presenteras i Tabell 1. Det finns inga signifikanta skillnader i ålder (), höjd () eller vikt () mellan de två grupperna.

Patient ålder
(år)
kön höjd
(cm)
vikt
(kg)
påverkad sida Gfmcs nivå gångart
S1 7 män 125 30 L, R II Mild huk
S2 7 Kvinna 114 20 L, R I Mild huka
S3 6 Female 131 27 L, R I Crouch
S4 8 Female 125 22.5 L, R I Mild crouch
S5 6 Male 117 21 L, R I Mild crouch
S6 7 Male 122 22.5 L, R II Mild crouch
S7 11 Male 145 37 L, R II Apparent equines
S8 10 Male 140 36 L, R II Apparent equines
S9 12 Female 146 32 L, R I Crouch
S10 11 Male 127 30 L, R II skenbara hästdjur
förkortningar: GMFC = Bruttomotorisk funktion klassificeringssystem; L = vänster; R = höger.
Tabell 1
deltagarnas egenskaper.

inklusionskriterierna för CP-barn är följande: (1) diagnostiserad med diplegisk CP, (2) 6-12 år gammal, (3) rankad I-II i Gross Motor Function Classification System (Gfmc), (4) kapabel att förstå och utföra instruktioner, (5) oberoende vandrare utan hjälp i mer än sex minuter och (6) utan botulinumtoxin i nedre extremiteterna eller kirurgi under de föregående sex månaderna. Uteslutningskriterierna för både CP-och TD-barn är frånvaron av (1) allvarliga hjärt-och lungsjukdomar och (2) störningar i syn-eller hörselsystemet. Det etiska godkännandet erhölls från Sichuan Bayi Rehabilitation Center ’ s ethics committee (Sichuan, Kina). Barnens föräldrar undertecknade samtyckesformulären för deltagande.

2.2. Instrumentation

tredimensionell (3D) gemensam kinematik och markreaktionskraft (GRF) samlades in med hjälp av ett datorstödd rehabiliteringsmiljö (CAREN)-system. CAREN-systemet är ett uppslukande virtuellt miljösystem som består av ett 3D-rörelseinspelningssystem med tolv höghastighets infraröda kameror (Vicon, Oxford Metrics, Storbritannien), en split-belt force plate instrumenterad löpband (ADAL3DM-F-COP-Mz, Tecmachine, Frankrike) ovanpå en sex graders rörelsebasplattform och ett cylindriskt projektionssystem. En säkerhetssele och sidoskenor är placerade för att säkerställa användarens säkerhet och komfort (se Figur 1). Vicon motion capture-systemet registrerade kinematiska data med en samplingsfrekvens på 100 Hz. Kraftplattans data registrerades med en samplingsfrekvens på 1000 Hz. Den visuella scenen synkroniseras vanligtvis med plattformens rörelse eller patientens rörelse.

Figur 1
CAREN-systemet som används för denna studie.

CAREN-systemet används i denna studie på grund av följande problem: (1) CAREN-systemet kan utföra 3D-rörelse för en hel kropp i realtid, vilket ger omedelbar feedback till både terapeuten och patienten ; (2) CAREN-systemet kan genomföra lutande gångexperiment och samla kinematisk och kinetisk information samtidigt; (3) den virtuella miljön är reproducerbar och så nära en naturlig miljö som möjligt; (4 ) CAREN-systemet har visat sig vara ett effektivt verktyg för rehabilitering (såsom gångträning , protesjustering , balansträning och kognitiv rehabilitering) och biomekanikforskning .

2.3. Experimentellt protokoll

informationen om motorfunktion (beskriven av gmfcs-rankningen) för CP och klassificeringen av CP-subtyper erhölls från varje CP-barns medicinska register. Deltagarna instruerades fullt ut före mätningarna. Varje deltagare började med en bekantskap på tre minuter på löpbandet vid noll respektive en tio graders lutande lutning (uppförsbacke). Förtrogenheten avslutades tills deltagaren anpassade sig till gångförhållandena med en bekväm gånghastighet för varje tillstånd.

