The functional instrumental test of flexion-extension motion in the radiocarpal joint: reference parameters

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

BACKGROUND: The stroke represents a significant medical-social problem due to its high morbidity and mortality with a tendency towards increasing the overall occurrence rates. A total 80% of the patients show persisting impaired functions of the upper limb. The current approaches, such as Clinical scales and Questionnaires, are being criticized for subjectivity and insufficient precision. It is necessary to develop an instrumental method for evaluating the functions of the upper limb, the method that is applicable in the clinical settings. AIM: To develop a functional test for the objective diagnostics of the wrist joint functions, applicable in the clinical settings. METHODS: A functional test was proposed for evaluating the biomechanics of the radiocarpal joint by means of using the inertial sensors. The research sample was a group of 15 healthy volunteers (5 males and 10 females aged from 23 to 33 years), not having any joint diseases or neurological disorders. The research was carried out within a period of one year (2022–2023). The primary endpoint was the determination of the amplitude, the time and the motion trajectory in the wrist joint when performing two tests - the “Wrist-0” and “Wrist-flex”. An assessment was done of the duration of the motion cycle, of the motion maximal amplitude and phase. RESULTS: The evaluation of the upper limb functions using the clinical scales (ARAT, FMA-UE, MRC) has demonstrated, that the parameters correspond to the ones in healthy individuals. When using the “Wrist-0” test, the motion amplitude was significantly lower than in the «Wrist-flex» test (p <0.05). No statistically significant differences were found in the motion amplitude between the right and left limbs determined using both tests (p >0.05). The maximal flexion phase for the “Wrist-0” tests occurs significantly earlier than for the “Wrist-flex” test for the right hand (p <0.05). The duration of the motion cycle did not significantly differ between the tests for the right hand (p >0.05) and was significantly higher for the “Wrist-flex” test in the left hand (p <0.05). CONCLUSION: A set of reference values was established for the functional tests. Insignificant differences were reported for the functions of the right and left radiocarpal joints. The test proposed requires insignificant time for its implementation and it can be used for objective diagnostics of the radiocarpal joint functions in patients.

About the authors

Dmitry V. Skvortsov

Federal Center of Brain Research and Neurotechnologies; The Russian National Research Medical University named after N.I. Pirogov; Federal Research and Clinical Center of Specialized Medical Care and Medical Technologies

Email: skvortsov.biom@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-2794-4912
SPIN-code: 6274-4448

MD, PhD

Russian Federation, Moscow; Moscow; Moscow

Danila A. Lobunko

Federal Center of Brain Research and Neurotechnologies

Email: doctorlobunko@gmail.com
ORCID iD: 0009-0009-7741-2904
SPIN-code: 6226-5283
Russian Federation, Moscow

Galina Е. Ivanova

Federal Center of Brain Research and Neurotechnologies; The Russian National Research Medical University named after N.I. Pirogov

Author for correspondence.
Email: reabilivanova@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3180-5525
SPIN-code: 4049-4581

