بررسی قابلیت اطمینان پارامترهای سینماتیکی زانو و نیروی عکس‌العمل پا در افراد با آسیب لیگامان متقاطع قدامی هنگام بالا رفتن از پله

نوع مقاله: مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 دکتری مهندسی پزشکی، گروه بیومکانیک، دانشکده‌ی مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز

2 استادیار، گروه بیومکانیک، دانشکده‌ی مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز

3 استاد، گروه بیومکانیک، دانشکده‌ی مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز

10.22041/ijbme.2018.72926.1272

چکیده

پار­گی لیگامان صلیبی قدامی، یکی از آسیب­های رایج زانو در افراد جوان به شمار می‌رود. در مورد پیامدهای پارگی این لیگامان در دوران پساآسیب، به مواردی چون لقی زانو، ناپایداری فعال زانو و ابتلا به آرتروز زودرس اشاره شده است. کنترل جابه‌جایی قدامی تیبیا و چرخش محوری تیبیا-فمورال زانو از وظایف اصلی لیگامان متقاطع قدامی می­باشد. بنابراین، در غیاب لیگامان قدامی، حفظ پایداری زانو  از طریق تغییرات سینماتیکی و به کارگیری مکانیزم­های جبرانی حرکتی در حین انجام فعالیت­های مختلف میسر می­شود. هدف از این مطالعه بررسی قابلیت اطمینان و تکرارپذیری درون­جلسه­ای این پارامترها برای آزمون­های تکراری بالارفتن از پله بوده است. برای این منظور، پانزده بیمار با آسیب یک­طرفه­ی لیگامان متقاطع قدامی در این پژوهش مورد مطالعه  قرار گرفتند. مارکرهای 10- 8 تایی روی هر عضو از اندام تحتانی این افراد نصب شد، و برای ضبط فعالیت افراد در حین بالارفتن از ساختار پله با چهار گام، از دستگاه آنالیز حرکت 10-دوربینه، بهره گرفته شد. با استفاده از نتایج سینماتیکی و سینتیکی به دست آمده در نقاط کلیدی متناظر، قابلیت اطمینان پارامترهای سینماتیکی و نیروی عکس­العمل زمین، از طریق ضریب همبستگی درون­رده­ای (ICC)، و پارامتر خطای اندازه‌گیری استاندارد (SEM)، محاسبه و ارزیابی شد. نتایج این مطالعه بیان‌گر قابل اطمینان و تکرارپذیر بودن زوایای چرخشی تیبیا-فمورال زانو و نیروی عکس­العمل زمین در افراد با آسیب لیگامان قدامی هنگام بالارفتن از پله می‌باشد. مقادیر قابلیت اطمینان (ICC)، در هر دو پای آسیب­دیده و سالم مشابه، و در محدوده‌ی (98/0-59/0) برای پارامترهای سینماتیکی و نیروی عکس­العمل زمین به دست آمد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The Reliability of Knee Kinematics and Ground Reaction Force During Stair Negotiation

نویسندگان [English]

  • Maryam Hajizadeh 1
  • Alireza Hashemi Oskouei 2
  • Farzan Ghalichi 3
1 Ph.D, Biomechanics Department, Biomedical Engineering Faculty, Sahand University of Technology, Tabriz, Iran
2 Assistant Professor, Biomechanics Department, Biomedical Engineering Faculty, Sahand University of Technology, Tabriz, Iran
3 Professor, Biomechanics Department, Biomedical Engineering Faculty, Sahand University of Technology, Tabriz, Iran
چکیده [English]




Anterior cruciate ligament (ACL) rupture is one of the most costly knee injuries, usually occurring to young athletes, often leading to functional instability, inability to return to previous levels of physical activity, and premature osteoarthritis (OA). The main function of ACL is controlling anterior tibia translation as well as axial tibia rotation. Therefore, patients with ACL deficiency (ACLD) have to use different compensatory mechanisms and kinematic changes to maintain their stability during different activities. The study aims to measure the reliability of knee kinematics and ground reaction force during stair negotiation. Fifteen participants with unilateral ACLD ascended 4-step staircase, where 8-10 reflective markers was inserted on each segment of lower extremity. Five-camera VICON system and 10-camera VICON system were used in the first and second phase of study, respectively. Intra-class correlation coefficient (ICC) and standard error of measurement (SEM) was calculated for each parameter in the knee events during stair climbing. The results showed high consistency of kinematic parameters and GRF components was handled through reliability and repeatability calculations. ICC (2,5) showed similar values in injured and healthy contralateral leg with the range of (0.59-0.98) for all knee joint rotation and GRF components.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Anteriour Cruciate Ligament (ACL)
  • Knee Kinematics
  • Ground Reaction Force
  • Reliabilty

[1]     Boden, B.P., et al., Mechanisms of anterior cruciate ligament injury. Orthopedics, 2000. 23(6): p. 573-578.