efter byte av kläder och skor placerades 25 retroreflekterande markörer på deltagarens anatomiska landmärken enligt definitionen av hela kroppen människokroppsmodell (HBM) . Markörerna är placerade på den 10: e bröstkotan, naveln, bröstbenet, främre överlägsen iliac ryggraden, bakre överlägsen iliac ryggraden, större trochanter, lateral epicondyle av knä, lateral malleolus, bakre calcanei, spetsen på stortån, laterala femte metatarsal huvuden, acromion, lateral epicondyle och medial epicondyle av armbågen, lateral handled, medial handled, xiphoid process, den 7: e halskotan, toppen av huvudet, höger sida av huvudet, och vänster sida av huvudet.

koordinatsystem för lokala segment inrättades för torso -, bäcken -, lår -, skaft-och fotsegmenten baserat på registrerade markörers positioner, som listas i Tabell 2 (se mer detaljer från ).

Segment definition av segmentkoordinationssystemet
bäcken Ursprung Mittpunkt mellan höftledscentra
X enhetsvektor av tvärprodukt mellan axeln och vektorn från höger höftledscentrum till vänster höftledscentrum
y enhetsvektor definierad av axeln och axeln för att skapa ett högerkoordinatsystem
Z enhetsvektor parallellt med linjen från S1 / L5 till mittpunkten mellan vänster och höger axelledscentra
Torso Ursprung Thoracolumbar joint center
X enhetsvektor vinkelrätt mot planet som bildas av axeln och vektorn från höger axelled centrum till vänster axelled centrum
y enhetsvektor definierad av axeln och axeln för att skapa ett högerkoordinatsystem
Z enhetsvektor parallell med linjen från S1 / L5 till mittpunkten mellan vänster och höger axelledscentra
lår Ursprung Höftledscentrum
X enhetsvektor vinkelrätt mot axeln ligger i det globala sagittalplanet och pekar framåt
y enhetsvektor definierad av axeln och axeln för att skapa ett högerkoordinatsystem
Z enhetsvektor från knäledscentrum till höftledscentrum
skaft Ursprung Knäledscentrum
X enhetsvektor vinkelrätt mot – axis ligger i det globala sagittalplanet och pekar framåt
y enhetsvektor definierad av axeln och axeln för att skapa ett högerkoordinatsystem
Z enhetsvektor från fotledscentrum till knäledscentrum
Fot Ursprung Subtalar gemensamma centrum
X enhetsvektor vinkelrätt mot axeln ligger i det globala sagittalplanet och pekar framåt
y enhetsvektor definierad av axeln och axeln för att skapa en högerhand koordinatsystem
Z enhetsvektor från tåfog centrum till subtalar gemensamma centrum
Tabell 2
Segmentsamordningssystem.

för varje provtagningstidsram transformerades koordinaterna för varje segment med avseende på dess proximala segment genom en sekvens av tre rotationer avgränsade av tre Euler-vinklar efter flexion/förlängning, adduktion/bortförande och intern/extern ordning.

av säkerhetsskäl hade deltagarna en sele som fästes på en metallram med hjälp av en säkerhetslinje under hela experimentet. Varje deltagare ombads att utföra en statisk rättegång för att lokalisera positionerna för de anatomiska landmärkena och platserna för de gemensamma centra. Sedan gick varje deltagare i sin bekväma hastighet utan ledstångsstöd i den virtuella miljön (en virtuell gångväg) projicerad på en cylindrisk skärm. Uppgifterna registrerades i en minut under nivå löpband promenader. Därefter lutades plattformen i tio grader uppåt. Uphill walking data registrerades också i en minut.

2.4. Databehandling

studien använde ett kommersiellt mjukvarusystem, benämnt human body model (HBM), inbäddat i CAREN-systemets d-flöde, för att beräkna kinematik och kinetik. För kinematiska data och GRF ställdes lågpassfiltrets avstängningsfrekvens till 6 Hz.

HBM löser det inversa kinematikproblemet med hjälp av ett icke-linjärt minsta kvadratproblem (1). Den omvända dynamiska lösningen är att hitta en optimal pose som bäst passar tillverkarens data. I ekvation (1) är 3D-positionen för en markör och är markörkoordinaterna uppmätta av motion capture-systemet.