MD, PhD

Russian Federation, Moscow; Moscow

References

  1. Скворцова В.И., Стаховская Л.В., Айриян Н.Ю., Эпидемиология инсульта в Российской Федерации // Системные гипертензии. 2005. № 1. С. 10–12. [Skvortsova VI, Stakhovskaya LV, Ayriyan NY. Epidemiology of stroke in the Russian Federation. Systemnye gipertenzii = Systemic hypertension. 2020;(1):10–12. (In Russ.)] EDN: RDYUOL
  2. Hatem SM, Saussez G, Della Faille M, et al. Rehabilitation of motor function after stroke: A multiple systematic review focused on techniques to stimulate upper extremity recovery. Front Hum Neurosci. 2016;10:442. doi: 10.3389/fnhum.2016.00442
  3. Mateo S, Revol P, Fourtassi M, et al. Kinematic characteristics of tenodesis grasp in C6 quadriplegia. Spinal Cord. 2013;51(2):144–149. doi: 10.1038/sc.2012.101
  4. Su FC, Chou YL, Yang CS, et al. Movement of finger joints induced by synergistic wrist motion. Clin Biomech (Bristol). 2005;20(5):491–497. doi: 10.1016/j.clinbiomech.2005.01.002
  5. Moser N, O’Malley MK, Erwin A. Importance of wrist movement direction in performing activities of daily living efficiently. Annu Int Conf IEEE Eng Med Biol Soc. 2020;2020:3174–3177. doi: 10.1109/embc44109.2020.9175381
  6. Nadeem M, Loss JG, Li ZM, Seitz WH. Ulnar extension coupling in functional wrist kinematics during hand activities of daily living. J Hand Surg. 2022;47(2):187.e1–187.e13. doi: 10.1016/j.jhsa.2021.03.026
  7. Renner CI, Bungert-Kahl P, Hummelsheim H. Change of strength and rate of rise of tension relate to functional arm recovery after stroke. Arch Phys Med Rehabil. 2009;90(9):1548–1556. doi: 10.1016/j.apmr.2009.02.024
  8. Santisteban L, Teremetz M, Bleton J, et al. Upper limb outcome measures used in stroke rehabilitation studies: A systematic literature review. PLoS One. 2016;11(5):e0154792. doi: 10.1371/journal.pone.0154792
  9. Ao D, Sun R, Tong KY, Song R. Characterization of stroke- and aging-related changes in the complexity of EMG signals during tracking tasks. Anna Biomed Eng. 2015;43(4):990–1002. doi: 10.1007/s10439-014-1150-1
  10. Corazza S, Mündermann L, Gambaretto E, et al. Markerless motion capture through visual hull, articulated ICP and subject specific model generation. Int J Computer Vision. 2010;87(1):156–169. doi: 10.1007/s11263-009-0284-3
  11. Sethi A, Patterson T. McGuirk T, et al. Temporal structure of variability decreases in upper extremity movements post stroke. Clin Biomech (Bristol). 2013;28(2):134–139. doi: 10.1016/j.clinbiomech.2012.11.006
  12. Hwang IS, Tung LC, Yang JF, et al. Electromyographic analyses of global synkinesis in the paretic upper limb after stroke. Phys Ther. 2005;85(8):755–765. doi: 10.1093/ptj/85.8.755
  13. Hettle M, Braddom RL. Curriculum needs in physical medicine and rehabilitation for primary care physicians: Results of a survey. Am J Phys Med Rehabil. 1995;74(4):271–275. doi: 10.1097/00002060-199507000-00003
  14. Shim S, Jung J. Effects of bilateral training on motor function, amount of activity, and activity intensity measured with an accelerometer of patients with stroke. J Phys Ther Sci. 2015;27(3):751–754. doi: 10.1589/jpts.27.751
  15. Costa V, Ramírez O, Otero A, et al., Validity and reliability of inertial sensors for elbow and wrist range of motion assessment. Peer J. 2020;8:e9687. doi: 10.7717/peerj.9687
  16. Wirth MA, Fischer G, Verdú J, et al. Comparison of a new inertial sensor-based system with an optoelectronic motion capture system for motion analysis of healthy human wrist joints. Sensors. 2019;19(23):5297. doi: 10.3390/s19235297
  17. McHugh BP, Morton AM, Akhbari B, et al. Accuracy of an electrogoniometer relative to optical motion tracking for quantifying wrist range of motion. J Med Eng Technol. 2020;44(2):49–54. doi: 10.1080/03091902.2020.1713240
  18. Akhbari B, Morton AM, Moore DC, et al. Accuracy of biplane videoradiography for quantifying dynamic wrist kinematics. J Biomech. 2019;92:120–125. doi: 10.1016/j.jbiomech.2019.05.040
  19. Li Y, Zhang X, Gong Y, et al. Motor function evaluation of hemiplegic upper-extremities using data fusion from wearable inertial and surface EMG sensors. Sensors. 2017;17(3):582. doi: 10.3390/s17030582
  20. Lee SI, Liu X, Rajan S, et al. A novel upper-limb function measure derived from finger-worn sensor data collected in a free-living setting. PLoS One. 2019;14(3):e0212484. doi: 10.1371/journal.pone.0212484
  21. Белова А.Н., Шейко Г.Е., Рахманова Е.М., и др. Оценка использования функции рук: тесты для взрослых пациентов с патологией центральной нервной системы // Физическая и реабилитационная медицина, медицинская реабилитация. 2024. Т. 6, № 2. С. 172–187. [Belova AN, Sheiko GE, Rakhmanova EM. Hand function assessment: Tests for adult patients with central nervous system disorders. Phys Rehabil Medicine, Medical Rehabil. 2024;6(2):172–187]. EDN: QKMHPQ doi: 10.36425/rehab625507
  22. Ada L, Canning CG, Low SL. Stroke patients have selective muscle weakness in shortened range. Brain. 2003;126(3):724–731. doi: 10.1093/brain/awg066
  23. Santos PS, Santos EG, Monteiro LC, et al. The hand tremor spectrum is modified by the inertial sensor mass during lightweight wearable and smartphone-based assessment in healthy young subjects. Sci Rep. 2022;12(1):16808. doi: 10.1038/s41598-022-21310-4
  24. Pourahmadi MR, Takamjani IE, Sarrafzadeh J, et al. Reliability and concurrent validity of a new iphone® goniometric application for measuring active wrist range of motion: A cross-sectional study in asymptomatic subjects. J Anat. 2017;230(3):484–495. doi: 10.1111/joa.12568
  25. Patel S, Hughes R, Hester T, et al. A novel approach to monitor rehabilitation outcomes in stroke survivors using wearable technology. Proc IEEE. 2010;98(3):450–461. doi: 10.1109/jproc.2009.2038727
  26. McDonnell MN, Hillier SL, Ridding MC, Miles TS. Impairments in precision grip correlate with functional measures in adult hemiplegia. Clin Neurophysiol. 2006;117(7):1474–1480. doi: 10.1016/j.clinph.2006.02.027
  27. Pérez R, Costa Ú, Torrent M, et al. Upper limb portable motion analysis system based on inertial technology for neurorehabilitation purposes. Sensors. 2010;10(12):10733–10751. doi: 10.3390/s101210733

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig.1. The attachment of the sensors to the upper limb: “Wrist-0” test (1 — positioning of the upper limb before the movement initiation; 2 — positioning with wrist extension; 3 — upper limb position at the end of the motion cycle) and the “Wrist-flex” test (4 — positioning of the upper limb before the movement initiation; 5 — maximal wrist extension position; 6 — positioning of the upper limb at the end of motion cycle).

Download (1MB)
Indexing metadata
3. Fig.2. Goniogram: А — motion amplitude; Ф — maximal angle phase of the flexion (within the complete motion cycle).

Download (1MB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».