[2]     Miyasaka, K., et al., The incidence of knee ligament injuries in the general population. Am J Knee Surg, 1991. 4(1): p. 3-8.

[3]     Zabala, M.E., et al., Three-dimensional knee moments of ACL reconstructed and control subjects during gait, stair ascent, and stair descent. J Biomech, 2013. 46(3): p. 515-20.

[4]     Hall, M., C.A. Stevermer, and J.C. Gillette, Gait analysis post anterior cruciate ligament reconstruction: knee osteoarthritis perspective. Gait Posture, 2012. 36(1): p. 56-60.

[5]     Zhang, L.-Q., et al., Six degrees-of-freedom kinematics of ACL deficient knees during locomotion—compensatory mechanism. Gait & posture, 2003. 17(1): p. 34-42.

[6]     Gao, B., M.L. Cordova, and N.N. Zheng, Three-dimensional joint kinematics of ACL-deficient and ACL-reconstructed knees during stair ascent and descent. Human movement science, 2012. 31(1): p. 222-235.

[7]     Berchuck, M., et al., Gait adaptations by patients who have a deficient anterior cruciate ligament. Journal of Bone and Joint Surgery - Series A, 1990. 72(6): p. 871-877.

[8]     Bulgheroni, P., et al., Walking in anterior cruciate ligament injuries. The Knee, 1997. 4(3): p. 159-165.

[9]     Thambyah, A., P. Thiagarajan, and J.G.C. Hong, Knee joint moments during stair climbing of patients with anterior cruciate ligament deficiency. Clinical Biomechanics, 2004. 19(5): p. 489-496.

[10] Tibone, J.E., et al., Functional analysis of anterior cruciate ligament instability. The American journal of sports medicine, 1986. 14(4): p. 276-284.

[11] Dai, B., et al., Using ground reaction force to predict knee kinetic asymmetry following anterior cruciate ligament reconstruction. Scandinavian journal of medicine & science in sports, 2014. 24(6): p. 974-981.

[12] Riener, R., M. Rabuffetti, and C. Frigo, Stair ascent and descent at different inclinations. Gait & posture, 2002. 15(1): p. 32-44.

[13] Ernst, G.P., et al., Lower extremity compensations following anterior cruciate ligament reconstruction. Physical Therapy, 2000. 80(3): p. 251-60.

[14] Irrgang, J., Modern trends in anterior cruciate ligament rehabilitation: nonoperative and postoperative management. Clinics in sports medicine, 1993. 12(4): p. 797-813.

[15] Chmielewski, T.L., Asymmetrical lower extremity loading after ACL reconstruction: more than meets the eye. Journal of Orthopaedic & Sports Physical Therapy, 2011. 41(6): p. 374-376.

[16] Gardinier, E.S., et al., Gait and neuromuscular asymmetries after acute ACL rupture. Medicine and science in sports and exercise, 2012. 44(8): p. 1490.

[17] Scott, A., Falls on stairways: literature review. 2005: Health and Safety Laboratory.

[18] Pohl, M.B., C. Lloyd, and R. Ferber, Can the reliability of three-dimensional running kinematics be improved using functional joint methodology? Gait Posture, 2010. 32(4): p. 559-63.

[19] Adachi, N., et al., Mechanoreceptors in the anterior cruciate ligament contribute to the joint position sense. Acta orthopaedica Scandinavica, 2002. 73(3): p. 330-334.

[20] Zimny, M.L., M. Schutte, and E. Dabezies, Mechanoreceptors in the human anterior cruciate ligament. The Anatomical Record, 1986. 214(2): p. 204-209.

[21] Rudolph, K.S., et al., Dynamic stability in the anterior cruciate ligament deficient knee. Knee Surgery, Sports Traumatology, Arthroscopy, 2001. 9(2): p. 62-71.

[22] Kratzenstein, S., et al., Effective marker placement for functional identification of the centre of rotation at the hip. Gait & posture, 2012. 36(3): p. 482-486.

[23] Camomilla, V., et al., An optimized protocol for hip joint centre determination using the functional method. Journal of biomechanics, 2006. 39(6): p. 1096-1106.

[24] Ehrig, R.M., et al., The SCoRE residual: a quality index to assess the accuracy of joint estimations. Journal of biomechanics, 2011. 44(7): p. 1400-1404.

[25] Ehrig, R.M., et al., A survey of formal methods for determining functional joint axes. Journal of biomechanics, 2007. 40(10): p. 2150-2157.

[26] Robertson, G., et al., Research methods in biomechanics, 2E. 2013: Human Kinetics.

[27] Taylor, W., et al., Repeatability and reproducibility of OSSCA, a functional approach for assessing the kinematics of the lower limb. Gait & posture, 2010. 32(2): p. 231-236.

[28] O’Connor, C.M., et al., Automatic detection of gait events using kinematic data. Gait & posture, 2007. 25(3): p. 469-474.