HBM löser det inversa dynamiska problemet med hjälp av den typiska flerkroppsekvationen för rörelse (2).var är de okända gemensamma ögonblicken och krafterna, är den mänskliga kroppsmassmatrisen, är centrifugal-och Coriolislastningen, är tyngdkraften och representerar den yttre kraften.

läget center of pressure (COP) mättes med det instrumenterade löpbandet. Center of mass (COM) – positionen beräknades baserat på uppmätta kinematiska data med hjälp av ett standardförfarande som beskrivs av Winter, som bestämde hela kroppen COM baserat på COM från individuellt kroppssegment . Cop-COM separation i både anterior-posterior (AP) och medial-lateral (ML) riktningar, avståndet mellan COM och COP i AP och ML riktningar, beräknades för att representera den dynamiska balansen under gång . För att tillgodose både vänsterfotade och högerfotade försök görs Cop-COM-separationen i ML-riktningen positiv för alla spår. Dessa positiva värden återspeglar avståndet på fötterna som placerades på vardera sidan av COM I ML-riktningen. Den genomsnittliga Cop-com-separationen i AP-och ML-riktningarna normaliseras till varje deltagares benlängd för att möjliggöra en jämförelse mellan ämnen. Förutsatt att båda benen har lika längder beräknades benlängden som avståndet mellan vänster höftledscentrum och vänster fotledscentrum under den statiska försöket.

2.5. Statistisk analys

Spatial-temporal, kinematisk, kinetisk data och dynamiska balansparametrar analyserades. Låg tillförlitlighet och stora fel har rapporterats för höft-och knät tvärgående planvinklar och knäfrontplanvinklar registrerade av 3D motion capture-system . Dessa parametrar inkluderades inte i denna studie.

åtta gångcykler från varje deltagare under varje gångförhållande valdes för analysen. Shapiro-Wilk-testet utfördes för att testa normaliteten hos data. En tvåvägs blandad designanalys av varians (ANOVA) () användes för att analysera de rumsliga temporala, kinematiska och dynamiska balansparametrarna med SPSS 22.0. För kinetiska parametrar (gemensamma stunder) användes en tvåvägs ANCOVA () med hastighet som kovariat. En statistiskt signifikant skillnad accepterades som . Eta squared () används som mått på effektstorleken. 0,01, 0,06 och 0,14 betyder den lilla effekten, måttlig effekt respektive stor effekt .

3. Resultat

3.1. Rumsliga temporala parametrar

som visas i tabell 3 identifieras en signifikant skillnad i gånghastighet mellan CP och TD-barn (,). Båda grupperna minskade gånghastigheten under uppförsbacke (,). Interaktionseffekten av gånghastigheten () når inte en statistisk signifikans. Steglängderna för CP-barnen är kortare än TD-barnens (, ). Båda grupperna minskade steglängden avsevärt under uppförsbacke (,). Det finns en signifikant skillnad i interaktionseffekten (, ) av steglängden.

parametrar nivå uppförsbacke (+10 grader) ANOVA värde
CP TD CP TD grupp Gångtillstånd interaktion
medelvärde SD medelvärde SD medelvärde SD medelvärde SD
Hastighet (m / s) 0.42 0.16 0.64 0.06 0.32 0.14 0.58 0.07 <0.01 <0.01 0.494
steglängd (m) 0.52 0.19 0.68 0.12 0.39 0.16 0.65 0.14 0.003 <0.01 0.001
stegbredd (m) 0.09 0.02 0.12 0.04 0.09 0.03 0.11 0.04 0.05 0.135 0.199
Stance fas (%) 71.12 4.23 66.2 0.92 73.95 3.5 67.49 1.07 <0.01 <0.01 0.063
Peak trunk flexion (°) 8.12 4.07 6.01 1.85 7.21 4.32 4.56 3.1 0.069 0.228 0.779
Peak trunk förlängning (°) -2.7 2.75 -0.16 1.38 1.06 4.48 0.62 3.85 0.375 0.026 0.132
Peak trunk rotation (°) 4.84 8.90 4.96 6.67 2.86 8.53 9.21 5.23 0.493 0.224 0.017
Peak trunk lateral flexion (°) -2.30 6.92 6.36 2.50 8.28 6.01 4.50 3.66 0.226 0.241 0.47
Peak pelvic anterior tilt (°) 12.46 5.2 12.93 4.35 26.07 6.94 26.3 7.38 0.88 <0.01 0.865
Peak pelvic posterior tilt (°) 7.34 4.49 8.9 4.48 21.01 7.13 21.9 7.7 0.593 <0.01 0.682
Peak pelvic oblique (°) -2.88 7.28 -2.53 3.29 -5.86 7.55 -5.47 4.30 0.95 <0.01 0.941
topp höftböjning (°) 39.81 9.32 38.91 7.33 49.65 11.4 52.5 10.26 0.786 <0.01 0.292
topp höftförlängning (°) 6.62 7.62 3.36 6.61 11.28 7.26 7.16 8.36 0.182 <0.01 0.684
topp höft bortförande (°) 9.98 10.18 9.85 3.77 8.47 9.36 6.33 2.96 0.816 0.026 0.28
topp hip adduktion (°) 2.74 16.79 4.62 4.99 1.30 11.20 5.18 5.03 0.581 0.761 0.459
topp knäböjning under LR (°) 27.15 6.43 20.54 9.95 44.63 6.7 34.66 10.09 <0.01 <0.01 0.333
Peak knopp böjning (°) 60.74 8.11 65.63 11.18 60.58 7.72 67.06 5.44 0.044 0.546 0.454
Peak knopp förlängning (°) 12.75 6.9 4.23 4.8 14.61 7.24 10.49 6.57 <0.01 <0.01 0.063
medelvärde SD medelvärde SD medelvärde SD SD Sd medelvärde SD
Peak ankli dorsiflex (°) 17.55 6.53 11.86 3.59 24.18 5.81 18.64 4.3 <0.01 <0.01 0.932
Peak inhuman plant (°) -5.58 7.62 -14.27 6.14 2.73 7.36 -9.57 6.64 <0.01 <0.01 0.174
knäböjning vid IC (°) 23.49 7.86 6.93 6.01 43.88 6.21 26.74 13.21 <0.01 <0.01 0.878
Ankel sagittal vinkel vid IC (°) -1.14 8.18 -5.43 4.6 11.31 7.05 1.46 5.82 <0.01 <0.01 0.004
topp höftförlängningsmoment (/kg) 0.54 0.18 0.36 0.09 0.79 0.19 0.55 0.15 <0.01 <0.01 0.395
topp hip flexion moment (/kg) -0.17 0.07 -0.16 0.07 -0.10 0.05 -0.08 0.04 0.398 <0.01 0.852
Peak hip abduction moment (/kg) 0.44 0.21 0.62 0.12 0.39 0.14 0.54 0.09 0.018 0.113 0.596
Peak knä bortförande moment (/kg) 0.11 0.05 0.10 0.05 0.12 0.06 0.15 0.08 0.898 0.066 0.179
Peak knä adduktion moment (/kg) 0.11 0.11 0.12 0.11 0.11 0.13 0.12 0.11 0.737 0.78 0.962
första topp knäförlängningsmomentet (/kg) 0.14 0.16 0.15 0.08 0.09 0.12 0.23 0.15 0.032 0.657 0.057
Peak knä flexion ögonblick (/kg) -0.24 0.14 -0.22 0.19 -0.24 0.15 -0.25 0.11 0.908 0.423 0.584
första knä topp flexion moment (/kg) -0.23 0.15 -0.19 0.11 -0.23 0.16 -0.24 0.13 0.82 0.368 0.392
topp fotled plantarflexion moment (/kg) 0.76 0.26 0.99 0.19 0.74 0.16 0.91 0.21 <0.01 0.255 0.545
topp vrist dorsiflex momentum (/kg) -0.05 0.06 -0.09 0.05 -0.02 0.01 -0.06 0.03 <0.01 0.01 0.996
COM-COP främre avstånd (m) 0.12 0.05 0.14 0.05 0.03 0.04 0.06 0.05 0.077 <0.01 0.838
COM-COP bakre avstånd (m) 0.09 0.08 0.22 0.19 0.14 0.14 0.27 0.13 0.088 0.092 0.764
COM-COP medialavstånd (m) 0.15 0.04 0.15 0.02 0.16 0.04 0.14 0.02 0.696 0.628 0.555
COM-COP lateralt avstånd (m) -0.09 0.04 -0.04 0.04 -0.08 0.07 -0.03 0.03 0.07 0.32 0.624
förkortningar: LR = belastning svarar; IC = initial kontakt; CP = cerebral pares; TD = typiskt utvecklande.
tabell 3
beskrivande statistik för viktiga gångvariabler för CP-och TD-barn under två gångförhållanden (nivå och uppförsbacke löpband) och resultat av tvåvägs ANOVA för skillnader i gruppen (CP-eller TD-barn), gångtillstånd och interaktion.

CP-barnen visar en betydligt längre hållningsfas jämfört med TD-barnen (, ). Båda grupperna ökar hållningsprocenten under uppförsbacke jämfört med nivå löpband (, ), med en signifikant interaktionseffekt (, ).

3.2. Gemensam kinematik och dynamisk balans

som visas i tabell 3 ökar CP och TD-barn toppbäckens främre lutning när de går uppför (,). CP och TD barn har mindre topp bäcken bakre lutning (,), topp bäcken sned (,), och mindre topp stam förlängning (,) när man går uppför (,). Kinematiska data visar signifikanta skillnader för topphöftabduktion under svängfasen (,), topphöftflexion (, ) under svängfasen och minskad topphöftförlängning under hållfasen (,) under uppförsbacke i båda grupperna. Jämfört med nivå löpband promenader, uppförsbacke promenader har en betydligt mindre avstånd mellan COM och COP i anterior-posterior (AP) riktning (, ).

CP-barn går med en lägre toppböjningsvinkel under svängfasen än TD-barn (, ). Båda grupperna böjer knäet mer när de går uppför (,). Det finns en signifikant interaktionseffekt (,). Vid första kontakten har CP mer knäböjning än TD (, ). Båda grupperna ökar maximal knäböjning under belastningsresponsfasen när de går uppför (, ).

det finns ingen signifikant interaktionseffekt i topp ankel dorsiflexion. Båda grupperna ökade topp ankel dorsiflexion under hållningsfasen när de gick uppför (, ). CP-barn visar minskad toppplantarflexion jämfört med TD-barn under svängfasen (, ). Både CP och TD minskar sin toppplantarflexion under stansfasen och svängfasen när de går uppför (, ). CP har högre ankel dorsiflexion än TD vid den första kontakten. Signifikanta skillnader i ankel dorsiflexion vid den initiala kontakten identifieras i huvudeffekten för gruppen (, ), gångtillstånd (,) och interaktionseffekten () (,). Peak trunk rotationsvinkeln visar en signifikant interaktionseffekt (,).

3.3. Joint Kinetics

som visas i tabell 3, både CP och TD barn minskar höft topp flexion ögonblick under hållning fasen när man går uppför (, ). CP-barn har större topphöftförlängningsmoment än TD-barn (, ) under ställningsfasen. Huvudeffekten för gångtillståndet visar också att topphöftförlängningsmoment under hållningsfasen ökade när man gick uppför (, ). Peak knee flexion moment och extension moment under hållningsfasen visar inte signifikant huvudeffekter i grupp-och gångförhållanden. CP barn har lägre topp ankel dorsiflexion ögonblick i hållning fas än TD barn (,). Lägre topp ankel dorsiflexion stunder i hållningsfasen finns både i CP och i TD-barn under uppförsbacke jämfört med jämn markvandring (, ). CP barn har minskat topp ankel plantarflexion stunder i hållning fas jämfört med TD barn (,). Signifikanta skillnader mellan grupperna observeras för topphöftabduktionsmoment i stansfasen (, ).

4. Diskussion

studien syftar till att undersöka gångegenskaper under lutande löpband som går under ett DATORASSISTERAT rehabiliteringsmiljösystem (CAREN) hos barn med CP. CAREN-systemet, som används i vår studie, är lämpligt för kognitiv och fysisk rehabiliteringsträning eller bedömning på grund av dess förmåga att skapa realistiska miljöer och samla in multisensoriska forskningsdata. Studier om postural kontrollutbildning i CAREN-systemet visar att en enda träningspass är tillräcklig för att utlösa en anpassningsprocess av balans och det finns ingen signifikant annorlunda Cop-förskjutning mellan de ämnen som deltar i den virtuella miljön och de som inte gör det . Walking tecken inklusive temporal-rumsliga parametrar och kinematik i löpband promenader med hjälp av CAREN systemet och över marken promenader har ingen signifikant skillnad. Visuella störningar är inte inblandade i vår experimentdesign. Gångegenskaperna är således jämförbara med andra studier, som inte använder en virtuell miljö.

våra resultat avslöjar att CP-barn hade signifikanta gångförändringar i flera rumsliga temporala, kinematiska och kinetiska parametrar när de gick uppför. De förändrade gångegenskaperna inkluderar minskad gånghastighet och steglängd och ökad toppbäcken lutning, topp ankel dorsiflexion (under stansfasen), höftflexion och knäböjning (under stansfasen). Minskad topphöftabduktion i svängfasen och ökade sneda vinklar i toppbäcken observeras också. I allmänhet visar CP-barn liknande gångjusteringar som TD-barn under uppförsbacke.

denna gångjusteringsstrategi överensstämmer med resultaten från tidigare studier med friska deltagare, vilket visar att friska vuxna som går i en sluttning ökade höftflexion, knäböjning och fotled dorsiflexion för att öka tåklarationen. Det noteras emellertid att barn med CP under nivå löpband hade ett patologiskt gångmönster med större knäböjning och fotled dorsiflexion under hållningsfasen jämfört med TD-barn (se Figur 2). Uppförsbacke kräver mer knäböjning och fotled dorsiflexion under hållningsfasen och ökade svårighetsgraden av den patologiska gången.

Figur 2
Mean gemensamma vinklar och gemensamma stunder för CP och TD under plan mark promenader och uppförsbacke promenader (solid svart linje: TD nivå promenader, streckad svart linje: TD uppförsbacke promenader, fast röd linje: CP nivå promenader, streckad röd linje: CP uppförsbacke promenader).

vristvinkeln vid den initiala kontakten (IC) visade en signifikant interaktionseffekt. Interaktionseffekten innebär att lutningsvandring påverkade fotled dorsiflexion vid IC mer i CP än hos TD-barn och påverkade knäförlängning mindre i CP än hos TD-barn. Skillnaden kan bero på spasticitet i musklerna, vilket begränsar rörelseomfånget i CP-gruppen och anpassningsförmågan hos CP-och TD-barn för de olika gångförhållandena. Dessutom kräver uppförsbacke en betydande ansträngning för att driva kroppen uppåt. Tidigare forskning visar att jämfört med nivå löpband walking tillstånd, topp höftförlängning ögonblick, topp knäförlängning ögonblick, och topp fotled plantar flexion ögonblick är betydligt högre när man går uppför i samma hastighet . Våra resultat visar att det inte finns några signifikanta skillnader i peak knee extension moment och peak ankel plantar flexion joint moment för de två gångförhållandena. Detta resultat kan orsakas av den långsammare gånghastigheten för uppförsbacke, vilket kan förklaras som en strategi för att minska ledbelastningen .

i frontalplanet observeras en signifikant skillnad mellan grupper för hip abduktionsmoment. Detta är under förväntan eftersom TD-barn har bredare steg, vilket resulterar i en större momentarm av markreaktionskrafterna. Vi finner att uppförsbacke också resulterar i större bäcken sneda vinklar och minskade höftabduktionsvinklar jämfört med nivå löpband, vilket kan vara en strategi för att upprätthålla balans i medial-lateral (ML) riktning eftersom dessa förändringar kommer att flytta COM mer nära COP I ML-riktningen. Dessutom visar stamrotationsvinkeln en signifikant interaktionseffekt. Detta innebär att uppförsbacke påverkade stamrotationen mer i TD än i CP. Ytterligare forskning förväntas undersöka de bidragande faktorerna för stamrörelsestrategier under lutningsvandring.

jämfört med jämn löpbandsgång har uppförsbacke ett betydligt mindre COM-COP-avstånd i främre riktningen. Den signifikanta skillnaden kan orsakas av den mindre lutningsvinkeln under uppförsbacke. Ingen skillnad mellan grupper identifieras för COP-COM-avståndet i sidoriktningen. Dessa resultat är lite överraskande med tanke på att barn med CP rapporteras ha större förskjutningar av COP och COM i medial-lateral riktning . Detta kan också påverkas av Com-hastigheten i ML-riktningen.

så vitt författarna vet är detta första gången en omfattande 3D-kinematik och kinetik samt den dynamiska stabilitetsanalysen (med undantag för vissa vinklar i de tvärgående planen) som utförs för CP-barn under lutning som går under en virtuell verklighetsmiljö.

våra resultat har några kliniska konsekvenser. Som framgår av Figur 2, CP barn behöver generera extra fotled plantar flexion ögonblick under den tidiga hållningsfasen med en krokad hållning (överdriven ankel dorsiflexion och knäböjning). Detta konstaterande överensstämmer med H Kazaksl et al. , who observerar den ökade aktiveringen av kalvsmusklerna för CP-barn under den tidiga ställningsfasen. En biomekanisk studie visar att den högsta knäledskraften kan vara större än sex gånger kroppsvikten för svår crouch-gång . Crouched gång kan också orsaka ledvärk och minska gångförmågan . I en studie med överviktiga patienter visas att uppförsbacke med en långsammare hastighet kan minska ledbelastningen (toppknäförlängning och adduktionsmoment) . Vi föreslår att gånghastigheten under en löpbandsträning med lutning bör kontrolleras noggrant så att toppbelastningen inte ökar för mycket. Att använda ett partiellt viktstödssystem under löpbandsträning kan minska en del gemensam belastning för patienter.

studier av enstaka mått på den totala gångpatologin såsom Gångavvikelseindex (GDI) , Gångprofilpoäng (GPS) och Rörelseanalysprofil (MAP) har visat deras effektivitet i kliniska scenarier. Sådana resultatmått kan bedöma den totala svårighetsgraden av promenader eller utvärdera den totala prestandan för en intervention som patienten fick för att förbättra gångförmågan. En ytterligare studie behövs för att undersöka den övergripande gångpatologin för CP-barnen under lutande gång under en virtuell verklighetsmiljö med hjälp av ett index som GPS eller karta.

studien har en liten provstorlek, med tio deltagare i varje grupp. CP-gruppen skiljer inte heller mellan crouch gångarter med uppenbara hästar. Dessa frågor påverkar statistisk kraft i viss utsträckning. Studier med större provstorlek krävs för att vittna om dessa resultat och för att undersöka förhållandet mellan patologiska gångmönster, gångfunktioner, GFMC, spasticitet, muskelkraft och dynamisk balans under lutande gång eller andra olika miljöer i det dagliga livet.

5. Slutsats

CP-barn visade liknande justeringar i sin gång under uppförsbacke löpband som gick under en virtuell verklighetsmiljö som TD-barn. CP-barn kan upprätthålla liknande dynamisk balans med lägre gånghastighet när de går uppför. Uppförsbacke förstorar de befintliga onormala gångmönstren hos CP-barnen. Under en löpbandsträning med lutning bör gånghastigheten kontrolleras noggrant när det gäller att förbättra toppbelastningen för mycket.

datatillgänglighet

de data som stöder resultaten av denna studie är tillgängliga på begäran från motsvarande författare, Ye Ma. Uppgifterna är ännu inte offentligt tillgängliga på grund av systemets underutveckling och projektets etik.

intressekonflikter

författarna förklarar att de inte har några intressekonflikter.

författarnas bidrag

Ye Ma och Yanxin Zhang bidrog till uppfattningen och designen samt utarbetandet av artikeln. Yali Liang, Xiaodong kang och Lilja Siemelink ansvarar för databehandling och utarbetande. Yanxin Zhang och Ming Shao ansvarar för det övergripande innehållet och är garantierna.

bekräftelser

denna studie stöddes av Zhejiang Provincial Natural Science Foundation i Kina (Grand Number LQ19A020001), Ningbo Natural Science Foundation (Grand Number 2018a610193), Sichuan Bayi Rehabilitation Center och Motekforce Link. Denna studie stöddes också av KC Wong Magna Fund i Ningbo University. Författarna vill tacka Jing Zhang och Ruisong Liao för deras hjälp i datainsamlingen.

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.